研究ノート

油膜付き水滴加工法によるマグネシウム合金の高速加工
河田 圭一＊１、佐藤 豊＊２High Speed Milling of Magnesium alloy with Oil on Water Droplet
Keiichi KAWATA and Yutaka SATO
Industrial Technology Division, AITEC*1*2
本研究では、油膜付き水滴加工法を用いたマグネシウム合金のエンドミル加工を行い、高速加工の可能性について検討した。実験は、横形マシニングセンタで行った。加工条件は、工具軸方向の切り込み 16mm、径方向の切り込み 0.5mm、送り 0.15mm/刃に固定し、主軸回転数を 5000〜25000rpm の範囲で変化させた。その結果、加工力は切削速度が増加してもあまり変化せず、さらに高速化が期待できることがわかった。また、高速化による切りくずの燃焼はなく、ドライ加工した場合よりも冷却効果があった。仕上げ面粗さは切削速度によらず最大高さ Rz は約 1.5μm で一定であった。

１． はじめに超硬スクエアエンドミル（２枚刃）を用いた。また、コーティングマグネシウム合金の切削加工における問題点は、マグネシウムのの影響を調べるためコーティングされていない同形状の工具を用活性が高く加工中に切りくずが燃焼し、火災の危険性があることで意した。工具突き出し長さは 45mm である。本実験は、高速加工ある。この問題を解決するため、水滴による冷却効果の大きい油膜の可能性を評価するため、工具軸方向の切り込みは 16mm、径方付き水滴加工法（Oil on Water Droplet、以下OoW）の利用をこれ向の切り込みは 0.5mm、送りは 0.15mm/刃に固定して、主軸回転まで検討してきた。その結果、OoWに含まれる水とマグネシウム数は 5000〜25000rpm（切削速度 251〜1256m/min）の加工条件が反応して発生する水素ガスを極力抑える新しい油剤を開発するで変化させた。
切削方式はダウンカットとした。
OoW の供給量は、ことにより、OoWによりマグネシウム合金を安全に、かつ環境へ

水 1.2L/h、油 10mL/h、空気 60NL/min とした。比較として、切１）２）の負荷を小さくして加工が行えるようになった。

削液を全く使用しないドライによる加工も行った。

一方、マグネシウム合金は被削性に優れているため、高速加工が加工力は図 1 に示す圧電式動力計により X、Y および Z 方向の３期待できる材料である。しかしながら、加工点の温度が上昇すると成分について測定した。測定された値は回転数が大きくなるとノイ燃焼する可能性が高く、安全性が低下すると考えられる。そこで、ズが大きくなるため､工具１回転あたりで平均した値を用いた。

本研究では OoW を用いた高速加工の可能性について検討した。

被削材に T 型熱電対（銅−コンスタンタン）を挿入し、加工点から 0.2mm の位置の被削材温度を測定した。

２． 実験方法
実験は、横形マシニングセンタを用いてエンドミルによる側面加仕上げ面粗さは、最大高さ Rz により評価した。触針式粗さ計に工を行った。加工の様子を図１に示す。マシニングセンタのターンより被削材側面を５か所測定し、その平均値を用いた。評価長さはテーブルにアングルプレートを設置し、圧電式動力計を取り付け、4mm、カットオフは 0.8mm、ガウシアンフィルターを用いた。

その上に被削材のマグネシウム合金（AZ31B）をねじにより固定

本実験では、主軸を加工機の最大回転数 25000rpm まで回転さした。被削材の大きさは縦 100mm×横 100mm×高さ 30mm でせるため、各回転数における工具の振れを静電容量型変位計によりある。工具は超微粒ダイヤモンドをコーティングしたφ16mm の非接触で測定し、安全を確認した。測定結果を図２に示す。主軸回転数が増えると振れ量が大きくなる傾向が見られるが、工具の振れアングルプレート 動力計は 4μm 以内であり、安定して回転していることを確認した。
エンドミル

Y
主軸回転方向送り方向

OoW 用ノズル

(μm)

Z

振れ量

X5432100

ターンテーブル

被削材

図１ 加工の様子*１工業技術部 機械電子室 *２工業技術部 応用技術室

10000
主軸回転数20000(rpm)

図２ 主軸の振れ量

30000

(N)
加工力

6050YYYZ OoW（コート有）Z Dry（コート有）Z OoW（コート無）4030(℃)

XXX7050

被削材温度803020104020

OoW
Dry

1000500

1000

切削速度

0500
切削速度

1000

図５ 加工温度の比較

1500(m/min)

(μm)

0

図３ 加工力1500(m/min)

2.01.6

逃げ面

面取り部分

逃げ面

0.8

OoW
Dry

0.40.00

面取り部分
すくい面

最大高さRz1.2500

1000

切削速度

すくい面

1500(m/min)

図６ 仕上げ面粗さ(a) コーティングなし(b) コーティングあり

図４ 刃先の観察

３． 実験結果及び考察
３.１ 加工力

金の加工では、エッジの形状の影響によりコーティングのない工具の方が加工力は小さくなったと推察される。
３.３ 加工温度
加工中の被削材の温度を測定した結果を図５に示す。切削速度のダイヤモンドコーティングしたエンドミルによって切削加工し上昇とともに加工温度も上昇したが、切削速度が 700m/min 以上たときの加工力を図３に示す。Z 方向の加工力は､切削速度が速くではほぼ一定になった。室温は 20℃なので、被削材の温度上昇はなってもほとんど変化せず一定であり、約 10N であった。一方、

OoW で約 10℃、ドライ加工で約 20℃であった。ドライ加工に比X 方向および Y 方向の加工力は、切削速度が速くなると 1 割程度

べ OoW では約半分の温度上昇に抑えられており、水滴による冷却増加した。しかし、加工力の増加量はわずかであり、より速い切削効果が現れている。また、本実験の条件ではどの加工においても切速度での加工が期待できる。

りくずが燃焼することはなかった。

OoW とドライ加工を比較したところ、どの方向の加工力にも差

３.４ 仕上げ面粗さは見られなかった。マグネシウム合金はアルミニウム合金や鉄など

仕上げ面粗さの測定結果を図６に示す。OoW、ドライ加工ともに比べやわらかい材料であるため、油剤による潤滑効果は加工力にに切削速度が大きくなっても仕上げ面粗さはほぼ一定であり、1.2大きく影響しないと考えられる。

〜1.6μm であった。次式で与えられる理論粗さについて考える。

３.２ コーティングの影響

Rz=f2/8R

次に、ダイヤモンドコーティングの影響について調べた。図３に

ここで、f は一刃あたりの送り、R は工具半径である。本実験の加示したように、Z 方向の加工力は、コーティングの有無に関係なく工条件では f=0.15、R=8 である。しかし、工具１回転の振れが 2

約 10N であった。一方、切削速度 250m/min における X 方向、Y〜4μm と大きいため、仕上げ面を創生するのは１枚の刃だけと考方向の加工力は、コーティングの無い工具の方がコーティングされえられる。そこで、工具は２枚刃であるため f=0.3 を代入すると理ている場合に比べ X 方向で約２割、Y 方向で約６割小さくなった。

論粗さは約 1.4μm となる。このことから、測定された仕上げ面粗

しかしながら、Y 方向の加工力は、コーティングの無い工具では切さは理論粗さに近く、高精度に加工されていることが分かる。

４． まとめ

削速度の影響が大きく、加工力の増加の割合は大きくなった。
アルミニウム合金では、工具形状が同じ場合、ダイヤモンドコー

OoW によるマグネシウム合金の高速加工について検討したとこ

ティングされている方が加工力は小さくなる。しかし、マグネシウ

ろ、切削速度が 1200m/min までは切りくずの燃焼もなく安全に安ム合金では逆の傾向が見られたため、エンドミルの刃先を電子顕微定した加工が行えることが分かった。また、加工力、仕上げ面粗さ鏡で観察した。工具すくい面側から観察した結果を図４に示す。刃共に切削速度にあまり影響しないことから、より高速な領域での加先が欠けるのを防ぐ目的で、すくい面と逃げ面の間が面取りされて工が期待できる。

いることが観察される。この部分とすくい面のエッジ部に注目する

文献と、(a)コーティングなしの場合に比べ(b)コーティングありの方が

１）河田ほか：精密工学会誌、70(4)、573(2004)

エッジは丸くなっている。潤滑効果の影響が小さいマグネシウム合２）河田ほか：2004 年度砥粒加工学会講演論文集、259