マルチマテリアル(異種材料接合材)の切削加工に関する研究
機能素材加工課 川堰宣隆*1、山岸英樹

デジタルものづくり課 柿内茂樹*2

国立大学法人富山大学 高野 登
1. はじめに
近年、航空機および次世代自動車の軽量化に向けて、Table 1 Cutting conditions for the milling experiment
Tool

従来の構造部材の一部を、アルミニウムやマグネシウムCoatingなどに材料置換するマルチマテリアル化が進んでいる。

Number of tooth
Cutting speed
Feed rate
Radial depth of cut
Cutting method
Lubrication method

その部材を製品形状にする場合には、接合した異種材料をミリングや穴あけによって同時に切削加工する必要があるが、各材料の被削性の違いから、加工品質や耐摩耗性を両立させた加工は困難である。
本研究では、各種マルチマテリアルの加工技術を開発(m/min)(mm/tooth)(mm)

φ8 Carbide endmill
Noncoating,DLC coating240 ~ 120
0.075
1.5
Downcut
Dry cutting

するとともに、その加工メカニズムを明らかにすることを目的とする。本報では、アルミニウム/マグネシウム接合材のミリング加工および穴あけ加工を行い、その加工特性および最適な加工方法について検討した。
2. 被削材
被削材には、大きさ 150 mm × 70 mm × 3 mm のアルミニウム合金 A6063 とマグネシウム合金 AZ31(以下、それぞれ Al と Mg とよぶ)を摩擦攪拌接合により重ね合わせ接合した、厚さ 6 mm の板材を使用した。
3. ミリング加工実験
3.1 実験条件および方法
加工機には、マシニングセンタ(キタムラ機械(株)製

Fig. 1 Surface topography of Al and Mg welding
material machined using (a) noncoated, and (b) DLC
coated tools in milling experiment at the cutting speed of60 m/min, measured by a coherence scanninginterferometer; The upper and lower sides of thematerial are Al and Mg alloys, respectively.

Mycenter-3XiG)を使用した。工具には直径 8 mm の超硬エンドミルを使用し、切削動力計に取り付けた接合材の側面加工を行った。加工方式は、乾式とした。表 1 は加工条件である。
3.2 実験結果および考察
図 1(a)は、ノンコート工具を用いて切削速度 60 m/minで接合材を加工したときの、加工面の垂直走査低コヒーレンス干渉法(CSI)による観察像である。観察像上側がAl、下側が Mg である。Al と Mg で加工量に差が生じ、境界付近で段差が生じた。表面粗さ Sa は、1.1 µm であった。この値は、Al や Mg 単体を切削したときの粗さ Sa
約 0.4 µm と比較して大きい。切削速度を変化させたとこ
ろ、切削速度が小さな条件で表面粗さは大きくなった。には被削材下側にあるマグネシウム合金の切削が始まる

切削速度が 60 m/min 以上になると表面粗さは小さくな(図中、①部) 。その後、切れ刃が Al に到達すると切削り、速度が変化しても粗さは同様な値を示した。

力が増加することがわかる（図中、②部）。これらの切削

図 2 は、加工中の切削力の波形である。加工開始直後*1 現

8Fig. 2 Profile of the cutting force in tool feed direction
while milling Al and Mg alloys at the cutting speed of 60m/min

デジタルものづくり課、*2 現

力の差や耐凝着性の違いによって、加工量に差が生じた

機能素材加工課

Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.37 (2023)

Table 2 Cutting conditions for the drilling experiment
Tool
Coating
Cutting speed
Feed rate
Lubrication method(m/min)(mm/rev)

φ6 Carbide drill
Noncoating,
DLC coating
240.049
Dry cuttingと考える。
これら要因によって生じる加工面性状の悪化を改善するため、DLC コーティングした工具を用いた加工を行った。DLC コーティングによって、工具・被削材間の摩擦が減少し、切削力の差や凝着性を改善できると考えた。
図 1(b)は、DLC コーティッド工具を用いて加工した
Al/Mg 接合材の加工面の CSI 像である。図 2 にも示すよ

Fig. 3 Surface topography of Al and Mg welding material
machined using (a) noncoated, and (b) DLC coated tools
in drilling experiment, measured by a coherence
scanning interferometer; The upper and lower sides ofthe material are Al and Mg alloys, respectively.

うに、Al 加工時の切削力の増加傾向はなくなり、材料種間で生じていた加工量の差は消滅した。これによって、側で被削材の盛り上がりや引っ掻き痕などが多く見られ表面粗さ Sa は 0.5 µm と小さくなった。この値は Al やた。Al 側を加工する際に生じる、被削材の凝着に起因すMg 単体を切削したときの値と同等である。

ると考える。DLC コーティッド工具を用いることで表面以上の結果より、Al/Mg 接合材のミリング加工におい粗さは減少し、加工面にはカッターマークが観察されるては、DLC コーティッド工具を用いることで表面粗さやなど工具の耐凝着性が著しく改善されることがわかる。

切削力を改善できることがわかった。

以上の結果より、Al/Mg 接合材を加工する場合、DLCコーティッド工具を用いることで工具の耐凝着性や切削4. 穴あけ加工実験力が改善され、加工面性状を向上させることが可能なこ

4.1 実験条件および方法とを明らかにした。

穴あけ加工実験を行い、ミリング加工と同様にコーティングの有無による加工特性の違いについて検討した。
工具には直径 6 mm の超硬ドリルを使用した。加工方式は、乾式とした。表 2 は、加工条件である。

5. おわりに本報では、Al/Mg 接合材のミリング加工および穴あけ加工を行い、その加工特性について検討した。
これより、Al と Mg の特性の違いによって、加工面には加工量の差による段差が生じる。DLC コーティッド工具を用いるこ

4.2 実験結果および考察
図 3 は、接合材を加工したときの、加工面の CSI 像でとで、その表面性状を改善できることを明らかにした。

ある。観察像上側が Al、下側が Mg で、Al 側から穴あけ

今後は、その加工メカニズムについて詳細に検討すると加工を行った。ノンコート工具を用いた場合、とくに Alともに、他種接合材の加工についても検討していく。

キーワード：マルチマテリアル、ミリング加工、穴あけ加工、アルミニウム合金、マグネシウム合金

Study on Cutting Method of Multi-materials
Functional Material Processing Section; Noritaka KAWASEGI*1, Hideki YAMAGISHI,Digital Manufacturing Section; Shigeki KAKIUCHI*2 and University of Toyama; Noboru TAKANO
We investigated cutting characteristics of multi-material consisted of aluminum and magnesium alloys. The milling experiment
reveals that the rough surface was formed by a noncoated tool, due to the difference in cutting force and adhesion resistance. It wasimproved by using a DLC coated tool, and similar surface roughness with non-welded material was obtained. Similar trend wasobtained in the drilling experiment, and rough surface, caused by the adhesion, was improved by the DLC coated tool.

富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.37 (2023)

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