(57)【要約】【課題】ダイヤモンド工具等の高価な工具を用いることなく、一般的な超硬工具を用いる範囲において、従来よりも高速での高効率切削条件で切削が可能なチタン及びチタン合金の高効率切削方法を提供する。【解決手段】エンドミルの径方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、軸方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、送りが０．１〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度が８０〜２００ｍ／ｍｉｎであって、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油５〜１００ｍＬ／ｈをミスト状にして、流量１０〜１００Ｌ／ｍｉｎの空気または窒素ガスと共に、前記エンドミルの刃先に噴霧しながら断続切削加工することを特徴とするチタン及びチタン合金の高効率切削方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドミルの径方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、軸方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、送りが０．１〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度が８０〜２００ｍ／ｍｉｎであって、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油５〜１００ｍＬ／ｈをミスト状にして、流量１０〜１００Ｌ／ｍｉｎの空気または窒素ガスと共に、前記エンドミルの刃先に噴霧しながら断続切削加工することを特徴とするチタン及びチタン合金の高効率切削方法。
【請求項２】
ミスト状にされた前記潤滑油を、前記エンドミルの刃先に複数個所から分散して噴霧することを特徴とする請求項１に記載のチタン及びチタン合金の高効率切削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン及びチタン合金の切削加工方法に関し、高効率でかつ工具寿命に優れた切削加工方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタンやチタン合金は、軽量で強度が高く、耐食性にも優れる特徴を有するため、航空機分野や化学工業、スポーツ用品等に幅広く使用されている。しかしながら、代表的な難削材としても知られており、切削加工のコスト低減が重要な課題と認識されている。従来より、チタン合金の加工は、以下の様な切削条件で切削されるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
・工具材質    ：超硬
・切削速度    ：４０〜６０ｍ／ｍｉｎ
・切り込み深さ：０．５〜１０ｍｍ
・送り        ：０．３〜０．４ｍｍ／ｒｅｖ
・潤滑        ：潤滑油による湿式切削
【０００４】
しかしながら、効率的な切削加工を行なうために、従来技術１では、超硬工具を特殊な熱処理によって表面がＣｏ層で覆われた状態にした工具を用いることにより、
切削速度：５０〜１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３〜０．６ｍｍ
切り込み深さ：０．５〜１０ｍｍ
冷却の圧力：１００〜５００ｂａｒ
で冷却剤を用いて工具の磨耗を抑えつつ、高効率で切削加工する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、それでも工具の磨耗は大きく特殊な工具が必要なことから、より効果的な磨耗抑制技術が望まれる。
【０００５】
また、従来技術２においては、焼結ダイヤモンド工具等を用いて、切削条件を絞り込むことにより高効率な切削方法が提示されている（特許文献２参照）。但し、高価なダイヤモンド工具を用いるため、切削費用の増加をもたらす懸念がある。
【０００６】
一方、種々の材料の切削加工技術に対する要求項目として、環境負荷低減が重要性を増しており、その要求に対応する従来技術３として、潤滑油の使用量を飛躍的に減らしたＭＱＬ（Minimum Quantity Lubricant、セミドライ切削加工ともいう）が検討され、既に実用化もされて来ている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、チタンの切削加工に適用した例は示されておらず、先に述べた通り、チタンは代表的な難削材であるため、ＭＱＬをチタンの加工に適用しても余り効果がないことが伺われる。
【０００７】
チタンの加工にＭＱＬを適用した他の従来例としては、例えば、チタン合金のエンドミル切削加工の例が開示され（特許文献３参照）ており、１００ｍ／ｍｉｎ程度の高速切削では、切削油剤を用いた通常の湿式切削やミストを用いたＭＱＬでも、工具磨耗は通常の湿式切削と比べて決して低減されるものではないことが示されている。また、切削速度２５〜１２５ｍ／ｍｉｎの範囲で、ＭＱＬによる旋削加工による工具磨耗のデータも示されている（非特許文献２参照）が、何れの切削速度でもＭＱＬはドライ切削よりも磨耗量が増加しており、チタンにＭＱＬを適用した場合の利点は示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１３９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１５０５５７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「特集・極微量油潤滑（ＭＱＬ）システムの技術動向」、トライボロジスト、社団法人日本トライボロジー学会、２００２年７月１５日、第４７巻、第７号、ｐ．５１９−５５６
【非特許文献２】山崎隆夫、外３名、「Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の冷風切削」、軽金属、社団法人軽金属学会、２００３年１０月３０日、第５３巻、第１０号、ｐ．４１６−４２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、ダイヤモンド工具等の高価な工具を用いることなく、一般的な超硬工具を用いる範囲において、従来よりも高速での高効率切削条件で切削が可能なチタン及びチタン合金の高効率切削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法が採用した手段は、エンドミルの径方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、軸方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、送りが０．１〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度が８０〜２００ｍ／ｍｉｎであって、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油５〜１００ｍＬ／ｈをミスト状にして、流量１０〜１００Ｌ／ｍｉｎの空気または窒素ガスと共に、前記エンドミルの刃先に噴霧しながら断続切削加工することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法が採用した手段は、請求項１に記載のチタン及びチタン合金の高効率切削方法において、ミスト状にされた前記潤滑油を、前記エンドミルの刃先に複数個所から分散して噴霧することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法によれば、特殊な工具を使用することなく、切削条件として、エンドミルの径方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、軸方向切込み量が０．６〜２ｍｍ、送りが０．１〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切削速度が８０〜２００ｍ／ｍｉｎで断続切削加工しつつ、潤滑油及びその供給量として、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油５〜１００ｍＬ／ｈをミスト状にして、流量１０〜１００Ｌ／ｍｉｎの空気または窒素ガスと共に、前記エンドミルの刃先に噴霧することにより、ごく少量の潤滑油の使用で一般的な超硬工具の磨耗や欠けを大幅に低減できる。特に、チタンおよびチタン合金の切削においては、従来の様な低速切削条件より、むしろ高速切削条件において工具寿命を延長可能である。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係るエンドミル加工方法によれば、ミスト状にされた前記潤滑油を、前記エンドミルの刃先に複数個所から分散して噴霧するので、潤滑油によるより均一な冷却が図られ、工具寿命を更に延長することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
先ず、本発明の実施の形態に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法につき説明する。
一般的に、切削工具の切削条件は、切削効率と工具磨耗の抑制を両立する条件とする必要がある。エンドミルにおける切込み量は、径方向と軸方向とで定義し、一定以上の効率を確保するために、径方向及び軸方向の切込み量共に０．６ｍｍ以上とすることが肝要である。
【００１６】
前記径方向及び軸方向の切込み量が０．６ｍｍ未満では、効率が大きく低下し、同じ効率を得るためには切削速度を非常に高くしなくてはならなくなるが、その場合には、工具磨耗や工具刃先の欠損が早期に生じる。同時に、径方法及び軸方向の切込み量は２ｍｍ以下とすることが肝要である。前記切込み量が２ｍｍを超える場合には、工具に作用する負荷が大きくなり過ぎて工具磨耗の増大や欠損の原因となるためである。
【００１７】
また、送りについては、０．１〜０．５ｍｍ／ｒｅｖとするのが肝要である。送りが０．１ｍｍ／ｒｅｖ未満であれば、切削時間が長くなって切削効率が低下し、０．５ｍｍ／ｒｅｖを越えると、工具刃先の温度が急激に高くなって工具摩耗が増大するためである。
【００１８】
切削速度も、切削効率と工具寿命に対して直接的に影響するパラメータであり、８０〜２００ｍ／ｍｉｎの範囲とすることが肝要である。切削速度が８０ｍ／ｍｉｎ未満では、切削効率が低い従来の切削条件とあまり差がなくなり、２００ｍ／ｍｉｎを超えると、いくら切込み量と送りを小さくしても、工具磨耗を抑えられず、切削効率と磨耗抑制を両立することはできない。
【００１９】
また、潤滑油をミスト状にして工具刃先に噴霧しながら切削することは、本発明の重要な要件であり、その条件範囲は重要である。即ち、潤滑剤として、ＪＩＳ  Ｋ２２４１に規定された合成炭化水素油や鉱油に代表される非極性の油分をベースにした潤滑油を用いた場合では、チタンやチタン合金の表面における潤滑作用が十分に得られず、工具磨耗が大きくなるため、極性を有する油分をベースにした潤滑油を選定することが本件発明の一つの要件である。
【００２０】
潤滑油が極性を有することによって被削材の表面に吸着し易くなり、潤滑効果が高くなる作用を持つのである。ここで、極性を有する油分をベースにした潤滑油とは、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油のことを言う。極性を有する油分とは、極性を有する、例えば脂肪油分のことを指し、代表的には合成エステル系、動植物油系などがあり、本発明では、どちらも用いることができる。
【００２１】
従って、極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油とは、脂肪油分（＝上記動植物油系、合成エステル系）の含有量が８０質量％以上となる様に調整されたものであって、残部はＪＩＳ  Ｋ２２４１に規定された鉱油または合成炭化物油を含むものであっても良いし、酸化防止剤や極圧添加材などを添加したものであっても良い。ここで、極性を有する油分をベースにした潤滑油としては、極性を有する油分を９０％以上含むものがより好ましい。
【００２２】
また、この様な潤滑油の使用方法としては、ミスト状にして工具刃先に噴霧する必要があり、その噴霧量は、５〜１００ｍＬ／ｈとすることが肝要である。この潤滑油の噴霧量が５ｍＬ／ｈ未満では潤滑効果が不足して工具磨耗量が増加し、逆に１００ｍＬ／ｈを超えると、潤滑効果が飽和するだけでなく、ミスト潤滑の本来の目的である環境への影響が懸念されるためである。また、ミストを供給するためのキャリヤガスとして、空気または窒素ガス１０〜１００Ｌ／ｍｉｎを使用する。このとき、キャリヤガス流量が１０Ｌ／ｍｉｎを下回ると、ガスによる冷却効果が不足して工具磨耗が増大し、１００Ｌ／ｍｉｎを越えると効果が飽和する。
【００２３】
潤滑油ミストの供給方法としては、工具と被削材の周囲からノズルを介して噴霧する方法で問題ないが、前記ノズルを工具の先端近くに設けても良い。また、ノズルから供給する場合、ノズルの個数は１箇所以上であれば良いが、２箇所以上に分けて分散供給することにより、より均一な冷却を図り、工具寿命を更に延長することができる。
【００２４】
以上の通り、本発明の実施の形態に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法によれば、ダイヤモンド工具等の高価な工具を用いることなく、一般的な超硬工具を用いる範囲において、従来よりも高速での高効率切削条件でチタン及びチタン合金の切削を可能にする。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、チタン合金の切削試験を行なった実施例について述べる。
先ず、代表的なチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用い、熱間鍛造と切削加工により、長さ１４５ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの被削試料を準備した。切削試験は、マシニングセンタＣｉｎｃｏｍ  ＮＦ４（シチズンマシナリー株式会社製）を用い、エンドミル用ホルダＲ３９０−０１６Ａ１６−１１Ｌ（工具径１６ｍｍ；サンドビック株式会社製）に超硬チップ材種Ｈ１３ＡのエンドミルＲ３９０−１１Ｔ３０４Ｍ−ＫＭ（サンドビック株式会社製）を１式装着し、下記の切削条件にて表１に示す如く断続切削試験を実施した。
【００２６】
・切削速度：２０，８０，１００，２００，２５０ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：径方向  ０．６，１．０，２．０，３．０ｍｍ
軸方向  １．０，２．０ｍｍ
・送り    ：０．１，０．２，０．５，０．８ｍｍ／ｒｅｖ
切削効率は、（径方向切込み量×軸方向切込み量×送り×切削速度）から算出した。
【００２７】
【表１】
2011148016.tif 000002
【００２８】
また、潤滑条件としては、下記のＭＱＬ潤滑及び湿式潤滑を用い、表２に示す如く実施した。
＜ＭＱＬ潤滑＞
・ミスト供給装置：ブルーべＦＫ（フジＢＣ技研株式会社製）
・潤滑油：植物油系非水溶性潤滑油（フジＢＣ技研株式会社製ブルーベＬＢ−１）植
物油分９９％以上
鉱油系非水溶性潤滑油（ユシロ化学工業株式会社製ＫＺ３１５）脂肪油分
２０〜４０％
・供給量：２０ｍＬ／ｈ
【００２９】
＜湿式潤滑＞
・潤滑油：水溶性切削油（ユシロ化学工業株式会社製ＥＣ５０を５％に希釈した水溶
液）
・供給量：５００ｍＬ／ｍｉｎ以上
【００３０】
【表２】
2011148016.tif 000003
【００３１】
そして、前記被削試料を幅１００ｍｍの辺に沿って切削加工し、比較例１０以外は、切削回数５０回ごとの逃げ面磨耗量を測定して、この摩耗量が３０μｍ以上になるまでの切削回数で評価した。切削試験の評価結果は表２に示す。この結果から、実施例１〜９は、切削効率と工具磨耗抑制を両立しているが、比較例１０〜１６では、工具磨耗量が著しく大きいか、切削効率が低レベルな結果となっている。
【００３２】
以上の通り、本発明に係るチタン及びチタン合金の高効率切削方法によれば、特殊な工具を使用することなく、切削条件を特定すると共に断続切削加工しつつ、潤滑油として極性を有する油分を８０質量％以上含む潤滑油をミスト状にして、空気または窒素ガスと共に、前記エンドミルの刃先に特定量噴霧することにより、ごく少量の潤滑油の使用で一般的な超硬工具の磨耗や欠けを大幅に低減でき、従来の様な低速切削条件より、むしろ高速切削条件において工具寿命の延長が可能となった。