JP4704580B2 - Mg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、Mg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法の改善に関し、より詳しくは、切削油剤を使用することなく、また切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない超硬工具により、むしれがなく金属光沢がある表面性状が良好な加工面を得ることを可能ならしめる、アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するJISH5000系に代表されるMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
WCは、一般的にアルミニウムと親和性が高く、WCを主成分とする超硬工具によってアルミニウムを乾式切削加工すると、超硬工具の切削刃の刃先にアルミニウムが激しく凝着するために、アルミニウム材の加工面が荒れるという問題があることが知られている。そこで、超硬工具の切削刃の刃先へのアルミニウムの凝着を低減させるために、例えば超硬工具の切削刃の表面に摩擦係数の低いコーティング膜を形成させたり、掬い角を大きくしたりするというような種々の手段を講じることによって、超硬工具の切削刃の刃先への凝着の凝着を防止しようとしている。
【0003】
しかしながら、このような手段では、超硬工具の切削刃の刃先へのアルミニウムの凝着の低減に対してそれほど大きな効果を期待することができないのに加えて、コーティング膜を形成させるために超硬工具が高コストになり、また掬い角が大きいが故に、超硬工具の切削刃の刃先が欠け易くなるという他の問題が生じるために、特殊な用途に限られている。つまり、切削油剤を用いるのが主流になっている。(従来例1)
【0004】
また、特開平10−249640号公報(従来例2)には、切削刃の刃先の表面にTiAlNからなるコーティング膜を形成させてなるホブにより、120〜400m/minの切削速度で、切削油剤を用いることなく歯切り加工を行うことを可能ならしめるようにした技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例1によれば、上記のとおり、切削油剤を用いるために、むしれがなく金属光沢のある良好な加工面を得ることができる。しかしながら、切削油剤を用いるために製品の製造コストが嵩むのに加えて、作業環境を悪化させるという問題がある。殊に、JISH5000系に代表され、機械的特性の良好さの故に多用されている、アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材の場合には、製品の製造コストや作業環境の観点から、切削油剤を使用することなく、また工具の切削刃に特殊なコーティング膜を形成させることなく、しかもブレーカ(切削により、被切削材から分離して流出する切削屑を、適当な小片に破断させることを目的として、掬い面に設けられた溝、または障害物)を形成させることなくMg系アルミニウム合金材を切削加工することが可能になれば、多大な経済効果が得られる。
【0006】
上記従来例2では、鋼材の歯切り加工という特殊な分野に限定されており、例え同じ鋼材であったとしても、旋削加工やエンドミル加工といった一般的な加工に、適用することができない。まして、用途に応じて、種々の合金元素を添加することによって特性が調整され、実用材として各種のアルミニウム合金材が存在し、その規格も多く、個々の機械的性質が相違するため、加工に際しては、個々の合金に適した加工方法を設定する必要があるアルミニウム合金の加工に対して、このような技術を適用することができない。また、切削刃の表面にTiAlNからなる特殊コーティング膜を形成させる必要があるので、切削工具自体が高コストになるという価格上の問題もある。
【0007】
従って、本発明の目的は、切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない、WCを主成分とする超硬工具により、切削油剤を使用するまでもなく面性状が優れた加工面を得ることを可能ならしめる、Mg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法が採用した手段は、アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材を、−5°以上の掬い角を有し、WCを主成分とすると共に、切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない超硬工具によって、800m/min以上の旋削速度で切削加工することを特徴とする乾式切削加工方法である。
【0009】
また、本発明の請求項2に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法が採用した手段は、 アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材を、−5°以上の掬い角を有し、WCを主成分とすると共に、切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない超硬工具によって、550〜800m/minの切削速度で、かつ前記超硬工具の刃先丸みの直径の4倍以上の送り速度(mm/rev)で旋削加工することを特徴とするMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法である。
【0010】
さらに、本発明の請求項3に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法が採用した手段は、前記Mg系アルミニウム合金材が、JIS H 5000系アルミニウム合金材であることを特徴とする請求項1または2に記載のMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のWCを主成分とする超硬工具によるMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法について説明する。
【0012】
発明者らは、WCを主成分とする超硬工具へのMg系アルミニウム合金の凝着傾向が切削速度の変化に対して、どのように変化するかということを調査した。 Mg系アルミニウム合金材の乾式切削加工に用いた超硬工具1は、切削バイトの平面図の図1(a)に示すように、図示しない旋盤の工具台に支持されるシャンク2の一端側に固着されている。ところで、以下の説明に用いる超硬工具1に係る各名称を、その名称説明図の図1(b)に基づいて定義すると、下記のとおりである。
(1) 掬い角 ;基準面と掬い面とのなす角度αのことである。
(2) 掬い面 :切削屑が擦過する面で、切削を営む主体となる面である。
(3) 刃先の丸み;掬い面と逃げ面とが交差する部分の切れ刃稜線の丸みのこと
である。
【0013】
その結果、切削速度が550m/min未満の場合には、超硬工具の切削刃の刃先端部から掬い面にかけて、凝着高さの高い凝着物が凝着し、切削加工中におけるこの凝着物の凝着と脱落との繰り返しによって、Mg系アルミニウム合金材の加工面に凝着物が付着したり、またむしれが発生したりするために、加工面の性状が悪化するのに加えて、切削抵抗が大きくなる。そして、切削速度が550m/minを超えると、超硬工具の切削刃の刃先端部へのMg系アルミニウム合金の凝着量が急激に減少し、加工面の性状が改善されると共に、切削抵抗が著しく低減するということが判った。
【0014】
このように、切削速度が550m/minを超えると、凝着量が急激に減少し、加工面の性状が改善されると共に、切削抵抗が著しく低減するのは、この切削速度を境界として、超硬工具の切削刃の刃先端部への凝着物の凝着傾向が大きく変化するからである。より詳しくは、この切削速度を超えると、超硬工具の切削刃の掬い面に凝着物が凝着するものの、凝着物の凝着高さが急激に低くなることが、加工面の性状の改善、切削抵抗が著しい低減に寄与していることが判った。また、切削速度が800m/minを超えると、凝着物は完全に薄膜状となるが、550〜800m/minの切削速度領域では凝着物の凝着形態の変移領域であることも判った。
【0015】
また、550〜800m/minの切削速度領域においては、送り速度を超硬工具の切削刃の刃先の丸みの直径の4倍以上にすることにより、凝着物の薄膜化が可能になることも判った。これは、送り速度を大きくすることにより、刃先の丸みによる掬い角の低下が防止されるからである。
【0016】
さらに、切削屑の排出性に大きな影響を与える因子である掬い角が−5°未満の場合には、切削屑の排出性が悪くなって超硬工具の切削刃の刃先端部に凝着物が凝着し易くなる。しかしながら、掬い角が−5°以上の場合には、超硬工具の切削刃の刃先端部に薄膜状の凝着物が形成され、加工面に悪影響を及ぼさないということが判った。ところで、本発明の技術的思想を、アルミニウム合金材に対するWCを主成分とする超硬工具の親和性と同等の親和性を有する素材からなる工具に対して適用できることも判った。アルミニウム合金材に対する親和性がWCを主成分とする超硬工具より低い素材から製造されてなる工具に対して適用し得ることはいうまでもないことである。
【0017】
【実施例】
以下、本発明のWCを主成分とする超硬工具により、アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材を乾式切削加工した実施例を説明する。
P10相当(WC−10%Co)の超硬工具(掬い角;−5°、ノーズ半径;0.8mm、刃先の丸みの直径;22.4μm、コーティング膜;無し)を用いて旋削加工試験を行った。
【0018】
旋削加工試験の切削条件は、下記に示す切削条件1のとおりである。
(1) 被切削材;アルミニウム合金(JISH5052H112)
(2) 切削速度;100,300,550,650,800m/min
(3) 送り速度:0.05,0.1,0.3mm/rev
(4) 切込み量;0.2,0.5,1.0mm
(5) 潤滑条件;乾式(無潤滑)
【0019】
また、本発明による乾式切削加工方法との比較のために、下記に示す切削条件2によって湿式の旋削加工試験を行った。
(1) 被切削材;アルミニウム合金(JISH5052H112)
(2) 切削速度;150,400,650,800m/min
(3) 送り速度:0.1mm/rev
(4) 切込み量;0.5mm
(5) 潤滑条件;湿式(水溶性切削油)
因みに、上記水溶性切削油は、ユシロ科学製のEC50を20倍に希釈したものである。
【0020】
先ず、切削速度の相違による超硬工具の切削性能の変化を見るために、切込み量0.5mm、送り速度0.1mmにおいて、100m/min、300m/min、550m/min、650m/min、および800m/minのそれぞれの切削速度で被切削材の旋削を行って、超硬工具の切削抵抗、および被切削材の切削加工面の面粗さについての調査を行った。
【0021】
この調査で得られた超硬工具の切削抵抗については、超硬工具に作用する主分力(N)と切削速度(m/min)との関係説明図の図2において黒四角印で示すとおりである。また、被切削材の切削加工面の面粗さについては、被切削材の加工面の面粗さと、切削速度(m/min)との関係説明図の図3〔この図3における縦軸の加工面の面粗さの単位は(Rmax ,μm)である。〕において黒四角印で示すとおりである。なお、これら図2および図3中の白丸印は、上記切削条件2による湿式の旋削加工試験結果を示したものである。
【0022】
図2および図3から良く理解されるように、550m/min未満の切削速度領域の場合においては、従来の湿式加工の場合に比較して、切削抵抗が大きくなっており、また被切削材の切削加工面の面粗さも極めて粗くなっていることが判る。それに対して、550m/minを超える切削速度領域においては、切削抵抗、および被切削材の切削加工面の面粗さの何れもが従来の湿式加工の場合と同程度になっていることが判る。
【0023】
また、切削速度の効果に対する切込み量と送り速度との影響をみるために、それぞれの旋切試験によって得られた被切削材の切削加工面の面粗さを目視により評価した。切削速度が800m/minの場合については表1に示すとおりであり、切削速度が550m/minの場合については表2に示すとおりであり、切削速度が300m/minの場合については表3に示すとおりであり、そして切削速度が100m/minの場合については表4に示すとおりである。なお、各表中の白丸印は被切削材の切削加工面にむしれがなく金属光沢があって表面性状が良好であるということを示しており、またバツ印は被切削材の切削加工面にむしれがあり金属光沢がなく表面性状が不良であるということを示している。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
切削速度を800m/min以上にすれば、切削加工面にむしれがなく金属光沢がある被切削材が得られることが上記表1から分かり、また切削速度を550〜800m/minにし、かつ送り速度を0.1mm/rev(刃先の丸みの直径の4倍以上)にすれば、切削加工面にむしれがなく金属光沢がある被切削材が得られることが上記表1および表2から分かる。つまり、表面にコーティング膜が形成されていない、WCを主成分とする掬い角−5°以上の超硬工具を用いて、従来例1のように切削油剤を使用するまでもなく、JIS5000系に代表されるMg系アルミニウム合金材に対して、湿式加工と同程度の切削性能が発揮される。
【0029】
従って、本発明に係る切削方法によれば、上記のとおり、従来例1と異なり切削油剤が不要であるから、製品の製造コストの低減、および作業環境の悪化防止に多大な効果がある。また、従来例2のように、特殊なコーティング膜(TiAlN)を形成させる必要がないから、超硬工具のコストに関しても有利になるという経済効果がある。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削方法によれば、切削速度を800m/min以上にすることにより切削加工面にむしれがなく金属光沢がある被切削材を得ることができ、また本発明の請求項2に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削方法によれば、切削速度を550〜800m/minにし、かつ送り速度を0.1mm/rev(刃先の丸みの直径の4倍以上)にすることにより切削加工面にむしれがなく金属光沢がある被切削材を得ることができる。
【0031】
従って、本発明の請求項1または2に係るMg系アルミニウム合金材の乾式切削方法によれば、従来例1と異なり切削油剤が不要であるから、製品の製造コストの低減、および作業環境の悪化防止に多大な効果があり、また従来例2のように、特殊なコーティング膜(TiAlN)を形成させる必要がないから、超硬工具のコストに関しても有利になるという優れた経済効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工に用いた切削バイトに係り、図1(a)はその平面図、図1(b)は超硬工具の名称説明図である。
【図2】 本発明の実施例に係り、超硬工具に作用する主分力(N)と切削速度(m/min)との関係説明図である。
【図3】 本発明の実施例に係り、被切削材の切削加工面の面粗さ(Rmax ,μm)と、切削速度(m/min)との関係説明図である。
【符号の説明】
1…超硬工具
2…シャンク
Claims (3)
- アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材を、−5°以上の掬い角を有し、WCを主成分とすると共に、切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない超硬工具によって、800m/min以上の切削速度で旋削加工することを特徴とするMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法。
- アルミニウムを主成分とし、マグネシウムを含有するMg系アルミニウム合金材を、−5°以上の掬い角を有し、WCを主成分とすると共に、切削刃の表面にコーティング膜が形成されていない超硬工具によって、550〜800m/minの切削速度で、かつ前記超硬工具の刃先丸みの直径の4倍以上の送り速度(mm/rev)で旋削加工することを特徴とするMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法。
- 前記Mg系アルミニウム合金材が、JIS H 5000系アルミニウム合金材であることを特徴とする請求項1または2に記載のMg系アルミニウム合金材の乾式切削加工方法。
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JPS5240886A (en) * | 1975-09-29 | 1977-03-30 | Toshiba Corp | Cutting method by ultra hard alloy of titanium nitride and cutting too ls |
JPH04201102A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-22 | Nachi Fujikoshi Corp | ダイヤモンド被覆スローアウェイチップ |
JPH08336704A (ja) * | 1995-06-09 | 1996-12-24 | Showa Denko Kk | ダイヤモンド被覆フライス加工チップ |
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- 2001-02-21 JP JP2001044955A patent/JP4704580B2/ja not_active Expired - Lifetime
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