JP2006281399A

JP2006281399A - チタンおよびチタン合金材の高速切削方法

Info

Publication number: JP2006281399A
Application number: JP2005106666A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hara; 宣宏原; Katsuhiko Ozaki; 勝彦尾崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】効率よく切削するために切削速度を実用的に高く設定しても、工具の摩耗量を小さく保ったままで、チタンあるいはチタン合金材を切削することができる切削方法を提供すること。
【解決手段】焼結ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン製の切削工具を使用し、切削速度が毎分１００ｍ以上、そして切り込み量と１回転あたりの送り量との比、すなわち、（切り込み量／１回転あたりの送り量）の値が０．３〜３となるような条件下で切削するチタンおよびチタン合金材の高速切削方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、広範な工業分野で多用されるチタンおよび各種チタン合金材の各種機械加工を行なう際に必要な高速切削方法に関する。

高い比強度、高耐熱性および高耐食性等のすぐれた多くの特徴を有し、航空機用部品をはじめとして、化学工業や装飾品等広範多岐にわたり使用されるチタンあるいはチタン合金材は、多種多様の機械加工に付され、とりわけ能率的な切削加工は不可欠である。

チタンあるいはチタン合金材の切削には、通常、超硬合金製の切削工具が使用されるが、その際の切削条件を適切に選択することが大変重要であることはいうまでもない。下記特許文献１に開示されたつぎの切削条件は、よく検討された標準的なものといえる。すなわち、
切削速度：毎分４０〜６０ｍ
切り込み量：０．５〜１０ｍｍ
送り量：０．３〜０．４ｍｍ
の条件で切削する方法である。

ところで、このような条件下で切削するにしても、チタン材のような特殊な被削材の場合は、ふたつの観点、すなわち効率のよい切削および切削工具の摩耗の問題から切削方法をよく吟味する必要がある。すなわち、切削速度の上昇は、工具摩耗を増加する方向に作用するから、上記のように、毎分６０ｍ以下に切削速度をおさえるのが一般である。もっとも、ダイヤモンド製、とくに焼結されたダイヤモンド製の切削工具を使用すると、切削速度を１００ｍ以上に高速化できることが下記特許文献２に開示されている。しかし、焼結ダイヤモンド工具によりこのような高速度切削をすると、工具の摩耗が著しいことから、同特許は、単結晶ダイヤモンド製の切削工具を採用するとしている。ところが、よく検討してみると、単結晶ダイヤモンド製の切削工具は、靭性に欠けるため、切り込み量や送り量の大きい条件下で切削するときは、工具の欠損が著しく、切削抵抗つまり切削負荷が小さい条件でしか使用できないことがわかった。したがって、実用的には切削能率がどうしても低下するようになる。
特開２００３−１５０５号公報特開昭５７−２０５００３号公報

本発明は、したがって、チタンあるいはチタン合金材を効率よく切削するために切削速度を実用的に高く設定しても、工具の摩耗量を小さく保ったままで、切削することができる切削方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、焼結ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン製の切削工具を使用し、切り込み量と１回転あたりの送り量との比（切り込み量／１回転あたりの送り量）の値が０．３〜３となるような条件下で、毎分１００ｍ以上の切削速度で切削することを特徴とするチタンおよびチタン合金材の高速切削方法である。

本発明は、上述したように、切削工具の材種および切削条件を選択することにより、高速度下で切削しても工具の摩耗量が小さくできるとともに、切削抵抗も小さいことから切り屑の排出性を向上する効果がある。すなわち、切り込み量と１回転あたりの送り量との比が０．３〜３のよく限定された範囲となるような条件下で、両者を相関させて切削するため、焼結ダイヤモンドもしくはダイヤモンドライクカーボン製の工具を使用しても、毎分１００ｍ以上の高速度切削が可能となる。しかも、これら工具の磨耗も著しく抑制できる。

本発明が対象とする被切削材は、チタン材およびチタン合金材、たとえばもっとも広く多用されているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のほか、純チタン等の材料である。

つぎに、本発明は、焼結ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン製の切削工具を用いてチタン材を切削加工することが特徴である。これらの材料は、公知の製法により製作されたものが使用でき、焼結ダイヤモンド材は、たとえば粒径０．５〜５０μmのダイヤモンド粒をＣｏを助剤として焼結したブロックを工具形状に成形したものを使用すればよい。これらは、対象になるチタン、チタン合金の被削材の材質や形状等に合わせたものを適切に選択すればよい。

これらの切削工具は、超硬合金製あるいは単結晶ダイヤモンド製の工具材を使用する場合に遭遇する既述したような短所や制約を回避した状況下で、つぎに述べる効果的な条件での高速切削が遂行できる。

すなわち、切削時の（切り込み量／１回転あたりの送り量）比の値が０．３〜３の範囲となるように、両者の量を制御し、上記切削工具を使用して作業すれば、毎分１００ｍ以上の高速切削が容易に実施できる。上記切り込み量と送り量とは、相関して切削条件を左右する指標であって、前者は切り込みの深さ（ｍｍ）を意味し、後者は切削工具の被削材に対する移動量を指す。

本発明は、この２条件を各々単独に制御しないで、両者の比率で制御するようにしたことが特徴であり、切削工具の単位送り量に対し、切り込み量すなわち切り込み深さを０．３〜３の範囲に限定した。この比が０．３未満になると表面粗さが悪化するために品質上問題となり、また、逆に３を超えると工具磨耗が顕著となって、効果的な切削に無理が出てくる。そして、この条件下において且つ毎分１００ｍ以上の切削速度で高速切削を行うものである。なお、これら切り込み量および送り量の各数値は、表面品質及び生産効率の観点から適当に設定すればよく、とくに限定されるものではない。
(実施例)
本発明の実施例として、被削材にチタン合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの丸棒材（φ６０ｍｍ）を選択し、これを結晶粒径２〜５μｍの焼結ダイヤモンド製の切削工具を用いてつぎの条件下で切削した。丸棒材を回転させながら、上記工具を押し付け、毎分１００ｍおよび２５０ｍの２種類の切削速度に分けて、各５分間ずつ乾式外周旋削加工した。そして、使用後の工具の前逃げ面の摩耗幅を測定し、その値が０．３ｍｍ以上に達していた条件を工具寿命と判定することにより評価した。

図１にその結果を表示する。

すなわち、先に、本発明が切り込み量と１回転あたりの送り量との比を相関的に制御する点を特徴とする旨述べたように、図１は、この２要因を縦横両軸にして、上記工具寿命をプロットしてある。同図において、各評価印は下記を意味している。

● 切削速度が毎分１００ｍで寿命に達していない条件
○ 切削速度が毎分１００ｍで寿命に達した条件
■切削速度が毎分２５０ｍで寿命に達していない条件
□切削速度が毎分２５０ｍで寿命に達した条件
同図から、つぎのことがわかる。すなわち、（切り込み量／１回転あたり送り量）の比が０．３〜３の範囲で切削したときの工具寿命はまだ余裕があるが（●■）、この範囲を外したときの工具はすでに寿命に達している（○□）。

一方、上記本発明実施例に対する比較例として、同じチタン合金材の丸棒を超硬Ｋ種製の切削工具を使用し、切削速度が毎分１００ｍのもとで、下表の３種の条件下で乾式外周旋削加工し、上記実施例と同様に工具の前逃げ面の摩耗幅を測定した。その結果、３種とも２〜３分で各工具の前逃げ面の摩耗幅は、そろって０．３ｍｍ以上となっていて、すべて工具寿命と判定せざるを得なかった。

本発明の実施例における切削工具の寿命を表わしたグラフである。

Claims

焼結ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボン製の切削工具を使用し、切り込み量と１回転あたりの送り量との比（切り込み量／１回転あたりの送り量）の値が０．３〜３となるような条件下で、毎分１００ｍ以上の切削速度で切削することを特徴とするチタンおよびチタン合金材の高速切削方法。