JP2009045715A - 高圧クーラントを用いた切削加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】刃先の少なくとも切削に関与する部分が熱伝導率100W/m・K以上の刃具材料、例えば、cBN焼結体2cやダイヤモンド焼結体で形成された切削工具2を用いてこの工具の刃先を吐出圧力2〜8MPaの高圧クーラント4で冷却しながら被削材1を切削加工するようにした。
【選択図】図1
Description
この問題に対し、クーラントによる通常の冷却を行うだけでは刃先の保護が十分でなく、加工時の熱による工具寿命の低下を抑えることができない。
切削加工の形態は、旋削、ミーリングを問わない。高圧クーラントによる刃先の冷却は、すくい面側から行うと冷却の効果が高い。すくい面は切屑の擦過が起こるのですくい面側を優先的に冷却するとよい。
この発明では、刃先の少なくとも切削に関与する部分が熱伝導率100W/m・K以上の材料で形成された放熱性の良い切削工具を使用するので、刃先に熱が篭り難い。また、高圧クーラントで刃先を冷却しながら加工を行うので冷却効果も高まり、そのために、切削熱による刃先の温度上昇が抑えられる。さらに、クーラントの吐出圧力を2〜8MPaに設定したことによって不足のない冷却効果を得ながら境界欠損を抑制することが可能になる。
そのPCDも熱伝導率が100W/m・Kを超えたものを使用する。PCDは、ダイヤモンド粒子の粒径にもよるが、熱伝導率が200〜400W/m・K程度と非常に大きいものがある。cBN工具も熱伝導率が200W/m・Kを超えるものがあり、これらの材料で切れ刃を構成した工具を使用するとより優れた放熱効果が得られる。
〜7MPaとする。その吐出圧力が2MPa以上でクーラント4による刃先の冷却が不足なくなされ、また、その吐出圧力を最大で8MPaまでとすることで工具の境界欠損を減少させることができる。
・純チタン=15W/m・K
・Ni54.0−Cr18.0−Mo3.0−Fe18.5−Ti0.9−Al0.5−Nb+Ta5.1の組成の析出硬化型Ni合金(インコネル社、商品名インコネル718)=14.6W/m・K
・ステンレス鋼=15〜26W/m・K
これらの材料は、S45C(その熱伝導率=50W/m・K)などに比べると熱伝導率が著しく低く、そのため、切削熱が工具に吸収されて工具刃先に熱が篭り易い。また、チタンやチタン合金などは化学的活性が高く、高温になると工具との反応がより促進される。そのため、摩耗が進行し易い。この発明の加工方法によれば、この種の材料の加工でも工具寿命の低下が抑制される。
−実施例1−
以下の5種類の焼結体A〜Eを作製・加工して刃先の切削に関与する部分がその焼結体
からなる、ISO規格 CNGA120412 の形状の切削工具(切削用チップ)を得た。
A:cBN粒子含有量65vol%のcBN焼結体
B:cBN粒子含有量90vol%のcBN焼結体
C:cBN粒子含有量99vol%以上のcBN焼結体
D:ダイヤモンド粒子の平均粒径が2μmのダイヤモンド焼結体(PCD)
E:ダイヤモンド粒子の平均粒径が10μmのダイヤモンド焼結体(PCD)
この評価試験での工具寿命は、逃げ面摩耗量が0.2mmを超えた場合、或いは、工具刃先が欠損した場合とし、寿命までの総切削距離で判定した。
その結果を表1に示す。なお、切削距離2.0km未満で寿命が尽きた工具については、逃げ面摩耗量の評価欄を空欄にしている。
・被削材:Ti−6Al−4Vの組成のチタン合金丸棒(熱伝導率7.1W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=100m/min
・切り込み:d=0.5mm
・送り:f=0.12mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa〜9.0MPa
高くて刃先が過剰に冷却されることで切屑が接触したときと接触しなかったときの刃先温度の差が大きくなり、熱振動のような効果が生じた結果、境界部に亀裂が発生して欠損に至ったと考えられる。クーラント吐出圧力が8MPaを超えたサンプル8も、同様の理由で切削距離が2kmに達する前に境界欠損が生じたと考えられる。
実施例1の焼結体E(ダイヤモンド粒子の平均粒径が10μmのPCD)を加工して刃先の切削に関与する部分がそのPCDからなる、ISO規格 TPGN160308 の形状の切削工具(切削用チップ)を得た。
テスト(1)
−切削条件−
・被削材:Ti−6Al−4Vの組成のチタン合金丸棒(熱伝導率7.1W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=130m/min
・切り込み:d=0.7mm
・送り:f=0.10mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
テスト(2)
−切削条件−
・被削材:超硬合金丸棒(熱伝導率50W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=20m/min
・切り込み:d=0.15mm
・送り:f=0.15mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
テスト(3)
−切削条件−
・被削材:アルミニウム合金丸棒(熱伝導率200W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=750m/min
・切り込み:d=0.3mm
・送り:f=0.10mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
実施例1の焼結体C(cBN粒子含有量99vol%以上のcBN焼結体)を加工して刃先の切削に関与する部分がそのcBN焼結体からなる、ISO規格 SNGN120408 の形状の切削工具(切削用チップ)を得た。
テスト(4)
−切削条件−
・被削材:Ti−6Al−4Vの組成のチタン合金丸棒(熱伝導率7.1W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=180m/min
・切り込み:d=0.5mm
・送り:f=0.15mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
テスト(5)
−切削条件−
・被削材:Ni基合金(インコネル社製商品名:インコネル718)丸棒(熱伝導率14.6W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=150m/min
・切り込み:d=0.25mm
・送り:f=0.15mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
テスト(6)
−切削条件−
・被削材:鉄系焼結合金(熱伝導率40W/m・K)
・切削形態:外径旋削
・切削速度:V=120m/min
・切り込み:d=0.2mm
・送り:f=0.10mm/rev
・クーラント:水溶性エマルジョンタイプ切削液
・クーラント吐出圧力:0.3MPa,6.8MPa
2 切削工具
2a シャンク
2b チップ
2c cBN焼結体
3 クーラント噴射用ノズル
4 クーラント
Claims (4)
- 刃先の少なくとも切削に関与する部分が熱伝導率100W/m・K以上の刃具材料で形成された切削工具を用いてこの切削工具の刃先を吐出圧力2〜8MPaの高圧クーラントで冷却しながら被削材を加工する切削加工方法。
- 刃先の少なくとも切削に関与する部分が熱伝導率200W/m・K以上の刃具材料で形成された切削工具を用いて被削材を加工する請求項1に記載の切削加工方法。
- 前記高圧クーラントの吐出圧力を5〜7MPaに設定して被削材を加工する請求項1又は2に記載の切削加工方法。
- 熱伝導率が30W/m・K以下の被削材を加工する請求項1〜3のいずれかに記載の切削加工方法。
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2007
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