(57)【要約】低温冷却された酸化物含有セラミック切削工具の使用を含む、工作物を機械加工する方法および装置。その方法は、切削操作の間、切削工具を低温冷却することを含み、その冷却により切削工具の耐摩耗性および耐破壊性は向上する。好ましい実施形態は、切削工具に直接低温流体をジェット噴射することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を機械加工する装置であって、
工作物に隣接する酸化物含有セラミック切削工具と、
酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却する手段と
を備える装置。
【請求項２】
前記酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却する手段は低温流体を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記低温流体の少なくとも一部は、低温ジェットの形態にて酸化物含有セラミック切削工具に送出される請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記切削工具はすくい面を有し、前記低温ジェットの少なくとも一部は該すくい面の少なくとも一部に衝突する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記低温流体の少なくとも一部は２相流体である請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記低温流体は、液体窒素、ガス状窒素、液体アルゴン、ガス状アルゴン、およびそれらの混合物からなるグループから選択される請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記低温ジェットの少なくとも一部は約−１５０℃未満の温度を有する請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記切削工具は切刃を有し、その切削工具を低温冷却する前記手段は低温流体の少なくとも一部を切削工具に送出する手段を含み、この送出する手段は、前記切刃から約０．１５０インチ（３．８ｍｍ）以上約３．０インチ（７６ｍｍ）未満の距離をおいて配置された少なくとも１つの放出点を有する請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記工作物が前記切削工具に接触するときに切削工具の少なくとも一部は着霜している請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記酸化物含有セラミック切削工具は、少なくとも約５重量％の酸化物セラミック相を含有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
工作物を機械加工する装置であって、
工作物に隣接する、酸化物を主成分とするセラミック切削工具と、
低温流体の供給物と、
前記切削工具から離れた位置より放出される低温ジェットの形態にて、酸化物を主成分とするセラミック切削工具に低温流体の供給物の一部を送出する手段と
を備える装置。
【請求項１２】
酸化物含有セラミック切削工具に隣接する工作物を機械加工する装置内において低温冷却されるように適合された酸化物含有セラミック切削工具。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置によって機械加工され、改良された表面および寸法精度を特徴とする工作物。
【請求項１４】
工作物を機械加工する方法であって、
工作物に隣接する酸化物含有セラミック切削工具を提供する工程と、
酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却する工程と
を含む方法。
【請求項１５】
前記酸化物含有セラミック切削工具は低温流体によって低温冷却される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記低温流体の少なくとも一部は、低温ジェットの形態にて酸化物含有セラミック切削工具に送出される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記切削工具はすくい面を有し、前記低温ジェットの少なくとも一部は該すくい面の少なくとも一部に衝突する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記切削工具に送出される前記低温流体の少なくとも一部は２相流体である請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記低温流体は、液体窒素、ガス状窒素、液体アルゴン、ガス状アルゴン、およびそれらの混合物からなるグループから選択される請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記低温ジェットの少なくとも一部は摂氏約マイナス１５０度（−１５０℃）未満の温度を有する請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記切削工具は切刃を有し、前記低温流体の一部を切削工具に送出する手段は、前記切刃から約０．１５０インチ（３．８ｍｍ）以上約３．０インチ（７６ｍｍ）未満の距離をおいて配置された少なくとも１つの放出点を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記工作物が前記切削工具に接触するときに切削工具の少なくとも一部は着霜している請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記酸化物含有セラミック切削工具は、少なくとも約５重量％の酸化物セラミック相を含有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
工作物を機械加工する方法であって、
工作物に隣接する、酸化物を主成分とするセラミック切削工具を提供する工程と、
低温流体の供給物を提供する工程と、
前記切削工具から離れた位置より放出される低温ジェットの形態にて、酸化物を主成分とするセラミック切削工具に低温流体の供給物の一部を送出する工程と
を含む方法。
【請求項２５】
請求項１４に記載の方法によって機械加工され、改良された表面および寸法精度を特徴とする工作物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削（例えば、過剰の材料を切りくずの形で取り除くことにより、部品を形作ること）による材料の機械加工の分野に関し、またより詳細には、低温冷却された酸化物含有セラミック切削工具で切削することによる材料の機械加工の分野に関する。
【０００２】
本明細書で使用する用語「切削」は、次の操作を含むがそれらに限定されない。旋削、中ぐり、突切り、溝削り、面削り、平削り、フライス削り、穴あけ、および、連続的な切りくず、または破片状もしくは切片状切りくずを発生させる他の操作。切削という用語は、研削、電気放電加工、超音波切削、または高圧ジェット浸食切削、すなわち、形状が明確に定義されない非常に微細な切りくず、例えばダストまたは粉末を発生させる操作は含まない。
【０００３】
本明細書で使用する用語「酸化物含有セラミック切削工具」は、酸化物含有セラミック材料製および／または、少なくとも５重量％の酸化物セラミック相を含有する任意の他の先進的工具材料製の切削工具（または切削チップ、または切削バイト）を含む。
【背景技術】
【０００４】
機械加工の生産性の目安である「除去率」は、単位時間当たりに工具により取り除かれる材料の体積であり、操作のために選択される機械加工パラメータにより定義される。最も一般的な切削操作である旋削の場合、除去率は、切削速度と、送り量と、切込み深さとの積である。除去率の全体的な増加が得られるより高い切削速度、より大きい送り量、より深い切込み深さ、またはこれらのパラメータの任意の組合せにおける機械加工を可能にすることが目的である。また、工具交換に費やされる休止時間を最小限とするかつ／または磨耗した工具管理コストを低減するために、切削工具の寿命を長くすることが目的である。ある種の機械加工操作では、機械加工される部品の改良された仕上がり表面を得るために、あるいは切削力の抑制および／または部品取付けの要求条件を緩和するために、除去率を一定に保持する、または除去率をむしろ低くしながらのみ、切削速度を増加させるのが望ましいときがある。これは、送り量、または切込み深さ、またはその両方を対応して小さくすることにより達成可能である。機械加工パラメータをこのように操作することの好ましくない影響は、工具温度の著しい上昇であり、工具の早期の磨耗および破壊という結果になる。この好ましくない影響を最小限とすることが目的である。
【０００５】
経済的要因により機械業界では以下の取り組みによってコスト削減を達成することに関心が向けられている。取り組みとは、磨耗した工具および工具交換費用を増加させることなく除去率を増加させ、それにより生産性を増大させること、磨耗した工具および工具交換コストを増加させることなく切削速度を増加させること、過去においては高価な研削操作によってのみ作製可能であった硬い部品を旋削し、またはフライス削りすること、より清浄な、より安全な、かつより健康的に許容可能な機械加工方法を使用して、従来の切削液（例えば、エマルション）操作および洗浄操作に関連した数多くのコストを低減することである。
【０００６】
最近、新たな先進的な切削工具材料が開発、販売されて、これらのニーズに対応し、高速度鋼（ＨＳＳ）または炭化タングステン−コバルト（ＷＣ／Ｃｏ）製の従来工具における切削性能を改良している。ＨＳＳおよびＷＣ／Ｃｏ製の従来工具に比較すると、これらの新たな工具は著しく硬いが、はるかに脆く、かつ荷重応力および／または熱応力の衝撃に敏感である。酸化物セラミックスおよびサーメットなどのいくつかのこれらの先進的切削材料は、比較的高温で動作させることが可能である。（サーメットは、セラミック相と金属相の両方を含む高密度複合材料である。機械加工の分野に適用するとき、サーメットという用語には、合金金属を付着または浸透させた炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、および／または他のより複雑なセラミック粒子が含まれるが、従来のＷＣ／Ｃｏ「硬質金属」は除かれる。）しかし、酸化物セラミックスの磨耗挙動は、ＨＳＳ、ＷＣ／Ｃｏ、または他の先進工具材料の磨耗挙動よりも予測し難い。最初に、通常では無視できるくぼみ、逃げ面磨耗、および／または切欠きが生じた後、酸化物セラミック工具は通常、切刃領域または先端の範囲内で突発的に破壊され、その結果機械加工の休止時間を生じ、またしばしば破損した工作物表面をもたらす。
【０００７】
表１は、いくつかの最も一般的な切削工具材料の熱機械的特性の典型的な値を集めたものである。炭化物、窒化物、およびダイヤモンド系切削工具と比較すると、酸化物セラミック系工具は、横破断強度、破壊靱性、および熱伝導率を組み合わせたものが、著しく低い値を示しているが、一方危険なほど高い熱膨張係数が見られる。このことにより、酸化物セラミック工具は、機械的荷重下での脆性破壊、ならびに熱的勾配下での局在的な熱膨張による亀裂を生じやすい。
【０００８】
【表１】
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データは非特許文献１〜３から集めたものである。
【０００９】
室温の水および乳化油を含む、全ての従来の冷却媒体および切削液、ならびに蒸発冷却用噴霧またはオイル・ミストが酸化物セラミックスに熱衝撃を加え、破壊させる可能性があることが認められている。機械加工業界では、酸化セラミックス切削工具で機械加工する場合、このような切削液および冷却媒体の使用を避ける必要があることに十分気付いている。数多い出版物、研究論文、および工具製造業者の勧告書が、従来の切削液に接触した場合、または工作物表面上のこのような流体の少量の残渣に接触した場合でさえも、セラミック工具寿命が劇的に低下することについて機械加工操作者に警告している。セラミック切削工具を使用する場合、数多くの特有の欠陥、例えば、工作物の過熱、寸法精度の低下、および切りくずが発火する危険があるにもかかわらず、乾式機械加工が推奨されている。
【００１０】
ケンナメタル（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ）社のピー  ケー  メロトラ（Ｐ．Ｋ．Ｍｅｈｒｏｔｒａ）は、非特許文献４において「これらの（セラミック）工具を使用して鋼を機械加工する場合、工具の熱衝撃抵抗性が低いため、冷却媒体の使用は推奨されない」と教示している。アール  エドワーズ（Ｒ．Ｅｄｗａｒｄｓ）は、「このセラミック（Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2白色セラミック）は低い熱伝導率を有し、そのため熱衝撃を受けやすく、したがって冷却媒体の使用を避けるべきである」と述べている（非特許文献５参照）。デリコら（Ｄ’ｅｒｒｉｃｏ  ｅｔ  ａｌ）によれば、「冷却媒体を使用する場合アルミナ、アルミナ／ジルコニア、およびアルミナ／ＴｉＣ工具は、高い熱膨張係数の結果として熱衝撃容量に限界があるため、１つの例外があるが、おそらく性能が悪くなりがちである」という（非特許文献６参照）。１９９５年ＡＳＭハンドブックは、「冷間圧縮成型されたＡｌ2Ｏ3系セラミックに水または油性冷却媒体を使用するのは、インサートに亀裂を生じる恐れがあるので、推奨されない。部品の機械加工を行うため、冷却媒体により炭化物工具加工を使用し、次の操作で、冷間圧縮成形された酸化物系セラミックを使用する計画である場合は、その部品に残留している冷却媒体を飛散除去すべきである」と追記している（非特許文献７参照）。アール  シー  デューズ（Ｒ．Ｃ．Ｄｅｗｅｓ）およびデー  ケー  アスピンウォール（Ｄ．Ｋ．Ａｓｐｉｎｗａｌｌ）は、Ａｌ2Ｏ3７１％−ＴｉＣ（混合アルミナ）、Ａｌ2Ｏ3７５％−ＳｉＣ（ウィスカ強化アルミナ）、ＣＢＮ（立方晶窒化ほう素）５０％−ＡｌＢ2−ＡｌＮ、ＴｉＣ５０％−ＷＣ−ＡｌＮ−ＡｌＢ2、ＣＢＮ８０％−ＴｉＣ−ＷＣ、ならびにＣＢＮ９５％−Ｎｉ／Ｃｏを含む一連の範囲の酸化物および窒化物を試験した（非特許文献８参照）。フラッディングまたは吹付けにより適用して、従来の冷却液を使用すると、寿命が８８％短縮されたウィスカ強化アルミナを除いて、９５％を超える工具寿命の短縮を招くことを彼等は見出した。
【００１１】
酸化物セラミックスは、全ての他の切削工具材料に相通じる１つのことを有する。すなわち、温度が上昇すると軟化し、弱くなり、局在的な内部応力を蓄積し（しばしば乏しい熱伝導率と複合された熱膨張により）、それにより、究極的には切削速度、除去率、および／または機械加工される工作物硬度の限界が生じる。工具材料のこの共通の特性は、非特許文献９，１０に詳しく記述されている。
【００１２】
したがって、機械加工業界が直面する１つの問題は、酸化物セラミック切削工具について従来の冷却方法を使用することが不可能である点、すなわち、切削速度、除去率、および／または機械加工される工作物硬度のさらなる増加における熱機械的な限界である。
【００１３】
機械加工業界が直面する他の問題は、現在業界で使用されている従来の切削液および冷却媒体における環境的および健康に関連した顕著な問題である。例えば、通例使用される冷却媒体である二酸化炭素（ＣＯ2）は、温室効果発生源である。また、ＣＯ2は空気よりも密度が高いので、窒息の可能性の懸念をももたらす。その上、ＣＯ2は水に可溶なので、酸による腐食をもたらす可能性もある。フレオンおよびフレオン代替物、いくつかの他の通常使用される冷却媒体も、温室効果を発生し、オゾン減少をもたらすものである。これらの物質はまた、赤熱固体と接触して加熱する場合、爆発性、かつ／または有毒でもある。爆発性となることが可能な他の冷却媒体は、炭化水素ガスおよび液化アンモニアを含む。酸素を含む低温／液体空気などの冷却媒体は、切りくずの発火を招く可能性がある。
【００１４】
工具の低温冷却に関連する比較的多数の一連の従来技術の特許が存在している（例えば特許文献１〜８）。しかし、これらの特許も、また本明細書で考察した他の従来技術の参考文献も、上記において考察した問題を解決するものではなく、または下記に述べるニーズを満たすものでもない。
【非特許文献１】“Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｇｌａｓｓｅｓ，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，Ｖｏｌ．４，ＡＳＭ  Ｉｎｔ．，Ｔｈｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｏｃ．，１９９１
【非特許文献２】“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｈａｒｄ  Ｔｕｒｎｉｎｇ”，Ｙ．Ｋ．Ｃｈｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．Ｊ．Ｅｖａｎｓ，ＭＥＤ−Ｖｏｌ．４，Ｍｆｇ．Ｓｃｉ．ａｎｄ  Ｅｎｇｒ．ＡＳＭＥ  １９９６
【非特許文献３】“Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｗｅａｒ  ｏｆ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８  ａｎｄ  Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ”，Ｔ．Ｋｉｔａｇａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｗｅａｒ  ２０２（１９９７），Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，ｐｐ．１４２−１４８
【非特許文献４】Ｐ．Ｋ．Ｍｅｈｒｏｔｒａ，“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ”，Ｋｅｙ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１３８−１４０（１９９８），Ｃｈａｐｔｅｒ  １，ｐｐ．１−２４
【非特許文献５】Ｒ．Ｅｄｗａｒｄｓ，“Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ”，Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９３，ｐ．２０
【非特許文献６】Ｄ’ｅｒｒｉｃｏ  ｅｔ  ａｌ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ  ｉｎ  Ｔｕｒｎｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ”，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｖｏｌ  １７，＃２，１９９７
【非特許文献７】ＡＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，“Ｔｏｏｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，１９９５，ｐ．７３
【非特許文献８】Ｒ．Ｃ．Ｄｅｗｅｓ  ａｎｄ  Ｄ．Ｋ．Ａｓｐｉｎｗａｌｌ，“Ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｈａｒｄｅｎｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｄｉｅｓ”，Ｔｒａｎｓ．  ｏｆ  ＮＡＭＲＩ／ＳＭＥ，Ｖｏｌ．ＸＸＩＶ，１９９６，ｐｐ．２１−２６
【非特許文献９】Ｅ．Ｍ．Ｔｒｅｎｔ  ａｎｄ  Ｐ．Ｋ．Ｗｒｉｇｈｔ，“Ｍｅｔａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ”，４ｔｈ  Ｅｄ．，Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｏｘｆｏｒｄ，２０００
【非特許文献１０】ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  “Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”
【特許文献１】米国特許第５７６１９７４号
【特許文献２】米国特許第５９０１６２３号
【特許文献３】米国特許第３９７１１１４号
【特許文献４】米国特許第５１０３７０１号
【特許文献５】米国特許第５５０９３３５号
【特許文献６】米国特許第４８２９８５９号
【特許文献７】米国特許第５５９２８６３号
【特許文献８】国際公開第９９／６００７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
酸化物含有セラミック材料製および／または酸化物セラミック相の顕著な部分を含有する任意の他の先進的材料製の工具の耐用寿命を短縮することなく、操作者が機械加工速度および／または除去率を増加させることが可能になる装置および方法を有することが望まれる。
【００１６】
切削工具の耐用寿命を短縮することなく、高い速度で切削が可能になるように、脆性亀裂により磨耗しかつ破壊しやすいことが判明している材料製の切削工具を冷却しかつ強化する、改良された装置および方法を有することがさらに望まれる。
【００１７】
切削工具の寿命時間（およびコスト）により制限されている材料切削速度および／または生産性を増大させる装置および方法を有することがさらに一層望まれる。
切削工具の１つまたは複数の高温の刃に接触して発生する高温に耐えることが不可能な材料および／または部品を機械加工する装置および方法を有することがさらに一層望まれる。
【００１８】
切りくずの発火、やけど、および／または切りくず蒸気発生の危険を最小限とし、一方環境的に許容可能で、安全で、無毒、清浄な切削工具冷却方法を使用することにより、作業場所における安全および環境条件を改良する工作物の機械加工装置および方法を有することがさらに一層望まれる。
【００１９】
従来技術の困難および不利点を克服して、より良好かつより有利な結果をもたらす、工作物の機械加工装置および方法を有することも望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
出願人は、脆く且つ熱衝撃敏感性でもある酸化物含有セラミック切削工具を、機械加工の間、低温流体で冷却すると、切削工具の寿命が延び、より高速度および／またはより高い除去率における切削が実行可能となり、さらには費用対効果が大きいことを発見した。この結果は、出願人にとって驚くべき予期しないことであり、他の当業者にとって驚くべき予期しないことであろう。従来技術では何も、酸化物含有セラミック切削工具についてこのような望ましい成果を示していない。事実、上記で示したように、従来技術が教示するものは、出願人の発明とかけ離れている。
【００２１】
出願人の発明は、工作物を機械加工する装置および方法である。本発明の他の態様は、その装置および方法により機械加工された工作物である。本発明のさらなる態様は、その酸化物含有セラミック切削工具に隣接する工作物を機械加工する装置内において低温冷却されるように適合された酸化物含有セラミック切削工具である。
【００２２】
工作物を機械加工する装置および方法の第１の実施形態には、工作物に隣接する酸化物含有セラミック切削工具と、酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却する手段とが含まれる。
【００２３】
本装置の第１の実施形態には、多くの変形例がある。一変形例において、酸化物含有セラミック切削工具は、少なくとも５重量％の酸化物セラミック相を含有する。他の変形例において、工作物が切削工具に接触するときに切削工具の少なくとも一部は着霜している。
【００２４】
本装置の好ましい実施形態において、酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却する手段は低温流体を含む。低温流体は、液体窒素、ガス状窒素、液体アルゴン、ガス状アルゴン、およびそれらの混合物からなるグループから選択されるのが好ましい。
【００２５】
本装置の好ましい実施形態には、いくつかの変形例がある。一変形例において、低温流体の少なくとも一部は２相流体である。他の変形例において、切削工具は切刃を有し、また切削工具を低温冷却する手段は低温流体の一部を切削工具に送出する手段を含み、その送出する手段は、切刃から約０．１５０インチ（３．８ｍｍ）以上約３．０インチ（７６ｍｍ）未満の距離をおいて配置された少なくとも１つの放出点を有する。
【００２６】
本装置の最も好ましい実施形態において、低温流体の少なくとも一部は、低温ジェットの形態にて酸化物含有セラミック切削工具に送出される。この実施形態の一変形例において、切削工具はすくい面を有し、低温ジェットの少なくとも一部は、そのすくい面の少なくとも一部に衝突する。他の変形例において、低温流体ジェットの少なくとも一部は、摂氏約マイナス１５０度（−１５０℃）未満の温度を有する。
【００２７】
工作物を機械加工する装置の他の実施形態には、工作物に隣接する、酸化物を主成分とするセラミック切削工具と、低温流体の供給物と、切削工具から離れた位置より放出される低温ジェットの形態にて、酸化物を主成分とするセラミック切削工具に低温流体の供給物の一部を送出する手段とが含まれる。
【００２８】
本発明の他の態様は、前述のいずれかの実施形態における装置によって機械加工され、改良された表面により特徴付けられる工作物である。
工作物を機械加工する方法の第１の実施形態は、複数の工程を含む。第１の工程は、工作物に隣接する酸化物含有セラミック切削工具を提供することである。第２の工程は、酸化物含有セラミック切削工具を低温冷却することである。
【００２９】
本方法の第１の実施形態には、いくつかの変形例がある。一変形例において、工作物が切削工具に接触するときに切削工具の少なくとも一部は着霜している。他の変形例において、酸化物含有セラミック切削工具は、少なくとも５重量％の酸化物セラミック相を含有する。
【００３０】
本方法の好ましい実施形態において、酸化物含有セラミック切削工具は、低温流体によって低温冷却される。低温流体は、液体窒素、ガス状窒素、液体アルゴン、ガス状アルゴン、およびそれらの混合物からなるグループから選択されるのが好ましい。
【００３１】
本方法の好ましい実施形態には、いくつかの変形例がある。一変形例において、切削工具に送出される低温流体の少なくとも一部は２相流体である。他の変形例において、切削工具は切刃を有し、低温流体の一部を切削工具に送出する手段は、切刃から約０．１５０インチ（３．８ｍｍ）以上約３．０インチ（７６ｍｍ）未満の距離をおいて配置された少なくとも１つの放出点を有する。
【００３２】
本方法の最も好ましい実施形態において、低温流体の少なくとも一部は、低温ジェットの形態にて酸化物含有セラミック切削工具に送出される。この実施形態の一変形例において、低温流体ジェットの少なくとも一部は、摂氏約マイナス１５０度（−１５０℃）未満の温度を有する。
【００３３】
工作物を機械加工する方法の他の実施形態は、複数の工程を含む。第１の工程は、工作物に隣接する、酸化物を主成分とするセラミック切削工具を提供することである。第２の工程は、低温流体の供給物を提供することである。第３の工程は、切削工具から離れた位置より放出される低温ジェットの形態にて、酸化物を主成分とするセラミック切削工具に低温流体の供給物の一部を送出することである。
【００３４】
本発明の他の態様は、前述のいずれかの実施形態における方法によって機械加工され、改良された表面により特徴付けられる工作物である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、脆性破壊により機械加工中に破壊する傾向が知られている、酸化物含有セラミック材料製切削工具について、すくい面および残余部分の低温冷却、および／または凍結を利用する装置および方法である。好ましい実施形態では酸化物含有セラミック切削工具の表面に低温流体が直接適用されるが、酸化物含有セラミック切削工具の他の低温冷却方法も本発明の範囲内にある。最も好ましい実施形態において、摂氏約マイナス１５０度（−１５０℃）以下の温度を有する低温流体のジェットが、切削工具のすくい面に直接放出される。さらに、通常の周囲空気環境において実施される切削操作の実際の機械加工条件に低温冷却の量を一致させるため、出願人は下記の指針を開発している：
（１）本発明の全面的な恩恵を得るために、低温流体冷却操作は、切削工具または切削インサート表面上にいくらかの白い霜被覆物を有して実施すべきである；
（２）切削操作中、切削工具の他端の方に戻る切刃付近に着霜ラインができる場合には冷却効果が低下しており、低温流体の流速および／または圧力を増加させる必要があることを示している；
（３）切刃の直下にある切りくずまたは工作物表面が輝赤色であり、または溶融して、もしくは焼けているように見える場合、低温流体の流速および／または圧力を増加させなければならない；
（４）工具先端、またはすくい面の切りくずが接触する領域の周辺が鮮紅色である場合、工具上の着霜した被覆物が縮小し始めない限り、低温流体の流速および／または圧力を増加させる必要はない；
（５）工具先端、またはすくい面の切りくず接触領域の周辺が強い輝赤色である場合、工具表面上の霜被覆物の状況にかかわらず、低温流体の流速および／または圧力を増加させなければならない；また
（６）白い霜被覆物を生成させることなく本発明の恩恵が達成可能である、制御された雰囲気の室内または真空中の、非常に低い湿度条件下で機械加工を実施する場合、指針（１）から（５）に対する例外が適用されるであろう。
【００３６】
切削工具を冷却する装置および方法は、清浄な冷却剤を使用し、切りくずの発火、操作者のやけど、および／または有毒な切りくずの蒸気発生の危険を低減することにより、作業場所の環境条件および安全を向上させ、また、温室およびオゾン抑制の可能性のない冷却剤の使用により環境問題を低減させている。
【００３７】
低温流体を使用しないこのような切削工具を低温に冷却する他の方法がそうであるように、低温流体の直接ジェット化のほかに、酸化物含有セラミック工具に低温流体を適用する他の方法は、本発明の範囲内にある。これらの方法には、（１）高圧ガスのジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）膨張から冷却動力を得る閉回路低温ミニ冷凍機、（２）１９２６年ダブリュ  エフ  グラウク（Ｗ．Ｆ．Ｇｌａｕｑｕｅ）およびピー  デバイ（Ｐ．Ｄｅｂｙｅ）により最初に示唆された磁気カロリ効果冷凍機、（３）カスケード型熱電気電池、および（４）ある種の固体のレーザ・ビーム冷凍が含まれるが、これらに限定されない。これらの方法や同様な方法は、熱伝導性工具保持具または追加的冷却プレートを介した切削工具の間接冷却を必要とするので、特により多量の切削作業および／またはより大型の切削工具の場合に、本発明の好ましい方法よりもこのような方法はより複雑であり、かつ高価である。
【００３８】
図１は、本発明の好ましい実施形態を例示しており、この図中、低温流体のジェットは酸化物含有セラミック切削工具の表面に向けられている。装置１０には、旋削操作に使用する従来の工具保持具１２と、工具インサート１６を支持している従来の炭化物シム１４とが含まれる。切削インサートの表面上の低温流体２０の直接衝突の衝突点１８を、図１に概略的に例示している。衝突した流体は、衝突点から半径方向に広がる。切削インサート１６は、酸化物含有セラミック製である。装置の他の構成部品には、ある種の工具（非本質的な構成部品）に使用されるインサート支持クランプ２２と、ノズル・アセンブリのオリフィス２８を通って切削インサートにジェットを向わせるための低温流体ノズル・アセンブリ２６に、低温流体を送出する薄い配管２４とが含まれる。図１に示すノズル・アセンブリは、調整可能な形状寸法のものであり、ツーリング（tooling）の付加構成部品である。本発明を実施するのに、他の固定された形状寸法のノズルも使用可能である。
【００３９】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明が教示する装置５０の２つの別の実施形態の概略を例示している。図２Ａを参照すると、ボルト５８または他の固定機構により、クランプ１６を工具保持具５４に取り付けている。酸化物含有セラミック切削インサート５２を、炭化物シム・プレートまたは他の材料で支持している。低温流体は送出管６０を通過し、また、クランプ全体にわたって穿孔されて、ノズルを形成しているボア６２を通過する。低温流体のジェット６４は、ノズルから切削インサート上に広がる。最も好ましい操作方式では、膨張するジェットは、切削インサートの表面上で終わりになる。あるいは、ジェットをさらに膨張させて工作物７０から発生する切りくず７２、ならびに、切りくず周囲の工作物表面、および工具／工作物接触領域まで到達させることができる。工作物は、相対的な切削速度Ｖcで切削インサートを横切って動く。図２Ａおよび２Ｂに示す実施形態では、下記において考察するように、クランプ全体にわたって穿孔されて、ノズルを形成しているボア６２の配置と放出点の位置とが異なっている。
【００４０】
図２Ａおよび２Ｂに示す実施形態では、本発明を実施する標準的な機械加工工具の構成において必要な修正を最小限としている。この場合、酸化物含有セラミック製である切削インサート５２を工作位置に保持するのに通常使用される金属製クランプ５６に、低温流体ジェットノズルが内蔵されている。図２Ａに示すように、切削インサートの表面付近の放出点でもって流体を放出するようにクランプは穴開けされてもよい。あるいは、図２Ｂに示すように、切削インサートの表面の上方に位置する放出点からボア６２が低温流体を発射してもよい。どちらの構成でも、ノズルの出口およびクランプの前部は両方とも、切削の間中、工作物７０から発生する切りくず７２から離れた位置にあり、切りくずと連続的に接触することは決してなく、また切りくずを破壊する操作に参加することはない。
【００４１】
図１に示す好ましい実施形態において、十分に有効とするため、ジェットノズルの終点である放出点において低温流体は十分に冷えて（すなわち、約−１５０℃または−２３８°Ｆ未満）いなければならない。低温流体は、次のものから選択するのが好ましい：液体窒素、液体窒素とその蒸気もしくはより温かな窒素ガスとの２相混合物、液体窒素の低温蒸気、約−１５０℃未満まで冷却されたより温かな窒素ガス、液体アルゴン、液体アルゴンとその蒸気もしくはより温かなアルゴンガスとの２相混合物、液体アルゴンの低温蒸気、約−１５０℃未満まで冷却されたより温かなアルゴンガス、または上記のものを任意に組み合わせたもの。しかし、他の液体、ガス、および固体粒子の低温混合物が低温流体として使用可能であることは、当分野の技術者の認めるところであろう。
【００４２】
低温流体ジェットは、酸化物含有セラミック切削工具が切削を開始する、すなわち、工作物に接触し、切りくずが作られる、少なくとも１０から２０秒前に出すのが好ましい。この「冷却（ｃｏｏｌｄｏｗｎ）」は、最も典型的な酸化物含有セラミック工具またはインサートを、本発明を実施するのに必要な低温まで予備急冷するため十分なものとする。しかし、工具が工作物に接触するとき、またはその数秒後に低温流体を出すことも許容できる。低温流体による冷却の効果は、切削工具が高温にさらされる累積時間に反比例すること、すなわち、低温冷却サイクルが完全であるほど、乾式切削条件に優る工具寿命におけるより顕著な改良が期待されることが観察されている。工具が切削するための接触を完了したのと同時に、すなわち、切りくずを作るのと同時に、低温流体の流れを出すことが可能である。
【００４３】
有効とするためには、すくい面に直接ジェット噴射する低温流体２０は、切刃の側面の位置にあるすくい面領域全体に、または全すくい面面積の少なくとも２０％に衝突させなければならない。（すくい面は、切刃に隣接し、工作物から離れる切りくずの流れの方向に向いている切削工具表面である。図１に示す実施形態において、すくい面は、切削インサート１６の上側表面である。すくい面は、完全に平坦であっても、面取りされてもよい。すくい面はまた、切りくずの流れもしくは切りくず破壊を強く制御するために、成形によって形成されるより複雑な３次元的な形状（トポグラフィ）を有するものであっても、プレートを付加されたものであってもよい。）その形状に関わらず、すくい面の面積の２０％は、酸化物含有セラミック材料製の切削工具または切削インサート１６の全体が低温冷却され尚かつ温度が比較的均一になることを確実にする最小の衝突表面である。低温衝突冷却へのこの取組みによって、切削工具材料内の切りくずに接触する領域下の小さな熱点はより小さくなり、低温冷却された材料によって吸い込まれた。その結果として、切削工具または切削インサートの全体がより硬くより強くなり、熱膨張によって誘発される内部応力が低下している。切削中、切削インサートがより耐破壊性になるという事実は、予期しない発見、または従来技術から予想されなかった成果である。
【００４４】
好ましい実施形態において、低温流体２０は外部ノズルを使用して切削工具のすくい面に直接放出される。外部ノズルは、すくい面の背後、上方、または表面の位置にあるが、発生する切りくずに直接かつ連続的に接触したり隣り合ったりする切刃の近くには位置しない。ノズル開口部（放出点）と切刃との直線距離は、少なくとも約０．１５０インチ（３．８ｍｍ）であるが、約３．０インチ（７６ｍｍ）を超えない。放出またはジェット噴出距離のこの範囲は、適正な操作のため重要である。何故ならば、（１）放出距離がより短い場合、外部ノズルから広がる低温流体ジェットが切刃側面の全すくい面面積の少なくとも２０％に直接衝突することができないであろうし、また（２）放出距離がより長い場合、広がる低温ジェットに同伴される温かな周辺空気がジェット全体の温度を−１５０℃を十分に超えて上昇させ、それにより全体の衝突冷却効果がより効果的ではなくなるからである。
【００４５】
外部ノズルは、すくい面の背後、上方、または表面で終わる配管によって形成されてもよい。あるいは、工具保持具１２内の後方端で切削工具を保持するインサート保持クランプ２２内に穿孔された導路の形で外部ノズルは形成されてもよい。低温流体２０をすくい面において切刃に向かって所望の距離から放出するために穿孔された導路を有する、インサート保持クランプもしくは工具保持具になされたり取り付けられたりしたあらゆる設備によって外部ノズルは形成することが可能である。ノズル出口は、円形、または垂直もしくは水平に平らな形であってもよいし、収束したり平行であったり発散したりしてもよい。本発明におけるノズルには、所望の距離から所望の方向へ（ただし切りくずから離れて）すくい面に低温流体をジェット噴射する限りにおいて何ら特定の制限はない。ある種の切削操作、特に切込み深さおよび送り量が、例えばそれぞれ０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）および０．００４インチ／回転（０．１ｍｍ／回転）と非常に小さい場合、マルチノズルシステムが有益であろう。工具先端および／または切刃が被削材中に非常にわずか「沈み込んで」いる場合には、すくい面のほかに逃げ面および／または遊び壁部を冷却すると役立つことがある。
【００４６】
本発明は、脆性破壊により切削操作中に破壊される傾向が知られている酸化物含有セラミック材料製切削工具のすくい面および残余部分を、可能なかぎり完全に低温冷却または凍結させることに基づいている。これを達成するには、熱い切りくずが接触する領域を通って顕著な量の切削熱が切削工具に入るにもかかわらず、切削工具に十分な低温流体をジェット噴射して、全切削操作の間、切削工具の壁を凍結させたまま保持しなければならない。切削の間、切刃および側壁の接触領域付近、および切削工具の他端に向かって戻るすくい面に着霜ラインが形成される場合、低温冷却効果が低下しており、低温流体の流速および／または圧力を増加させる必要がある。切削工具または切削インサートの表面上にいくらかの白い霜被覆物がなく実施されるどんな低温冷却操作も、本発明により達成される全面的な恩恵が得られないであろう。白い霜被覆物を生成させることなく恩恵を得ることができる１つの例外は、制御された雰囲気の室内または真空中の非常に低い湿度条件下で機械加工を実施する場合である。好ましい条件下では、低温流体２０、好ましくは湿分のない窒素またはアルゴン製品の直接衝突点１８の内部に霜被覆物が発達しないと予想される。このように、急速に広がる湿分のない低温流体により連続的に洗われるために、すくい面および／または側壁面の一部には霜がつかない可能性がある。
【００４７】
本発明に係る切削を実施するための他の重要な診断方法は、切削工具／工作物界面（切りくず、工具先端、および切刃直下の工作物表面）における動的な効果を観察することである。第１に、切りくず、および切刃直下の工作物表面が輝赤色であり、または溶融して、もしくは焼けているように見える場合、低温流体２０の流速および／または圧力を増加させなければならない。第２に、工具先端またはすくい面の切りくずが接触する領域の周辺が鮮紅色である場合、工具上の着霜した被覆物が縮小し始めない限り、低温流体の流速および／または圧力を増加させる必要はない。第３に、工具先端またはすくい面の切りくずが接触する領域の周辺が強い輝赤色である場合、工具表面上の着霜した被覆物の状況にかかわらず、低温流体の流速および／または圧力を増加させなければならない。工作物／切削工具接触領域で時々発熱が増加するのは、被削材の形状的または組成的不均一性を示している恐れがあり、直接衝突方式により、工具表面だけでなく接触領域全体が冷却される箇所への低温流体の流速を増加することにより、容易に鎮静させることが可能である。上記の指針により実施される切削工具低温冷却操作は、改良された結果をもたらすであろう。もちろん他の、より綿密な診断方法は、熱電対、赤外線センサ、温度敏感性塗料などの使用を含むことができるが、それらに限定されない。
【００４８】
出願人の低温流体冷却方法により、その結果明らかに強化している、かつ向上された酸化物含有セラミック切削工具の機械加工性能が得られていることは、驚くべきかつ予期しないことであった。これらの酸化物含有セラミック切削工具は通例、乾式機械加工条件下では脆性亀裂により磨耗しかつ破壊されやすく、また従来の室温の切削流体またはそれらの残渣と接触すると突発的に破壊されやすいものである。下記の実施例に示すように、本発明により、約９８％から約１８２％の生産性の向上、および約２５０％の工具寿命の改良が得られている。これらの改良された結果は、出願人にとって驚くべきかつ予期しないことであり、他の当分野の技術者にとって驚くべきかつ予期しないことであろう。
【００４９】
従来技術に優る実質的な改良をもたらしている驚くべきかつ予期しない結果の正確な理由は明らかではないが、これらの結果は諸要因を組み合わせたものによる可能性があると思われる。何らかの特定の理論に固執しようとすることなく、これらの要因には、（１）切削工具全体の低温による硬化、（２）切削工具全体内の熱膨張を動因とする応力が低減されること、ならびに最も予期しないものとして、（３）境界膜効果および／またはライデンフロスト（Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ）現象により切削工具表面における熱的勾配が緩和されることが含まれるが、これらに限定されないものと出願人は考えている。境界膜は、ジェット噴射条件により制御される半停滞性の一時的な膜であり、低温冷却効果を「和らげ」、かつ衝突により冷却された表面の熱的プロフィルを「平滑化」する。ライデンフロスト現象は、その液体の沸点よりも温度の高い目標とする表面に噴霧される全ての液体に、より大きい程度であれ、またはより小さい程度であれ、起こるものである。液滴は、熱い表面の上方で沸騰し、熱い表面は蒸気層により遮蔽される。低温液体の場合、特にマイナス１５０℃よりも冷たいとき、全ての切削工具表面は熱く、それは、典型的な低温液体のジェット噴射物が、工具を直接濡らすことなく、その蒸気の境界膜上をすべり動くことを意味している。これにより、低温のジェット噴射物により冷却された工具表面の熱的プロフィルがより平滑になる。油または水系切削液の場合、その沸点が室温よりも著しく高く、切削工具表面における切りくずが接触する領域の周辺から、非常に近い距離でしか沸騰が起こらない。切削中、切りくずが方向を変えると、または工具が突然の切削妨害に遭遇すると、このような従来の流体は突然に曝露された最も熱い表面領域上に広がり、そこで流体が爆発的に沸騰し、蒸気、微小液滴、および圧力波を放出する。出願人の発明の好ましい方法は、薄い境界膜および／またはライデンフロスト効果の形成を促進し、薄い境界膜および／またはライデンフロスト効果によって、従来の室温の切削液と接触した場合に突発的に破壊される酸化物含有セラミック切削工具における破壊を妨げていると、出願人は考えている。
【００５０】
（実施例）
下記の実施例において、次の術語を使用している：
ｆ：送り量、単位は１回転当りインチ、すなわちｉｐｒ（ｍｍ／回転）
ｄｏｃ：切込み深さ、単位はインチ（ｍｍ）
Ｕ：切削速度、単位は１分当りフィート、すなわちＳＦＭ（ｍ／分）
ＭＲＲ：除去率、単位は１分当り立方インチ（ｃｍ3／分）
【実施例１】
【００５１】
硬化した鍛造鋼の荒削り、スケールＣロックウェル硬度６４（ＨＲｃ６４）
この操作では、硬化した鍛造鋼部品を荒削りするのに、０．５インチ（１２．７ｍｍ）円形セラミック工具インサート（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ／黒色セラミック）を使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。機械加工パラメータは下記の通りである：
ｆDRY＝０．００５ｉｐｒ（０．１３ｍｍ／回転）、ｆCRYO＝０．００７ｉｐｒ（０．１８ｍｍ／回転）、ｄｏｃ＝０．１５０インチ（３．８ｍｍ）、ＵDRY＝３４８ＳＦＭ（１０６ｍ／分）、ＵCRYO＝７００ＳＦＭ（２１３ｍ／分）
切削工具の低温冷却を用い、切削速度の著しい増加が達成され、その結果除去率の増加に寄与した。乾式切削のＭＲＲは３．１インチ3／分（５０．８ｃｍ3／分）であり、一方低温冷却のＭＲＲは８．８インチ3／分（１４４．２ｃｍ3／分）であり、その結果約１８２％の生産性向上が得られた。その後、低温流体の性能レベルに近づけるため、乾式切削操作の切削速度、送り量、およびＭＲＲを増加させる多くの試みを行った。全てのこれらの試みは、セラミック・インサートの急速な破断、および突発的破壊を招いた。
【００５２】
切削速度、送り量、およびＭＲＲが増加しているにもかかわらず、低温流体により機械加工した鍛造鋼部品の表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体方法により機械加工した鍛造鋼部品では、例えばテーパ加工の寸法精度が改良されていることもさらに観察された。
【実施例２】
【００５３】
硬化した鍛造鋼の仕上げ（ＨＲＣ６４）
この操作では、同一の部品（実施例１）を仕上げ旋削するのに、０．５インチ（１２．７ｍｍ）円形セラミック工具を使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。機械加工パラメータは下記の通りである：
ｆDRY＝０．００６ｉｐｒ（０．１５ｍｍ／回転）、ｆCRYO＝０．０１０ｉｐｒ（０．２５ｍｍ／回転）、ｄｏｃ＝０．０７０インチ（１．７８ｍｍ）、ＵDRY＝４３４ＳＦＭ（１３２ｍ／分）、ＵCRYO＝６９３ＳＦＭ（２１１ｍ／分）
切削工具の低温冷却を用い、切削速度の著しい増加が達成され、その結果除去率の増加に寄与した。乾式切削のＭＲＲは２．２インチ3／分（３６ｃｍ3／分）であり、一方低温冷却のＭＲＲは５．８インチ3／分（９５ｃｍ3／分）であり、その結果約１６６％の生産性向上が得られた。
【００５４】
その後、低温流体の性能レベルに近づけるため、乾式切削操作の切削速度、送り量、およびＭＲＲを増加させる多くの試みを行った。全てのこれらの試みは、セラミック・インサートの急速な破断、および突発的破壊を招いた。
【００５５】
切削速度、送り量、およびＭＲＲが増加しているにもかかわらず、低温流体により機械加工した鍛造鋼部品の表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体により機械加工した鍛造鋼部品の寸法精度が改良されていることがさらに観察された。
【実施例３】
【００５６】
鋳鋼の荒削り（ＨＲＣ４８〜５２）
この操作では、鋳鋼部品の本体を荒削り旋削するのに、ＬＮＵ６６８８（国際標準化機構（ＩＳＯ））セラミック工具インサートを使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。乾式および低温冷却両法についての機械加工パラメータは下記の通りである：
ｆ＝０．０１１ｉｐｒ（０．２８ｍｍ）、ｄｏｃ＝０．３３０インチ（８．３８ｍｍ）、Ｕ＝４２４ＳＦＭ（１２９ｍ／分）
乾式切削についての工具寿命は２０分であったが、一方低温冷却された切削についての工具寿命は７０分であり、その結果約２５０％の工具寿命の改良が得られた。低温流体で機械加工した鋳鋼部品の表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体方法により機械加工した鋳鋼部品の、例えばテーパ加工の寸法精度が改良されていることがさらに観察された。
【実施例４】
【００５７】
鍛造鋼の仕上げ（ＨＲＣ４８〜５２）
この操作では、鍛造鋼部品の本体を荒削り旋削するのに、１インチ（２５．４ｍｍ）円形セラミック工具インサート（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ／黒色セラミック）を使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。機械加工パラメータは下記の通りである：
ｆ＝０．０２０ｉｐｒ（０．５１ｍｍ／回転）、ｄｏｃ＝０．０１７インチ（０．４３ｍｍ）、ＵDRY＝２５９ＳＦＭ（７９ｍ／分）、ＵCRYO＝５８３ＳＦＭ（１７８ｍ／分）
切削工具の低温冷却を用い、切削速度の著しい増加が達成され、その結果除去率の増加に寄与した。乾式切削のＭＲＲは１．１インチ3／分（１８ｃｍ3／分）であり、一方低温冷却切削については、ＭＲＲは２．４インチ3／分（３９ｃｍ3／分）であり、その結果約１１８％の生産性向上が得られた。
【００５８】
その後、低温流体の性能レベルに近づけるため、乾式切削操作の切削速度、およびＭＲＲを増加させる多くの試みを行った。全てのこれらの試みは、セラミック・インサートの急速な破断、および突発的破壊を招いた。
【００５９】
切削速度、およびＭＲＲの増加にもかかわらず、低温流体により機械加工した鍛造鋼部品の表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体方法により機械加工した鍛造鋼部品の寸法精度が改良されていることがさらに観察された。
【実施例５】
【００６０】
８３ＣｒＭｏ１３５鋼の荒削り
この操作では、８３ＣｒＭｏ１３５鋼部品を荒削りするのに、ＬＮＵ６６８８セラミック工具インサート（Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2／白色セラミック）を使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。機械加工パラメータは下記の通りである：
ｆ＝０．０１５７ｉｐｒ（０．４ｍｍ／回転）、ｄｏｃ＝０．０６０インチ（１．５２ｍｍ）、ＵDRY＝５１２ＳＦＭ（１５６ｍ／分）、ＵCRYO＝１０２０ＳＦＭ（３１１ｍ／分）
切削工具の低温冷却を用い、切削速度の著しい増加が達成され、その結果除去率の増加に寄与した。乾式切削のＭＲＲは５．８インチ3／分（９５ｃｍ3／分）であり、一方低温冷却切削については、ＭＲＲは１１．５インチ3／分（１８８ｃｍ3／分）であり、その結果約９８％の生産性向上が得られた。
【００６１】
その後、低温流体の性能レベルに近づけるため、乾式切削操作の切削速度、およびＭＲＲを増加させる試みを行った。全てのこれらの試みは、セラミック・インサートの急速な破断、および突発的破壊を招いた。
【００６２】
切削速度、およびＭＲＲの増加にもかかわらず、低温流体により機械加工した８３ＣｒＭｏ１３５鋼部品の表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体方法により機械加工した８３ＣｒＭｏ１３５鋼部品の寸法精度が改良された。
【実施例６】
【００６３】
９３１０浸炭鋼ベアリング・プレートの旋削および面削り（ＨＲＣ６０）
この操作では、ベアリング・プレートを旋削および面削りするのに、２つの異なった酸化物含有セラミック工具インサートを使用し、乾式法と低温冷却法の間で結果を比較した。送り、切削速度および切込み深さを変化させて部品の仕上げを行った。切削工具の低温冷却を用い、切削速度の著しい増加が達成され、その結果部品についてのサイクル・タイムの短縮に寄与した。乾式切削を用いた通常のサイクル・タイム７５分が、低温冷却切削を使用して２５分に短縮され、その結果約１６８％の生産性向上が得られた。
【００６４】
その後、低温流体の性能レベルに近づけるため、従来の方法を使用してサイクル・タイムを短縮する多くの試みを行った。全てのこれらの試みは、セラミック・インサートの急速な破断、および突発的破壊を招いた。
【００６５】
はるかにより速い切削にもかかわらず、低温流体により機械加工した９３１０浸炭鋼ベアリング・プレートの表面は非常に清浄で、酸化されておらず、かつ光沢があり、従来の切削方法から得られた表面状態に優る著しい改良をもたらしていることも観察された。この低温流体方法により機械加工したプレートの寸法精度が改良されていることがさらに観察された。
【００６６】
本明細書においてある特定の実施形態を参照して例示し、記述しているが、それにもかかわらず本発明は、示した詳細に限定される意図のものではない。むしろ、特許請求範囲に対応するものの範囲内において、かつ本発明の精神から逸脱することなく、詳細について種々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態を示す概略図。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態を示す概略図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004521764.tif 000031