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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2021

研究論文

Ti-6Al-4V 合 金 の高 速 ミリング 加 工 におけるバイ ンダ レス cBN の工 具 摩 耗
菅 野 祐 介 * 1 、 河 田 圭 一 *1 、 児 玉 英 也 * 1

To ol Wea r of Binderl ess cBN in High Spee d Milling of Ti -6Al -4V AlloyYusuke KANNO *1 , Keiichi KAWATA * 1 and Hideya KODAMA *1Industrial Research Center * 1
バ イ ン ダ レ ス cBN(cubic Boron Nitride) 工 具 に よ る チ タ ン 合 金 (Ti-6Al-4V)の 高 速 ミ リ ン グ 加 工 を 行 い 、刃 先 の 工 具 摩 耗 ・ チ ッ ピ ン グ 状 態 な ど を 観 察 し た 。 そ の 結 果 、 給 油 方 法 が ド ラ イ や 湿 式 (水 溶 性 切 削 油 )では 切 削 速 度 300m/min に お い て 、 刃 先 の 損 耗 が 激 し く 寿 命 が 短 か っ た 。 一 方 、 給 油 方 法 をMQL(Minimum Quantity Lubrication)(合 成 エ ス テ ル )に す る と 微 小 な チ ッ ピ ン グ は 発 生 す る も の の 、 切削 距 離 1757m で 最 大 逃 げ 面 摩 耗 が 0.02mm と 小 さ い こ と が わ か っ た 。

1 . は じめ に 

コレットチャックした工具ホルダ(図図 2)に、旋削用のチチタン合金は鉄鋼材料に比べ比強度が高く、耐食性にップを取り付け回転させることによって、ミリング工具優れており、航空宇宙・化学プラント・医療など様々なのように使用した。加工条件を表
表 1 に示す。加工試験分野で使用されている。チタン合金は熱伝導率が低いたは最大逃げ面摩耗が 0.2mm になるまで続けた。ただし、め、超硬合金の工具では、切削速度を高速にすると刃先切削距離 1757m(除去体積 30cc)で 0.2mm に達していな温度が高温になり工具の強度が低下し、急速に摩耗が進いときはその時点で終了とした。

行する。よって、切削速度を遅くして加工せざるを得ず、切削効率が低いことが課題である。
超硬合金より耐熱性の高い工具材料の一つに cBN が回転方向
MQLノズルあるが、本研究ではその中でも特に硬度・熱伝導率の優れたバインダレス cBN 工具を使用した。Ti-6Al-4V 合

送り方向

金の旋削加工については、バインダレス cBN 工具が超工具(チップ)硬工具に比べて優れた耐摩耗性を示すことが報告されている 1),2) 。一方、バインダレス cBN 工具を用いたミリチタン合金

ング加工については、生体用のバナジウムフリーチタニウム合金についての研究が報告されている 3)が、チタン
図1合金の中で最も広く使用されている Ti-6Al-4V 合金に加工試験の様子関する報告例はほとんど見られない。そこで本研究ではバインダレス cBN 工具による Ti-6Al-4V 合金の高速ミ回転リング加工を実施し工具摩耗を調べた。

2. 実 験 方 法 
2.1 加 工 条 件

コレット

加工試験の様子を図
図 1 に示す。加工機は立形マシニ

ボーリングバーを短く切断したもの

ングセンタ(YBM640V、YASDA 製)を使用した。工具
工具(チップ)にはバインダレス cBN 工具のほか、比較用として超硬工具を用いた。工具は、ボーリングバーを短く切断して*1 産業技術センター

自動車・機械技術室

図2

工具ホルダ

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表1
工具

ピングしていた。一方、MQL はその後も摩耗はほとん

加工条件
バインダレス cBN
CNGA120408 T01215

超硬合金
CNMG120408-MS

被削材

Ti-6Al-4V

工具ホルダ

刃径：φ34mm
A.R.：－6 度 R.R.：－13 度

軸方向切込みap1mm

径方向切込みae1mm

1 刃送り fz

0.1mm/tooth

0.03mm となった。そのときの刃先の状況は図 4②のとおりである。この結果から Vc100m/min においては冷却性に優れた湿式より潤滑性に優れた MQL のほうが工具摩 耗の 抑制 に効 果が あ っ た。 しか し、 Vc300m/min
では、MQL でも最大逃げ面摩耗は初期から増加し続け、300m/min
400m/min
500m/min

100m/min
300m/min

切削速度 Vc

ど 進 展 せ ず 、 切 削 距 離 1757m で 最 大 逃 げ 面 摩 耗

切削距離 439m で最大逃げ面摩耗 0.28mm となった。
その時の刃先の状況は図 4③のとおり、逃げ面が大きく摩耗している。これは切削温度が高く工具強度が低下して、逃げ面摩耗が大きくなったためと考えられる。

すくい面

給油方法

湿式(水溶性切削油)
MQL(合成エステル)

ドライ湿式(水溶性切削油)
MQL(合成エステル)
逃げ面

3. 実 験 結 果 及 び 考 察 1mm

3.1 工 具 損 耗
3 . 1 .1 超 硬 工 具 の結 果
超硬工具を用いて表 1 の条件にて加工試験を実施し①Vc100m/min、湿式、切削距離 644mた。切削速度(以下「Vc」)100m/min は給油方法を湿式と MQL で試験し、Vc300m/min は MQL で試験した。

すくい面

図 3 に切削距離と最大逃げ面摩耗の関係を示す。図図 4に加工試験後の刃先の写真を示す。
Vc100_MQL

Vc300_MQL

Vc100_湿式

最大逃げ面摩耗(mm)0.35

逃げ面0.31mm

0.250.2②Vc100m/min、MQL、切削距離 1757m

0.150.10.05

すくい面00500

図310001500
切削距離(m)2000

超硬工具の最大逃げ面摩耗
逃げ面1mmVc100m/min について、切削距離 300m 程度までは湿式と MQL で最大逃げ面摩耗に差はなかったが、その後、湿式は最大逃げ面摩耗が増大し、切削距離 644mで最大逃げ面摩耗 0.29mm となった。そのときの刃先の状況は図 4①のとおり、逃げ面、すくい面ともにチッ③Vc300m/min、MQL、切削距離 439m
図4

加工試験後の刃先の写真

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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2021

3 . 1 . 2 バイ ン ダレ ス c B N 工 具 の 結 果
バインダレス cBN 工具を用いて表 1 の条件にて加工

Vc300_MQL

Vc300_ドライ試験を実施した。Vc300m/min は給油方法をドライ、Vc400_MQL

Vc500_MQL

0.35関係を示す。図
図 6 に加工試験後の刃先の写真を示す。
Vc300m/min について、給油方法がドライの場合、切削距離 29m で最大逃げ面摩耗 0.2mm となった。その時の刃先の状況は図 6①のとおり、逃げ面が摩耗し刃先に被削材が凝着していた。湿式の場合、切削距離

最大逃げ面摩耗(mm)

湿 式 及 び MQL で 試 験 し 、 Vc400 、 Vc500m/min はMQL で試験した。図
図 5 に切削距離と最大逃げ面摩耗の0.30.250.20.150.10.0500117m で最大逃げ面摩耗 0.31mm となった。その時の刃先の状況は図 6②のとおり、逃げ面、すくい面ともにチッピングしていた。MQL の場合、Vc300m/min では切すくい面

図5500

1000
1500
切削距離(m)

逃げ面

1 mm

1 0 0μ m①Vc300m/min、ドライ、切削距離 29m

すくい面

逃げ面

1 mm

1 0 0μ m

逃げ面②Vc300m/min、湿式、切削距離 117m

1 mm

1 0 0μ m

逃げ面③Vc300m/min、MQL、切削距離 1757m

すくい面

すくい面

逃げ面

逃げ面

1 mm

逃げ面

1 0 0μ m④Vc400m/min、MQL、切削距離 1757m

2000

バインダレス cBN 工具の最大逃げ面摩耗

すくい面

逃げ面

逃げ面

Vc300_湿式

1 mm

逃げ面

1 0 0μm⑤Vc500m/min、MQL、切削距離 439m

図 6 加工試験後の刃先の写真

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削距離 1757m で最大逃げ面摩耗 0.02mm となった。そ(1) Vc300m/min において、ドライや湿式(水溶性切削の時の刃先の状況は図 6③のとおり、微小なチッピング油)では刃先の損耗が激しく寿命が短かった。一方、は発生するものの逃げ面摩耗は小さかった。

給油方法を MQL(合成エステル)にすると微小なチVc400m/min では Vc300m/min と比較すると図 6④

ッピングは発生するものの、切削距離 1757m で最のようにチッピングの程度が大きくなったが、切削距離大逃げ面摩耗が 0.02mm と小さいことがわかった。

1757m で最大逃げ面摩耗 0.03mm であった。Vc300、(2) 給油方法が MQL で Vc400m/min と Vc300m/min

400m/min いずれもチッピング主体の損傷であった。一を比較すると、Vc400m/min ではチッピングの程度方、Vc500m/min では初期から摩耗が大きくなり、切が大きいが、切削距離 1757m で最大逃げ面摩耗は削距離 439m ですくい面にフレーキングが発生したた

0.03mm であった。刃先の損傷形態は、チッピングめ、その時点で終了とした。その時の刃先の状況は図 6主体であった。

⑤のとおり、Vc300、400m/min とは異なり、切削初期(3) 給油方法が MQL で Vc500m/min では初期から逃げから逃げ面からすくい面にかけて摩耗していき、すくい面からすくい面にかけて摩耗していき切削距離面のフレーキングに至った。理由としては、Vc500/min

439m ですくい面のフレーキングに至った。の切削温度がバインダレス cBN の耐熱性を超えた可能性が考えられる。また、切削温度が高く MQL の潤滑性が効いていない可能性も考えられる。

4. 結 びバインダレス cBN 工具による Ti-6Al-4V 合金の高速ミリング加工を実施し工具摩耗を調べたところ、以下のことが明らかになった。

文献
1) 住友電工ハードメタル株式会社: 切削工具 総合カタ
ログ 2021-2022, L24-L252) 廣崎憲一, 舟田義則, 坂谷勝明: 石川県工業試験場
平成 14 年度研究報告, 5 2 , 13) 廣崎憲一, 新谷一博, 加藤秀治, 兼氏歩: 精密工学会
誌, 72 (11), 1397(2006)