JPS60501450A - サ−モメカニカル機械加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 サーモメカニカル機械加工法 発明の分野 本発明は一般に機械工学に関し、さらに詳細には、被切削面のプラズマアーク予 熱を利用したサーモメカニカル（ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　）機械加 工に関する。

発明の背景 英国のＰＥＲＡカン・母ニーによって開発された「カットファースト（ｃｕｔｆ ａｓｔ　）　Ｊ高速サーモメカニカル機械加工法が知られている。この方法では 、除去される表面は切削工具の前方に陽極点（アノードスポット）のあるプラズ マアークによって予熱される。

この方法は、ｉ切削面のノラズーアークによる局部的予熱とほとんど同時に削９ 屑の除去を行うことにある。切削は熱影響部で行われるので耐熱性工具が使用さ れる。

しかしながら、この方法は高価であり、またプラズマ形成ガスとして純アルゴン を使用するので、その応用には固有の限界がある。

加熱を行表わ々い機械加工に比較して、この方法の機械加工効率は、一定のある いは低減され工具送りでさえ切削速度を増大させることにより改善される。しか し、この切削速度の増大は偏心のある重い不均衡な加工物の機械加工を不可能に する。というのけ、切削速度を増大させると、衝撃荷重が大きくなり、工具の早 期摩耗および破損を招くからである。

また、加工物の回転速度の増大およびそれに伴う衝撃荷重は装置の摩耗を早める ・ 上述の方法では、多くの活性金属たとえばチタンおよびチタン合金の機械加工が できない。何となれば、非常に高い温度に加熱された薄い削りくずは、空気で酸 化される際発熱反応の結果として自己発火性になるからである。さらに、「カッ トファースト」法では、工具が陽極点領域でアルファ層と絶えず接触しているの で工具寿命が低下する。

以上よシ、この公知方法は切削深さおよび幅が小さい片刃切削工具による機械加 Ｊに向いている。

発明の概要 本発明は、被除去面のプラズマアークによる加熱および削シ屑の除去に関する作 業条件を、チタンおよびチタン合金のような活性金属の加工物を含めである量の 偏心を有する重量の大きい不均衡加工物を高い効率でかつ長い工具寿命で深く切 削出来るように選んだサーモメカニカル機械加工法を提供することを目的とする 。

これは、切削工具によシ除去すべき表面を、陽極点を切削工具の前方に局限した プラズマアークによシ予熱するサーモメカニカル機械加工法において、加熱深さ を大きくすると機械加工性が改善されるという事実にかんがみて、加熱および陽 極点の位置決めの・やラメータを、所望の条件および深さに応じて選ぶことを特 徴とする機械加工法によって達成された。

予熱および切削条件の選定により除去すべき加工物表面が所要温度に均一に加熱 され、その結果切削深さの増大が可能になる。これによって最終的にはある量の 偏心を有する不均衡な重い加工物を切削速度を増大させることなく高い効率で機 械加工することが出来るようになる。

また、切削深さを増大させることにより、チタンおよびチタン合金のような活性 金属の加工物を削シ屑の自己発火を引き起すことなく機械加工することが可能に なる。

このように選定された予熱および切削条件によシ、衝撃荷重が切削工具に及ぼす 影響を低減しかつ陽極点領域に形成されるアルファ層が工具に及ぼす影響を回避 して工具寿命を延ばすことが出来る。

定常陽極点のプラズマアークを使用する場合、陽極点寸法は切断幅に換算して、 選定された切断深さの１２〜２．５倍だけ切断幅よシ小さいことが好ましく、切 削工具は、切削速度と被切削面の予熱時間の積に実質的に等しい距離だけ陽極点 から離間させるのが好ましい。

陽極点の寸法および切削工具の位置決めを前述のように選定することによシ、陽 極点により予熱された加工物の部分が、機械加工される加工物の一定の回転速度 で切削工具に達する時間内に、切削領域の温度が均一になシ、切削幅の点でもま た切削深さの点でも加工物の均−子熱が確保される。

そのような均−子熱によう切削条件が最適とカリ、工具摩耗が低減される。

りを使用する場合、切削幅は陽極点の振幅より、切削幅に換算した陽極点寸法と 切削深さの１２〜２５倍との合計値だけ大きいことが好ましく、切削速度は陽極 点の振動数と切削幅に換算した陽極点寸法との積にほぼ等しいことが好ましい。

切削幅と切削速度乞そのように選択すると、特にスライスのようなマルチポイン ト（ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ　）工具によって加工される切削幅を大きくすること になる。

プラズマアークにより生じる火力を最適に使用するためには、プラズマアークは 、その長手方向軸線が加工物の運動方向とそのベクトルと鋭角で一致し、除去す べき加工物表面から溶融金属を吹き飛ばすに５ は不十分な程加工物表面を加熱する、すなわちプラズマア−りにより発生した熱 のすべてが金属の切削領域を加熱するために使用されるように、位置決めされる ことが好捷しい。

発明を実施するための最良の形態 特定の実施態様例によシ本発明をさらに詳細に説明する。

したがって、プラズマア−りの陽極点を切削工具の前方に位置決めして切削工具 で除去すべき加工物の表面をプラズマアークによって予熱するこ七を特徴とする ザーモメカニカル機械加工法が提案される。

切削工具としては、タングステン−コバルトｔたはチタン−コバルト合金または 粉末セラミック材料からつくった切削工具が使用される。

加工物の予熱は、プラズマトロンのプラズマアークによシ行われ、プラズマ形成 ガスとして４〜６気圧の圧縮空気が使用される。

機械加工すべき加工物はテーブルまたは面板に装着される。工作機械およびプラ ズマトロンの運転が開始され、そして切削工具が切削領域に導入される。

本発明によれば、加熱パラメータおよびプラズマアークの陽極点の位置は、加熱 深さが切削領域の加工物物質の機械加工性を高め、それによって切削深さの増大 を可能にするように、所要の切削条件および切削される削り屑の寸法に応じて選 定される。

定常陽極点を用いるプラズマア−りを使用する場合、陽極点の寸法は切削幅に換 算して、切削幅よシ選定された切削深さの１２〜２，５倍の値だけ小さいように 選定される。

切削幅として換算した陽極点寸法が、推奨した値よシ大きいか捷たけ小さい場合 、被除去面は均一に加熱されない。

最初の場合では、被除去面の幅が過熱され、その結果切削工具の摩耗が加速され 、また所要温度に予熱された金属表面を切削工具によって完全に切削することが 出来ない。

第二の場合、すなわち陽極点の幅が推奨値よシ小さい場合、加工物金属の一部は 所望温度に加熱されないま捷切削され、その結果同様に切削工具の寿命が短かく なる。

前述した陽極点の寸法の切削深さ依存性は、切削される金属の熱物理特性、特に 熱伝導率、熱容量、相転移温度等を考慮して決定される。

切削幅が加工物金属の機械加工を容易にする温度に予熱された表面幅と実質的に 等しい場合に、機械加工効率は最大になる。振動陽極点乞用いるプラズマアーク を使用する場合、陽極点の１回の振動内で、切削すべき加工物表面が切削方向で 測定して陽極点寸法に実質的に等しい距離を移動するようにすることによって、 被切削面の均一加熱および切削工具の長い寿命が達成される。

プラズマアークは、その長手方向軸線が、加工物の運動方向とそのベクトルと鋭 角で一致し、被切削面から加工物金属の溶融部分乞吹き飛ばすには不十分な程被 切削面を加熱するのに火力を最大限に使用するように、切削行路に位置決めされ る。言い換えれば、機械加工される加工物の表面にプラズマア−りによって供給 される熱のほとんどは切削領域の加工物金属を加熱するために使用される。

本発明によるザーモメカニカル機械加工法を具体化する特定の例を下記に示す。

例Ｊ 低合金鋼加工物乞切削した。

加工物の寸法。

直径、茄　３．０００ 高さ、腋　６００ 表面うねり、醍　４５ 加工物表面はスカムで被覆されていた。

加熱条件。

プラズマアーク電流、Ａ　３２０ 電圧、Ｖ　１２０ 陽極点寸法、論　１４ 陽極点からカッターまでの距離、ｍ１８０±５プラズマ銃の軸線の傾斜角　７５ 〜９ｏ。

切削条件： 切削速度、ｍ７分　６゜ 送勺（切削深さ）、＋ｍｎ／　ｒｅｖ、　２．４切削幅、霜　２０ タングステン−コバルト合金カッターを使用した。

再研削前のカッター寿命は６０分であった。

例２ 低炭素鋼加工物を機械加工した。

加工物寸法： 直径、ｒＭｌｌ、５５０ 高さ・叫　１，６．００ 表面うねシ、論　４゜ 加工物表面はスカムで被覆されていた。

加熱条件 スラズマアーク電流、Ａ　３００ 電圧、Ｖ　１２０ 陽極点寸法、ｍ　２３〜２５ 陽極点からカッターまでの距離、ｍｍ　１３０±５プラズマ銃の軸線の傾斜角　 ８０〜９ｏ。

切削条件： 切削速度、　ｍ７分　４５ 送シ（切削深さ）、ｍｍ／　ｒｅ　ｖ、　２．４９ 切削幅、■　４゜ チタン−コバルト合金カッターを使用した。再研削前のカッターの寿命は６０分 であった。

例３ 冷間圧延用鋳造品を加工物として用いた（クロム−モリブデン鋼）。

加工物寸法： 直径、ｒｔｖｎ　６８０ 長さ、朔　４，２００ 表面うね９、胴　５０ 加熱条件 プラズマアーク電流、Ａ　３５０ 電圧、ｖ　１４０ 陽極点寸法、ｒＬａｒ１３２〜３４ 陽極点からカッター捷での距離、τ　２８０〜３００プラズマ銃の軸線の傾斜角 　６００ 切削条件。

切削速度、ｍ７分　３０ 送り（切削深さ）、咽／ｒｅｖ、　１．６２〜３２５切削幅、ｒＭ１４０ タングステン−コバルト合金カッターを使用した。

再研削前のカッター寿命は６０分であった。

例４ 直径１，７００ｙ＋ｍの高強度チタン合金の加工物を機械加工した。

加熱条件゛ プラズマアーク電流、Ａ　２８０ 電圧、Ｖ　１００ 陽極点の直径、端　１２ 陽極点からカッターまでの距離、胴　２５０〜２７０プラズマ銃の軸線の傾斜角 ７５゜ 陽極点の振幅、ｍｍ　２４ 振動数、Ｈｚ　５０ 切削条件： 切削速度、ｍ７分　］Ｏ〜１２ 送シ（切削深さ）、個／ｒｅｖ、］、、８切削幅、漏　４０ タングステン−コバルト合金カッターを使用した。

再研削前のカッター寿命は６０分であった。

例５ 高強度ニッケル基合金から直径３５０ｍの加工物を機械加工した。

加熱条件： プラズマアーク電流、Ａ　３００ 電圧、ｖ　１００ 陽極点寸法、笥　４ 陽極点からカッターまでの距離、咽］２０プラズマ銃の軸線の傾斜角　８０゜ １ 切削条件： 切削速度、ｍｙ％　１５ 送９（切削深さ）、諭／ｒｅｖ、１．６〜２２切削幅、間　８ チタン−コバルト合金カッターを使用した。再研削前のカッター寿命は４０分で あった。

例６ 高強度チタン合金加工物を機械加工した。

リング加工物の寸法、朋　２，５００Ｘ３００表面うねシ、鴫　２５ 加熱条件： プラズマアーク電流、Ａ　２００±２０電圧、Ｖ　１２０±１０ カツターの前方の陽極点の寸法、ｍ１１１　２５０±１０フ０ラズマ銃の軸線の 傾斜角　４５゜ 切削条件。

切削速度、ｍ７分　８〜１０ 送シ（切削深さ）、咽／ｒｅｖ、１．２５〜１８切削幅、咽　２５ タングステン−コバルト合金カッターを使用した。

再研削前のカッター寿命は４０分であった。

例７ ステンレス加工物を機械加工した。

加工物寸法。

直径、＋＋＋ｍ　３，３００Ｘ２，８００高さ、論　３００ 加工物の外面は圧延後のままであった。

加熱条件： プラズマアーク電流、Ａ　２４０±２０電圧、ｖ　１２０±１０ 陽極点寸法、聴　１２ プラズマ銃の軸線の傾斜角　４５゜ 切削条件： 切削速度、謔／分　４０ 送り（切削深さ）、解／ｒｅｖ、　］、、　５切５切削陶　２５ タングステン−コバルト合金カッターを使用した。

再研削前のカッター寿命は４５分であった。

前述した例は、本発明による方法によりある量の偏心を以って回転する重い不均 衡加工物を高効率で−機械加工出来ることを示す。本方法で使用される切削工具 の寿命は大幅に延びる。

さらに、提案された方法は、削り屑の自己発火を引き起すことなくチタンおよび チタン合金のような活性金属の機械加工を可能にする。

また、本方法は振動陽極点を用いてプラズマアーク加熱領域を広げることにより 加工物からより広い幅を切削することを可能にする。

本方法のもうＪつの利点は、増大された切削深さにより、表面欠陥たとえばスカ ムおよびスケールを有する加工物を、切削工具寿命に実質的に影響を及ぼすこと なく機械加工することが出来るということである。

産業上の利用可能性 本発明は高強度・硬質金属たとえばチタンおよびチタン合金の荒削りに応用する ことが出来る。

また、本発明は表面熱処理にも利用することが出来る。この場合、所要温度に均 一に加熱された加工物の表面は、切削工具の代勺に装着出来る特殊目的装置（噴 霧器）によシ冷却される。

チ ■出　願　人　バボフ　ユリイ　アルカブイエピッチ ｅａ　Ｍ　人　セレギン　アレクサンドル　フエドロピッチ ■出願人　ジュコフ　レオニド　アレクサンドロピッチ ■出　願　人　ガポネンコ　オルガ　シトロブナ ■出　願　人　トカチェンコ　エレナ　ビクトロブナ ■出願人　テレンコフ　ァレクサンドルイノくノビツチ ■出１ｆ　人　スミチニコフ　ブラデイミルイパノビツチ ソビエト連邦、　１ｉ７０７３．モスクワ、レニンスキイ　プロスペクト。

ディー、１２．クワルチーラ　３２ ソビエト連邦、　１０９５０７．モスクワ、フエルガンスキイ　プロエズド、デ ィー、１７．コルプス　２．クワルチーラ　９６ソビエト連邦、　１２３５９２ ．モスクワ、ウリツア　力トウコバ、ディ＋、　１６．コルプス　２．クワルチ ーラ２１３ソビエト連邦、　１２９２８９．モスクワ、ウリツア　シロカヤ、デ ィー。

５、コルプス　１．クワルチーラ　４７ソビエト連邦、　１４１４２０．スホド ニャ、モスコブス力ヤ　オブラスチ、ウリツア　ビシネバヤ、ディー、１０．ク ワルチーラ　５ソビエト連邦ｙ　１０５０２３．モスクワ、ウリツア　マグニト ゴルスカヤ、３．クワルチーラ　１７ ソビエト連邦、　１０９３８８．モスクワ、ウリツア　クヒミステロバ、ディー 、１＆　クワルチーラ　１７１ ソビエトｉ邦、　１１３１５２．モスクワ、ザゴロドニイ　プロスペクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　切削工具で切削すべき加工物表面を、陽極点を前記切削工具の前方に位置決 めしてプラズマアークによって予熱することを含んでなるサーモメカニカル機械 加工法において、前記被切削面の加熱条件お　５よび前記陽極点の位置決めを、 加熱深さを増大させて切削領域における加工物物質の機械加工性を改善するよう に、所要の切削条件および被除去面の寸法に応じて選定することを特徴とするサ ーモメカニカル機械加工法。 ２　定常陽極点を用いるプラズマアークを使用する場合、該陽極点の寸法が切削 幅に換算して、切削幅よシ選定した切削深さの１．２〜２５倍の値だけ小さく、 そして一定の切削速度で切削過程にある前記切削工具が陽極点に対して、切削速 度と被切削面の加熱時間との積に実質的に等しい距離を置いて配置されることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法０ ３　振動陽極点を用いるプラズマア−りを使用する場合、切削幅が、陽極点の振 幅より、切削幅に換算した陽極点の寸法と選定された切削深さの１２〜２５倍の 値との合計だけ大きいように選定され、そして切削速度が陽極点の振動数と切削 幅に換算した陽極点の寸法との積に等しいように選ばれること乞特徴５ とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４　プラズマアークが、その長手方向軸が加工物の運動とそのベクトルに対して 鋭角で一致するように位置決めされることを特徴とする請求の範囲第２項または ３項に記載の方法。 ｌ