木材切削用高速度工具鋼の長寿命化（ ）＊１［要坂之上悦典＊２

堀井喜昭＊３

中

村知彦＊２

旨］

府内の木材加工業で切刃作製のしやすさから多用されている高速度工具鋼を切刃母材に選び、切刃の熱処理条件を検討し、合わせて表面処理（ガス軟窒化処理、CrN 被覆）を行うことにより、工具寿命の長寿命化について検討を行った。その結果、ガス軟窒化処理及び CrN 被覆した切刃を用いてスギ材を切削したものについて、切刃の磨耗減量の無いものが得られた。

１

緒

工具寿命の長寿命化（１（）２（）３）について検討したので

言

現在、府内の伝統工芸産業とりわけ漆器をはじ報告する。

めとする木材加工業は、非常に高いネームバリューを有しながらも、国内他産地や中国をはじめと２実験方法する海外製品との生産性に起因する価格競争に巻

２−１切刃条件および供試材き込まれ、非常に苦しい立場にある。現状の木材実験に用いた切刃の形状を図１に示す。母材は加工業においては製品図面の CAD 化が遅れ、旧高速度工具鋼（SKH５１）である。製作した切刃の来の手書き図面から製作者の高度な熟練技術に基種類を表１に示す。製作の表面処理条件としては、づいた製作形状の読み取りが主である。そのため４種類、すなわち焼入・焼戻しだけのもの（以下、製品の出来上がり形状に合わせた総形刃物による切刃 A と記す）
、焼入・焼戻しを行い更に５００℃切削が行われている。刃物母材を現在寿命の観点でガス軟窒化を行ったもの（以下、切刃 B と記から多用されている超硬を用いて外注加工した場す）、焼入・焼戻しを行い更に５２０℃でガス軟窒化合、専門工場での製作となるため日数と費用がかを行ったもの（以下、切刃 C と記す）
、焼入・焼さみ、製品のリードタイムと製作コストを上昇さ戻しを行い更に IVD 法で表面に CrN 皮膜を施しせる要因となっている。

たもの（以下、切刃 D と記す）である。また、そこで本研究は、昨年度に引き続き、切刃母材に製作しやすい高速度工具鋼を選び、切刃の熱処理条件を検討し更に表面処理を行うことにより、＊１ 木材加工工具刃先材料に関する研究（ ）＊２ 材料技術課 技師＊３ 材料技術課 主任研究員（現在、企画総務
図１ 試作した切刃形状課主幹）−７６−

表１ 切刃条件
表面処理

熱処理条件

AA
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
B
B

１１８０
１１８０
１１８０
１２００
１２００
１２００
１２２０
１２２０
１２２０
１１８０
１１８０
１１８０
１２００
１２００
１２００
１２２０
１２２０
１２２０（℃）
焼戻し温度
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５００
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５００
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０

表記方法
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ

母材条件
番号
RUN１
RUN２
RUN３
RUN４
RUN５RUN６
RUN７
RUN８
RUN９
RUN１
RUN２
RUN３
RUN４
RUN５RUN６
RUN７
RUN８
RUN９

母材の熱処理条件としては９種類、すなわち、焼表面処理
条件
ＣＣＣ
ＣＣ
Ｃ
Ｃ
Ｃ
Ｃ
Ｄ
ＤＤＤ
ＤＤＤＤ
Ｄ

熱処理条件
焼入条件
１１８０１１８０
１１８０
１２００
１２００
１２００
１２２０
１２２０
１２２０
１１８０
１１８０
１１８０
１２００
１２００
１２００
１２２０
１２２０
１２２０（℃）
焼戻し温度
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５００
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５００
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０
５６０・５５０
５８０・５５０
６００・５５０

表記方法
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ａ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ
切刃Ｂ母材条件
番号RUN１RUN２RUN３RUN４RUN５RUN６RUN７RUN８RUN９RUN１RUN２RUN３RUN４RUN５RUN６RUN７RUN８RUN９２２−１型、 菊川鉄工所製）である。

入温度３水準（１１８０℃、１２００℃、１２２０℃）それぞれに焼戻し温度３水準（５６０℃、５８０℃、６００℃）

３実験結果及び考察である。切刃の表記は、たとえば、焼入・焼戻し

３−１

刃先の磨耗減量を行い更に５００℃でガス軟窒化を行ったもので焼各種切刃を用いてスギ材を切削したときの刃先

入温度１２００℃、焼戻し温度５８０℃のものについての磨耗減量を表面粗さ計（ホームタリサーフ S６、は 切刃 B の RUN５ とする。

テーラホブソン 製）を用いて計測した。１９２８m



供試材は、昨年同様軟材のために仕上がり表面切削後の先端より１５mm 以内の平均磨耗減量につにヒゲが発生しやすく、工業材料としての用途拡いて図２に示す。切刃別の硬度及びシャルピー衝大が期待されているスギを用いた。諸元は、平均撃値を図３、４に示す。

値として比重０．
３６、含水率７．
５％、平均年輪幅３．
７切刃 A を用いた切削の場合、いずれの熱処理条mm、切削面が柾目であった。

２−２

実験条件

実験を行う条件を表２に示す。切削は試作した切刃を替刃式ルータービット（兼房 製）に取り付けて行った。用いた実験機は NC ルータ（MC
表２ 切削条件
主軸回転数
切刃外径
切刃枚数
送り速度
半径方向切込量
軸方向切込量

１８００００rpm
１０．
０nm
１枚１０００mm/min
２．
０mm
２．
０mm

図２ １９２８m 切削後の切刃先端から１５ 以内の平均摩耗量−７７−切 刃 C に お い て は、RUN３、７、８、９の 切刃が切削終了後に刃先の磨耗減量が認められない。
図４より、切刃 C は切刃 B よりシャルピーの衝撃値が全般的に小さいことから深くまで窒化により硬くて脆くなっているため、衝撃に弱いことが予想される。ここで、母材の焼入温度が高い RUN７、８、９で刃先の脱落が見られないのは、窒化
図３ 切刃別の熱処理条件と硬度の関係層と母材との硬度差が少なくなったためと考える。
RUN３においては、窒化処理が深部まで及び、硬度が母材に比べて HV１２００程度と著しく上昇して充分に硬化したためと考えられる。
切 刃 D に お い て は、RUN１、２、７、８、９においては切削終了後に刃先の磨耗減量が認められなかった。これは、表面に HV１３００近傍の非常に固い CrN 皮膜を形成する場合 RUN１、２のよ図４ 切刃別の熱処理条件とシャルピー衝撃値の関係

うに焼入温度を低めに設定してねばさを重視する件においても切刃の磨耗減量が認められる。条件処理にするか、RUN７、８、９のように母材硬の中では RUN５の場合がもっとも磨耗減量が少度を上げて表面と内部の硬度差を少なくするのがない。これは切刃 A の中では、もっとも硬度が必要と考える。

高く、シャルピー衝撃値も大きいためと考えられ３−２る。

刃先形状の変化切 刃 B に お い て は、RUN３、５、６、９に お

母材の熱処理条件における RUN４においてはいて切削終了後の磨耗減量が見られない。いずれ

いずれの場合も磨耗減量したが、その磨耗減量メの条件も、切刃について表面硬度やシャルピー衝カニズムについて検討を行う。切削距離と切刃の撃値に顕著な相違が認められない。これは、表面形状変化の写真を刃先 A、B、C、D に対して図にある硬いが脆い窒化層を支える母材の高速度工

５、６、７、８に示す。また、切刃毎の刃先の変具鋼に対して、靭性に富む様に熱処理を行ったた化を図９に示す。

め長寿命化につながったものと考える。RUN３、

切刃 A においては、図５中でみられるように６、９の結果より、高い焼入温度で母材硬度を上切削距離の増大とともにすくい面、逃げ面ともに昇させるより、焼戻し温度を高め（６００℃）に設大きく後退していく。一方、切刃 B,C において定して母材のねばさを向上させるほうが切刃の長は、すくい面の若干の摩滅と逃げ面の脱落が認め寿命化につながる。また、RUN５、６の結果かられる。切刃 D においては逃げ面の脱落によるらは、同じ焼入れ温度の RUN４が切刃 B 中の最後退が見られる。

大磨耗減量を示していることから、同じくねばさ切削距離と平均磨耗減量の関係を図１０に示す。

を重視する母材の熱処理が必要と考えられる。

各切刃の刃先後退のメカニズムとしては、図３に−７８−

逃げ面

逃げ面

すくい面

すくい面

未切削

未切削

１９２８m 切削後

１０５７m 切削後

逃げ面

すくい面

すくい面

１０５７m 切削後

図５ 切刃 A 種の切削距離と刃先の形状変化の関係

逃げ面
すくい面

すくい面
未切削

１９２８m 切削後

１０５７m 切削後３７３m 切削後
逃げ面

３７３m 切削後
逃げ面

すくい面

すくい面

１０５７m 切削後

１９２８m 切削後

図６ 切刃 B 種の切削距離と刃先の形状変化の関係

逃げ面

未切削

３７３m 切削後
逃げ面

３７３m 切削後

１９２８m 切削後

図８ 切刃 D 種の切削距離と刃先の形状変化の関係

図７ 切刃 C 種の切削距離と刃先の形状変化の関係−７９−図９ 切削に伴う切刃形状の変化（RUN 4）
見られる表面硬度（HV）が１０００程度以下であれ退は切刃の振動等に起因すると考えられる脱落等

ば、切削距離の増大とともに平均磨耗減量は線形により段階的に進行することになる。

的に増大し、刃先がある程度鈍化した状態になる

切刃 D では切刃の表面硬度（HV）が１３００近傍でと平均磨耗減量は小さくなる。

あるため、図８にみられるように表面の摩滅によ

一方、切刃 B,C の場合，表面硬度（HV）が１０００る刃先後退は全くみられない。したがって、刃先から１２００の間であり図６、７からも観察されるよの後退は切刃 B、C と同様に、母材のねばさが低うに表面の摩滅による刃先後退は小さいと考えら下すると刃先後退は切刃の振動等に起因すると考れる。ここで、母材のねばさが低下すると刃先後えられる脱落等により段階的に進行することになる。

４結言

切刃母材に高速度工具鋼（SKH５１）を選び、切刃の熱処理条件を検討することにより、表面処理を施した工具でスギ材を切削した場合の切刃の長
図１０ 切刃別の切削距離と刃先から１５ 以内の平均磨耗量の関係−８０−寿命化について検討した。以下に得られた結論をまとめる。

 切刃 A（焼入・焼戻しだけを行ったもの）を  切刃 D においては、RUN１（焼入温度１１８０℃、用いた切削の場合、いずれの熱処理条件におい焼戻し温度５６０℃・５５０℃）、２（焼入温度１１８０℃、ても、硬度（HV）は８００から９００近傍、シャ ル

焼戻し温度５８０℃・５５０℃），７（焼入温度１２２０℃、ピー衝撃値（１０−３J/ ）が０．
９から１．
３の間にあ

焼戻し温度５６０℃・５５０℃），８（焼入温度１２２０℃、り、切削初期からの切刃磨耗減量が認められる。

焼戻し温度５８０℃・５５０℃），９（焼入温度１２２０℃、今回適用した条件の中では RUN５（焼入温度焼戻し温度６００℃・５５０℃）においては切削終了

１２００℃、焼戻し温度５８０℃・５５０℃）の場合がも後に刃先の磨耗減量が認められなかった



切刃 D の結果より、硬度（HV１０００から１２００っとも磨耗減量が少ない。

 切刃 B（焼入・焼戻しを行い更に５００℃でガ近傍）の層を表面より作製した場合、焼入温度

ス軟窒化を行ったもの）においては RUN３（焼を低めに設定してねばさを重視する処理にする

入温度１１８０℃、焼戻し温度６００℃・５５０℃）、５か、母材硬度を上げて表面と内部の硬度差を少（焼入温度１２００℃、焼戻し温度５８０℃・５５０℃）、なくするのが切刃の長寿命化につながる。

６（焼入温度１２００℃、焼戻し温度６００℃・５５０℃）、切刃の刃先後退のメカニズムとしては、表面

９（焼入温度１２２０℃、焼戻し温度６００℃・５５０℃）

硬度（HV）が１０００程度以下であれば、切削距において切削終了後の磨耗減量が見られない。

離の増大とともに平均磨耗減量は線形的に増大

 切刃 B の結果より、硬度（HV１０００から１１００し、刃先がある程度鈍化した状態になると平均近傍）の層を表面近傍に作製した場合、焼入れ磨耗減量は小さくなる。表面硬度（HV）が１０００入温度で母材硬度を上昇させるより、焼戻し温から１３００であれば表面の摩滅による刃先後退は度を高め（６００℃）に設定して母材のねばさ向小さいが、母材のねばさが低下すると刃先後退上させるほうが切刃の長寿命化につながる。

は切刃の振動等に起因すると考えられる脱落等

 切刃 C においては、RUN３（焼入温度１１８０℃、により段階的に進行することになる。

焼戻し温度６００℃・５５０℃）、７（焼入温度１２２０℃、焼戻し温度５６０℃・５５０℃）、８（焼入温度１２２０℃、 （参考文献）
焼戻し温度５８０℃・５５０℃）、９（焼入温度１２２０℃、 １） 坂之上悦典他、第５０回日本木材学会大会研究
焼戻し温度６００℃・５５０℃）の切刃が切削終了後に刃先の磨耗減量が認められない 切刃 C の結果より、母材の硬度を上昇させ窒化層と母材との硬度差が少なくさせる、もし発表要旨集、p．
１５８（２０００）
２） 盛田貴雄他、第４９回日本木材学会大会研究発
表要旨集、p．
１４６（１９９９）３） 加藤忠太郎他、木材学会誌、Vol．
３６、No８、

くは、切刃全体の硬度を母材に比べて HV１２００程度と著しく上昇して充分に硬化されば切刃の長寿命化につながる。

−８１−p．
６
１５−６２３（１９９０）