JP2000107984A

JP2000107984A - 電磁鋼板の切削性評価方法

Info

Publication number: JP2000107984A
Application number: JP10276932A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyo Maeda; 光代前田; Hiroyoshi Yashiki; 裕義屋鋪; Yasutaka Okada; 康孝岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁鋼板の切削性を正確かつ簡便に評価する
方法を提供する。【解決手段】電磁鋼板の端面を切削したときの切り屑
の形状を、予め分類された切り屑パターンに分類し、そ
の構成比から切削性を評価する。切り屑パターンを良好
と不良の２段階に分類し、不良率（全体個数に対する不
良個数）で評価してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁鋼板の切削加
工性の評価方法に関し、特に回転機の回転子、固定子に
旋盤加工する場合の切削性の評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁鋼板は変圧器、安定器などの静止機
器や、電動機、発電機等の回転機の鉄心材料として用い
られる。このような材料には優れた磁気特性が要求され
るが、鉄心を製作する段階で、打ち抜き性・かしめ性・
切削性などの加工性の良いことも要求される。しかしな
がらこれまで、無方向性電磁鋼板における切削性は、打
ち抜き性やかしめ性と比較して重要視されることが少な
かった。

【０００３】回転機の回転子、固定子は電磁鋼板を打ち
抜き、積層後、回転子／固定子間のエアギャップの寸法
精度を高めるため、旋盤による切削加工が行われる。と
くに回転子の鉄心は回転中の動的バランスが重要である
ため精度の高い切削を行うことが多い。切削性に劣る材
料を用いると、鉄心の製作段階で切削工具の取り替え頻
度が高くなり作業性や生産コストが低下する。

【０００４】従来の電磁鋼板の切削性の評価は例えば、
特開平５−３３１６０２号公報等に開示されたように、
電磁鋼板鋼材の切削性の評価をする際、被削材を一定時
間切削して、その時の工具の摩耗量で評価する方法が一
般的であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】切削性に劣る材料で
は、切削によるバリが発生しやすく、バリの処理に手間
がかかる。回転子や固定子には磁極を形成するための溝
が設けられているが、バリはこの溝の縁部または端部で
発生しやすい。切削バリを残したまま回転機に組み込む
と、鉄心の積層間で電気的な短絡が発生し、鉄損が増加
したり、鉄心が過熱する恐れがある。あるいは、使用中
にバリがはがれて回転子−固定子間のエアギャップに巻
き込まれて積層の破損やコイルの絶縁破壊を生じたりす
る。そのため、組み立て前に切削バリを除去しなければ
ならないが、このバリ除去作業は余分な作業工数が発生
すること、バリ除去設備が必要なこと、ハンドリング作
業の安全が損なわれること等の問題がある。従って、切
削性を評価するについては、バリの発生状況も評価する
べきである。

【０００６】しかし、従来の被削材を一定時間切削し
て、その時の工具の摩耗量で評価する方法には下記の問
題がある。

【０００７】(a) 一定時間（１０〜３０分）の切削を行
うため、試験時間が長い。 (b) 被削材に発生するバリを評価していないため、評価
指標としては十分ではない。

【０００８】本発明の目的は、電磁鋼板の切削性を精度
よく、かつ簡便に評価する方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、切削加工
を多用する回転子の材料である無方向性電磁鋼板につ
き、各種の製造条件で素材鋼を溶製し、各種の圧延、焼
鈍条件で試験材を作製し、回転子の形状に打ち抜き、積
層し試験材とした。これらの試験材について切削加工試
験を実施し、切り屑と切り欠き溝部の端面に発生する切
削バリを多数観察した。

【００１０】図１は外周に溝部のある回転子の切削面の
状況を示す模式図で、同図(a) は良品の場合、同図(b)
は不良品の場合である。同図(a) の切削性が良好な場合
は、切削端面は規則正しく、むしれたような形ではない
が、同図(b) の切削性不良の場合はむしれたようになっ
ており、バリ８が発生している。

【００１１】図２は代表的な切り屑の形状を示す拡大模
式図で、同図(a) は良好な切削性を示す試験材から発生
した切り屑の場合、同図(b) は切削性の悪い試験材の切
り屑の場合である。図１(b) に示すように、切削面にバ
リ８が発生しやすい試験材では、切り屑にも、むしれや
裂け目が出やすいことがわかる。以下、切り屑について
もこれらをバリ８と記す。

【００１２】図３は各種の切り屑の形状パターンを示す
模式図である。試験材の切削バリの観察と切り屑のパタ
ーンの対応を調査すると、試験材の切削バリが少ないも
のは図３に示す、パターン１（基本型）、パターン２
（細い）またはパターン３（棒状）の切削屑が主体で、
切削バリの長いもの、むしれや裂け目が発生した試験材
ではその切り屑はパターン４以下の形状のものが混在
し、パターン１〜３の形状の切り屑が少ない。

【００１３】このことから、切り屑を採取し、切り屑の
良否の構成比によって、バリ発生の面から切削性を評価
できるのではないかと着想し、切り屑のパターンを良好
（前記のパターン１〜３）と、不良（図３のパターン４
〜１８）との２分類とし、切り屑不良率＝（不良切り屑
数／全切り屑数）で定義し、切削バリの長さｂ（図１参
照）と切り屑の不良率の関係を調査した。

【００１４】図４は切り屑不良率と切削バリ長さの関係
を示すグラフである。同図に示すように、切り屑不良率
と切削バリ長さとは良く対応しており、切り屑不良率が
切削性の評価指標として使える可能性を示唆している。

【００１５】さらに、試験材を長時間切削したとき、切
り屑がどのように変化するかを調査した。

【００１６】図５は各種の試験材について、切削時間と
切り屑不良率との関係を示すグラフである。切削条件
は、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．２ｍｍ／回
転、切り込み量０．５ｍｍである。同図に示すように、
切削時間が長くなると、切り屑不良率が大きく増大する
試験材と、切削時間に関わらず、切り屑不良率があまり
変化しない試験材があることがわかった。また、工具が
新しいときでも、試験材の種類によって切り屑不良率が
高いものと低いものとがあることがわかった。

【００１７】切り屑不良率が時間とともに増大する試験
材は、材料が硬くて粘り強く、工具の摩耗の進行が早い
のではないかと考え、工具の摩耗量と切り屑不良率との
関係を調査した。

【００１８】図６は工具の摩耗量と切り屑不良率との関
係を示すグラフである。

【００１９】試験材によっては、工具摩耗量と切り屑不
良率との関係が明確でない試験材（試験材番号Ａ〜Ｃ）
もあるが、試験材Ｄ〜Ｆでは、工具摩耗量と切り屑不良
率とが良く対応していることがわかる。

【００２０】以上のことから、切り屑不良率を指標にと
ると、被切削材のバリ長さ、すなわちバリの発生状況の
みならず、切削工具の摩耗状況をも推定することがで
き、切り屑不良率を求めれば、その材料が切削性に優れ
ているか否かの評価が可能であることがわかった。

【００２１】また、図４〜６では切り屑パターンを良好
と不良の２種に分類したが、「やや良」、「やや不良」
など、中間の分類を増やすことにより、さらに評価精度
が向上することが考えられる。

【００２２】上記の知見に基づいて完成した本発明の要
旨は、以下の(1) および(2) にある。 (1) 電磁鋼板の端面を切削したときの切り屑を採取し、
個々の切り屑の形状を、予め分類された切り屑パターン
に分類し、その構成比から切削性を評価することを特徴
とする電磁鋼板の切削性評価方法。

【００２３】(2) 切り屑のパターンを良好パターンと不
良パターンとの少なくとも２段階に分類し、両者の構成
比から切削性を評価することを特徴とする前記(1) 項に
記載の電磁鋼板の切削性評価方法。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の評価方法を実施するには
まず、試験対象の電磁鋼板を円板または外周に溝部を設
けた円板に打ち抜き、５〜１０枚の積層体を作る。これ
を旋盤にセットし打ち抜き面（端面）を切削する。評価
試験用の切削工具は、例えばブレーカ付サーメットチッ
プ等、硬度の高い切削工具を用いるのが好適である。

【００２５】切削工具や被削材の種類によって最適な切
削条件は異なるが、切削速度は５０〜５００ｍ／ｓ、切
り込み量は０．０１〜１．０ｍｍ、送りは０．０１〜
０．５ｍｍ／回転の範囲にするのがよい。

【００２６】この時発生する切り屑の０．００１〜０．
０１ｇ程度を採取し、ガラス板の上に散布する。このと
き、切り屑同士が重ならないよう、個数密度が１０〜１
００個／ｃｍ²にするのがよい。

【００２７】これを倍率１０〜５０倍の顕微鏡視野に入
れ、切り屑試料をのせたガラス板上を５〜１０個所ＴＶ
カメラで静止画を撮像する。この結果、切り屑数にして
１００〜２００個程度が撮像されるようにするのが望ま
しい。これらの条件は後述の画像処理を考慮して、１つ
の切り屑の画像がほぼ、３０×３０〜２００×２００画
素の枠の範囲にちょうど収まるようにすると画像処理速
度を維持しながら、適正な精度が得られる。

【００２８】次に画像処理を行う。図７は本発明の切削
性評価方法を実施する装置例の概要図である。同図にお
いて、符号１は試料、２は顕微鏡、３はＴＶカメラ、４
は画像レコーダ、５は画像処理装置、６は制御装置、７
は入出力装置である。画像レコーダ４に前記５〜１０個
所の画像が記録された段階以後を説明する。制御装置６
によって、画像レコーダ４から１枚ずつ画像が取り出さ
れ、画像処理装置５に入力される。画像処理装置５から
は、以下に述べる方法によって１枚の画像中の各切り屑
形状の良否判定結果が得られ、制御装置６に返される。
これを、撮像した画像枚数だけ繰返す。その後、制御装
置６では、全画像についての合計不良切り屑数（Ｂ）／
切り屑全個数（Ｔ）を求め、これを切り屑不良率Ｒ＝Ｂ
／Ｔとして、入出力装置７に表示する。

【００２９】図８は画像処理装置５の内部の判定処理方
法を示すフローチャートである。図９は、公知の画像処
理手法の概要を示す模式図で、同図(a) はチェーンコー
ドの方向量子化、同図(b) は輪郭のチェーンコード化
例、同図(c) はスケルトン処理、同図(d) は図形痩せ処
理、同図(e) は図形太らせ処理を表す。

【００３０】図８において、ステップ１（Ｓ１と標記す
る。以下同様）ではＴＶカメラ３で捉えられた画像の２
値化処理およびノイズ除去処理をおこなう。ノイズ除去
とは、画像中のしみ、視野の枠、視野の枠に懸っている
切り屑像などを取り除くことである。そのほか、輪郭線
のコントラストが弱い場合、２値化すると、細かいギザ
ギザ（ジャギーノイズ）が発生することがあるが、図９
(e) の輪郭の太らせ処理をし、次いで同じ幅の痩せ処理
を施すと輪郭線のジャギーノイズを消去することができ
る。以上のノイズ処理の結果、画像は白黒２階調のみの
格子点データに変換される。以下の説明では、画像は切
り屑が黒、背景が白で表現されているものとする。

【００３１】Ｓ２では、画像の左上から順に右方向に走
査を開始し、像の輪郭の有無、即ち白地から黒地に変化
するを位置を探索する。輪郭の１点が見つかったら、そ
の位置から例えば左回りに輪郭をたどってゆき、もとの
点に戻るまでの輪郭線のＸ−Ｙ座標を記憶する。これに
よって、一つの切り屑の像が抽出される。実際には、輪
郭線は図９(a) のようなチェーンコードの方向量子化を
用い、図９(b) のようなチェーンコードで表現すると記
憶容量を節減できるるので好ましい。

【００３２】その後、さらに走査を続け、画像内のすべ
ての切り屑像を抽出する。このとき、すでに抽出された
切り屑を２重にカウントしないよう、抽出済みの輪郭線
情報を参照する。

【００３３】Ｓ３では、微小な屑、穴明き像を除去す
る。微小屑除去は１種のノイズ処理である。穴明きは切
り屑自体がループ状になっているもの、または２つ以上
の切り屑の重なり等の処理である。

【００３４】微小屑は輪郭長さＬがある一定値より小さ
いものを判定する。輪郭長さＬは図９(b) のチェーンコ
ード化の例で、ｎ_eを偶数チェーンコード個数、ｎ_oを
奇数チェーンコード個数として、Ｌ＝（ｎ_e＋２・ｎ
_o）として求められる。

【００３５】穴明きは、「輪郭線から求められる塗りつ
ぶしの面積Ｓが、輪郭内の画像の黒地点数より一定以上
大きいとき」の条件で求められる。

【００３６】Ｓ４以下が一つの切り屑画像のパターンの
良否判定である。Ｓ４は切り屑形状が極端に短い（図３
のパターン１５）、または太い形状（パターン１４）、
極端に細い切り屑（図３のパターン３よりも細長い）ま
たはビビリ裂け、ビビリのような複雑な出入りの多い形
状（パターン１１、１２等）を不良切り屑と判定するス
テップである。例えば、Ｌ²／Ｓが１８（縦横比が２：
１の長方形等がこれに相当する）以下であれば、太い、
Ｌ²／Ｓが１００以上（縦横比２５：１の長方形等がこ
れに相当）であれば、細長、またはビビリ、ビビリ裂け
型と判定し、切り屑不良とする。

【００３７】Ｓ５は切り屑に鋭い裂け目がないかを判定
するステップである。この判定は、図９(b) のような左
回りのチェーンコードのＫ個の区間の平均方向（量子化
コード）とそれまでのＫ個の区間の平均方向に対して、
２以上減少した場合、すなわち輪郭を左回りにたどって
行くとき、進行方向が右回りに９０°以上変化すると
き、角度９０°以下の鋭い裂け目があると判定する。こ
の判定で図３ではむしれ（パターン４）、幅方向むしれ
（パターン５）、半裂（パターン８）、幅方向裂け（パ
ターン９）、棒状裂け（パターン１０）、ビビリ（パタ
ーン１２）、ビビリ裂け（パターン１１）、折れ（パタ
ーン１６）、ねじれ（パターン１７）、が鋭い裂けがあ
る、と判定される。

【００３８】Ｓ６は切り屑形状が多数のギザギザ状にな
っているかの判定ステップである。この判定には切り屑
図形のスケルトン処理を行う。スケルトン処理とは、図
９(c) に示すように、図形の芯または骨格を抽出する処
理である。切り屑形状が複雑で例えばギザギザ状であれ
ば、スケルトンが何本も分岐したものになる。逆に元の
図形が完全な円であれば、スケルトンは中心の１点のみ
となり、正方形であれば対角線が抽出され、分岐数は
４、長方形であれば、長手方向の芯線とこの両端から頂
点への４本の線が抽出され、分岐数は５である。たとえ
ばスケルトン分岐数が１０以上のとき、ギザギザ状と
し、不良切り屑と判定する。この判定で図３の幅方向む
しれ（パターン５）、半裂（パターン８）、ビビリ裂け
（パターン１１）、ビビリ（パターン１２）等が検出さ
れる。

【００３９】Ｓ７は図形にくびれがないかの判定ステッ
プである。この処理は、図９(d) に示すように、図形痩
せ処理、即ち白の太いフェルトペンで輪郭をなぞるよう
な処理を繰返し行ったとき、黒地で描いた切り屑図形が
次第にやせてくることに対応する。このとき、元の面積
の５０％まで痩せ処理を行うまでに、図形が２以上に分
裂した場合、もとの図形にくびれがあったものとし、不
良切り屑と判定する。この判定で図３ではバリ付着（パ
ターン６）、小バリ（パターン７）、幅方向裂け（パタ
ーン９）、折れ（パターン１６）、ねじれ（パターン１
７）、くびれ（パターン１８）が検出される。

【００４０】図８のフローチャートでは、切り屑形状の
良否のみの判定としたが、上記のそれぞれのパターン番
号を同定することも可能である。すなわち、上記の(e)
各種判定の組合わせによって、例えばビビリ裂け、ビビ
リ（パターン１１、１２）は例えば、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６
の判定がすべて不良と判定され、Ｓ７では良と判定され
たもの、と定義すればよい。

【００４１】このように、パターン番号を分類すること
によって、良、中、不良の３段階、もしくは多段階に分
類し、各分類の重み付き平均等を算出することによっ
て、切り屑の評価の精度を向上できる。

【００４２】また、パターン番号別に分類し、その構成
比が大きいもの（例えば、１種のパターンで１０％以上
ある場合）の特徴から、切削性の他の特徴（切削速度や
切り込み深さの適正さなど）に関する情報を提供するこ
とも可能である。

【００４３】図８のフローチャートでは、Ｓ４〜Ｓ７の
処理はそれぞれ独立しているため、並列処理が可能であ
り、画像処理装置を高速化することができる。

【００４４】

【実施例】表１に示すＡ〜Ｆの各種の化学組成の電磁鋼
板から切削サンプルを作成し、切削性を従来方法と、本
発明の方法とで比較した。

【００４５】従来の方法による評価では、一定時間で切
削加工した工具の摩耗量を光学顕微鏡にて計測し、切削
工具の逃げ面の平均摩耗量が０．２ｍｍ以上になった場
合のサンプルを従来方法による切削性不良品と判定し
た。

【００４６】このとき、切削バリの発生する様子を光学
顕微鏡で観察し、長さ０．２ｍｍ以上の切削バリの個数
が電磁鋼板の積層枚数の２０％を超えたサンプルを顕微
鏡観察による不良品とし、バリの評価の基準とした。

【００４７】本発明の方法として、一定時間切削加工し
た試験体から採取した切りくずの形状を画像解析によっ
て切りくず不良率を算出することで判定し、切りくず不
良率が４０％を超えたサンプルを本発明法の評価による
不良品とした。

【００４８】１サンプル当たり判定に要する時間は従来
方法は７〜１０分程度であったが、本発明方法では１分
程度であった。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】表２に示すように、従来の判定方法では切
削性良好と判定したサンプルにおいても、顕微鏡の観察
ではバリの発生が見られ、切削性の総合評価としては精
度が十分ではないことがわかった。

【００５２】本発明の方法では、従来方法で良好と判定
し、かつ顕微鏡観察でもバリが発生していないサンプル
Ｂ、Ｄ、Ｆを良好と判定し、従来方法では良好と判定し
たサンプルＣ、Ｅについて、不良と判定しており、バリ
の顕微鏡観察と良く対応していた。

【００５３】以上から、本発明の判定方法は、従来の工
具の摩耗量による判定より精度よく切削性を評価できる
ことがわかった。

【００５４】

【発明の効果】本発明により、電磁鋼板の切削性を工具
摩耗とバリの発生の両面から正確かつ簡便に評価できる
ので、電磁鋼板の品質管理に大きく寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】外周に溝部のある回転子の切削端面の状況を示
す模式図で、同図(a) は良品の場合、同図(b) は不良品
の場合である。

【図２】代表的な切り屑の形状を示す拡大模式図で、同
図(a) は良好な切削性を示す試験材から発生した切り屑
の場合、同図(b) は切削性の悪い試験材の切り屑の場合
である。

【図３】各種の切り屑の形状パターンを示す模式図であ
る。

【図４】切り屑不良率と切削バリ長さの関係を示すグラ
フである。

【図５】各種の試験材について、切削時間と切り屑不良
率との関係を示すグラフである。

【図６】工具の摩耗量と切り屑不良率との関係を示すグ
ラフである。

【図７】本発明の切削性評価方法を実施する装置の概要
図である。

【図８】画像処理装置５の判定処理方法を示すフローチ
ャートである。

【図９】画像処理の用語の説明図で、同図(a) はチェー
ンコードの量子化、同図(b) はチェーンコード、同図
(c) はスケルトン処理、同図(d) は図形痩せ処理、同図
(e) は図形太らせ処理の各説明図である。

【符号の説明】

１：試料２：顕微鏡３：ＴＶカメラ４：画像レコーダ５：画像処理装置６：制御装置７：入出力装置８：バリｂ：バリ長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田康孝大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA51 AA61 BB05 CC00 FF04 JJ03 JJ19 JJ26 PP24 QQ00 QQ04 QQ21 QQ24 QQ26 QQ32 QQ34 RR05 RR06 SS03 3C029 CC02 CC10 5B057 AA17 CE02 CF01 CF02 CG07 DA12 DB02 DB08 DC04 DC09 DC17 DC36 5E041 AA02 AA11 AA19 CA04 HB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁鋼板の端面を切削したときの切り屑
を採取し、個々の切り屑の形状を、予め分類された切り
屑パターンに分類し、その構成比から切削性を評価する
ことを特徴とする電磁鋼板の切削性評価方法。
【請求項２】切り屑のパターンを良好パターンと不良
パターンとの少なくとも２段階に分類し、両者の構成比
から切削性を評価することを特徴とする請求項１に記載
の電磁鋼板の切削性評価方法。