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インコネル７１３Ｃの正面フライス切削

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インコネル71３Cを各種工具で切削して摩耗幅を比較した。その結果、超硬K系列工具の摩耗幅が比較的小さいことが判明した。そこ で、超硬K系列工具を用いて、チップ形状、切削油剤、切削速度、エンゲージ角・ディスエンゲージ角等と工具損傷の関係を調べ、適切な切削条件を見いだし た。また、インコネル７１8合金との被削性の比較も行った。

１．はじめに

　ガスタービン等の高温で使用 される機器の構造部材であるニッケル基超耐熱合金は代表的な難削材の一つであり、適切な加工法の究明が強く要望されている。著者は既報1）、2)でインコ ネル７１8合金の正面フライス切削の特性を検討したが、今回は鋳造ニッケル合金であるインコネル71３C（ニッケルを約73％含有）の切削特性を検討した 結果を報告する。

２．実験方法

　鋳放し（硬度：HRC35）の直方体ブロック状被削材を、NC立フライ ス盤（日立精機MD－Ⅴ型）のテーブルに固定して上面を切削した。使用したカッタは3種類（表1）であり、何れも住友電工製の直径80mmのものである。 図1は、上から見たときの、中心切削時のカッタと被削材の位置関係である。図の左端直前までの1パス（実切削距離：約50m）を切削して工具損傷を比較し た。なお、3．4節以外は全て中心切削である。

　使用した工具材種は超硬K系列、超硬P系列、コーテッド超硬（K系列母材）、サーメッ ト（TiN－TaN系、TiC系）、セラミック（黒セラミック、ウイスカ添加）である。使用した切削油剤は協同油脂製エマルカットB－50（水溶 性：JISW2－1種）と出光興産製ダフニー・マーグプラスL（不水溶性：非塩素系）であり、乾式でも実験を行った。切削速度：15～450m／min、 切込み：0.2mm、送り：0.1mm／刃で実験を行った。

３．実験結果

３．１　各種工具の比較

　 図2は、四角チップ（ネガ）を使用して各工具材種の摩耗幅を比較したものである。超硬K系列の摩耗幅が比較的小さい。セラミック工具については 450m／minまでの高速域での切削も行ったが、何れも1パス途中で欠損が発生した。この結果を踏まえて、超硬K系列を用いて実験を継続した。

３．２　チップ材種・形状、油剤の影響

　 図3と図4は、①K系列でインコネル等の難削材切削用に開発された特殊グレード（丸こまのみ）と②K１０種の2種類の工具材種に関して、両油剤及び乾式の もとで、K１０種については3種頚のチップ形状で切削したときの工具摩耗幅を比較したものである。同一条件で７１8合金を切削したときの結果1）も図中に 併せて示す。

　両図より、71３C合金切削時の工具摩耗特性として、以下のことがわかる。特殊グレードの丸こまチップで水溶性油剤を使 用した場合を除いて、７１8合金切削時よりも工具摩耗幅が大きい。何れの工具材種、工具形状でも、水溶性油剤を使用した場合の摩耗幅が最も小さい。丸こま チップの摩耗幅は四角チップのそれよりも小さい。丸こまチップに関して、特殊グレード工具の摩耗幅はK１０種のそれよりも小さい。

　７１8合金切削時とは逆に、71３C合金切削時において水溶性油剤を使用した場合に摩耗幅が最小になった原因としては、高温における両材料の強度特性の差が考えられる。

３．３　切削速度の影響

　図5は、丸こまチップにおける、切削速度と工具摩耗幅の関係である。特殊グレード工具では同一条件での実験を2回行った。何れの切削速度や油剤でも、特殊グレード工具の摩耗幅はK１０種よりも小さい。両工具ともに水溶性油剤を使用した場合の摩耗幅が最も

小さく、その場合の特殊グレード工具の摩耗幅は、切削速度：53m／minでは欠損が発生したために大きくなったものの、切削速度：39m／min以下でははぼ同じであった。

　特殊グレード工具で水溶性油剤を使用した場合に、同一切削距離における工具摩耗幅がほぼ同じであることから、水溶性油剤により切削温度が低下して熱的摩耗が抑制され、主にすり減りで摩耗したことが考えられる。

３．４　エンゲージ(E)角、ディスエンゲージ(DE)角の影響

　 特殊グレード工具を用いてカッタ位置（図6の3種類）の影響を検討した結果を図7に示す。インコネル７１8合金を切削した場合1）と同様に、DE角の絶対 値が小さい（E角が大きい）場合の摩耗幅が大きい。図8は図7に示した結果の一部の摩耗写真であるが、DE角の絶対値が小さい場合にはチッピングが発生し て摩耗幅が大きくなったことがわかる。

４．まとめ

　各種工具でインコネル71３C合金を正面フライス切削した。実験条件の範囲での主な結果を以下に示す。

1） 超硬K系列工具の摩耗幅が比較的小さかった。

2） 起硬K系列の特殊グレード工具、丸こまチップ、水溶性油剤、切削速度：約40m／min以下、DE角の絶対値大の場合に工具摩耗幅が最も小さかった。

3） インコネル71３C合金切削時は、インコネル７１8合金切削時よりも一般に工具摩耗幅が大きかったが、水溶性油剤を使用した場合には不水溶性油剤、乾式の場合よりも工具摩耗幅が小さかった。

(参考文献)

1）大谷ら：1992年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，p851

2）大谷ら：1994年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，p181

表1　使用したカッタ

図1　カッタと被削材の位置･寸法（中心切削時）

図2　工具材種と工具摩耗幅の関係

図4　油剤と工具摩耗幅の関係

　図5　切削速度と工具摩耗幅の関係

図６　カッタ位置の変化

		V=29m/min

図７　カッタ位置の影響

　　　　　②４２°，－４２°　　　　　　　　　　　　③７２°，－２５°

図８　工具損傷写真（特殊グレード工具）

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