昭和63年度 研究報告 大分県工業試験場

セラミックスの加工技術とその利用に関する研究
機械部機械科 大 塚 裕 俊
後 藤 幸 臣1．はじめにファインセラミックスをはじめとする各軽新素材行い、セラミックス仮焼材の切削性についてJウ考誓を試みた。には硬脆材料に属するものが多いが、従来の金属材料とは異なったこれらの材料に対する加工技術はい

2．実験の方法まだ充分に確立きれていない。

（1）実験機器

セラミックスの切削加工は牛材を対象として行わ

旋盤：昌運工作所ガスヌーブ旋盤Ⅰ‡B500型
無段変速

れることが多いが、強度グ）低さや取扱車の困難さ、加工能率の悪さ等問題が多い。
そこである程度の熱処理を施したセラミックスの（2）切削試験

切削材：窒化珪素炭化珪素（Si3NiSiC）

板原村を被削材として加⊥する方法が近年広まりつ

複合焼結体1000コC仮焼体
C35mmX15〔hm

つある。
今巨＝ま、ニのセラミックスけ仮焼材凝削加r二に焦使用工貝：工異材の成分と機械的性質を表1にホ真を絞り、各種工員による種々の条件Fでの実験を

プc

表1工具材の成分と機械的性質※′ヌーブ硬さ

切削条件：表2に詳細を示す。
（3）測定項目

試験開始初期烏⊥二作物1rⅢ1（切削長約150mm）ごとに、それ以降は適′圭∫1二判断してチップをホルダからはずし、丁貝顕微鏡ですくい面、逃げ而の摩耗幅の測定、写真撮影を行った。また表面印さ計にて⊥作物レ）表面粗さを測定した。逃げ面の最大摩禾毛帖が0．2

表2 切削条件
切削形熊旋削、外丸削り、乾式

工員形式

一6J，−6一，6く，6ニヲ15へ，汀，0．Hmm

工具寸法12．7：く12．7：く4，76mm

切削速度

170，100（セラミクス伍）ゾ〕み）111′′′min

送 リ

0．1mmノ′′l￣eV 一ズヒ′∫ 0」うmm 一気三

Ⅰれmを越えた時．キで寿命と判断し実験を打ち切った。
工▲上土ホノ■−′ヤ361HllR33（20mm角、特別仕様：｝、突よ」し／長さ20Iilm

昭和63年度 研究報告 大分県工業書式等爽場ッヒニ ケも毘ト〕れ）まい。

3．実験結果と考察
tlj ！二見バ損傷形態

サ山メット、17触1／1血1でも童界賓耗が現jLてお園1に各チップて心坑削精しプ：）vi二具損長引犬態を示り、チッヒンゲが少し見られる。逃げ而に奪養毛とはす。焼結C‡うN、ユ7（如／′′／／ⅠⅥiilでは前逃げ酢こ境界摩耗 違うが変色部が見られる。二者とも相磯化性に弱いが大きく覗かており、すくい面こノ〕撃葦毛は少ない。チと考えられる。

焼結C臼N

1分10秒後2分19秒後4分32秒後6分45秒後

サーメット

0．5mm
L

1分（14秒後2分（捗秒後4分06秒後：う分二う3秒後

7分51秒後」焼結ダイヤモンド

1分14秒後16分t）7秒後図1．1エ異損傷状態
37

昭和63年度 研究報告 大分県工業喜式験場

焼結ダイヤモンドは、逃げ面、すくい面ともに非常に摩耗が少なく境界摩養毛も見られない。耐摩寿毛性、耐酸化性、耐拡散性に優れた性能を示している。被削材の量の関係から実験は途中で打ち切った。
セラミックス伍）、170nl／minにおいても境界摩弄毛は全く見られないが、す′くしゝ面にチッビングが少し見られる。
セラミックス（1う）、17りm／nliIlでは、セラミックス（A）、170m／血nと良く似た損傷形態を示した。
セラミックス伍）、1り（）m／血iIlでは、同じセラミッセラミックス（A）

53秒後

1分43秒後3分08秒後5分53秒後セラミックス（B）

0．5mm

し 」

1分12秒後2分21秒後セラミックス（A）川Onl／nlirl

1分53秒後3分45秒後区＝．2

ニト

7分35秒後工具婁員傷状態

14分21秒後

昭和63年度 研究報告 大分県工業喜式験j易クスしノ1）、i70111／′111inと同じような損傷形態を示す

行状態を示しており、いずれも4分程度で寿命に達が、切削速度が遅いだけ損傷量は少ない。

？ J， しノ／、○セラミックスでは耐衝撃性に難があると考えられセラミックス（A）、170111／mhでは、前三者に比較る二していく分寿命は延びるが、それでも14分後には寿（2）工具摩耗進行曲線命に達した。
焼結ダイヤモンドは非常に摩耗進行が遅く16分経

園2に逃げ面最大摩耗幅の進行曲線を示す。

過後も0．05mm程度で他に比較して抜群の性能を示し最大摩耗幅が0▲2mmを越えた時点で実験は打ち切った。

／し▼⊂ナ，（3）切削仕上げ面粗さ

セラミックス田）、170nl／／nlhでは、切削時間1分

図3に切削仕上げ面粗さ経過曲線を、図4にはそ経過後には早くも0．2mmを超過して寿命に達した。の断面曲線を示す。

サーメットと焼結CBNが非常に良く似た摩耗進逃げ面最大摩耗幅
VBm
1n2101

H寺 間

川3（SEC）

ロトヒラミクス漬l＋セラミク1（B）◇サーメット△C王うN XDIA ▽セ∵ラミクス（八州0（））

図2 各種工具の摩耗量の変化（被削材：窒化珪素仮廃材1000DC）
20 0
18．（）

表面粗き 押

16．り
14．（）
12．（）
1（）．0

＼ ■i

6．（J∠圭．0
1（j∠

1（）1

時 間

†が（SlてC）

ロセラミクス汰 ＋セラミク：引Ⅰミ）◇サールメット△C王ミN X川A ▽セラミクスい）（川（＝

図3 各種工具による表面粗さの変化（被削材：窒化珪素仮焼材10000C）
39

昭和63年度 研究睾琵告 大分県二こ業喜式琴湊場

切削速度ニ170rn′′／i¶iil送り：0．1Inm／′REV切込み：0＿5mm

工具材率i分後

4分後

15分後

タテセラミックス （Aヨ203Tic）×100わ （Å祉）×完コ 轡轡粛臍騨幣 酔毎轡㍍

切削速度：100nlノ′／nlin 送り：0．tmm′′REV 切込みこ〔）．5m汀王

図4 切削仕上げ面断面図
40u

昭和63年度 研究率巨告 太分県工業芸式験j老

切削仕上げ面粗さには、切削初期においても6掛mから1触n戒nlaXまで、チップ材種により差が見ほど有効でない。
（2Jセラミックス工具はチッビングによる損傷が見ら変L、各々においても寧耗の進行とともに仕上げ面られ、耐衝撃性に劣ると考えられるが、同じセラ粗さも悪化する傾向が見られるが、刃先の損傷形態との関連性は見られない。

てこの弱点を補えば∴工具寿命も大幅に延びる。

焼結ダイヤモンドチップでは、初期において仕上

このことは他のチップにおいても同じと推測されげ南柏さは良好だが、琴耗の進行が非常に遅いにもミックスしA）でも切削速度を用地町／nl喜nに綬和し勺○

かかわらず、仕上げ面粗さの悪化が早く17分経過後（3）焼結ダイヤモンドはこのセラミックス仮焼体にには、寿命に達した他のチップの仕上げ面粗さと同対して、他の工具に比し全ての点で極めてすぐれ程度になっている。

た切削性能を示し、切削速度170mm／min以上で充仕上げ面の断面曲線については、チップの種類に分に使用に耐えられる。

よる差異は見られないが、焼結性の材料のためか切（4）切削仕上げ面粗さは、工員摩耗の進行と共に悪削初期においてもはっきりした送りピッチは見られ化する傾向があるが、刃先の損傷形態との関連はず乱れたピッチマークを示している。

見られず、工具の種類による断面形状の差異も認められない。

針∴ま と め以上、窒化珪素のセラミックス仮焼体の旋削加工を種々の工具によって行った結果以下のようなことが確認できた。

用 サーメット、焼結CB討ともに境界摩耗が見られ

5．おわりに

本研究は通産省の地域技術交流研究制度の→環として九州工業技術試験所との共同研究として行われたものであり、当工試の結果のみ報告した。各県工170mm／nli王1の切削速度では寿命が短く切削に耐試による他のセラミックス仮焼体の試験結果とともえられず、このセラミックス仮焼体に対してはさにいずれ報告書としてまとめられる予定である。

4j