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cBN

【技術分類】

４－６　cBN

【技術の名称】

４－６－１　CBN工具によるフライス加工（２－１－２、６－１－２、６－２－２h、７－１－１、８－１－３）

【技術内容】

高硬度焼入鋼のような被削材は従来の工具材料では極めて低速で非能率な加工しかできなかった。最近、このような鋼材を高能率に切削加工 することができるCBN工具が注目されている。CBN工具は開発されてまだ日も浅く、再研削方法もまだ十分確立されていない。また、CBN工具の活用もほ とんど旋削であり、切削データも旋削が主体となっており、断続をともなった切削やフライス加工時の切削のデータは少ない。本例はフライス加工への適用性に ついて切削実験を行った例である。

CBN工具による冷間ダイス鋼（焼入れ後の硬さ、HRC37、HRC47、HRC61の３種類）のフライス加工を行なった。使用工具と切削条件を図１に示す。CBN工具の摩耗進行曲線を図２に、各被削材の仕上げ面粗さを図３に示す。切削実験結果を以下にまとめる。

（１）各被削材における寿命形態はHRC37、HRC47被削材についてはチッピングは少なく、刃先のへたりによる寿命であり、十分再研削可能であったが、HRC61被削材については、大きなチッピングによる寿命となった。

（２）今回のフライス加工でVB=0.3mmを基準とした工具寿命時間は、HRC37被削材53分、HRC47被削材23分、HRC61被削材については、他の被削材の１／２の切削速度で５分となり、HRC37、HRC47被削材では十分使用に耐えるが、HRC61については今回使用した工具、ホルダーでは多少無理と思われる（図２参照）。

（３）このことは図３の各被削材の仕上げ面粗さでも確かめられた。すなわち、HRC37被削材は、工具寿命前でも平面に切削されているが、HRC47では多少うねりを生じており、HRC61になるとすでに正常な切削がされていないことを示している。

【図】

図１　使用工具と切削条件

出典：「CBN工具によるフライス加工」、「加工技術データファイル　加工事例　No．0417」、（1982年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、２／４頁　表１　使用工具と切削条件

図２　CBN工具の摩耗進行曲線

出典：「CBN工具によるフライス加工」、「加工技術データファイル　加工事例　No．0417」、（1982年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、１／４頁　図３　CBN工具の磨耗進行曲線

図３　各被削材の仕上げ面粗さ

出典：「CBN工具によるフライス加工」、「加工技術データファイル　加工事例　No．0417」、（1982年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、２／４頁　図４　各被削材の仕上げ面粗さ

【応用分野】

合金工具鋼のフライス削り

【出典／参考資料】

「加工技術データファイル　加工事例　No．0417」、（1982年３月）、（財）機械振興協会技術研究所発行、１／４頁～４／４頁

【技術分類】

４－６　cBN

【技術の名称】

４－６－２　各種硬度のクロムモリブデン鋼のCBN工具による切削特性（１－１－１、６－１－２、７－２－１、８－１－３）

【技術内容】

CBN工具を用いSCM-H鋼を旋削加工したときの被削材硬さが工具寿命に及ぼす影響、および逃げ面温度と結合材が逃げ面摩耗に及ぼす影響について検討した。

乾式外丸切削による寿命試験を各種硬さのSCM435Hについて実施した。工具と切削条件を図１に示す。CBN工具のcBN含有量を30％、60％および90％に変えた３種を用いた。比較のため超硬合金P10とセラミックス工具も使用した。

切削継続時間５分後の工具摩耗曲線を図２に示す。被削材硬さがHRC28とHRC45の場合、逃げ面摩耗はcBN含有量が60％で最小値を示した。HRC58の場合は、cBN含有量30％の工具は摩耗が著しく、切削を５分間継続できなかった。

電子顕微鏡観察の結果から、試験に用いたセラッミクス系結合材のCBN工具では、逃げ面摩耗はCBN含有量、すなわち、cBN粒子と結合材間の結合力により影響されると推測した。

逃げ面幅を基準とした工具寿命Tと切削速度Vとの関係を図３に示す。図からCBN工具の逃げ面摩耗は、被削材の焼入れ硬さが低い場合よ り高い場合の方が切削速度の影響を受けにくいことがわかる。被削材硬さが低い場合にはCBN工具は超硬合金P10より工具寿命が短く、低硬度材には適さな いこともわかる。

CBN工具の逃げ面摩耗を基準とした工具寿命は、被削材硬さHRC35付近で最小となりそれより硬い材料では逆に長寿命を呈する。図４に示すごとくCBN工具の逃げ面温度もHRC35付近で最大となることから、逃げ面摩耗と逃げ面温度の関連性が推測できる。

以上から、CBN切削工具によりHRC60程度の焼入鋼を切削でき、逃げ面摩耗幅が0.2mmとなるまでに切削速度100m/minで50分間の切削が可能である等の結論を得た。

【図】

図１　工具仕様と切削条件

出典：「種々の硬さのクロムモリブデン鋼の旋削におけるCBN切削工具の切削特性｣、｢精密工学会誌　55巻　６号｣、（1989年６ 月）、榎本眞三、加藤正倫著、精密工学会発行、1080頁　Table１　Specification of tools and cutting conditions

図２　CBN含有量と逃げ面摩耗の関係

出典：「種々の硬さのクロムモリブデン鋼の旋削におけるCBN切削工具の切削特性｣、｢精密工学会誌　55巻　６号｣、（1989年６ 月）、榎本眞三、加藤正倫著、精密工学会発行、1081頁　Fig.３　Relation between CBN content and width of flank wear land

図３　SCM435Hの旋削加工におけるV-T曲線

出典：「種々の硬さのクロムモリブデン鋼の旋削におけるCBN切削工具の切削特性｣、｢精密工学会誌　55巻　６号｣、（1989年６ 月）、榎本眞三、加藤正倫著、精密工学会発行、1082頁　Fig.５　V-T curves in the turning of SCM435H

図４　工具逃げ面温度と被削材硬さの関係

出典：｢種々の硬さのクロムモリブデン鋼の旋削におけるCBN切削工具の切削特性｣、｢精密工学会誌　55巻　６号｣、（1989年６ 月）、榎本眞三、加藤正倫著、精密工学会発行、1083頁　Fig.８　Relation between workpiece hardness and tool flank temperature

【応用分野】

焼入れ合金鋼の旋削加工

【出典／参考資料】

「精密工学会誌　55巻　６号」、（1989年６月）、榎本眞三、加藤正倫著、精密工学会発行、1079頁～1084頁

【技術分類】

４－６　cBN

【技術の名称】

４－６－２　CBNエンドミルの切削性能と活用（２－２－２、６－２－３h、７－１－１、８－１－１、８－１－３、８－２－１、８－２－２）

【技術内容】

cBN焼結体エンドミルの利用状況について紹介する。

CBNエンドミルは一般的に、鋳鉄、高硬度材料、非鉄金属材料（アルミニウム、銅合金など）の切削に利用が限定される。

CBN 工具材料は超硬合金などに比べ研削加工が困難であり、加工精度面で多くの問題点がある。特にエンドミルでは、従来と同一形状の加 工が困難であることから、図１に示すような円研ランドと呼ぶ形状にするのが一般的である。工具回転時と切削時に発生する両振動に対応するため、工具回転時 の動的バランスをとるケースが多い。シャンク材には防振性を高めるため超硬材料が多く用いられる。

自動車金型な どの鋳鉄加工では、中心１枚、外周２枚のcBN切れ刃を持つボールエンドミルがある。超硬合金との面粗さの差異を図２に示 す。中心部までcBN化したことにより中心部の摩耗進行が遅くなり、加工終了まで切れ刃を維持できるので超硬合金に比べ良好な加工面粗さを得ることができ る。

高硬度材へのCBNエンドミルの適用目的は、放電加工と研削による金型の仕上加工を切削に切替えることと、工作機械等の一般切削の２つに分けられる。ロー付けとスローアウェイの両タイプがあるが、いずれも仕上加工が限度である。

以上のとおり、まだ使用条件に制約が多いCBNエンドミルであるが、得られる加工面粗さは非常に良く、0.8μmRmaxを容易に得ることことができる。

【図】

図１　円研ランドの形状

出典：「CBN／ダイヤモンドエンドミルの切削性能と活用」、「ツールエンジニア　34巻　10号｣、（1993年10月）、村上靖典著、大河出版発行、82頁　図４　円研ランドの形状

図２　中心部の工具材種による切削（送り方向）の影響

出典：「CBN／ダイヤモンドエンドミルの切削性能と活用」、「ツールエンジニア　34巻　10号」、（1993年10月）、村上靖典著、大河出版発行、84頁　図５　中心部の工具材種による切削（送り方向）の影響

【応用分野】

鋳鉄、高硬度材料、非鉄金属材料のエンドミル加工

【出典／参考資料】

「ツールエンジニア　34巻　10号」、（1993年10月）、村上靖典著、大河出版発行、80頁～85頁

【技術分類】

４－６　cBN

【技術の名称】

４－６－２　CBNエンドミルによる焼入鋼・鋳鉄の加工（２－２－４、６－１－１、８－１－１、８－１－３、８－２－２）

【技術内容】

CBNエンドミルの特性と使い方について解説した。

CBN 工具材料は高速切削加工における高温に耐える耐熱性を有するが、強度は比較的低く衝撃的な負荷には強くない特徴を持っている。 cBNをエンドミルとして使用する際の要点は、切込みと送りを小さくして断続切削による工具への衝撃負荷を軽減し、その代わり、高速条件下での耐摩耗性が 高いというcBNの特性を活かし切削速度により加工能率を上げることである。アルミニウム合金へのφ10mm程度のエンドミル加工を想定したとき、２～３ 万/minの回転数が望ましい。

図１に焼入鋼のCBNボールエンドミルによる加工試験結果を示す。切削速度1,000m/min以上の高速条件下の方が摩耗は少ないとする前述の現象が認められる。

鋳鉄に対しても同様な特性を示すため、自動車ボディプレス金型の仕上げ加工にCBNボールエンドミルの高速加工が実用化している。図２ は実際の適用例であるが、回転数、テーブル送りは超硬合金エンドミルの数倍である。１本の工具により大形金型を加工時間数十時間で仕上げている。だだし、 加工はねずみ鋳鉄が主体で黒鉛球状化鋳鉄では顕著な効果は得られない。

【図】

図１　焼入鋼の高速ボールエンドミルの加工結果

出典：「CBNエンドミルの特性と使い方｣、｢ツールエンジニア　36巻　10号｣、（1995年10月）、鴻野雄一郎著、大河出版発行、73頁　図２　焼入鋼の高速ボールエンドミルの加工結果

図２　鋳鉄ボディ金型加工例

出典：「CBNエンドミルの特性と使い方｣、｢ツールエンジニア　36巻　10号｣、（1995年10月）、鴻野雄一郎著、大河出版発行、73頁　表１　鋳鉄ボディ金型加工例

【応用分野】

エンドミル加工

【出典／参考資料】

「ツールエンジニア　36巻　10号」、（1995年10月）、鴻野雄一郎著、大河出版発行、72頁～73頁

【技術分類】

４－６　cBN

【技術の名称】

４－６－３　CBNバイトの切削性能と活用（１－１－１a、６－１－１、７－１－１、８－１－１、８－１－３、８－２－３）

【技術内容】

CBNバイトの基本特性とともに、焼入鋼、鋳鉄、焼結合金の被削材別に切削特性と使用方法を紹介する。

CBN バイトは、その特性から、cBNを80％（体積）以上含みcBN粒子どうしが結合しているものと、50～60％のcBNを含み cBN粒子が結合材中に分散しているものの２グループがある。図１に、この２グループのCBNバイトが適している主な被削材を示す。cBN粒子を多く含む ものは硬さが高いが、一般的な焼入鋼には後者のタイプが適している。

焼入鋼の切削では、低合金鋼の浸炭焼入品や 炭素鋼の高周波焼入品が中心である。高速切削時にクレータ摩耗が発達して切れ刃が欠損する場 合は低速にして摩耗を抑える。熱亀裂による欠損の場合は湿式から乾式に変える。断続切削による材料疲労が原因の欠損は、切削速度と送り速度の調整で改善さ れるが、強度を改善したCBNバイトを使用する、などの対策が有効である。

鋳鉄の切削では、通常のねずみ鋳鉄に 対しても高性能を発揮する。高速加工と長い工具寿命により高価なCBNバイトでもコストダウンが実 現できる。高速切削になるほど工具寿命が増すが、これは、高温になるほど被削材と工具の相対的な強度差が開き、工具にとって有利となるからと考えられる。

焼結合金の切削では、鉄系の焼結合金もCBNバイトの主要な対象である。焼結合金の被削性は鋳鉄と似た側面がある。低硬度・低速側では 焼結ダイヤモンドバイトが、高硬度・高速域ではCBNバイトが適している。CBNバイトがその特徴を発揮するのは、高硬度のエンジン用バルブシート材であ る。

【図】

図１　CBNバイトのグループと適用用途

出典：｢CBNバイトの切削性能とその活用方法｣、｢ツールエンジニア　34巻　10号｣、（1993年10月）、鴻野雄一郎著、大河出版発行、65頁　表２　CBNバイトのグループと適用用途

【応用分野】

焼入鋼、鋳鉄、焼結合金の旋削加工

【出典／参考資料】

「ツールエンジニア　34巻　10号」、（1993年10月）、鴻野雄一郎著、大河出版発行、64頁～67頁

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