【情報・生産技術部】

チタン合金加工におけるドリルへのブラスト処理の効果
横田
石橋

１．

知宏(情報・生産技術部 試作加工グループ)

正三、近藤

はじめに

横内正洋(機械・材料技術部)

祐介、小島隆(株式会社不二製作所)

未処理

ブラスト A

ブラスト B

近年、切削工具においては難削材に対応した高性能な工具が開発されてきており、特にコーティングの性能が向上している 1)。一方でコーティングに加えて工具の性能を向上させる表面処理法があれば、コーティング工具のさらな100µm

100µm

100µm

(a) 刃先る性能向上を図ることが可能となると考えられる。
本研究ではブラスト処理に着目した。チタン合金のドリル加工を対象に、切削抵抗や工具損耗に及ぼすブラスト処理の効果を検証した。

２．

25µm

25µm

Sa (µm) 0.295
Sz (µm) 7.356

実験方法

切削実験に直径 5 mm の超硬合金製ツイストドリルを使用した。工具内部には切削油剤供給のための円形のオイル

0.400
9.396(b) 溝部

25µm

0.2434.786

図 1 ドリルの刃先および溝部の SEM 像と溝部の面粗さホールがあいている。またドリル表面には厚さ約 3 µm のCr 系コーティングが施されている。
上述したコーティング付き超硬ドリルに 2 種類のブラスト処理を行い、未処理ドリルと切削性能を比較した。ブ
ラスト A は(株)不二製作所の α 処理🄬🄬である。セラミックス製の超微粒球形メディアを 0.2 MPa でドリルに噴射した。

切削速度 (m/min)
送り量 (mm/rev)
加工深さ (mm)給油条件

表 1 切削条件
1～2009 穴
400.1215
内部給油(2MPa)
エマルション

2010 穴～欠けまで
400.1815
内部給油(2MPa)
エマルション

ブラスト B は(株)不二製作所のシリウス Z🄬🄬である。特殊高分子を核にして周囲に砥粒（ダイヤモンド）を坦持して３．

あるメディア（メディア径 450 µm、砥粒寸法 1 µm）を、0.3 MPa でドリルに噴射した。

３．１ 切削抵抗工具メーカ推奨条件で加工した 1 穴目、および 3 穴目の

図 1 に、未処理ドリルとブラスト処理したドリルの刃先および溝部の SEM 像を示す。図 1 の下部には溝部の面粗切削抵抗（トルク）の時間変化を図 2 に示す。1 穴目において、未処理とブラスト A については加工の途中からトさも示した。ブラスト処理によりドリルのエッジ部がやや丸みを帯びているが、切れ刃稜線にはチッピングなど生じルクが著しく上昇した。これは、穴が深くなるにつれてドリルの溝部に切りくずが溜まり、ドリルの回転を阻害したていないことがわかる。溝部の面粗さは、ブラスト A により大きくなり、ブラスト B により小さくなっている。

ためと考えられる。一方、ブラスト B については加工途中でのトルクの著しい上昇はみられなかった。以上から、切削実験の手順を以下に述べる。マシニングセンタ（OKK 製 VC-X350）にてチタン合金（Ti-6Al-4V）に多数未処理およびブラスト A に対し、ブラスト B の切りくず流出性が良好であったといえる。これは図 1 に示した通り、の穴加工を行い、2009 穴までは 500 穴毎、2010 穴以降は100 穴毎にデジタルマイクロスコープ（キーエンス製

ブラスト B によって溝部の面粗さが小さくなったことに起因すると推察される。

VHX-600）でドリル刃先の観察を行った。穴加工はドリルの刃先に欠けが生じるまで実施した。また、新品時およびしかしながら、3 穴目の切削抵抗をみると未処理、ブラスト A ともトルクの著しい上昇はほとんど無くなってい1003 穴加工後、2006 穴加工後に切削動力計（三保電機製作所製 AST-BH）を用いて各ドリル 3 回ずつ切削抵抗測定る。1 穴加工したときにドリルの溝部の細かい凹凸が切りくずによって埋まり、その後の穴加工時には切りくず流出を行った。切削条件は、1~2009 穴については工具メーカ推奨条件とし、2010 穴以降は送り量を推奨条件の 1.5 倍とを阻害しなくなるのではないかと考えられる。
３．２ 工具損耗した。各ドリル 2 本ずつ実験を行った。切削条件を表 1 に示す。

工具メーカ推奨条件で 2009 穴加工した後のドリルでは、逃げ面摩耗幅はいずれの工具も約 50 µm と同程度であり、

KISTEC研究報告2021

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結果および考察【情報・生産技術部】(a) 1 穴目
図 3 刃先に欠けを確認した加工穴数(b) 3 穴目
図 2 切削抵抗(トルク)の時間変化

引き続きドリルの使用が可能な程度であった。ブラスト Bの 1 本のみマージンに僅かに欠けがみられたが、残りの 1

図 4 ドリル表面の残留応力本と未処理およびブラスト A の 2 本に欠けはなかった。
以上から、メーカ推奨条件ではブラスト処理の有無の差は削速度を増加させるのではなく、送り量を増加させることでブラスト処理の効果が発揮される可能性があると考えた。実際、実験の結果、ブラスト A による工具寿命延長ほとんどないと判断した。
そこで、2010 穴以降は送り量を推奨条件の 1.5 倍とし、の効果を確認し、加工能率向上が可能であることを見出すことができた。

切れ刃の欠けを確認するまで加工を行った。刃先に欠けを確認して加工を終了した時点の加工穴数を図 3 に示す。未処理に対し、ブラスト A は 2 本とも加工穴数が多くなり、平均で約 30 %増加した。ブラスト B についても、1 本は４．

まとめ

本研究では、チタン合金（Ti-6Al-4V）のドリル加工を対象に、切削抵抗や工具損耗に与えるブラスト処理の効果加工穴数が未処理よりも多くなった。このことから、ブラスト B については明確でないが、ブラスト A には工具寿を検証した。その結果、以下の結論を得た。
(1) ブラスト B（不二製作所製シリウス Z🄬🄬）では、1 穴命延長の効果があるといえる。
図 4 に、未処理およびブラスト A のドリル表面の残留目の切削抵抗が加工途中で上昇することなく切削することができた。これは、ブラスト B により溝部の応力を示す。測定はドリルの刃先やシャンク部など 4 箇所で実施し、図 4 にはそれらの平均値を示した。図より、ブ面粗さが小さくなり切りくず流出性が向上したためと考えられた。

ラスト A が未処理より圧縮残留応力が大きくなっていることがわかる。これは、ブラスト A によりドリル表面に(2)圧縮残留応力が付与されたことを示している。この圧縮残留応力の上昇により、き裂の進展を抑制し、欠けの発生タブラスト A（不二製作所製 α 処理🄬🄬）では、未処理に比べ約 30 %多くの穴数を加工することができた。これは、ドリル表面への圧縮残留応力の付与に起因してき裂の進展が抑制されたためと考えられた。ブラ

イミングを遅らせたと考える。
以上のように、切削条件を送り量 1.5 倍としたときにブラスト処理の効果が明確にあらわれた。これは、条件変更の仕方が大きく寄与したと考えている。ドリル加工の場合、高能率な条件に変更するパラメータには切削速度と送り量が考えられる。いずれを変更しても加工能率を上げるこスト A により送り量を高くした加工能率向上が可能であることを見出した。
【参考文献】
1) 臼杵年, 精密工学会誌, 86, 11, 839-843 (2020).
2) 永禮哲生, 精密工学会秋季大会講演論文集, 885-886とは可能であるが、切削時の現象には違いが生じる。既往の研究報告 2)によると、切削速度を増加すると切削温度が(2017).

著しく上昇するが、送り量を増加しても切削温度は大きくは変化しない。今回検討対象としたブラスト処理は、切削【外部発表】口頭発表 1 件

温度上昇への耐性効果は低いと考えられた。そのため、切45

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