NACHITECHNICALREPORT
Machining

24B1Vol.

March/2012■ 新商品・適用事例紹介
耐熱合金用ドリル「アクアドリルEX耐熱合金用」
マシニング事業

Aqua Dril"Heat-resistant alloy for EX"〈キーワード〉耐熱合金・インコネル・Ti6Al-4V
シンニングすくい角・アクアEXコート・耐摩耗性

ラウンドツール製造所／技術部

高尾 正志

Masashi TAKAO

耐熱合金用ドリル「アクアドリルEX耐熱合金用」

要旨

近年、地球温暖化対策としてCO2排出量を規制する動きが益々活発化しており、各種内燃機関のエネルギー変換効率を高めるため、耐熱合金材の需要が高まっている。イン※1

コネル718（以下インコネル）に代表される耐熱合金は、耐熱※2性、耐蝕性、耐酸化性、耐クリープ性などの高温特性に優れており、航空機用ジェットエンジンや産業用ガスタービンなどの高温、高強度が求められる部品に用いられている。耐熱合金は、優れた機械的特性を持つ反面、切削加工にお問題点※3

いては加工硬化が生じやすく、熱伝導率が鋼の1/4と低い

インコネルの加工では、①高温時のせん断強度ため、切削により発生した熱が分散しにくく刃先が高温になが高いため、刃先に大きな応力が発生し、チッピング

１）り、工具寿命が短いという問題がある。

が生じやすい。②加工硬化を起こすため切削抵抗

NACHIは、インコネルを含む耐熱合金の穴あけ加工に適が大きい。③熱伝導率が低く刃先が高温となるため、応したドリルとして「アクアドリルEX耐熱合金用」を開発した。

異常摩耗が発生しやすい。④工具材料との親和性

同ドリルは、耐熱合金加工に求められる切れ味と強度という、が高く、溶着を起こし刃先が欠損する、仕上げ面が相反する特性を最大限に両立させた形状を有し、耐熱・耐悪い、という特徴がある。

2）

摩耗性と表面の平滑性とを向上させた新開発のAlCrTi系

以上より、耐熱合金加工用のドリルには、刃先強アクアＥＸコートにより、長寿命な穴あけ加工を実現する。

度や本体剛性の高さと低切削抵抗を両立した形状、Abstract
Recently, a movement to regulate CO2 emission hasincreasingly become active as a measure for global
warming. Demand for heat-resistant alloy has increased
for improving energy conversion efficiencies of various
internal-combustion engines. Inconel 718 (hereinafter
called Inconel, a typical of heat-resistant alloy has superb
high-temperature characteristics such as heat resistance,
corrosion resistance, oxidation resistance and creep resistance and is used for the jet engine parts of aircrafts
and industrial gas turbines that require high temperature and high strength. Heat-resistant alloy has excellent
mechanical characteristics. However, conversely work
hardening is easily to occur in its cutting and thermal
conductivity is low and one fourth of that of steel. Heatgenerated in cutting is difficult to disperse, causing a tipof tool to become very hot and reducing a tool life.
NACHI has developed Aqua Drill EX for Heat-resistant Alloy that is suitable for the drilling of heat-resistantalloy including Inconel. The drill's form maximizes both
sharpness and strength that are contradictory characteristics but are required for the cutting of heat-resistant alloy. In addition, the drill is coated with a newly-developed Aqua EX coat of AlCrTi type in order to improveheat and wear resistance and surface smoothness and torealize a longer tool life.
11. 耐熱合金加工の耐摩耗性、潤滑性に加え熱伝導率（放熱性）が高いコーティングが求められる。

図1 アクアドリルEX耐熱合金用の外観写真

2. アクアドリルEX耐熱合金用の形状
今回開発したアクアドリルEX耐熱合金用の外観
写真を図1に示す。アクアドリルEX耐熱合金用には、次のような形状の特長がある。

第2切れ刃

主切れ刃を長くとる形状

1）切れ味と強度を両立した刃先形状※4耐熱合金の加工では、切れ刃のつなぎ目やチゼル部に欠けが発生しやすい。これに対応するため、図厚肉チゼル形状※52に示すように第２切れ刃の角度を小さく、主切れ刃※6を長くして、シンニングすくい角を正角（図3）とすることで切れ味を向上させた。また、チゼル部を厚肉

図2

切れ刃形状（逃げ面）

形状（図2）とすることで剛性を高め、加工硬化による切削抵抗の増加に対応できる強度を持たせた。

2）切りくずの排出性と剛性のバランスを最適化した溝形状

シンニングすくい角が正角

耐熱合金の中には、硬度が40ＨＲＣを越える種類が多く存在する。そのため、ねじれ角を弱目の26°として剛性を高めた。また、溝形状は心厚を小さくして切削抵抗を下げ、ポケットを広くしてスムーズに切りくずを排出できる設計とした。
（図4）
図3

切れ刃形状（すくい面）

切りくずポケット大
図4

NACHI TECHNICAL REPORT

溝形状

Vol.

24B12

耐熱合金用ドリル「アクアドリルEX耐熱合金用」

3）「アクアＥＸコート」の採用
アクアドリルEX耐熱合金用のコーティングには、複特殊潤滑膜
Al−Cr−Ti系
耐酸化性膜合多層膜であるアクアＥＸコートを採用した。図5に膜の断面構造を示す。
アクアＥＸコートの主成分は、超アルミリッチAl-Cr-TiAl系
耐摩耗性膜

Ti系コーティングである。1,100℃における耐酸化性高強度超硬母材を従来のTiAlN系コートに対し3倍に向上させたこと

図5により、高速加工においても優れた耐熱・耐摩耗性

微細組織で膜強度アップ

断面構造を実現した。また、最表層には特殊潤滑膜を施すことで、切りくずとの摩擦抵抗を低減し、耐溶着性を1.0の摩擦係数を示す。この複合多層構造の採用によ0.8

り膜強度がアップし、耐チッピング性の向上にもつながっている。

摩擦係数大幅に向上させている。図6にアクアＥＸコーティング

アクアEX

TiAlN

TiN

0.6
0.4
0.20.00

2,000

4,000
6,000
回転数

図63

摩擦係数

8,00010,000

3. アクアドリルEX耐熱合金用のラインナップ

アクアドリルE X 耐 熱 合 金用は、直径φ3 . 0からしている。寸法揃えが多く、また溝長はレギュラーφ13.0まで 0.1ｍｍ飛びの寸法を揃えており、さらに長を採用しているため広範囲の穴径に適応できる。

インチサイズを6寸法加え、全117寸法をラインナップ

4. アクアドリルEX耐熱合金用の加工事例
1）インコネル718の加工事例
寿命比較を行なった。
ドリル直径φ6.0mm、穴深さ
1 5 m m（ 貫 通 ）を 切 削 速 度 1 4 m / m i n 、送り0.08mm/revの切削条件で比較した。他社品は、50穴で寿命に至ったのに対し、アクアドリルEX耐熱合金用は、150穴以上の加工が可能であり、3倍以上の寿命差を示した。図7は、50穴加工時点の切れ350
コーナー摩耗量（μm）

アクアドリルEX耐熱合金用と他社耐熱合金用の300

寿命250200

継続加工可能150100

アクアEX難削材用
他社品

500020

刃の逃げ面とすくい面の写真である。他社品は逃げ面ではチッピングによる切れ刃の後退が、すくい面では切れ刃の欠損の後に生じた大きなクレータ摩耗が発生している。

Vol.

24B16080100
加工穴数（穴）120140160

工具：アクアドリルEX耐熱合金用
寸法：φ6.0
被削材 ：インコネル718
切削条件 ： Vc＝14m／min、f＝0.08mm／rev
加工深さ ： 15.0mm
切削油剤 ： 水溶性

図7

NACHI TECHNICAL REPORT

40

摩耗量比較（インコネル718）

4耐熱合金用ドリル「アクアドリルEX耐熱合金用」

この時の摩耗量を比較した結果を図8に示す。ア0.04移を示しており、異常摩耗が発生しないことで長寿命が望める。また、
穴拡大量の測定結果を図9に示す。
穴拡大量は、他社品が拡大傾向であるのに対し、
ア
クアドリルＥＸ耐熱合金用は、−5〜3μmの範囲で推移している。

拡大量（mm）

クアドリルEX耐熱合金用は、安定した摩耗量の推他社品
アクアドリル耐熱合金用

0.020−0.02−0.04

11030507090
加工穴数（穴）110130150工具： アクアドリルEX耐熱合金用
寸法：φ6.0
被削材 ： インコネル718
切削条件 ： Vc＝14m／min、f＝0.08mm／rev
加工深さ ： 15.0mm
切削油剤 ： 水溶性

図9 アクアドリルEX耐熱合金用の穴拡大量（インコネル718）

50穴加工
ア耐ク熱ア合ド金リ用ル
EX

すくい面損傷大他
社品

図85

切れ刃の摩耗比較（インコネル718）

2）チタン合金（Ti6Al-4V）の加工事例
アクアドリルEX耐熱合金用と他社耐熱合金用ドリルの寿命比較を行なった。
ドリル直径φ6.0mm、穴深さ2 0 m m（ 貫 通 ）を切 削 速 度 3 0 m / m i n 、送り0.15mm/revの切削条件で比較した。NACHI、他社品の400穴加工後の摩耗量を比較した結果を切れ刃摩耗量（μm）

200

他社品
アクアドリルEX耐熱合金用

160120図10に示す。アクアドリルEX耐熱合金用の摩耗量は、

80400

他社品のそれと比較して加工初期から50％以下で0100200

300400500

加工穴数（穴）ある。摩耗形態（図11）は溶着痕も少ない一様な摩工具： アクアドリルEX耐熱合金用
寸法：φ6.0
被削材 ： Ti6Al-4V（36HRC）
切削条件 ： Vc＝30m／min、f＝0.15mm／rev
加工深さ ： 20.0mm（ステップなし）
切削油剤 ： 水溶性

耗である。また、切りくずの比較（図11）ではアクアド
リルEX耐熱合金用が螺旋状であるのに対し、他社品は蛇腹状である。蛇腹状の切りくずは、切りくずの分断性が劣るために刃先で押しつぶしてできる

図10

切りくず形状であり、アクアドリルEX耐熱合金用の摩耗量比較（Ti6Al-4V）

刃先の切れ味が良いことが分かる。

400穴加工ア耐ク熱ア合ド金リ用ル
EX他社品
蛇腹状切りくずが発生

図11

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

24B1

切れ刃の摩耗、切りくず比較（Ti6Al-4V）

65. 加工コスト削減と汎用性
アクアドリルEX耐熱合金用は、高品位で長寿命（Ti6Al-4V）の加工も可能であり、汎用性に優れてな穴あけ加工が可能であるため、加工コストを大きくいる。是非、一度アクアドリルEX耐熱合金用を使用し、削減できる付加価値の高い工具である。また、
インコ

その効果を実感していただきたい。

ネル718に代表されるＮｉ基合金に加え、チタン合金

参考文献
1）相田収平・石川淳・田村信・須藤貴裕：超耐熱合金の高速切削加工
新潟県工業技術総合研究所工業技術研究報告書 40号 P.3−7
2）財団法人あいち産業振興機構：「難削材（耐熱合金インコネル材）の加工技術高度化の研究開発」
研究開発成果等報告書 P.2

用語解説※1 インコネル
スペシャルメタライズ社（旧インコ社）製ニッケル基合金の商標名。耐熱性、耐蝕性、耐酸化性、耐クリープ性などの高温特性に優れた材料。
※2 耐クリープ性
高温において一定の応力のもとでひずみが時間とともに増加する現象
を高温クリープといい、これに耐える性質。
※3 せん断強度
材料が破断せずに耐えられる最大せん断応力。
※4 チゼル部
ドリル先端の中心部。
※5 第２切れ刃
シンニング（※6）加工により形成される切れ刃。
※6 シンニング
先端の心厚をとくに薄くした部分。切削抵抗を小さくするためのもの。

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Vol.24B1

March / 2012〈発行〉 2012年3月29日
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