(57)【要約】【課題】バリの発生を抑制できる切削加工方法及び切削加工用被削材を提供する。【解決手段】鉄系金属からなる被削材への正面フライス加工方法であって、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくことを特徴とする、正面フライス加工方法。好ましくは、熱処理により、硬度（Ｈｖ）が６００以上の硬化領域を形成する。また、好ましくは熱処理がレーザ照射処理である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系金属からなる被削材への正面フライス加工方法であって、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくことを特徴とする、正面フライス加工方法。
【請求項２】
熱処理により、硬度（Ｈｖ）が６００以上の硬化領域を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
熱処理がレーザ照射処理である、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
鉄系金属が炭素鋼である、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法
【請求項５】
鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなる、正面フライス加工用被削材。
【請求項６】
熱処理により、硬度（Ｈｖ）が６００以上の硬化領域が形成されてなる、請求項５記載の正面フライス加工用被削材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバリの発生を抑制することができる正面フライス加工方法及び正面フライス加工用被削材に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工時に発生するバリは、製品の品質低下だけでなく後続工程の障害になるうえ、バリ取り作業を追加することで生産コストの上昇の要因となる。したがって、仕上げ切削において発生するバリを抑制することは、表面品位や加工能率を考える上で非常に重要である。その対策としてバリを全く発生させない切削条件を見出すことが理想的である。しかし、そのような条件を見出すことは容易ではなく、そのため、現状では発生するバリをできる限り小さくすることによって、切削後に行うバリ取り作業に掛かる負担を小さくする手法が取られている。このような観点から、これまでにコンピュータシミュレーションを用いたバリの発生機構に関する解析（非特許文献１）や、実験的に切削条件とバリ発生の関係（非特許文献２〜６、９）を調査した研究がある。しかしながら、バリを小さく抑えることができても、少しでもバリが生成されればバリ取り作業を行う必要があり、必ずしも加工能率の向上にはつながらない。また、レーザを用いたバリの除去手法（非特許文献７）についての研究もある。この方法は、レーザ切断を応用した方法であり、エアジェットを併用していることから複数の装置が必要となりデブリの飛散も問題となる。
【０００３】
このように、従来から、切削加工で発生するバリを小さく抑える方法や発生したバリをいかにして除去するかについての研究が行われているが、バリの発生自体を抑制する（すなわち、バリを発生させない）有効な方法は未だ見出されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】橋村雅之，上田完次，真鍋圭司，デビッド A. ドーンフェルド(David A. Dornfeld），「二次元切削におけるばり生成機構の解析」，精密工学会誌，社団法人精密工学会，2000年2月，第66巻，p.218-223
【非特許文献２】郭-梁陳（Gwo-Lianq Chern），「アルミニウム合金の正面フライス加工におけるバリ形成メカニズムの実験観察と解析」，日本機械学会誌, 社団法人日本機械学会，2006年，第46巻，p.1517-1525
【非特許文献３】Ｏ．オルベライ（O. Olverai），Ｇ．バロー（G. Barrow），「スクエアショルダーの正面フライス加工におけるバリ形成の実験的研究（An Experimental Study of Burr Formation in Square Shoulder Face Milling）」, インターナショナル ジャーナル オブ マシーン アンド マニファクチャー（International Journal of Machine Tools and Manufacture），1996年，第36巻，第9号，p.1005-1020
【非特許文献４】郭-梁陳（Gwo-Lianq Chern），「直交切削の出口付近のエッジ吹き出物とバリ形成のメカニズムに関する研究（Study on mechanisms of burr formation and edge breakout near the exit of orthogonal cutting）」， ジャーナル オブ マテリアルズ プロセシング テクノロジー(Journal of Materials Processing Technology)，2006年，第176巻 2006年 p.152-157
【非特許文献５】三宅輝明，山本章裕，岸本和一郎，山中啓市，高野乾輔，「正面フライス加工におけるバリ形成に関する研究(第1報)−バリ生成条件と生成機構について−」，精密工学会誌，社団法人精密工学会，1998年，第53巻，第１号，p.98-104
【非特許文献６】イ・スンファン（Seoung Hwan Lee），デビッド A.ドーンフェルド（David A. Dornfeld），「高精度レーザーバリ取り（Precision Laser Deburring）」，製造科学技術ジャーナル（Journal of Manufacturing Science and Engineering），2001年，123巻，p.601-608
【非特許文献７】矢島悦次郎ほか著，「若い技術者のための機械・金属材料」，第2版，丸善，2004年，ｐ．148
【非特許文献８】田中隆太郎，ヤンチュアン リン（Yongchuan LIN），田邊一真，上田隆司，細川晃，「レーザ熱処理による切りくず処理性の改善に関する基礎的研究」，精密工学会誌，社団法人精密工学会，2007年，第73巻，第9号，p.1025
【非特許文献９】「正面フライス加工で生成されるバリとその処理」，（財）機械進行協会技術研究所，平成２年３月，加工技術データファイル，平成２年度事例追補  切削加工編  事例番号１４２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、バリの発生を抑制できる切削加工方法及び切削加工用被削材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意研究をした結果、正面フライス加工において被削材のカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくと、加工後の被削材の仕上げ面の端部（仕上げ面とカッタ出口面の境界のエッジ部）にバリが発生しなくなることを知見し、かかる知見に基づいてさらに研究を進めることで本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）鉄系金属からなる被削材への正面フライス加工方法であって、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくことを特徴とする、正面フライス加工方法、
（２）熱処理により、硬度（Ｈｖ）が６００以上の硬化領域を形成する、上記（１）記載の方法、
（３）熱処理がレーザ照射処理である、上記（１）又は（２）記載の方法、
（４）鉄系金属が炭素鋼である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法、
（５）鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなる、正面フライス加工用被削材、及び
（６）熱処理により、硬度（Ｈｖ）が６００以上の硬化領域が形成されてなる、上記（５）記載の正面フライス加工用被削材に、関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の正面フライス加工方法によれば、バリを発生させることなく、切削加工を行うことができる。従って、切削加工後のバリ取り作業を不要にすることができ、加工能率を向上させることができる。
【０００９】
また、被削材を複数回切削して加工をする場合でも、被削材のカッタ出口面における最終の切削での切取り予定線付近に熱処理を行っておけば、それ以前の切削でバリが発生していても、最終の切削においてバリの発生を抑制することができるので、総切削量の多い（総切込みの長さが大きい）加工を行う場合でも、バリのない製品を確実に得ることができる。
【００１０】
また、切削後の仕上げ面の表面粗さは熱処理の影響をほとんど受けないため、所望の表面粗さの仕上げ面を有し、かつ、バリの無い製品を製造することができる。
【００１１】
また、本発明の正面フライス加工方法は、被削材のカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を予めレーザ照射等の熱処理によって硬化させておくだけでよいので、工業的に実施することも容易である。
【００１２】
また、本発明の正面フライス加工用被削材は、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近が熱処理により硬化されているので、かかる硬化領域からカッタを出刃させる正面フライス加工を行うことによって、バリのない製品を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の正面フライス加工方法を模式的に示した斜視図である。
【図２】図２は本発明の正面フライス加工方法において、レーザ熱処理により硬化領域を形成した被削材（炭素鋼S45C）の一例の硬化領域の断面写真である。
【図３】図３は図２の被削材（炭素鋼S45C）が正面フライス加工でその硬化領域にて切取りが行われた後の断面写真である。
【図４】図４は本発明の正面フライス加工方法での切削方式の一例を示す図である。
【図５】図５（ａ）はレーザ熱処理を行っていない被削材（炭素鋼S45C）に正面フライス加工を行った後の被削材端部のＳＥＭ画像（比較例）、図５（ｂ）は高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）に正面フライス加工を行った後の被削材端部のＳＥＭ画像（実施例１）である。
【図６】図６はレーザ変位計を用いて測定した被削材端部の断面形状を示し、レーザ熱処理を行っていない被削材（炭素鋼S45C）の切削後の端部（比較例）、高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）の切削後の端部（実施例１）、及び低エネルギー密度（５７Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）の切削後の端部（実施例２）を示す図である。
【図７】図７は被削材のカッタ出口面におけるバリの被削材長さ方向の高さの分布を示し、レーザ熱処理を行っていない被削材（炭素鋼S45C）におけるバリの高さ分布（比較例）、高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）におけるバリの高さ分布（実施例１）及び低エネルギー密度（５７Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）におけるバリの高さ分布（実施例２）を示す図である。
【図８】図８は切削後の被削材端部断面の組織写真を示し、図８（ａ）はレーザ熱処理をしていない被削材（炭素鋼S45C）の切削後の端部断面写真（比較例）、図８（ｂ）は低エネルギー密度（５７Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）の端部断面写真（実施例２）、および図８（ｃ）は高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）の端部断面写真（実施例１）である。
【図９】図９は切込みを変化させて切削したときの切削距離によるカッタ出口面に生じたバリの高さの変化を示す図である。
【図１０】図１０は最終切取り予定線に沿って高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）に対する切削パス数の増加にともなうバリ高さの推移を示す図である。
【図１１】図１１はレーザ熱処理をしていない被削材（炭素鋼S45C）と高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）における切削時における接線方向の切削抵抗を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）はレーザ熱処理をしていない被削材（炭素鋼S45C）の切りくずの形状および硬度を示す図、図１２（ｂ）は高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）の切りくずの形状および硬度を示す図である。
【図１３】図１３はレーザ熱処理が仕上げ面粗さへおよぼす影響を示す図であり、高エネルギー密度（５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材（炭素鋼S45C）及びレーザ熱処理をしていない被削材（炭素鋼S45C）についての切込みと仕上げ面粗さ（Ｒｚ、Ｒａ）の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の正面フライス加工方法は、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておき、その硬化領域からカッタを出刃させて切り取りを行うようにしたものである。
【００１５】
また、本発明の正面フライス加工用被削材は、鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなるものである。
【００１６】
本発明において、「被削材」とは、熱処理によって硬化される、すなわち、焼入れ可能な材料であれば特に限定されるものではないが、熱処理条件により硬化の程度（硬化の進行度）を制御しやすい、等の観点から、鋼（炭素鋼、合金鋼）、鋳鉄等の鉄系金属が好適であり、具体的には、機械構造用炭素鋼、軸受鋼、フェライト型ステンレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、クロム・モリブデン鋼、ニッケル・クロム鋼等が挙げられる。
【００１７】
図１は本発明の正面フライス加工方法を模式的に示した斜視図である。
図１に示されるように、被削材１に対してフライスカッタ（図示せず）が矢印Ａの方向に回転して点線Ｂで示す経路で切削がなされる。本発明では、被削材１のカッタ出口面１Ａにおける切取り予定線２付近を例えばレーザ照射等による熱処理によって硬化させておき、その硬化領域（熱処理領域）３からフライスカッタを出刃させる。
【００１８】
図２はレーザ出力（Ｑ）：５００Ｗ、スポット径（Ｄ）：１．１ｍｍ、走査速度（Ｓ）：１２．５ｍｍ／秒でレーザを照射して硬化領域３を形成した炭素鋼Ｓ４５Ｃからなる被削材の一例の断面写真（カッタ出口面１Ａに対して垂直方向に切断した断面の写真）であり、硬化領域３は被削材１のカッタ出口面１Ａから深さ方向に形成された、カッタ出口面１Ａにおける幅が約０．６ｍｍの略半円状のマルテンサイト領域３Ａ（最大深さ：約０．１５ｍｍ）と、該マルテンサイト領域３Ａの周囲に形成された未マルテンサイト領域３Ｂ（幅が約０．２ｍｍ）とを含む。ここでいう、未マルテンサイト領域３Ｂの幅とは、断面写真上でのマルテンサイト領域３Ａの外周の輪郭と直交する方向の寸法である。なお、図２中の符号４は被削材１の断面形成（切断）の際に被削材１を包埋するために使用した樹脂材料である。
【００１９】
このように被削材１のカッタ出口面１Ａの切取り予定線２付近を予め熱処理により硬化させておき、その硬化領域３からカッタを出刃させると、図３に示されるように、被削材１の仕上げ面１１の端部（仕上げ面１１とカッタ出口面１Ａの境界のエッジ部）１２にバリを発生させることなく、被削材１が仕上げ加工される。なお、図３は、図２の示す被削材１を、切削速度（Ｖ）：１００ｍ／ｍｉｎ、切込み（ａ）：０．４ｍｍ、被削材の送り速度（ｆ）：０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈで切削した得られた加工品である。
【００２０】
本発明において、熱処理による硬化領域の形成は、作業性、効率、硬度制御が容易等の点から一般的にはレーザ照射（レーザ熱処理）によって行われるが、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近の選択的な熱処理が可能であれば、レーザ照射以外の他の方法、例えば、電子ビーム照射等で行ってもよい。
【００２１】
切削加工での切削後の被削材の端部の形状を決定する要因の一つとして被削材の機械的性質がある（非特許文献７参照）。一般に、硬度が低く延性が高い被削材を切削すると、カッタが出口面に近づくと端部に大きな塑性変形が生じバリが発生する。硬さが増大すると延性が低下し、塑性変形が生じる領域が小さくなるためバリは小さくなる。さらに被削材の硬さが増大し脆性を示すようなると、脆性破壊によりコバ欠けが発生する。本発明方法において、バリの発生を抑制できるのは、被削材１のカッタ出口面１Ａの切取り予定線２付近が熱処理によって硬化しており、フライスカッタがその硬化領域３を通過することから、被削材のカッタ出口面より出刃する際の延性が低下し、塑性変形が生じる領域が小さくなるためと考えられる。
【００２２】
被削材１における切取り予定線２付近の硬化領域３の硬化の程度は、被削材１の種類、フライスカッタ（特に先端工具（硬質チップ））の材質等によっても異なるが、一般的には、硬化領域３の硬度はＨｖ６００以上であるのが好ましい。より具体的には、被削材が炭素鋼又は合金鋼の場合、硬化領域３の硬度はＨｖ６００以上が好ましく、Ｈｖ６５０以上がより好ましく、Ｈｖ６８０以上が特に好ましい。なお、硬化領域３の硬度の上限は特に制限はされないが、コバ欠けが過大になるのを抑制する観点からＨｖ７００以下が好ましい。
【００２３】
なお、本明細書中でいうＨｖ（ビッカース硬度）は、荷重３００ｇ、保持時間５秒の条件で測定した値である。
【００２４】
また、硬化領域３は、少なくとも一部がマルテンサイト又はベイナイトへの組織変態が生じる状態に硬化がなされているのが好ましい。
【００２５】
本発明において、熱処理による硬化領域３は、被削材の仕上げ面の端部にバリを発生させないために形成するものであり、必要以上に大きくなると、被削材を切削して得られる加工製品に本来不要な硬化部分が大きく残存してしまう。したがって、硬化領域３は被削材のカッタ出口面よりカッタが出刃する際の延性が十分低下し、塑性変形が生じる領域が十分に小さくなる範囲で、できるだけ小さく形成するのが好ましく、硬化領域３は被削材１のカッタ出口面１Ａにおいて、切取り予定線２を軸線とする幅が０．５〜１．５ｍｍ程度の帯状となり、かつ、カッタ出口面１Ａからの深さが０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲内となるように形成するのが好ましい。なお、カッタ出口面１Ａにおける幅が０．５〜１．５ｍｍ程度の帯状領域において、切取り予定線２を含む幅が０．５〜１．０ｍｍ程度の中心領域が少なくともマルテンサイト領域になっているのが好ましく、より好ましくは帯状領域全体がマルテンサイト領域になっているのが好ましい。
【００２６】
本発明において、被削材１の熱処理をレーザ照射により行う場合、レーザ発振器は特に限定されず、炭酸ガスレーザ、アルゴンレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ルビーレーザ等を使用できるが、なかでも、加工に必要な大きな熱エネルギーが得られやすい（高出力を得やすい）点から、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザが好ましい。また、レーザの照射条件（レーザ出力、スポット径、走査速度等）は、被削材１の種類、所望の硬度等に応じて適宜設定されるが、例えば、被削材が炭素鋼や合金鋼である場合、レーザ出力は３００〜１０００Ｗ、スポット径は１．０〜１．５ｍｍ、走査速度は１０〜５０ｍｍ／秒の範囲内で選択され、エネルギー密度が１０２〜１０３Ｗ／ｍｍ２、処理時間１０−３〜１０−２ｓとなるようにレーザを照射するのが好ましい。
【００２７】
なおレーザ照射を行う前に、被削材の表面におけるレーザの吸収率を高めるために、カーボン系吸収剤等のレーザ吸収剤を塗布してもよい。レーザ吸収剤は市販品を使用することできる。
【００２８】
本発明において、正面フライス加工におけるフライスカッタ、フライスカッタの先端に取り付ける工具（硬質チップ）等は特に限定されず、従来から汎用のものを制限なく使用できるが、工具（硬質チップ）はＴｉＮコーテッド超硬合金等が好ましい。
【００２９】
後述の実験例からも明らかなように、本発明方法ではバリを発生させない切削加工が可能である。コバ欠けを生じることがあるが、コバ欠けは微小なもので、加工して得られる製品に支障をきたすものではない。また、本発明方法は、バリの発生を完全に無くすことができない場合でも、熱処理による硬化（焼入硬化）の程度によって、バリを極めて微小なものにすることができる。すなわち、被削材を加工して得られる製品の端部（エッジ部）の形状を制御することが可能である。
【００３０】
以下、実施例及び比較例を含む実験例を示して本発明をより具体的に説明するが、下記の実施例はあくまで一例であり、下記の実施例によって本発明は限定されるものではない。
【００３１】
[実験例１]
（実験条件）
下記の表１に実験で使用した被削材（炭素鋼ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ）の化学成分および硬度を示す。被削材は、熱間鍛造の後、８５０℃で５時間保持後、保冷、焼きならしをした。硬さ（硬度）は、Ｈｖ２４０であった。
【００３２】
【表１】
2010253597.tif 000003
【００３３】
また、下記の表２にレーザ照射条件を示す。なお、レーザの照射を行う前に、被削材の表面におけるレーザの吸収率を高めるためにカーボン系吸収剤（石原薬品（株）製、UNiCON レーサ゛ーノント゛ロス371）を塗布した。炭酸ガスレーザ加工機を用い、出力１００Ｗ、スポット径１．５ｍｍ（エネルギー密度：５７Ｗ／ｍｍ２）および出力５００Ｗ、スポット径１．１ｍｍ（エネルギー密度：５２６Ｗ／ｍｍ２）の２条件で照射を行った。レーザ走査速度（Ｓ）は１２．５ｍｍ／ｓで一定とした。
【００３４】
【表２】
2010253597.tif 000004
【００３５】
図１に示すように、レーザ熱処理は、被削材１のカッタ出口面１Ａの端部に沿った切取り予定線２上に連続発振にて行った。図１中の矢印Ｃは切削距離を示し、寸法ａは切込みを示す。
表３に切削条件を示す。
【００３６】
【表３】
2010253597.tif 000005
【００３７】
ＴｉＮコーテッド超硬合金工具Ｍ２０（工具形状TEEN1603PETR1）を直径５０ｍｍのカッタ（三菱マテリアル（株）製SE300R503S32）に取付け、切削速度Ｖを１００ｍ／ｍｉｎ、送り速度ｆを０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈとして、切込みａを０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの間で変化させ、乾式で正面フライス加工を行った。被削材の寸法は、幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍである。
【００３８】
図４に切削方式を示す。図４中、図１と同一符号は同一または相当する部分を示し、矢印Ｄは被削材１の送り方向を示す。フライスカッタ（図示せず）の回転中心５を被削材１の中心線６から切れ刃入口側へ９．２ｍｍ移動させ、出口角７が１４０°となる状態で正面フライス加工を行った。切取り予定線２に沿ってレーザ熱処理された被削材を正面フライス加工し、レーザ熱処理していない被削材を切削した場合と比較して、発生するバリへおよぼす影響について検討を行った。切削後の端部形状の観察は、レーザ変位計(KEYENCE（（株）キーエンスジャパン）製 LK-080)による測定と熱硬化性樹脂に埋め断面を研磨した後顕微鏡(KEYENCE（（株）キーエンスジャパン）製 VH-5910)により観察する方法で行った。
【００３９】
また、被削材へのレーザ熱処理が切削状態へおよぼす影響を調べるために切りくずの観察、仕上げ面粗さの測定および切削抵抗の測定も行った。切削抵抗は、圧電式センサ型３成分工具動力計（KISTLER（日本キスラー（株））製 Type 9257A）を用いて測定した。
【００４０】
（結果と考察）
（１）レーザーによる炭素鋼の熱処理特性
図２はレーザー熱処理後の炭素鋼S45Cの断面写真である。写真はレーザー走査方向と垂直な面を示し、ナイタル溶液により腐食後のものである。図から、母材である初析フェライト＋パーライトの組織の中に、レーザ照射によって変色した半円状の領域が確認できる。この変色した半円状の領域は、表面の近い部分に完全にマルテンサイト化した領域と、熱影響は受け変色しているがマルテンサイト化には至っていない領域のふたつの領域に分かれている。この変色した２つの領域の硬度はいずれも母材（炭素鋼S45）の硬度（Ｈｖ：約２４０）より高く、表面に近いマルテンサイト組織の領域においては、その最大硬度は約Ｈｖ７００であった。これにより、レーザー照射により被削材を部分的に熱処理でき、硬化させることが可能であることが確認できた。
【００４１】
（２）レーザ熱処理がバリの発生におよぼす影響
図５は正面フライス加工後の炭素鋼S45C端部のＳＥＭ画像を示す。図５（ａ）に示すように、レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、端部にバリが発生していることが確認された（比較例１）。一方、レーザ熱処理（エネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2）を行った被削材を切込み０．５ｍｍで切削した場合、図５（ｂ）のように、端部にバリはほとんど見られず、幅０．２ｍｍ、高さ０．１ｍｍ程度の大きさの微小なコバ欠けが生じていた（実施例１）。
【００４２】
図６はレーザ変位計を用いて測定した被削材端部の断面形状の一例を示す。レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、端部に高さおよそ０．６ｍｍのバリが発生している。一方、高エネルギー密度（エネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、バリはなくコバ欠けが生じている（実施例１）。また、低エネルギー密度（エネルギー密度ｑ：５７Ｗ／ｍｍ2）のレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、バリが生じていることがわかる。しかし、その大きさはレーザ熱処理を行っていない場合と比べるとかなり小さい（実施例２）。
【００４３】
図７はカッタ出口面に生じたバリの被削材長さ方向の高さの分布を示す。任意の切削距離において断面形状をレーザ変位計で測定し、カッタ出口面に生じるバリの高さの分布を調べた。なお、コバ欠けが生じた場合は、高さを負の値として評価した。レーザ熱処理を行っていない被削材の場合、最大で０．７ｍｍ程度の高さのバリが生じた（比較例１）。これに対し、レーザのエネルギー密度が低い場合（エネルギー密度ｑ：５７Ｗ／ｍｍ2）、バリ高さは最大で０．１ｍｍ程度となり（実施例２）、レーザ熱処理を行っていない場合と比べると大幅にバリ高さが減少した。高エネルギー密度（エネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザで熱処理を行った被削材を切削すると、バリは発生せず０．１ｍｍ程度の微小なコバ欠けが生じた（実施例１）。このように、切削後の被削材端部の形状は切削する前に行う被削材へのレーザ照射により多大な影響を受け、バリの抑制も可能であることがわかった。
【００４４】
図８は切削後の被削材端部断面の組織写真を示す。写真は工具の送り方向と垂直な面を示しており、ナイタル溶液により腐食後のものである。レーザ熱処理をしていない被削材では、端部に大きなバリが生じた（図８（ａ）、比較例１）。高エネルギー密度（エネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2）のレーザ照射した被削材を切削すると、熱影響を受けた領域のうち、マルテンサイト組織においてコバ欠けが発生した（図８（ｃ）、実施例１）。一方、エネルギー密度が低い場合（エネルギー密度ｑ：５７Ｗ／ｍｍ2）では、切削後の端部に微小なバリが発生し、バリ周辺にはマルテンサイト組織がほとんど存在していないことがわかった（図８（ｂ））、実施例２）。したがって、バリの発生を無くすには、硬化領域の表層に少なくともマルテンサイト組織が形成さるように熱処理を行うことが好ましいことが分かった。
【００４５】
図９は切込みａを０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で変化させて切削したときの切削距離によるカッタ出口面に生じたバリの高さの変化を示す。レーザ熱処理はエネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2で行い、レーザ熱処理の中心が仕上げ面となるように（すなわち、図１に示す熱処理により形成される帯状の硬化領域３の軸線となる切取り予定線２が仕上げ面に含まれるように）レーザ熱処理を行った。レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、切込みａの違いにより生成されるバリの大きさが異なっている。また、切込みａが増加していくとバリの大きさも高くなるが、切込みａが０．６ｍｍよりも大きくなるとバリの高さが減少している。これは、バリの先端が分離することで形成される二次バリによるものと考えられる（非特許文献２、３、５参照）。一方、レーザ熱処理（エネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2）を行った被削材を切削すると、切込みの大きさに関わらず、切削後の被削材の端部はバリを発生せず、微小なコバ欠け状となることがわかった。
【００４６】
図１０は切削パス数の増加にともなうバリ高さの推移を示す。被削材には切削を行う前に最終切取り予定線（６回目の切削での切取り予定線）に沿ってレーザ熱処理を行った。レーザ熱処理はエネルギー密度ｑ：５２６Ｗ／ｍｍ2で行った。切削開始前にはバリは無かった。切削開始にともない、バリが発生し、切削パス数が増加してもバリはほぼ一定の高さを示した。最後の切削となる６回目の切削後の被削材の端部においてバリは発生せず、微小なコバ欠けとなった。このことから、切削前の被削材にバリが発生していても、被削材のカッタ出口面とする面における製品の仕上げ面に充当する最終切取り予定線に対してのみレーザ熱処理を行って硬化領域を形成すれば、バリの発生の抑制が可能であることがわかった。
【００４７】
（３）レーザ熱処理が切削抵抗および仕上げ面粗さへおよぼす影響
図１１は切削時における接線方向の切削抵抗を示す。レーザ熱処理した被削材を切削すると切削終了時にパルス状に切削抵抗が増加する部分が見られた。これは、工具刃先の前方に高硬度部分が存在することで、被削材の変形形態が影響を受け、切削抵抗が瞬間的に増加したと考えられる。
【００４８】
図１２は切りくず形状および硬度を示す。図１２（ａ）はレーザ熱処理なしの被削材を切削して得られた切りくずの写真、図１２（ｂ）はレーザ熱処理した被削材を切削して得られた切りくずの写真であり、レーザ熱処理した被削材を切削すると切りくずの端部にレーザ熱処理を受けた部分が観察された（図１２（ｂ））。切りくずは切削中に受ける塑性変形により加工硬化し、被削材よりも高い硬度を示した。切削前の被削材の硬度はＨｖ２４０、切りくずの硬度はＨＶ３００程度であった。切りくずの端部の硬度を測定するとＨｖ６５０程度であったことから、コバ欠けとなった部分は切りくずとともに被削材から分離されることがわかった。
【００４９】
図１３はレーザ熱処理が仕上げ面粗さへおよぼす影響を示す。図には算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚを示した。いずれも１０点測定を行いその平均値を示した。Ｒｚについてはレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、レーザ熱処理を行っていない場合と比べ粗さが小さくなる場合も見られるが、レーザ熱処理の有無にかかわらずほぼ同程度の粗さを示すことがわかった。炭素鋼S45Cの旋削加工においては、被削材にレーザ熱処理を行うと若干ではあるが仕上げ面粗さが小さくなる傾向が認められている（非特許文献８）。しかし、今回の正面フライス加工において、この傾向があらわれなかったのは、切削方式が断続切削であり、被削材の幅が２０ｍｍと小さく、一回の切削が比較的短い時間で終了するために、被削材の凝着が少なかったことが考えられる。
【符号の説明】
【００５０】
１  被削材
１Ａ  カッタ出口面
２  切取り予定線
３  硬化領域（熱処理領域）
３Ａ  マルテンサイト領域
３Ｂ  未マルテンサイト領域
ａ  切込み
【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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