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熊本県工業技術センター

土村将範、高橋孝誠　

1．はじめに

チタン合金(Ti-6Al-4V)と超耐熱鋼(インコネル718)のTiAlNコーテｯド超硬エンドミル及びCrSiNコーテｯド超硬エンドミルによる切削加工実験を行い、その切削加工性能、加工面精度(表面粗さ等)について計測・検討した。

2．実験条件

今回の加工実験で設定した実験条件を表1に示す。

3．使用機器

表２　本実験での使用機器

4．個別実験方法及び終了条件

4．1　実験概要

　図1に今回の実験における装置概要図を示す。

4．2　測定項目

　各実験における停止パスごとに、表2における計測機器を用いて下記の測定・観察を行った。

停止Pass 1,2,3,4,5,10,20,40　計8回

　①　切削面表面粗さ(Ra,Ry)　終了前0.5Adの場所

　②　工具逃げ面摩耗　刃数3カ所平均

　③　工具最大チッピング幅

4．3　個別実験条件

　表1の実験条件を基に、各材料における個別の実験条件を表3のように設定した。

　なお、各実験前にはφ8の基準工具を用いて切削表面の準備加工を実施している。

表３　個別実験番号及び条件詳細

4．4　実験終了条件

本実験においては、各停止パスにおいて以下の3つの条件を1つでも満足したとき、各実験を終了するものとした。

　①　工具逃げ面摩耗　平均0.1mm(φ8)以上

　②　工具最大チッピング幅　0.5mm以上

　③　送り方向切削距離 6.0m(40Pass)以上

図１　実験装置概要図

5．実験結果

5．1．1　工具摩耗の変化

5．1．3　工具摩耗、切り屑及び表面粗さの状態(実験中データ抜粋)

(1) ①V60-f0.05-乾式　40Pass

(2) ③V80-f0.05-ミスト 40Pass

(3) ⑤V80-f0.1-乾式 40Pass

(4) ⑥V80-f0.1-ミスト 40Pass

5．2．1 工具摩耗の変化

5．2．3　工具摩耗、切り屑及び表面粗さの状態(実験中データ抜粋)

(1) ⑦V30-f0.05-乾式　10Pass

(2) ⑨V30-f0.05-ミスト　20Pass

(3) ⑩V30-f0.1-乾式　5Pass

(4) ⑫V50-f0.1-ミスト　10Pass

5．3　超耐熱鋼(インコネル718)のCrSiNコーテｯド超硬工具による切削

5．3．2　加工精度の変化（図中の、CS：CrSiNコーテッド超硬工具、Ti：TiAlNコーテッド超硬工具）

5．3．3 工具摩耗、切り屑及び表面粗さの状態(実験中データ抜粋)

（図中の、CS：CrSiNコーテッド超硬工具）

(1) ⑬CS-V30-乾式　10Pass

(2) ⑭CS-V50-乾式　5Pass

(3) ⑮CS-V50-ミスト　20Pass

5．4 加工実験結果の検証

5．4．１　チタン合金(Ti-6Al-4V) TiAlN超硬工具切削実験結果の検証

(1) 加工条件が大きいと工具初期摩耗も大きく、切削距離に応じて急速に摩耗が増加し、加工精度が悪化する。

(2) 同一条件下における乾式-ミストの表面粗さの数値のみの比較では乾式の方が数値は良好だが、表面形状はミスト冷却の方の凹凸が規則正しく並んでおり、切削距離を伸ばしても工具の切刃による切削が良好なことが判った。ミストクーラントによる冷却は、極めて少量(4cc/H)ではあるが、チタン合金では同一加工条件での工具摩耗及び加工精度の改善に効果が高い。

(3) 実験⑤V80-f0.1-乾式では、軸方向切り込み部分(10mm)全体に切削材料であるチタンの溶着とTiAlNコーティングの剥離が発生していた。

5．4．2　超耐熱鋼(インコネル718) のTiAlN超硬工具切削実験結果の検証

　インコネル718の実験においては、材料の特性と切削条件の設定状況からか、チタン合金と異なり予定していた最終40Pass(切削距離6.0m)に到達する前に工具破損状況計測値から実験終了となる場合が多かった。各実験における実験終了Pass数と停止原因は表4のとおりである。

(1) チタン合金の切削実験の場合と比較すると、ミストによる工具摩耗及び加工精度への改善効果は少なかった。しかしながら、同一条件下では切削可能距離は伸びており一定の効果が期待できる。

(2) 超耐熱鋼の切削の場合、切削速度(V)の増加と切削送り(f)の増加の双方で工具摩耗が急速に進む。また、チッピングによる工具損傷が切削距離を増やすごとに急速に増大していた。

(3) V50-f0.05の場合には乾式及びミストに関係なく、1回目の切削時の表面粗さ(Ra,Ry)の数値が極端に悪化している。その後切削により表面荒さの数値は通常値に落ち着くものの、CrSiNコーテｯド超硬工具利用時でも同様の現象が発生しており、今回の実験ではその原因は特定できなかった。

⑨V50-f0.05-ミスト 1Pass目の計測結果例

(4) 各実験前に実施した予備加工時(Rd=0.018D=0.1mm)での基準工具での切削状況は良好であったため、半径方向切込み(Rd)の設定に関しては、工具メーカーの推奨条件を再検討した実験を行う必要があると思われる。

5．4．3　超耐熱鋼(インコネル718) のCrSiNコーテッド超硬切削実験結果の検証

　前項と同じく、インコネル718の実験においては、材料の特性と切削条件の設定状況からか、予定していた最終40Pass(切削距離6.0m)に到達する前に工具破損状況計測値から実験終了となる場合があった。各実験における実験終了Pass数と停止原因は表5のとおりである。

(1) 工具種類を変更しても、ミストによる工具摩耗及び加工精度への改善効果はやはり少なかった。しかしながら、同一条件下では切削可能距離は伸びており一定の効果が期待できる。

(2) TIAlN工具と同じく、V50-f0.05の切削の際には最初の1Passでの加工表面粗さの数値が極端に悪くなる。

(3) 工具メーカーのカタログデータほどCrSiNコーテッド超硬による切削距離や表面精度の向上といった効果は今回の実験では認められなかった。

6．　まとめ

チタン合金(Ti-6Al-4V)の TiAlNコーテｯド超硬エンドミルによる側面切削と超耐熱鋼(インコネル718)のTiAlNコーテｯド及びCrSiNコーテッド超硬エンドミルによる側面切削加工実験を行い、以下の結果が得られた。

(1) チタン合金に切削の場合、ミストクーラントによる冷却では切削距離を伸ばしても工具の切刃による切削状態が良好であり、使用する油は極めて少量(4cc/H)ではあるが工具摩耗及び加工精度の改善に効果が高い。

(2) 超耐熱鋼の切削の場合は、ミストクーラント冷却による工具摩耗及び切削精度への改善はチタン合金と比較すると少ない。

(3) CrSiNコーテッド超硬は、インコネル718の側面切削ではTiAlNコーティングと比較した改善効果はみられなかった。

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