(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
0004704580.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004704580.tif 000003
【００２６】
【表３】
0004704580.tif 000004
【００２７】
【表４】
0004704580.tif 000005
【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
【図１】
0004704580.tif 000006
【図２】
0004704580.tif 000007
【図３】
0004704580.tif 000008