油 膜 付 水 滴 加 工 液 を 用 い た エ ンドミル加工における工具摩耗河田圭一 * 1

佐藤豊 * 1

水野和康 *1

T o o l W e a r i n E n d -M i l l i n g w i t h O i l F i l m o n W a t e r F o g C u t t i n g F l u i dKeiichi KAWATA 、 Yutaka SATO and Kazuyasu Mizuno
Technical Consulting Division, AITEC ＊ １

環境負荷の小さい油膜付水滴加工液を用いた切削加工における工具摩耗、切削抵抗、仕上げ面粗さについて検討するために、立形マシニングセンタを用いてボールエンドミル加工を行った。同様に、水溶性加工液（エマルション）および極微量潤滑法を用いた実験を行い、油膜付水滴加工液を用いた結果と比較した。その結果、油膜付水滴加工液を用いた工具摩耗は水溶性加工液を用いた場合と同様に逃げ面境界部にチッピングが起こった。また、切削抵抗、仕上げ面粗さも水溶性加工液を用いた場合に近い値を示した。

ボールエンドミル

１．は じ め にYY

X

生産加工における切削加工液が系外に排出されたとき、送りX環境負荷が大きいことが問題となっている。この対策とZして種々の方法が検討されているが、その中の１つに、

Z被削材

水滴表面を油膜で覆い加工物や工具の表面に吹き付ける油膜付水滴加工液（Oil Film on Water Fog、以下 OoW と記す）を用いた加工方法 1)がある。昨年度は、この加工20 度液を用いたアルミニウム合金のスクエアエンドミル加工における加工精度について検討した 2)。その結果、この加工液を用いることが環境対策技術の一つとして有効で傾斜用治具あることが明らかになった。

圧電式抵抗計

そこで本年度は、この加工液を用いた工具摩耗について検討するためにボールエンドミルによる切削加工を行図１加工方法った。同様に従来の多量 の水溶性加工液を用いた方法お１ に示す。‑X 方向を工具の送り方向としたので、切削はよび環境対策技術として注目されている極微量潤滑法

ダウンカットである。‑X 方向に１ライン加工後、+ Y 方（Minimal Quantity of Lubricant、以下 MQL と記す）の実向に一定ピッチ送られるので、斜面を下から順に上へ加験を行い OoW の結果と比較を行った。また、切削抵抗工を行う。被削材はモールド加工用の金型材としてよくや仕上げ面粗さについても検討した。

使用されるプリハードン鋼（NAK80 、HRC39）を使用し２．実 験 方 法

た。
OoW では、生分解性のあるエステル油剤を 10mL/h、

本実験では、金型加工を想定し、立形マシニングセン

蒸留水を 1.2L/h の割合で専用ノズルにより加工点に吹きタによるボールエンドミル加工を行った。加工方法を図付けた。水溶性加工液では、水道水で 20 倍に希釈された１に示す。切削速度がほぼ零となる工具中心付近での工エマルションタイプの切削油を 420L/h でフラッド供給具の摩耗状態は複雑となるので、その影響をさけるためした。MQL では、マシニングセンタ付属の供給装置によに、被削材を 20 度傾けて加工を行った。加工条件を表り、生分解性のある油剤を、主軸内部を通しコレットチ*1 技術支援部機械電子室

表１

超硬ボールエンドミル

TiAlN コーティング
超硬ボールエンドミル値を求めた。

加工条件
工具径：R5
刃数：2 枚主軸回転数：6350 rpm
送り：1905 mm
切込み：0.5 mm
ピックフィード：0.5 mm
工具径：R5
刃数：2 枚主軸回転数：10000 rpm
送り：3000 mm
切込み：0.5 mm
ピックフィード：0.5 mm

３．実験結果および考察
3.1

逃げ面摩耗

写 真 １ に超硬工具で 240m まで切削したときの工具逃げ面の状態を示す。工具の２枚の刃はどちらも同じような摩耗であった。写真の右側は工具の外周であるので、左側よりも右側の切削速度は大きい。どの加工液の場合にも、境界部分を除いて切削速度が大きくなるほど摩耗幅も大きくなる傾向が見られた。(a)OoW を見ると、左右の境界部で大きく摩耗し、右の境界部では一部欠損もャックから 4mL/h で供給した。

起こっている。(c)水溶性では、OoW と同様な摩耗形態

超硬工具では 30m、コーティング工具では 60m 切削すを示したが、欠損は OoW よりも大きかった。一方、(b)

るごとに工具摩耗量、切削抵抗および仕上げ面粗さを測の MQL では境界部で異常な摩耗は見られなかった。こ定した。工具摩耗量は逃げ面を工具顕微鏡により観察し、のことから、ボールエンドミル加工のような断続切削で逃げ面摩耗量を測定した。切削抵抗は、圧電式切削抵抗

は、冷却性の高い OoW や水溶性加工液を用いた場合、計により Fx、Fy、Fz の３成分を測定した。抵抗計も 20切削時の発熱と加工液による冷却が繰り返されるので、度傾けられており、測定される方向は 図 １ に示した方向

境界部では熱による衝撃が大きくなり欠損が生じやすくである。仕上げ面粗さは触針式粗さ計により測定した。

なると考えられる。

フ ィ ル タ ー は ガ ウ シ ア ン フ ィ ル タ ー 、 カ ッ ト オフは

写 真 ２ にコーティング工具で 600m まで切削した工具

0.8mm、測定長さは５カットオフとした。工具の送り方

逃げ面を観察した結果を示す。超硬工具と同様、OoW と向（X 方向）および直角方向であるピックフィード方向

水溶性では左右の境界部で大きな摩耗が見られ、右の境（Y 方向）の２方向をそれぞれ５カ所ずつ測定し、平均界部にはチッピングが観察された。

0.4mm

切削部分

切削部分

(a)OoW(a)OoW

0.4mm

切削部分

切削部分

(b)MQL(b)MQL

0.4mm

切削部分

切削部分
(c)水溶性写真１

逃げ面摩耗の観察（超硬工具）(c)水溶性写真２

逃げ面摩耗の観察（コーティング工具）

0.3
最大逃げ面摩耗幅（ｍｍ）

逃げ面摩耗幅（ｍｍ）

0.3
OoW
MQL
水溶性

0.20.100100200
切削距離（ｍ）

OoW
MQL
水溶性

0.20.103000(a)中央部の逃げ面摩耗幅

逃げ面摩耗幅の推移（超硬工具）
0.3
最大逃げ面摩耗幅（ｍｍ）

0.3
逃げ面摩耗幅（ｍｍ）

300(b)最大逃げ面摩耗幅

図２

OoW
MQL
水溶性

0.20.1

0100200
切削距離（ｍ）

0200400600
切削距離（ｍ）

OoW
MQL
水溶性

0.20.108000(a)中央部の逃げ面摩耗幅
図３200400600
切削距離（ｍ）

800(b)最大逃げ面摩耗幅
逃げ面摩耗幅の推移（コーティング工具）

写真１に示した切削部分の中央にあたる逃げ面摩耗幅の切削距離に対する変化を 図 ２ (a)に示す。図に見られ(c)Z 方向の切削抵抗には、それほど大きな差は見られなかった。

るように、OoW の逃げ面摩耗幅は水溶性とほぼ同じ増加

図 ５ にコーティング工具における切削抵抗の変化をを示した。一方、MQL は他に比べ逃げ面摩耗の増加の割示す。(a)X 方向および(b)Y 方向ではあまり大きな差は見合が大きかった。これは、OoW と水溶性の冷却効果がられなかった。一方(c)Z 方向において、MQL に比べ OoWMQL よりも高いためと考えられる。一方、OoW と水溶と水溶性の場合に切削抵抗の増加の割合が大きくなった。

性の最大逃げ面摩耗幅（ 図 ２ (b) ）は、切削距離が 150m

OoW と水溶性では境界部のチッピングによりコーティを超えるあたりから MQL よりも大きくなる。これは、ング層が剥がれ、切削抵抗が増加したものと考えられる。

OoW と水溶性では境界部がチッピングするためである。

3.3

仕上げ面粗さコーティング工具における中央部の逃げ面摩耗幅と超硬工具の場合の仕上げ面粗さの変化を図 ６ に、コー最大逃げ面摩耗幅の変化を図 ３ に示す。コーティング工ティング工具の場合の仕上げ面粗さの変化を図 ７ に示

具では超硬工具と異なり中央部および最大逃げ面摩耗幅す。どの工具においても、送り方向に測定した仕上げ面に加工液による大きな差は見られなかった。

粗さは加工液による影響は見られず、切削距離が増加し3.2切削抵抗ても一定であった。一方、ピックフィード方向に測定し

図 ４ に超硬工具の切削抵抗の測定結果を示す。切削抵た仕上げ面粗さは、切削距離の増加に伴い大きくなった。

抗は、工具が摩耗するので、切削距離の増加とともに増MQL を用いた場合に OoW や水溶性に比べ仕上げ面粗さ加した。(a)X 方向において、MQL の切削抵抗は、OoWの増加割合は小さくなった。写真１、２に示した左の境や水溶性に比べ大きくなった。図２(a)に見られたように、 界付近が仕上げ面として被削材に転写されるので、そのMQL の逃げ面摩耗は OoW や水溶性に比べて大きいため部分の摩耗が大きい OoW と水溶性の仕上げ面粗さは、切削抵抗は大きくなると考えられる。一方、(b)Y 方向、大きくなると考えられる。

201000100200
切削距離（ｍ）

4030201003000100200
切削距離（ｍ）(a) X 方向

(b)

OoW
MQL
水溶性

40

切削抵抗Fy（Ｎ）

切削抵抗Fx（Ｎ）

図４5030201000200 400 600
切削距離（ｍ）

800

402010200 400 600
切削距離（ｍ）(b)

図５

仕上げ面粗さ（μｍ）

仕上げ面粗さ（μｍ）

50100200
切削距離（ｍ）
図６300

超硬工具における仕上げ面粗さ

４．結 び
油膜付水滴加工液を用いたボールエンドミル加工における超硬工具およびコーティング工具の逃げ面摩耗について測定した。その結果、油膜付水滴加工液を用いた加工は、水滴の冷却効果により水溶性切削液を用いた加工に近い摩耗を示すことが明らかになった。また、切削抵抗、仕上げ面粗さも同様であった。今後は、焼き入れ材料を対象にした工具摩耗について調べていく予定である。

0100200
切削距離（ｍ）

300800OoW
MQL
水溶性504030201000

Y 方向

200 400 600
切削距離（ｍ）

800(c) Z 方向

2010010

切削抵抗（コーティング工具）

OoW（X）OoW（Y）MQL （X）
MQL （Y）
水溶性（X）
水溶性（Y）

1520(c) Z 方向

30030

Y 方向

OoW
MQL
水溶性500400300

OoW
MQL
水溶性50

切削抵抗（超硬工具）(a) X 方向

20切削抵抗Fz（Ｎ）

30

OoW
MQL
水溶性50

切削抵抗Fz（Ｎ）

40

切削抵抗Fy（Ｎ）

切削抵抗Fx（Ｎ）

OoW
MQL
水溶性50

15

OoW（X）OoW（Y）MQL （X）
MQL （Y）
水溶性（X）
水溶性（Y）

10500

図７200

400
600
切削距離（ｍ）

800

コーティング工具における仕上げ面粗さ
文献1) T.Nakamura，T.Matsubara，F.Itoigawa，K.Kawata：
Proceedings of the 10th International Conference onPrecision Engineering，7，269(2001)2) 河田ほか：愛知県工業技術センター研究報告， 37，37(2001)