難削材のエンドミル切削に関する研究
Study on Endmill Cutting of Difficult-to-Cut Materials

焼入鋼のエアブロー圧による影響
Study on the Influence of Air Blow Pressure on Hardened Steel佐藤崇弘
Takahiro Sato

金型等に用いられるダイス鋼のエンドミル切削は、エアブローによる加工が一般的に行われる。そのときのエアブロー圧力は、各現場によってまちまちである。そこで、エアブロー圧と工具摩耗の関係について 2
種類の工具コーティングと被削材を用いて評価実験を行った。その結果、被削材によってエアブロー圧の影響が異なることがわかった。

As for the end mill cutting of die steel used for the metal molds etc., the processing by air blow is generally cutting.
The air blow pressure at that time is differs according to each company. Therefore, the experiment was performed using
two kinds of coatings and work materials to investigate the relationship between the air blow pressure and the tool wear.
As a result, it has been found that the influence of the air blow pressure is different according to the work material.
表１ 使用機器

1. はじめに
近年プレス製品の高強度化、高精度化に伴い、金型使用機器

メーカー

型式

マシニングセンター(株)オークマMC‑4VAの焼入れ後の高精度加工が求められている。しかし、

マイクロスコープ(株)オムロン

VC4500焼入鋼は硬度が高いために切削加工が困難なことから、レーザ顕微鏡(株)キーエンス

VK9500

サーモグラフィ(株)日本アビオニクス

TVS700

材料、工具等さまざまな研究が実施されている 1)2)。特摩耗の測定と工具表面温度の測定を行った。実験装置に冷間工具鋼である SKD11 は、焼入れ後の硬度が HRC60

外観を図１に示す。

程度と非常に高くなることから、問題となることが多

2.2 被削材

い。SKD11 の焼入鋼の切削加工は、1 次炭化物により工実験に用いた被削材は、図２の組織写真に示すよう具が摩耗することで短寿命であるが知られている 3)。に、型材の基礎特性を形成する１次炭化物が多く存在

金型のエンドミル加工の場合、熱衝撃の影響を加味ししている SKD11、被削性向上のために１次炭化物を減てエアブローを用いることが多い。

らし、さらに微細化し、自己潤滑性を持たせた合金設

そこで、焼入鋼である SKD11 と SKD11 相当改良材（以計となっている改良材の 2 種類を用いた。硬度は、両下 改良材）におけるエアブロー圧の関係について、お材料とも HRC59 であった。

よび焼入鋼用の TiSiN と TiAlN のコーティング工具に

2.3 工具ついて比較実験を行った。

実験に用いた工具は、TiSiN と TiAlN のコーテッド超硬とし、写真と工具摩耗測定箇所は図３に示す。

2. 実験方法

2.4 エアブロー吹き出し位置

2.1 実験装置

エアブローの吹き出し位置は、図４に示すとおり、実験で使用した装置を表１に示す。実験では、工具8

工具から 15 mm 離れた位置から工具と被削材の境界2.5 切削条件に噴出す配置とした。なおノズルの内径は 3 mm のもの

実験に用いた切削条件を表２に示す。なお一般的なを用いた。

推奨条件は、汎用条件 V=60.3 m/min、f=0.06 mm/刃、高速条件 V=150.8 m/min、f=0.042 mm/刃となっている。

実験した項目は、次の３項目とした。
①2 種類のエアブロー圧における工具の摩耗と温度。
ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨ②2 種類の被削材における工具の摩耗と温度。
③2 種類のコーティングにおける工具の摩耗と温度。

進行方向
熱画像
図１ 実験装置概観

ｴｱﾌﾞﾛｰ
被削材

30°15mm(a) SKD11

図４ エアブロー吹き出し位置

250μm250μm

表２ 切削条件(b) SLD-MAGIC

切削方法
切削方向
加工雰囲気
切削速度
半径方向切込み
軸方向切込み一刃当たりの送り量
工具突出し量工具系

図２ 焼入鋼の組織写真
工具摩耗測定箇所(a) TiSiN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬(b) TiAlN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬側面切削
ダウンカットエアブロー（0.3MPa,0.6MPa）
100 m/min
0.249 mm
7 mm
0.05 mm
25 mm
φ8 mm

図３ 工具写真
被削材：SKD11

逃げ面摩耗量（μm）

100

被削材:SKD11 工具:TiSiN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬Air0.3MPa
Air0.6MPa

80604020004000

8000

12000

切削体積（mm3）

16000

20000

エアブロー圧 0.3 MPa
切削体積 9960 mm3

図５ SKD11 のエアブロー圧の違いと工具摩耗の関係

9エアブロー圧 0.6 MPa
切削体積 4980 mm3

3. 実験結果

行し、低圧（0.3 MPa）になると工具摩耗が抑制されて3.1 工具摩耗いることがわかる。工具写真から、高圧になるとコー被削材を SKD11 とした場合のエアブロー圧の違いとティングの剥がれが確認でき、低圧では定常摩耗が進工具摩耗の関係について図５に示す。この図より、エんでいることがわかる。

アブロー圧が高圧（0.6 MPa）になると工具摩耗が進
被削材：SLD-Magic
改良材

逃げ面摩耗量（μm）

100

被削材:改良材 工具:TiSiN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬Air0.3MPa
Air0.6MPa

80604020004000

8000

12000

16000

20000

3

切削体積（mm ）エアブロー圧 0.3MPa
切削体積 9960mm3

エアブロー圧 0.6MPa
切削体積 9960mm3

図６ 改良材のエアブロー圧の違いと工具摩耗の関係

逃げ面摩耗量（μm）

工具:TiSiN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬 エアブロー圧：0.6MPa

エアブロー圧：0.6MPa

100SLD-Magic
改良材
SKD1180604020004000

8000

12000

16000

被削材 SKD11
切削体積 4980mm3

20000

3

切削体積（mm ）

被削材 改良材
切削体積 9960mm3

図７ 被削材の違いと工具摩耗の関係
エアブロー圧：0.3MPa

逃げ面摩耗量（μm）

100

エアブロー圧:0.3MPa 被削材:SKD11TiSiNコーテッド超硬TiAlNコーテッド超硬80604020004000

8000

12000

切削体積（mm3）

16000

20000

工具 TiSiN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬切削体積 9960mm3

図８ 工具のコーティングの違いと工具摩耗の関係

10

工具 TiAlN ｺｰﾃｯﾄﾞ超硬切削体積 1643.4mm3

被削材を改良材とした場合のエアブロー圧の違いとているが、切削体積が 1000 mm3 を超えると TiAlN の方工具摩耗の関係について図６に示す。この図より、低が急激に摩耗が進行している。写真を見ると、コーテ圧（0.3 MPa）になると工具摩耗が進行し、高圧（0.6 MPa）ィングの剥がれが発生していることがわかる。になると工具摩耗が抑制されていることがわかる。工3.2 工具表面温度

具写真では、ほとんど違いが見受けられない。

サーモビューワーを用いて、切削中の工具表面温度

エアブロー圧を 0.6 MPa とした場合の被削材の違いを測定した。工具自体の熱放射率については、熱電対と工具摩耗の関係について図７に示す。この図より初被削材

期摩耗時は、両被削材とも同様に摩耗が進行しているが、切削体積が 2000 mm3 を超えると SKD11 の方が急激に摩耗が進行している。写真を見ると、コーティングの剥がれが発生していることがわかる。
ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨ

被削材を SKD11 とした場合の工具のコーティングの最高温度 ○○℃

違いと工具摩耗の関係について図８に示す。この図より初期摩耗時は、どちらの工具も同様に摩耗が進行し
被削材：SKD11180

工具表面温度（℃）

工具表面温度（℃）

9060304000

8000
12000
切削体積（mm3）(a) SKD11906030020000

012000

16000

20000

工具表面温度（℃）

6030
16000

TiSiNコーテッド超硬TiAlNコーテッド超硬12090603008000
12000
切削体積（mm3）

エアブロー圧：0.3MPa

15090

4000

8000

180

SKD11改良材
SLD-Magic04000

切削体積 (mm3)1200120(b) 改良材
図 10 エアブロー圧の違いと工具表面温度の関係

150
工具表面温度（℃）

16000

エアブロー圧：0.3MPa

180

Air0.3MPa
Air0.6MPa

1501200改良材
被削材：SLD-Magic

180

Air0.3MPa
Air0.6MPa1500

図９ サーモビューワーによる測定方法

20000

040008000

12000

160003

切削体積（mm ）
図 12 工具の違いと工具表面温度の関係

図 11 被削材と工具表面温度の関係

1120000

を用いて補正した。ただし、回転スピードが速いため、る。

実際の温度と測定温度は異なるため、相対的に評価し被削材間で違いが出たことは、図 11 の工具表面温度た。また測定した箇所は、図９に示すように切削点とからも推測できるように、SKD11 の方が切削温度が上は逆の場所をサーモグラフィにて観察し撮影した箇所昇しているため、工具摩耗が進行した原因になったとの最大温度を工具表面温度とした。

考えられる。

エアブロー圧の違いと工具表面温度の関係について

4.2 エアブロー圧の影響について被削材を SKD11 とした場合を図 10(a)に、改良材としエアブロー圧と工具摩耗の関係について着目すると、た場合を図 10(b)に示す。図 10(a)より、SKD11 の場合

図５、図６から SKD11 と改良材は逆の現象が現れていはエアブロー圧が 0.3MPa だと切削温度が上昇しやする。SKD11 は、エアブロー圧が高い方が摩耗の進行はく、切削体積が 4000 mm3 の場合 0.6 MPa との差は、1/3早く、改良材の場合、低い方が摩耗の進行が早いこと程度もあることから、エアブロー圧によってかなりのがわかる。これは、図 10 のエアブロー圧の違いと工具冷却効果があることがわかる。図 10(b)より、改良材表面温度の関係から、高圧の場合 SKD11 はもともと大の場合はエアブロー圧の違いによる工具表面温度の差

きく温度上昇した工具を 80℃付近まで急冷するのに対は小さいが、SKD11 の場合と同様、エアブロー圧が大し、改良材は元々大きく温度上昇していない工具を冷きいほうが工具の冷却効果が高いことがわかる。

却するため熱衝撃の影響が少なかったと考えられる。

エアブロー圧を 0.3 MPa とした場合の被削材と工具低圧の場合、SKD11 は冷却効果が低いので熱衝撃の影表面温度の関係について図 11 に示す。図より、工具表

響が少なく、工具摩耗が高圧に比べ延び、改良材の場面温度は SKD11 よりも改良材の方が 50℃程度低いこと

合は、元々熱衝撃の影響が少ないので、冷却効果が低がわかる。

い低圧の方が工具摩耗が促進したと考えられる。

エアブローを 0.3 MPa とした場合の工具の違いと工

5. おわりに具表面温度の関係について図 12 に示す。図より、両工具とも切削体積が 1000 mm3 程度までは大きな違いは見

本報告では、冷間工具鋼である SKD11 と SKD11 相当受けられないが、その後 TiAlN の方が急激に温度上昇

改良材の切削性について、工具冷却性の視点からエンしていることがわかる。

ドミル切削を行うことでエアブロー圧と工具摩耗、工具表面温度の関係を調査し、考察を行った。その結果、

4. 考察

以下のことが確認できた。

4.1 被削材の違いについて①

エアブロー圧の影響は、SKD11 は低圧の方が工被削材の違いについて着目すると改良材は、図２に具摩耗の進行速度が遅く、SKD11 相当改良材は示した組織写真からわかるように、工具摩耗の要因と高圧の方が工具摩耗の進行速度が遅いことがなるであろう高硬度な一次炭化物の粒径が小さく、少わかった。

ないことがわかる。よって、一次炭化物が工具と接触②

被削材の違いは、SKD11 よりも SKD11 相当改良する機会が少なく、さらに自己潤滑性を持たせた合金材の方が、切削温度が低いことから被削性が良設計となっていることから、工具と被削材間の摩擦抵好であった抗が低減できたため、工具寿命が延びたと考えられる。

③

逆に SKD11 の方は、30μm 程度の一次炭化物が多く工具コーティングの違いは、TiAlN コーテッド超硬よりもTiSiN コーテッド超硬の方が長寿命であることがわかった。

分布していることがわかる。よって、SKD11 は改良材と比べて一次炭化物と多く接触するため、工具摩耗の進行が早くなり、早期に工具寿命に至ったと考えられ

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謝 辞
本研究は、財団法人日本自転車振興会から競輪の収益の一部である自転車等機械工業振興事業の補助を受けた設備を利用して研究をしました。

文 献1)久保田,小松原他;新冷間ダイス鋼 SLD‑MAGICTM の開発,日立金属技報,21,p.45‑52(2005)
2)石川,井上;切削工具用超髙硬度 TiSiN 系コーティン
グ材料の開発,日立金属技報,21,p59‑64(2005)
3)中川,廣垣他;金型用焼入れ鋼のエンドミル加工に関する研究,精密工学会誌,67,p834‑839(2001)

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