NACHITECHNICALREPORT

Machining

29B2

Vol.

June/2015■ 新商品・適用事例紹介「DuAl GX ブローチ」
マシニング事業

DuAl GX Broach〈キーワード〉ブローチ加工・水溶性切削油・凝着摩耗
コーティングブローチ・DuAl EX ブローチ

精密工具製造所／技術部

西野 達也

Tatsuya Nishino

「DuAl GX ブローチ」

要旨

近年、自動車や産業機械、建設機械業界では

1. 環境にやさしいブローチ

環境に配慮した生産方式を採用するメーカーが増えてきており、ブローチ加工においても、環境対策と自動車や産業機械、建設機械業界では、地球して油性切削油から水溶性切削油への切り替えが環境保護や生産現場の作業環境改善を目的としすすんでいる。

た環境負荷を低減させるとり組みが広がっている。

このような背景から、NACHIは水溶性切削油での自動車のトランスミッションなどに用いられている加工に適した「 DuAl GX ブローチ」を開発した。

歯車の製作には切削加工を行なう場 合が多く、表面処 理には新開発のDuAl GXコーティングを環境への配慮から油性切削油から水溶性切削油採用しており、従来の「DuAl EX ブローチ」に対してへの切り替えがすすんでいる。しかしながら、水溶1.4倍の長寿命を実現した。

性切削油は油性切削油に対して工具寿命が短く、

本稿では、「DuAl GX ブローチ」の特長と加工事例を紹介する。

工具メーカーには水溶性切削油でも性能を発揮する環境対応型ブローチの開発が求められている。
この要望に応えるため、NACHIは水溶性切削油

Abstract
Recently many manufacturers in theautomobile, industrial machinery and construction
machinery industries have been increasingly
adopting production methods that give consideration
to environmental friendliness. In broach machining,
the switching from oil-based cutting fluid towater-soluble one has been in progress as anenvironmental measure.
In light of this background, NACHI has
developed“DuAl GX Broach”that is suitable forthe machining with water-soluble cutting fluid. Inaddition, a newly-developed DuAl GX Coating isused for surface treatment, which has realized atool life 1.4 times that of the existing“DuAl EXBroach”.
In this article, the features of“DuAl GXBroach”and broaching examples are introduced.

での加工に適した、「DuAl GX ブローチ」（図1）を開発し商品化した。
「DuAl GX ブローチ」の『GX』は『GenerationeXceed:（世代を超えて）』の略で、水溶性切削油での切削加工に特化したブローチである。

図1 「DuAl GX ブローチ」

1

2. 水溶性化の問題点
油性表1に切削油による加工の特徴を示す。これまでのブローチ加工においては、工具寿命に影響を与える、潤滑性や耐凝着性が重視されており、油性切削油を使用した加工が多かった。
図2に切 削 油 の 違 いによる摩 耗 形 態 の 差を示す。油性切削油から水溶性切削油に切り替えると、ブローチの摩耗 形態は潤滑不足を起因とする凝着・擦過摩耗が発生し、とくに切れ刃部の※1コーナー摩耗が大きくなる傾向にある。

200μm

水溶性

前述のとおり、油性切削油に対し水溶性切削油では凝着・擦過摩耗が大きく進行する。この凝着・擦過をいかに抑制するかが、水溶性切削油での加工に対応したブローチでは重要となる。
表1

凝着発生

切削油による特徴比較

環境性
冷却性潤滑性
耐凝着性

油性△△
◎◯

水溶性◎◎◯△

コーナー摩耗

擦過摩耗
200μm

切削速度 ：5m/min
総切削長 ：100m
切込み量 ：50μm/pass
被削材 ：S50C（HV240）

図2

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切削油違いの摩耗形態

2

「DuAl GX ブローチ」

3. 従来の水溶性加工
これまでの水溶性切削油を用いたブローチ加工に対しては、「DuAl EX ブローチ」を提供してきた。

逃げ面摩耗

この
「DuAl EX ブローチ」には表2に示す耐摩耗性・耐熱性に優れたブローチ専用のDuAl EXコーティングを採用している。図3に示すとおり、

側面コーナー摩耗

従来のTiNコーティングに対し、大幅な寿命向上を図4もたらした。

従来の水溶性ブローチ摩耗形態

しかしながら、「DuAl EX ブローチ」において2）凝着も2つの改善すべき課題があった。

図2に示すように、水溶性加工ではコーナー部に1）コーナー摩耗凝着が発生している。凝着の発生要因について、図4に示すように「DuAl EX ブローチ」はコー

油性加工と水溶性加工での摩耗プロセスの違いのナー部が先行して摩耗していくが、逃げ面摩耗は観点から考察を行なった。図5に摩耗プロセスを示す。

※2

進行しないという特異な摩耗形態であった。

油性加工の場合、油膜を介してブローチと被削摩耗を分析したところ、側面部にコーティング材が接触するため、油膜が被削材とブローチのの剥離が発生していることから、剥離を起点として直接接触を抑えている。そのため、被削材表面のコーナー摩耗が進行するという摩耗発生メカニズム凹凸が残り、ブローチに被削材が凝着しにくい。

であると考えた。そのため、剥離を防止することがしかし、水溶性加工の場合は、油膜が破断されコーナー摩耗の抑制につながると結論づけた。

やすく、ブローチと被削材の金属接触が発生しや

表2
膜種
TiN
DuAI EX

硬さ
1,450HV
1,800HV

加工数（個）

6,000
4,000

酸化開始温度
600℃
900℃

特徴
汎用性
耐摩耗性

水 溶 性 加 工では 油 膜（ 潤 滑 性 ）不足による、ブローチと被削材の金属接触を抑制することが、

9,000

切削方向

加工数2倍

油性の場合
ブローチ

4,000

油膜

2,0000

ブローチに凝着しやすくなる。

凝着対策として重要であると考えた。

10,0008,000

すいため、被削材表面の凸部が擦り減り、被削材がコーティング膜の特性

凹凸

被削材

TiN油膜を介して接触する

DuAI EX

×NT25
諸元 ：m1×PA37.5°
被削材 ：SCr420
切削油 ：水溶性

水溶性の場合切削方向

ブローチ

金属接触（境界潤滑）

図3 「DuAl EX ブローチ」加工事例
被削材

凸減る

油⇒水にすることで、油膜が形成できずワークとブローチの金属接触発生。

図53

凝着･摩耗プロセス4. 水溶性加工用DuAl GXコーティングの開発
水溶性加工に適したブローチとするため、水溶性従来プロセス新プロセス

加 工特 有のコーナー摩 耗 対 策と凝 着の 抑 制に注力し開発を行なった。

1）コーナー摩耗対策
前述の通り、コーナー摩耗は剥離を起点として200μm進行すると推定した。コーティングの剥離は工具剥離あり母材とコーティングの密着 性が関係していること

図6

200μm

剥離すくないロックウェル圧痕剥離試験から、成膜プロセスの見直しを行ない、コーティング密着性を向上させた。
図6にブローチ側面を想定した特殊テストピース

DuAl EX

新コーティング※3を用いた圧 痕剥離試験の結果を示す。コーティングの剥離 状況を確 認したところ、新プロセスでは剥離が抑制されており、コーナー付近での密着性改善が確認できた。

凝着

100μm

図72）凝着対策

100μm

摩擦摩耗試験

凝着の原因は、水溶性加工の潤滑不足によって、ブローチと被削材の金属接触が発生しやすいことと考えた。
対策としては水溶性加工で不足している潤滑性をコーティングで補うことで、油性加工に近づけることが可能と考えた。潤滑性に優れたコーティング組成の選定を行ない、耐凝着性に優れたコーティングを実現した。
※4

摩 擦摩耗試験を行ない耐凝着性評価を行なった。図7に示 すとおり、試 験 後の試 験 片表面を観察したところ、DuAl EXコーティングには凝着が発生しているのに対し、潤滑性の良い新コーティングでは凝着しにくいことを確認した。
以上の密着性と耐凝着性の向上により、水溶性ブローチ加工に必要なコーティング特性をもつ
DuAl GXコーティングを開発することができた。

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「DuAl GX ブローチ」

5. バイトによる代用評価
DuAl GXコーティングの 性 能 評 価のために、にバイトのコーナー摩耗量を示す。従来のDuAl EX

図8に示すバイトによる代用テストを行なった。

コーティングと比較して、DuAl GXコーティングのブローチには複数の切れ刃があるが、バイトは切凝着は小さく、またコーナー摩耗も非常に小さくれ刃1つ分の工具である。テストは切込みを与え従来比1/10であった。水溶性加工対策の効果がたバイトをワーク上面から下面方向へスライドさせ現れており、DuAl GXコーティングは水溶性ブて切削を行ない、これを2,000回繰り返す加工をローチ加工に適したコーティングであるといえる。

行なった。
図9に2,000回加工後のバイト摩耗写真、図10
凝着小
切込み方向

50μm

590μm
上面

摩擦 1/10

バイト

200μm

200μm

被削材
切削方向

コーナー摩耗小バイト

切込み方向

200μm

200μm

DuAl EX

DuAl GX

図9

バイト摩耗写真

2,000回切込む
700

被削材上面

切削速度 ：5m/min
総切削長 ：100m：S50C
被削材：水溶性切削油

図8

バイトテスト概略図

コーナー摩耗量（μm）

600
500400

摩耗量1/103002001000DuAI EX

図105

DuAI GX

バイトのコーナー摩耗量

6. ユーザー加工事例
図11に「DuAl GX ブローチ」のユーザーでのDuAl EX

ライン評価を実施した結果を示す。DuAl GXコー
0.25mmティングにより凝着やコーナー摩耗を抑制することができた。従来の「DuAl EX ブローチ」
に対して「DuAl GX ブローチ」は加工数1.4倍で摩耗は微小であり、ライン評価で水溶性加工用コーティングの効果を確認できた。

0.5mm

7,000個加工後

DuAl GX

0.05mm 以下

0.5mm

10,000個加工後
×NT24
諸元 ：m1×PA30°
被削材 ：SCM420
切削油 ：水溶性

図11

ユーザー加工事例

7. NACHIコーティングブローチ「DuAl GX ブローチ」の開発により、水溶性加では対応しきれない水溶性切削油を用いた加工工に特化したコーティングブローチを実現することに特化した環境対応型ブローチである。

ができた。従来の「DuAl EX ブローチ」との使い今後もNACHI独自の材料･コーティング・工具分けについて、図12に推奨する加工領域を示す。

設計などのコア技術を活かして、 市 場 ニーズ に「DuAl EX ブローチ」は水溶性加工を行なう

あわ せ た商 品 開 発をす すめる。 また工作機械

場合、凝着や摩耗に弱い部分があるため、油性とのシーズを融 合させた新しい加 工システムを加工を推奨する。

提案していくことで、他社より一歩先をいく商品「DuAl GX ブローチ」は「DuAl EX ブローチ」や加工技術を提供していく。

切削油
コーティングDuAI GX

油性DuAI EX

水溶性DuAI GXGX【Generation eXceed：世代を超えて】
・水溶性切削油に特化・凝着、コーナー摩耗、擦過摩耗対策を重視

DuAI EX

EX【EXceed：卓越した】

図12 NACHIコーティングブローチ

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用語解説※ 1 コーナー摩耗：逃げ面摩耗のうち、かど部に生じる摩耗。
※ 2 逃げ面摩耗：逃げ面に生じる摩耗。
※ 3 圧痕剥離試験：ロックウェル硬度を測定した際にできる被膜の剥離形態を調べる方法であり、密着性の良・不良を定性的に判断することができる。
※ 4 摩擦摩耗試験：回転する円板状試験片に鋼球を一定荷重で押し付けてしゅう動させる試験方法。摩擦係数を測定できる。

逃げ面
すくい面

逃げ面摩耗

F＝μN

逃げ面

すくい面
コーナー摩耗

※1,2

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試験条件：回転数500rpm、荷重10N※4 摩擦摩耗試験

ブローチ切れ刃摩耗

June / 2015〈発行〉2015 年 6 月 15 日
株式会社 不二越 技術開発部
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