［研究論文］

オーステンパ球状黒鉛鋳鉄製木工刃物の開発*
茨島 明**、勝負澤 善行**、池 浩之*** 、高川 貫仁**
ベルカッターと呼ばれる旋削用の木工刃物をADIにより製作し、その性能を樹脂切削試験により既存の鋼製刃物と比較した。その結果、製作したADI製ベルカッターは45HRCの硬さを有しており、木工刃物として使用できることが明らかとなった。また、切削速度速度240m/minにおける被削材の加工表面粗さはADI製刃物と既存の鋼製刃物とでほぼ同じ値を示した。
キーワード：オーステンパ球状黒鉛鋳鉄 ADI ベルカッター すず浴

Development of Woodworking Tools with Austempered Ductile Iron
BARAJIMA Akira, SHOUBUZAWA Yoshiyuki, IKE Hiroyuki,
and TAKAGAWA Takahito
We made wood working tools out of austempered ductile iron, what are called a bell-cutter, andwe compared ADI bell-cutter’s performance with steel bell-cutter’s performance by cutting test ofplastic material. Consequently, we have confirmed that ADI bell-cutter’s hardness is 45HRC. And thishardness is good as a woodworking tool. The roughness of cut plastics’ surface (cuttingspeed=240m/min) by using an ADI bell-cutter and a steel bell-cutter are nearly equal.
key words : austempered ductile iron, ADI, bell-cutter, tin bath
１緒言の３種類とした。既存の鋼製ベルカッターにおけるすく

特定産業集積地域の基盤産業である銑鉄鋳物製造業のい角は 50°で、すくい角の変化による影響を見るために活性化を図るため、当センターは県内企業と共同ですず40°及び 60°の ADI 製ベルカッターを製作した。すくい角 50°以外の鋼製ベルカッターは木工刃物メーカー

浴オーステンパ熱処理装置 1) を開発し、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄（以下、ADI）の農耕爪やナイフ等への応用を支援 2),3) してきた。ADI は高い強度と硬度を有する 3)の特注品を用いた。

ことが知られており、様々な分野への応用が期待されて

法 1) を用いた。オーステンパ熱処理の概略を図４に示す。

いる。一方、木工刃物は様々な材料（工具鋼、超硬合金、ベイナイト化にすず浴を用いているのが本熱処理方法のダイヤモンド、cBN など）から作られているが、これらの材料はリサイクルするのが難しいのが現状である。こ

特徴となっている。

れに対し、ADI は鋳造材料であり、優れたリサイクル性を有している。

料の切削試験により行った。表３に切削条件を示す。ま

本研究では、ADI 製木工刃物の実用化を検討するために、ベルカッターと呼ばれる旋削用の木工刃物を製作し、面粗さにより評価するために等方均質な樹脂材料を被削その性能を樹脂切削試験により既存の鋼（ SKH51）製刃

表１物と比較した。
２オーステンパ熱処理にはすず浴オーステンパ熱処理方製作した ADI 製刃物と鋼製刃物の性能試験は樹脂材た、図５に切削試験の様子を示す。刃物の性能を加工表材とした。
供試材（FCD500 相当）の化学成分（mass％）
CSi
MnPMg
S
Fe
3.71 2.81 0.27
0.019 0.047 0.005 Bal.

実験方法

供試材は表１及び表２に示すような化学成分と機械的性質の球状黒鉛鋳鉄（FCD500 相当）を用いて図１及び図２に示すベルカッターを図３に示す工程により製作した。ベルカッターのすくい角は 40°、50°、及び 60°＊オーステンパ球状黒鉛鋳鉄の高度化＊＊金属材料部＊＊＊企画情報部

表２

供試材（FCD500 相当）の機械的性質
引張強さ
耐力
伸び
5312(N/mm )355(N/mm2)

15.9(％)

硬さ
187HB岩手県工業技術センター研究報告

第 8 号（２００1）

1173K

オーステナイト化

温度、K

3.6ksec

1.8ksec

573K

ベイナイト化（すず浴）

図１

空冷

ベルカッター外観
時間、ksec

図４

φ43.5
φ48.0

表３

オーステンパ熱処理

ベルカッターによる切削条件
切削速度（m/min）
120,240,360
送り（mm/rev）
0.2,0.4,0.6
切り込み（mm）
2.0
加工方法
旋削による外形切削
被削材
樹脂（サイコウッド）

5゜

20.5

40゜,50゜,60°

図２

ベルカッター概略

形状粗加工（ＮＣフライス）

図５３

切削試験の様子

実験結果及び考察

ＡＤＩ製ベルカッターの組織を図６に示す。マトリッ
オーステンパ処理（スズ浴）

クス全体が均一な下部ベイナイト組織になっており、良好なオーステンパ熱処理が行われていることがわかる。
このベルカッターの硬さは45HRCで、鋼製ベルカッターの硬さ63HRCには及ばないが、木工刃物としては十分使用に切削仕上げ加工（ＮＣフライス）耐えられる硬さと考えられる。しかしながら、硬さは刃物の耐摩耗性に大きな影響を与えるので、今後は材料の化学成分やオーステンパ熱処理方法を改良することで、さらに高硬度の刃物を製作しなければならないと考えている。

ホーニング（ハンドラッパー）

図３

ベルカッター製作工程

すくい角60°のベルカッターによる樹脂切削試験において、ADI製及び鋼製ともに問題が発生し、試験に供することはできなかった。ADI製ベルカッターは刃先が曲がっオーステンパ球状黒鉛鋳鉄製木工刃物の開発てしまい、試験に供することはできなかた。鋼製ベルカ
ッターは刃先が欠損してしまい、試験に供することはで25きなかた。ADI製及び鋼製ともにすくい角が60°になると刃先が薄くなり刃先強度が低下するために上記のトラブ
がり、鋼製は高硬度で靱性が低いために欠損したものと思われる。したがって、ADI製刃物をより硬度の高いものにする際、ある程度の靱性を兼ね備えたものにしなければ、鋼製刃物と同じ問題が発生するが予測される。
図７に切削速度速度240 m/minにおける被削材の加工表

表面粗さ R y (? m)

ルが発生したと考えられる。ADI製は靱性が高いために曲20

刃先幅 15? m

15

SKH51 40°
SKH51 40°
ADI 40°
ADI 50°
理論粗さ

105

面粗さを示す。ADI製刃物による加工表面粗さはどの加工0条件においても鋼製刃物によるものとほぼ同じ値を示し0.20.40.6送り(mm/rev)

た。このことから、ADI製ベルカッターは木工刃物として十分な性能を有していると考えられる。また、図７において、すくい角が40°の刃物による加工表面粗さが送り

図７

加工表面粗さ（切削速度240m/min）に対して右肩下がりになることと送りが0.6mm/revにおける加工表面粗さが全ての刃物においてほぼ同じ値を示20

すことは非常に興味深い。通常、表３に示すような条件で加工すると、被削材の加工表面粗さは図７の近似理論物では全く逆の結果となった。
そこで、このことをさらに調べるために、すくい角40°のADI製刃物を用いて切削速度を変えて切削試験を行った。その結果を図８に示す。切削速度が遅いほど、そし刃先幅10μm

表面粗さ R y( ? m)粗さに定性的に一致する。ところが、すくい角40°の刃て送りが速いほど加工表面粗さは良くなる傾向にあり、

15

切削速度120m/min
切削速度240m/min
切削速度360m/min105

近似理論粗さとは異なる傾向を示した。したがって、本0研究における40°ベルカッターによる加工表面粗さにお0.2

いては、図９に示すような影響を与える未知の要因があ0.40.6送り(mm/rev)

ると考えられる。
この未知の要因としては熱的な影響が考えられる。樹図８ADI製刃物による加工表面粗さ（すくい角40°）

脂材料の基材はアクリルニトリルブタジエンスチレン（以下、ABS）であり、ABSの構成成分のガラス転移温度
削速度が速くなれば摩擦による熱がより多く発生し、その摩擦熱によりポリアクリルニトリルとポリスチレンがガラス化し、ゴム状になった被削材をちぎるように加工するものと推察される。その結果、加工表面の粗さが悪くなるものと考えられる。

←滑らか 粗さに与える影響 荒い→は表４に示す通りである。したがって、送りが小さく切低すくい角及び高切削速度
高すくい角及び低切削速度

送り

図９
表４
図６

ADI製刃物の組織（硬さ45HRC、×1000）

加工表面に与える影響

樹脂材料を構成する基材のガラス転移温度（K）

ポリアクリルニトリル

ポリブタジエンポリスチレン403

193373

岩手県工業技術センター研究報告４

結言

第 8 号（２００1）

論粗さとは異なる傾向を示した。

ベルカッターと呼ばれる旋削用の木工刃物を ADI により製作し、その性能を樹脂切削試験により既存の鋼本研究は平成１２年度特定産業集積活性化関連機関支（SKH51）製刃物と比較した。その結果、以下のことが援事業の一環として実施し、県内外の木材加工業者に試明らかとなった。

供品を提供しました。

(1)

(2)

すず浴オーステンパ熱処理を施した ADI 製ベル

また、本研究を実施するにあたり、ご協力いただきま

カッターの硬さは 45HRC で、木工刃物として使した当所用できる硬さを有している。

げます。

研究補助員

岩清水康二氏に厚く御礼申し上

切削速度速度 240m/min における被削材の加工表
面粗さは ADI 製刃物と既存の鋼製刃物とでほぼ同じ値を示した。

文献1) 勝負澤,加藤：鋳造工学,7,484(1999)(3) すくい角 40°の刃物による被削材の加工表面粗2) 町田,中村：岩手工技セ研報,2,37(1995)

さは一般的な加工表面粗さの傾向を示す近似理

3) 勝負澤ほか：岩手工技セ研報,4,43(1997)