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　　　　　　　　　　　　　　産業技術総合研究所中国センター　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　　旨

　 ニッケル基超耐熱合金のインコネル７１８材を、超硬、サーメット、セラミック、CBNの各工具で正面フライス切削し、各工具の損傷特性を比較検討した結 果、超硬K系列が最も良好な性能を示した。次いで超硬K系列工具に関して、グレードの違いによる切削性能の差異、切込み、送りの大きさが異なる場合の切削 性能の差異を検討した。

１．はじめに

　近年、ジェットエンジンなどの高温環境で使用される機器の構造用 部品として超耐熱合金の需要が増大しているが、切削性能に関する研究報告が少ない1）・2）ため、適切な加工法を究明して欲しいという要望が企業の加工現 場で強い。そこで、当材料の正面フライス加工のための適切な工具材種などについて若干の検討を行った結果を報告する。

２．実験方法

　 使用した被削材は代表的な超耐熱合金であるインコネル718（固溶化＋時効熱処理、硬度：HB415）である。これを立フライス盤（日立精機MD－V型） のテーブルに固定して、フライスカッタ（住友電工DNF4080R型）で上面を切削した。図1は、上方から見たときのカッタと被削材の位置関係である（E 角：42°、ＤE角：－42°、AR角：一5°、RR角：－6°、AA：25°）。

３．実験結果

３．1　各工具の寿命、損傷の比較

　 表1の各工具（7種類）を用いて、切削速度：21～180m／min、切込み：0．2mm、送り：0．1mm／刃，切削油剤：JIS W2－1種のもとで切削した。工具寿命判定基準はVＢmax：0．2mm又は欠損発生とした。図2は、その結果の寿命線図である。全体的に見て、起硬K系 列が最も長寿命で、黒セラミックが最も短寿命であり、中間の他の諸工具間の寿命差はあまりないことがわかる。寿命までの切削距離の最長値は超硬K種で切削 速度が約50m／min以下の場合に得られ、50m強であった。

図3に工具損傷の例を示す。超硬K系列では最高切削速度においてチッピ ングが発生したものの、それより低い切削速度では比較的安定した摩耗様相を示したのに対して、他の工具では何れの切削速度においても程度の差こそあれチッ ピングまたは欠損が発生し、図2の寿命値に大きな影響を及ぼした。

３．２　チッピング、欠損の発生原因

何 れの工具においても、被削材から離脱後の空転時に、切り屑の工具への付着がしばしば認められた。付着した切り屑は被削材への再食付き時に脱落していた。図 4は、黒セラミック工具による切削を中断した時に刃先に付着していた切り屑を手ではがし、はがれた切り屑のうちで工具に付着していた部分の断面を顕微鏡で 覿察したものである。工具の1部が付着していることがわかる。このように、刃先に付着した切り屑が脱落する際に工具の一部を取り去ったことがチッピングや 欠損の1原因の可能性がある。

３．３　加工面粗さ

図5は、加工面を送り方向に触針式粗さ計で測定して得られた工具寿命直前の粗さ波形の例である。図の条件での幾何学的粗さ値（Rmax）は1．56μmである。例示しなかった工具、条件の場合でも、送りマークが明確であり、幾何学的値の約3倍以内であった。

３．４　超硬Ｋ種による追加実験

図2において工具寿命が最長であった超硬K系列に関して、グレード間の切削性能の比較、切込みや送りの値が異なる場合の切削性能の比較を行った。

図6は、K０１、K１０、K２０の3種類で2回づつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具逃げ面摩耗幅を比較したものである。顕著な差はないが、K０１種が最も摩耗幅が小さく、次いでK１０種、K２０種の順である。

　図7は、K０１、K１０の2種類を使用して、送り：0．1mm／刃の条件で、切込みを

0.2、 0.3、0.5mmの3段階に変えて2回ずつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具損傷を比較したものである。K１０種では欠損が発生しなかったのに 対して、K０１種では切込みが0.3mm以上の場合に欠損が発生した。なおK１０種では、切込みが変わっても逃げ面摩耗幅には特に差がなかった。

　図8は、K１０、K２０の2種類を使用して、切込み：0．5mm、送り：0．2mm／刃の条件で2回ずつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具損傷を比較したものである。何れにおいても1回欠損が発生した。

４．まとめ

1） 超硬、サーメット、セラミック、CBNに分類される7種類の工具で切削した結果、超硬K系列が最も長寿命であった。

2） 超硬K系列の中でK０１種は、Ｋ１０種及びＫ２０種に比較して、摩耗進行速度が比較的遅かったが、切込みが大さい場合に欠損が発生し易かった。

3） 切込み及び送りが比較的大きい場合にはK１０種、K２０種ともに欠損が発生した。

（参考文献）

１）竹山ら：精密工学会誌、55巻、8号（1989）、P1481

２）澤田ら：1991年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、P283

図１　カッタと工具の位置関係（長さ単位：mm）

表１　使用した工具

図２　工具寿命線図（正味切削時間ベース）

　　　　　　　　　　超硬Ｋ１０種　　　　　　　　　　ＣＢＮ

図3　工具損傷例（V＝53m／min，d＝0.2mm，f=0.1mm／刃）

図4　切り屑に付着した工具の1部（黒セラミック）

図5　加工面粗さ例（Ⅴ＝53m／min，d＝0.2mm，f＝0.1mm／刃）

（Ⅴ＝29m／min，d＝0.2mm，f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min， f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min，f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min，d＝0.5mm，f＝0.2mm／刃，1＝50m）

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