JP2010253597A - Face milling method and material to be face-milled - Google Patents

Face milling method and material to be face-milled Download PDF

Info

Publication number
JP2010253597A
JP2010253597A JP2009105113A JP2009105113A JP2010253597A JP 2010253597 A JP2010253597 A JP 2010253597A JP 2009105113 A JP2009105113 A JP 2009105113A JP 2009105113 A JP2009105113 A JP 2009105113A JP 2010253597 A JP2010253597 A JP 2010253597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat treatment
work material
cutting
laser
burrs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009105113A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryutaro Tanaka
隆太郎 田中
Akira Hosokawa
晃 細川
Takashi Ueda
隆司 上田
Tatsuaki Furumoto
達明 古本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanazawa University NUC
Original Assignee
Kanazawa University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanazawa University NUC filed Critical Kanazawa University NUC
Priority to JP2009105113A priority Critical patent/JP2010253597A/en
Publication of JP2010253597A publication Critical patent/JP2010253597A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Milling Processes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a face milling method preventing burrs from occurring, and a material to be cut. <P>SOLUTION: The method of face milling a material to be cut made of iron-based metal includes a step of hardening the vicinity of a line to be cut off on a cutter outlet surface of the material beforehand by heat treatment. Preferably, a hard region with hardness (Hv) of 600 or more is formed by the heat treatment. The heat treatment is preferably laser irradiation treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明はバリの発生を抑制することができる正面フライス加工方法及び正面フライス加工用被削材に関する。   The present invention relates to a face milling method and a work material for face milling that can suppress generation of burrs.

切削加工時に発生するバリは、製品の品質低下だけでなく後続工程の障害になるうえ、バリ取り作業を追加することで生産コストの上昇の要因となる。したがって、仕上げ切削において発生するバリを抑制することは、表面品位や加工能率を考える上で非常に重要である。その対策としてバリを全く発生させない切削条件を見出すことが理想的である。しかし、そのような条件を見出すことは容易ではなく、そのため、現状では発生するバリをできる限り小さくすることによって、切削後に行うバリ取り作業に掛かる負担を小さくする手法が取られている。このような観点から、これまでにコンピュータシミュレーションを用いたバリの発生機構に関する解析(非特許文献1)や、実験的に切削条件とバリ発生の関係(非特許文献2〜6、9)を調査した研究がある。しかしながら、バリを小さく抑えることができても、少しでもバリが生成されればバリ取り作業を行う必要があり、必ずしも加工能率の向上にはつながらない。また、レーザを用いたバリの除去手法(非特許文献7)についての研究もある。この方法は、レーザ切断を応用した方法であり、エアジェットを併用していることから複数の装置が必要となりデブリの飛散も問題となる。   The burr generated during the cutting process not only degrades the product quality but also hinders the subsequent process, and increases the production cost by adding a deburring operation. Therefore, it is very important to suppress burrs generated in finish cutting in consideration of surface quality and processing efficiency. As a countermeasure, it is ideal to find cutting conditions that do not generate burrs at all. However, it is not easy to find such a condition. Therefore, at present, a technique is taken to reduce the burden on deburring work performed after cutting by making the burrs generated as small as possible. From this point of view, analysis of burr generation mechanism using computer simulation (Non-patent Document 1) and experimental investigation of the relationship between cutting conditions and burr generation (Non-Patent Documents 2-6, 9) There has been research. However, even if the burrs can be kept small, if any burrs are generated, it is necessary to perform a deburring operation, which does not necessarily lead to an improvement in processing efficiency. There is also research on a method for removing burrs using a laser (Non-Patent Document 7). This method is a method using laser cutting. Since an air jet is used in combination, a plurality of devices are required, and debris scattering is also a problem.

このように、従来から、切削加工で発生するバリを小さく抑える方法や発生したバリをいかにして除去するかについての研究が行われているが、バリの発生自体を抑制する(すなわち、バリを発生させない)有効な方法は未だ見出されていない。   As described above, researches on how to reduce the burrs generated by cutting and how to remove the generated burrs have been conducted so far. No effective method has been found yet.

橋村雅之,上田完次,真鍋圭司,デビッド A. ドーンフェルド(David A. Dornfeld),「二次元切削におけるばり生成機構の解析」,精密工学会誌,社団法人精密工学会,2000年2月,第66巻,p.218-223Masayuki Hashimura, Kanji Ueda, Junji Manabe, David A. Dornfeld, "Analysis of beam generation mechanism in two-dimensional cutting", Journal of Japan Society for Precision Engineering, Japan Society for Precision Engineering, February 2000, No. 1 66, 218-223 郭-梁陳(Gwo-Lianq Chern),「アルミニウム合金の正面フライス加工におけるバリ形成メカニズムの実験観察と解析」,日本機械学会誌, 社団法人日本機械学会,2006年,第46巻,p.1517-1525Gwo-Lianq Chern, "Experimental observation and analysis of burr formation mechanism in face milling of aluminum alloy", Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan Society of Mechanical Engineers, 2006, Vol. 46, p.1517 -1525 O.オルベライ(O. Olverai),G.バロー(G. Barrow),「スクエアショルダーの正面フライス加工におけるバリ形成の実験的研究(An Experimental Study of Burr Formation in Square Shoulder Face Milling)」, インターナショナル ジャーナル オブ マシーン アンド マニファクチャー(International Journal of Machine Tools and Manufacture),1996年,第36巻,第9号,p.1005-1020O. O. Olverai, G. G. Barrow, “An Experimental Study of Burr Formation in Square Shoulder Face Milling”, International Journal of Machine Tools and Manufacture), 1996, Vol. 36, No. 9, pp. 1005-1020 郭-梁陳(Gwo-Lianq Chern),「直交切削の出口付近のエッジ吹き出物とバリ形成のメカニズムに関する研究(Study on mechanisms of burr formation and edge breakout near the exit of orthogonal cutting)」, ジャーナル オブ マテリアルズ プロセシング テクノロジー(Journal of Materials Processing Technology),2006年,第176巻 2006年 p.152-157Gwo-Lianq Chern, “Study on mechanisms of burr formation and edge breakout near the exit of orthogonal cutting”, Journal of Materials Processing of Technology (Journal of Materials Processing Technology), 2006, Vol. 176, p.152-157 三宅輝明,山本章裕,岸本和一郎,山中啓市,高野乾輔,「正面フライス加工におけるバリ形成に関する研究(第1報)−バリ生成条件と生成機構について−」,精密工学会誌,社団法人精密工学会,1998年,第53巻,第1号,p.98-104Teruaki Miyake, Akihiro Yamamoto, Kazuichiro Kishimoto, Keiichi Yamanaka, Kyosuke Takano, "Study on Burr Formation in Face Milling (1st Report)-About Burr Formation Conditions and Formation Mechanism", Journal of Precision Engineering, Precision Engineering Society, 1998, Vol. 53, No. 1, p. 98-104 イ・スンファン(Seoung Hwan Lee),デビッド A.ドーンフェルド(David A. Dornfeld),「高精度レーザーバリ取り(Precision Laser Deburring)」,製造科学技術ジャーナル(Journal of Manufacturing Science and Engineering),2001年,123巻,p.601-608Seoung Hwan Lee, David A. Dornfeld, “Precision Laser Deburring”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2001, 123, p.601-608 矢島悦次郎ほか著,「若い技術者のための機械・金属材料」,第2版,丸善,2004年,p.148Yujiro Yajima et al., “Machine and metal materials for young engineers”, 2nd edition, Maruzen, 2004, p. 148 田中隆太郎,ヤンチュアン リン(Yongchuan LIN),田邊一真,上田隆司,細川晃,「レーザ熱処理による切りくず処理性の改善に関する基礎的研究」,精密工学会誌,社団法人精密工学会,2007年,第73巻,第9号,p.1025Ryutaro Tanaka, Yongchuan LIN, Kazuma Tanabe, Takashi Ueda, Satoshi Hosokawa, “Basic research on improvement of chip disposal by laser heat treatment”, Journal of Japan Society for Precision Engineering, Japan Society for Precision Engineering, 2007, No. 1 Volume 73, Number 9, p.1025 「正面フライス加工で生成されるバリとその処理」,(財)機械進行協会技術研究所,平成2年3月,加工技術データファイル,平成2年度事例追補 切削加工編 事例番号1420"Burr generated by face milling and its processing", Japan Institute of Mechanical Engineering, Research Institute, March 1990, Machining technology data file, 1990 case supplement, cutting work, case number 1420

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、バリの発生を抑制できる切削加工方法及び切削加工用被削材を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a problem to be solved is to provide a cutting method and a cutting work material capable of suppressing the generation of burrs.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意研究をした結果、正面フライス加工において被削材のカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくと、加工後の被削材の仕上げ面の端部(仕上げ面とカッタ出口面の境界のエッジ部)にバリが発生しなくなることを知見し、かかる知見に基づいてさらに研究を進めることで本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have made the processing near the cutting line of the surface to be the cutter exit surface of the work material in front milling by heat treatment in advance. Finding that burrs will no longer occur at the edge of the finished surface of the workpiece afterwards (the edge of the boundary between the finished surface and the cutter exit surface), and further research based on this knowledge completes the present invention. It came to do.

すなわち、本発明は、
(1)鉄系金属からなる被削材への正面フライス加工方法であって、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくことを特徴とする、正面フライス加工方法、
(2)熱処理により、硬度(Hv)が600以上の硬化領域を形成する、上記(1)記載の方法、
(3)熱処理がレーザ照射処理である、上記(1)又は(2)記載の方法、
(4)鉄系金属が炭素鋼である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の方法、
(5)鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなる、正面フライス加工用被削材、及び
(6)熱処理により、硬度(Hv)が600以上の硬化領域が形成されてなる、上記(5)記載の正面フライス加工用被削材に、関する。
That is, the present invention
(1) A face milling method for a work material made of an iron-based metal, characterized in that the vicinity of a cut line on the cutter exit surface of the work material is previously hardened by heat treatment. Method,
(2) The method according to (1) above, wherein a hardened region having a hardness (Hv) of 600 or more is formed by heat treatment,
(3) The method according to (1) or (2) above, wherein the heat treatment is a laser irradiation treatment,
(4) The method according to any one of (1) to (3) above, wherein the iron-based metal is carbon steel,
(5) A work material for face milling, which is a work material made of an iron-based metal, and is hardened by heat treatment in the vicinity of a planned cut line of a surface to be a cutter exit surface in face milling, and (6 ) It relates to the work material for face milling according to the above (5), wherein a hardened region having a hardness (Hv) of 600 or more is formed by heat treatment.

本発明の正面フライス加工方法によれば、バリを発生させることなく、切削加工を行うことができる。従って、切削加工後のバリ取り作業を不要にすることができ、加工能率を向上させることができる。   According to the face milling method of the present invention, cutting can be performed without generating burrs. Accordingly, it is possible to eliminate the deburring work after the cutting process and to improve the processing efficiency.

また、被削材を複数回切削して加工をする場合でも、被削材のカッタ出口面における最終の切削での切取り予定線付近に熱処理を行っておけば、それ以前の切削でバリが発生していても、最終の切削においてバリの発生を抑制することができるので、総切削量の多い(総切込みの長さが大きい)加工を行う場合でも、バリのない製品を確実に得ることができる。   Also, even if the work material is cut multiple times, if the heat treatment is performed near the planned cutting line in the final cutting at the cutter exit surface of the work material, burrs will occur in the previous cutting. However, since the generation of burrs can be suppressed in the final cutting, it is possible to reliably obtain a product without burrs even when processing with a large total amount of cutting (total cutting depth is large). it can.

また、切削後の仕上げ面の表面粗さは熱処理の影響をほとんど受けないため、所望の表面粗さの仕上げ面を有し、かつ、バリの無い製品を製造することができる。   Further, since the surface roughness of the finished surface after cutting is hardly affected by the heat treatment, a product having a finished surface having a desired surface roughness and having no burrs can be manufactured.

また、本発明の正面フライス加工方法は、被削材のカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を予めレーザ照射等の熱処理によって硬化させておくだけでよいので、工業的に実施することも容易である。   Further, the face milling method of the present invention only needs to be hardened in advance by heat treatment such as laser irradiation in the vicinity of the cut line of the surface to be the cutter exit surface of the work material. Easy.

また、本発明の正面フライス加工用被削材は、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近が熱処理により硬化されているので、かかる硬化領域からカッタを出刃させる正面フライス加工を行うことによって、バリのない製品を確実に得ることができる。   In addition, since the work material for face milling according to the present invention is hardened by heat treatment in the vicinity of the planned cutting line of the surface that becomes the cutter exit surface in face milling, the face milling that causes the cutter to exit the hardened area. By performing the above, it is possible to reliably obtain a product without burrs.

図1は本発明の正面フライス加工方法を模式的に示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing the face milling method of the present invention. 図2は本発明の正面フライス加工方法において、レーザ熱処理により硬化領域を形成した被削材(炭素鋼S45C)の一例の硬化領域の断面写真である。FIG. 2 is a cross-sectional photograph of a hardened region as an example of a work material (carbon steel S45C) in which a hardened region is formed by laser heat treatment in the face milling method of the present invention. 図3は図2の被削材(炭素鋼S45C)が正面フライス加工でその硬化領域にて切取りが行われた後の断面写真である。FIG. 3 is a cross-sectional photograph of the work material (carbon steel S45C) in FIG. 2 after being cut in the hardened region by face milling. 図4は本発明の正面フライス加工方法での切削方式の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a cutting method in the face milling method of the present invention. 図5(a)はレーザ熱処理を行っていない被削材(炭素鋼S45C)に正面フライス加工を行った後の被削材端部のSEM画像(比較例)、図5(b)は高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)に正面フライス加工を行った後の被削材端部のSEM画像(実施例1)である。FIG. 5A shows an SEM image (comparative example) of the end of the work material after face milling on the work material (carbon steel S45C) not subjected to laser heat treatment, and FIG. 5B shows high energy. It is a SEM image (Example 1) of the edge part of a workpiece after carrying out face milling to the workpiece (carbon steel S45C) which performed the laser heat processing of density (526 W / mm < 2 >). 図6はレーザ変位計を用いて測定した被削材端部の断面形状を示し、レーザ熱処理を行っていない被削材(炭素鋼S45C)の切削後の端部(比較例)、高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)の切削後の端部(実施例1)、及び低エネルギー密度(57W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)の切削後の端部(実施例2)を示す図である。Fig. 6 shows the cross-sectional shape of the work piece end measured with a laser displacement meter, the cut end of the work material (carbon steel S45C) not subjected to laser heat treatment (carbon steel S45C), high energy density An end portion (Example 1) after cutting of a work material (carbon steel S45C) subjected to laser heat treatment of (526 W / mm 2 ) and a work subjected to laser heat treatment of low energy density (57 W / mm 2 ) It is a figure which shows the edge part (Example 2) after cutting of material (carbon steel S45C). 図7は被削材のカッタ出口面におけるバリの被削材長さ方向の高さの分布を示し、レーザ熱処理を行っていない被削材(炭素鋼S45C)におけるバリの高さ分布(比較例)、高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)におけるバリの高さ分布(実施例1)及び低エネルギー密度(57W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)におけるバリの高さ分布(実施例2)を示す図である。Fig. 7 shows the height distribution in the length direction of burrs at the cutter exit surface of the work material, and the burr height distribution in the work material (carbon steel S45C) not subjected to laser heat treatment (comparative example) ), the laser heat treatment of high energy density (526W / mm 2) workpiece to the laser heat treatment was carried out for (height distribution of the burrs in the carbon steel S45C) (example 1) and a low energy density (57 W / mm 2) It is a figure which shows the height distribution (Example 2) in the performed cut material (carbon steel S45C). 図8は切削後の被削材端部断面の組織写真を示し、図8(a)はレーザ熱処理をしていない被削材(炭素鋼S45C)の切削後の端部断面写真(比較例)、図8(b)は低エネルギー密度(57W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)の端部断面写真(実施例2)、および図8(c)は高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)の端部断面写真(実施例1)である。FIG. 8 shows a structural photograph of the cross-section of the workpiece after cutting, and FIG. 8A shows a cross-sectional photograph of the end of the workpiece (carbon steel S45C) that has not been subjected to laser heat treatment (comparative example). , 8 (b) is an end cross-sectional photograph (example 2) low energy density (57 W / mm 2) workpiece to the laser heat treatment was carried out in the (carbon steel S45C), and FIG. 8 (c) high energy It is an edge part cross-section photograph (Example 1) of the cut material (carbon steel S45C) which performed the laser heat processing of density (526 W / mm < 2 >). 図9は切込みを変化させて切削したときの切削距離によるカッタ出口面に生じたバリの高さの変化を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a change in the height of burrs generated on the cutter exit surface according to the cutting distance when cutting is performed while changing the depth of cut. 図10は最終切取り予定線に沿って高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)に対する切削パス数の増加にともなうバリ高さの推移を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the transition of the burr height as the number of cutting passes increases for the work material (carbon steel S45C) subjected to laser heat treatment with high energy density (526 W / mm 2 ) along the final cut line. is there. 図11はレーザ熱処理をしていない被削材(炭素鋼S45C)と高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)における切削時における接線方向の切削抵抗を示す図である。FIG. 11 shows the cutting resistance in the tangential direction at the time of cutting in a work material not subjected to laser heat treatment (carbon steel S45C) and a work material subjected to laser heat treatment of high energy density (526 W / mm 2 ) (carbon steel S45C). FIG. 図12(a)はレーザ熱処理をしていない被削材(炭素鋼S45C)の切りくずの形状および硬度を示す図、図12(b)は高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)の切りくずの形状および硬度を示す図である。FIG. 12 (a) is a diagram showing the shape and hardness of a chip of a workpiece (carbon steel S45C) that has not been subjected to laser heat treatment, and FIG. 12 (b) is a laser heat treatment with a high energy density (526 W / mm 2 ). It is a figure which shows the shape and hardness of the chip of the performed cut material (carbon steel S45C). 図13はレーザ熱処理が仕上げ面粗さへおよぼす影響を示す図であり、高エネルギー密度(526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材(炭素鋼S45C)及びレーザ熱処理をしていない被削材(炭素鋼S45C)についての切込みと仕上げ面粗さ(Rz、Ra)の関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the influence of laser heat treatment on the finished surface roughness. The work material (carbon steel S45C) subjected to laser heat treatment at a high energy density (526 W / mm 2 ) and the workpiece not subjected to laser heat treatment. It is a figure which shows the relationship between the cut about a cutting material (carbon steel S45C), and finished surface roughness (Rz, Ra).

本発明の正面フライス加工方法は、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておき、その硬化領域からカッタを出刃させて切り取りを行うようにしたものである。   In the face milling method of the present invention, the vicinity of the cut line on the cutter exit surface of the work material is hardened beforehand by heat treatment, and the cutter is cut out from the hardened region to cut.

また、本発明の正面フライス加工用被削材は、鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなるものである。   Further, the work material for face milling according to the present invention is a work material made of iron-based metal, and is formed by heat-treating the vicinity of the planned cut line of the surface to be a cutter exit surface in face milling. It is.

本発明において、「被削材」とは、熱処理によって硬化される、すなわち、焼入れ可能な材料であれば特に限定されるものではないが、熱処理条件により硬化の程度(硬化の進行度)を制御しやすい、等の観点から、鋼(炭素鋼、合金鋼)、鋳鉄等の鉄系金属が好適であり、具体的には、機械構造用炭素鋼、軸受鋼、フェライト型ステンレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、クロム・モリブデン鋼、ニッケル・クロム鋼等が挙げられる。   In the present invention, the “work material” is not particularly limited as long as it is hardened by heat treatment, that is, can be hardened, but the degree of hardening (curing progress) is controlled by heat treatment conditions. From the standpoint of easy handling, iron-based metals such as steel (carbon steel, alloy steel) and cast iron are suitable. Specifically, carbon steel for mechanical structure, bearing steel, ferritic stainless steel, heat resistant steel, Tool steel, chromium / molybdenum steel, nickel / chromium steel, and the like.

図1は本発明の正面フライス加工方法を模式的に示した斜視図である。
図1に示されるように、被削材1に対してフライスカッタ(図示せず)が矢印Aの方向に回転して点線Bで示す経路で切削がなされる。本発明では、被削材1のカッタ出口面1Aにおける切取り予定線2付近を例えばレーザ照射等による熱処理によって硬化させておき、その硬化領域(熱処理領域)3からフライスカッタを出刃させる。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the face milling method of the present invention.
As shown in FIG. 1, a milling cutter (not shown) rotates in the direction of arrow A with respect to the work material 1, and cutting is performed along a path indicated by a dotted line B. In the present invention, the vicinity of the planned cut line 2 on the cutter exit surface 1A of the work material 1 is hardened by, for example, heat treatment such as laser irradiation, and the milling cutter is extended from the hardened region (heat treatment region) 3.

図2はレーザ出力(Q):500W、スポット径(D):1.1mm、走査速度(S):12.5mm/秒でレーザを照射して硬化領域3を形成した炭素鋼S45Cからなる被削材の一例の断面写真(カッタ出口面1Aに対して垂直方向に切断した断面の写真)であり、硬化領域3は被削材1のカッタ出口面1Aから深さ方向に形成された、カッタ出口面1Aにおける幅が約0.6mmの略半円状のマルテンサイト領域3A(最大深さ:約0.15mm)と、該マルテンサイト領域3Aの周囲に形成された未マルテンサイト領域3B(幅が約0.2mm)とを含む。ここでいう、未マルテンサイト領域3Bの幅とは、断面写真上でのマルテンサイト領域3Aの外周の輪郭と直交する方向の寸法である。なお、図2中の符号4は被削材1の断面形成(切断)の際に被削材1を包埋するために使用した樹脂材料である。   FIG. 2 shows a laser power (Q): 500 W, a spot diameter (D): 1.1 mm, a scanning speed (S): 12.5 mm / sec. 1 is a cross-sectional photograph of an example of a cutting material (a cross-sectional photograph cut in a direction perpendicular to the cutter exit surface 1A), and the hardened region 3 is a cutter formed in the depth direction from the cutter exit surface 1A of the work material 1; A substantially semicircular martensite region 3A (maximum depth: about 0.15 mm) having a width of about 0.6 mm on the exit surface 1A, and an unmartensite region 3B (width) formed around the martensite region 3A About 0.2 mm). The width of the non-martensite region 3B here is a dimension in a direction orthogonal to the outline of the outer periphery of the martensite region 3A on the cross-sectional photograph. In addition, the code | symbol 4 in FIG. 2 is the resin material used in order to embed the cutting material 1 in the case of cross-section formation (cutting) of the cutting material 1. FIG.

このように被削材1のカッタ出口面1Aの切取り予定線2付近を予め熱処理により硬化させておき、その硬化領域3からカッタを出刃させると、図3に示されるように、被削材1の仕上げ面11の端部(仕上げ面11とカッタ出口面1Aの境界のエッジ部)12にバリを発生させることなく、被削材1が仕上げ加工される。なお、図3は、図2の示す被削材1を、切削速度(V):100m/min、切込み(a):0.4mm、被削材の送り速度(f):0.1mm/toothで切削した得られた加工品である。   In this way, when the vicinity of the planned cut line 2 of the cutter exit surface 1A of the work material 1 is previously cured by heat treatment and the cutter is brought out from the hardened region 3, the work material 1 is obtained as shown in FIG. The work material 1 is finished without generating burrs at the end portion 12 (the edge portion at the boundary between the finish surface 11 and the cutter exit surface 1A) 12. 3 shows the work material 1 shown in FIG. 2 in which the cutting speed (V): 100 m / min, the cutting depth (a): 0.4 mm, and the feed speed (f) of the work material: 0.1 mm / tooth. It is the processed product obtained by cutting with.

本発明において、熱処理による硬化領域の形成は、作業性、効率、硬度制御が容易等の点から一般的にはレーザ照射(レーザ熱処理)によって行われるが、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近の選択的な熱処理が可能であれば、レーザ照射以外の他の方法、例えば、電子ビーム照射等で行ってもよい。   In the present invention, the formation of the hardened region by heat treatment is generally performed by laser irradiation (laser heat treatment) from the viewpoints of workability, efficiency, easy hardness control, and the like. As long as selective heat treatment in the vicinity of the line is possible, a method other than laser irradiation, such as electron beam irradiation, may be used.

切削加工での切削後の被削材の端部の形状を決定する要因の一つとして被削材の機械的性質がある(非特許文献7参照)。一般に、硬度が低く延性が高い被削材を切削すると、カッタが出口面に近づくと端部に大きな塑性変形が生じバリが発生する。硬さが増大すると延性が低下し、塑性変形が生じる領域が小さくなるためバリは小さくなる。さらに被削材の硬さが増大し脆性を示すようなると、脆性破壊によりコバ欠けが発生する。本発明方法において、バリの発生を抑制できるのは、被削材1のカッタ出口面1Aの切取り予定線2付近が熱処理によって硬化しており、フライスカッタがその硬化領域3を通過することから、被削材のカッタ出口面より出刃する際の延性が低下し、塑性変形が生じる領域が小さくなるためと考えられる。   One of the factors that determine the shape of the end of the workpiece after cutting in cutting is the mechanical properties of the workpiece (see Non-Patent Document 7). In general, when a work material having low hardness and high ductility is cut, when the cutter approaches the exit surface, large plastic deformation occurs at the end portion, and burrs are generated. As the hardness increases, the ductility decreases and the burrs become smaller because the region where plastic deformation occurs becomes smaller. Further, when the hardness of the work material increases and becomes brittle, the chipping occurs due to brittle fracture. In the method of the present invention, the generation of burrs can be suppressed because the vicinity of the cut line 2 of the cutter exit surface 1A of the work material 1 is hardened by heat treatment, and the milling cutter passes through the hardening region 3. This is considered to be because the ductility at the time of cutting out from the cutter exit surface of the work material decreases, and the area where plastic deformation occurs is reduced.

被削材1における切取り予定線2付近の硬化領域3の硬化の程度は、被削材1の種類、フライスカッタ(特に先端工具(硬質チップ))の材質等によっても異なるが、一般的には、硬化領域3の硬度はHv600以上であるのが好ましい。より具体的には、被削材が炭素鋼又は合金鋼の場合、硬化領域3の硬度はHv600以上が好ましく、Hv650以上がより好ましく、Hv680以上が特に好ましい。なお、硬化領域3の硬度の上限は特に制限はされないが、コバ欠けが過大になるのを抑制する観点からHv700以下が好ましい。   The degree of hardening of the hardened region 3 in the vicinity of the planned cutting line 2 in the work material 1 varies depending on the type of the work material 1 and the material of the milling cutter (particularly, the tip tool (hard tip)), but in general, The hardness of the cured region 3 is preferably Hv600 or higher. More specifically, when the work material is carbon steel or alloy steel, the hardness of the hardened region 3 is preferably Hv 600 or more, more preferably Hv 650 or more, and particularly preferably Hv 680 or more. In addition, although the upper limit of the hardness of the hardening area | region 3 is not restrict | limited in particular, Hv700 or less is preferable from a viewpoint of suppressing that an edge crack becomes excessive.

なお、本明細書中でいうHv(ビッカース硬度)は、荷重300g、保持時間5秒の条件で測定した値である。   In addition, Hv (Vickers hardness) as used in this specification is the value measured on conditions with a load of 300 g and holding time of 5 seconds.

また、硬化領域3は、少なくとも一部がマルテンサイト又はベイナイトへの組織変態が生じる状態に硬化がなされているのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the hardening area | region 3 is hardened | cured in the state which the structure transformation to a martensite or a bainite produces at least one part.

本発明において、熱処理による硬化領域3は、被削材の仕上げ面の端部にバリを発生させないために形成するものであり、必要以上に大きくなると、被削材を切削して得られる加工製品に本来不要な硬化部分が大きく残存してしまう。したがって、硬化領域3は被削材のカッタ出口面よりカッタが出刃する際の延性が十分低下し、塑性変形が生じる領域が十分に小さくなる範囲で、できるだけ小さく形成するのが好ましく、硬化領域3は被削材1のカッタ出口面1Aにおいて、切取り予定線2を軸線とする幅が0.5〜1.5mm程度の帯状となり、かつ、カッタ出口面1Aからの深さが0.1mm以上、0.5mm以下の範囲内となるように形成するのが好ましい。なお、カッタ出口面1Aにおける幅が0.5〜1.5mm程度の帯状領域において、切取り予定線2を含む幅が0.5〜1.0mm程度の中心領域が少なくともマルテンサイト領域になっているのが好ましく、より好ましくは帯状領域全体がマルテンサイト領域になっているのが好ましい。   In the present invention, the hardened region 3 by heat treatment is formed so as not to generate burrs at the end of the finished surface of the work material, and when it becomes larger than necessary, the processed product obtained by cutting the work material Therefore, a large amount of originally hardened portion remains. Therefore, it is preferable that the hardened region 3 is formed as small as possible within a range in which the ductility when the cutter comes out from the cutter exit surface of the work material is sufficiently reduced and the region where plastic deformation occurs is sufficiently small. Is a strip having a width of about 0.5 to 1.5 mm with the planned cutting line 2 as an axis on the cutter exit surface 1A of the work material 1, and the depth from the cutter exit surface 1A is 0.1 mm or more, It is preferable to form it within a range of 0.5 mm or less. In the band-like region having a width of about 0.5 to 1.5 mm on the cutter exit surface 1A, the central region having a width of about 0.5 to 1.0 mm including the planned cut line 2 is at least a martensite region. More preferably, the entire belt-like region is preferably a martensite region.

本発明において、被削材1の熱処理をレーザ照射により行う場合、レーザ発振器は特に限定されず、炭酸ガスレーザ、アルゴンレーザ、エキシマレーザ、YAGレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ルビーレーザ等を使用できるが、なかでも、加工に必要な大きな熱エネルギーが得られやすい(高出力を得やすい)点から、炭酸ガスレーザ、YAGレーザが好ましい。また、レーザの照射条件(レーザ出力、スポット径、走査速度等)は、被削材1の種類、所望の硬度等に応じて適宜設定されるが、例えば、被削材が炭素鋼や合金鋼である場合、レーザ出力は300〜1000W、スポット径は1.0〜1.5mm、走査速度は10〜50mm/秒の範囲内で選択され、エネルギー密度が10〜10W/mm、処理時間10−3〜10−2sとなるようにレーザを照射するのが好ましい。 In the present invention, when the heat treatment of the work material 1 is performed by laser irradiation, the laser oscillator is not particularly limited, and a carbon dioxide laser, an argon laser, an excimer laser, a YAG laser, a helium neon laser, a ruby laser, and the like can be used. However, a carbon dioxide laser and a YAG laser are preferable because large heat energy necessary for processing can be easily obtained (high output can be easily obtained). The laser irradiation conditions (laser output, spot diameter, scanning speed, etc.) are appropriately set according to the type of workpiece 1, desired hardness, etc. For example, the workpiece is carbon steel or alloy steel. The laser power is 300 to 1000 W, the spot diameter is 1.0 to 1.5 mm, the scanning speed is selected within the range of 10 to 50 mm / second, and the energy density is 10 2 to 10 3 W / mm 2 . It is preferable to irradiate the laser so that the processing time is 10 −3 to 10 −2 s.

なおレーザ照射を行う前に、被削材の表面におけるレーザの吸収率を高めるために、カーボン系吸収剤等のレーザ吸収剤を塗布してもよい。レーザ吸収剤は市販品を使用することできる。   Before performing laser irradiation, a laser absorbent such as a carbon-based absorbent may be applied to increase the laser absorption rate on the surface of the work material. A commercial item can be used for a laser absorber.

本発明において、正面フライス加工におけるフライスカッタ、フライスカッタの先端に取り付ける工具(硬質チップ)等は特に限定されず、従来から汎用のものを制限なく使用できるが、工具(硬質チップ)はTiNコーテッド超硬合金等が好ましい。   In the present invention, a milling cutter in front face milling, a tool (hard tip) attached to the tip of the milling cutter, etc. are not particularly limited, and a general-purpose tool can be used without limitation. A hard alloy or the like is preferable.

後述の実験例からも明らかなように、本発明方法ではバリを発生させない切削加工が可能である。コバ欠けを生じることがあるが、コバ欠けは微小なもので、加工して得られる製品に支障をきたすものではない。また、本発明方法は、バリの発生を完全に無くすことができない場合でも、熱処理による硬化(焼入硬化)の程度によって、バリを極めて微小なものにすることができる。すなわち、被削材を加工して得られる製品の端部(エッジ部)の形状を制御することが可能である。   As is clear from the experimental examples described later, the method of the present invention enables cutting without generating burrs. Edge breakage may occur, but the edge breakage is minute and does not hinder the product obtained by processing. Further, the method of the present invention can make the burrs extremely minute depending on the degree of hardening by heat treatment (quenching hardening) even when burrs cannot be completely eliminated. That is, it is possible to control the shape of the end portion (edge portion) of the product obtained by processing the work material.

以下、実施例及び比較例を含む実験例を示して本発明をより具体的に説明するが、下記の実施例はあくまで一例であり、下記の実施例によって本発明は限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to experimental examples including examples and comparative examples. However, the following examples are merely examples, and the present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
(実験条件)
下記の表1に実験で使用した被削材(炭素鋼JIS S45C)の化学成分および硬度を示す。被削材は、熱間鍛造の後、850℃で5時間保持後、保冷、焼きならしをした。硬さ(硬度)は、Hv240であった。
[Experiment 1]
(Experimental conditions)
Table 1 below shows the chemical composition and hardness of the work material (carbon steel JIS S45C) used in the experiment. After hot forging, the work material was kept at 850 ° C. for 5 hours, and then kept cold and normalized. The hardness (hardness) was Hv240.

また、下記の表2にレーザ照射条件を示す。なお、レーザの照射を行う前に、被削材の表面におけるレーザの吸収率を高めるためにカーボン系吸収剤(石原薬品(株)製、UNiCON レーサ゛ーノント゛ロス371)を塗布した。炭酸ガスレーザ加工機を用い、出力100W、スポット径1.5mm(エネルギー密度:57W/mm)および出力500W、スポット径1.1mm(エネルギー密度:526W/mm)の2条件で照射を行った。レーザ走査速度(S)は12.5mm/sで一定とした。 Table 2 below shows laser irradiation conditions. In addition, before performing laser irradiation, in order to increase the laser absorption rate on the surface of the work material, a carbon-based absorbent (Ishihara Pharmaceutical Co., Ltd., UNiCON laser non-loss 371) was applied. Using a carbon dioxide laser processing machine, irradiation was performed under two conditions of output 100 W, spot diameter 1.5 mm (energy density: 57 W / mm 2 ) and output 500 W, spot diameter 1.1 mm (energy density: 526 W / mm 2 ). . The laser scanning speed (S) was constant at 12.5 mm / s.

図1に示すように、レーザ熱処理は、被削材1のカッタ出口面1Aの端部に沿った切取り予定線2上に連続発振にて行った。図1中の矢印Cは切削距離を示し、寸法aは切込みを示す。
表3に切削条件を示す。
As shown in FIG. 1, the laser heat treatment was performed by continuous oscillation on the planned cut line 2 along the end of the cutter exit surface 1 </ b> A of the work material 1. An arrow C in FIG. 1 indicates a cutting distance, and a dimension a indicates a cut.
Table 3 shows the cutting conditions.

TiNコーテッド超硬合金工具M20(工具形状TEEN1603PETR1)を直径50mmのカッタ(三菱マテリアル(株)製SE300R503S32)に取付け、切削速度Vを100m/min、送り速度fを0.1mm/toothとして、切込みaを0.2mm〜1.0mmの間で変化させ、乾式で正面フライス加工を行った。被削材の寸法は、幅20mm、長さ50mmである。   TiN coated cemented carbide tool M20 (tool shape TEEN1603PETR1) is attached to a 50 mm diameter cutter (SE300R503S32 manufactured by Mitsubishi Materials Corporation), cutting speed V is set to 100 m / min, feed speed f is set to 0.1 mm / tooth, and cutting a Was changed between 0.2 mm and 1.0 mm, and face milling was performed in a dry manner. The dimensions of the work material are 20 mm wide and 50 mm long.

図4に切削方式を示す。図4中、図1と同一符号は同一または相当する部分を示し、矢印Dは被削材1の送り方向を示す。フライスカッタ(図示せず)の回転中心5を被削材1の中心線6から切れ刃入口側へ9.2mm移動させ、出口角7が140°となる状態で正面フライス加工を行った。切取り予定線2に沿ってレーザ熱処理された被削材を正面フライス加工し、レーザ熱処理していない被削材を切削した場合と比較して、発生するバリへおよぼす影響について検討を行った。切削後の端部形状の観察は、レーザ変位計(KEYENCE((株)キーエンスジャパン)製 LK-080)による測定と熱硬化性樹脂に埋め断面を研磨した後顕微鏡(KEYENCE((株)キーエンスジャパン)製 VH-5910)により観察する方法で行った。   FIG. 4 shows the cutting method. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts, and the arrow D indicates the feed direction of the work material 1. Front milling was performed in a state where the rotation center 5 of a milling cutter (not shown) was moved 9.2 mm from the center line 6 of the work material 1 to the cutting edge inlet side and the outlet angle 7 was 140 °. The work material laser-heat treated along the planned cutting line 2 was face milled, and the effect on the generated burr was examined as compared with the case where the work material not laser-heat treated was cut. Observation of the end shape after cutting was performed by measuring with a laser displacement meter (LK-080, manufactured by KEYENCE (Keyence Japan)) and after polishing the cross section with a thermosetting resin (KEYENCE (Keyence Japan). ) VH-5910) made by observation.

また、被削材へのレーザ熱処理が切削状態へおよぼす影響を調べるために切りくずの観察、仕上げ面粗さの測定および切削抵抗の測定も行った。切削抵抗は、圧電式センサ型3成分工具動力計(KISTLER(日本キスラー(株))製 Type 9257A)を用いて測定した。   In addition, in order to investigate the influence of laser heat treatment on the work material on the cutting state, chip observation, finish surface roughness measurement and cutting resistance measurement were also performed. Cutting resistance was measured using a piezoelectric sensor type three-component tool dynamometer (Type 9257A manufactured by KISTLER (Japan Kistler Co., Ltd.)).

(結果と考察)
(1)レーザーによる炭素鋼の熱処理特性
図2はレーザー熱処理後の炭素鋼S45Cの断面写真である。写真はレーザー走査方向と垂直な面を示し、ナイタル溶液により腐食後のものである。図から、母材である初析フェライト+パーライトの組織の中に、レーザ照射によって変色した半円状の領域が確認できる。この変色した半円状の領域は、表面の近い部分に完全にマルテンサイト化した領域と、熱影響は受け変色しているがマルテンサイト化には至っていない領域のふたつの領域に分かれている。この変色した2つの領域の硬度はいずれも母材(炭素鋼S45)の硬度(Hv:約240)より高く、表面に近いマルテンサイト組織の領域においては、その最大硬度は約Hv700であった。これにより、レーザー照射により被削材を部分的に熱処理でき、硬化させることが可能であることが確認できた。
(Results and discussion)
(1) Heat treatment characteristics of carbon steel by laser FIG. 2 is a cross-sectional photograph of carbon steel S45C after laser heat treatment. The photograph shows a plane perpendicular to the laser scanning direction and is after corrosion by a night solution. From the figure, a semicircular region discolored by laser irradiation can be confirmed in the structure of the pro-eutectoid ferrite + pearlite which is the base material. This discolored semicircular region is divided into two regions: a region that is completely martensified near the surface and a region that is discolored due to thermal influence but has not yet been martensitized. The hardness of the two discolored regions was higher than the hardness (Hv: about 240) of the base material (carbon steel S45), and the maximum hardness was about Hv700 in the martensitic structure region close to the surface. This confirmed that the work material can be partially heat-treated by laser irradiation and can be cured.

(2)レーザ熱処理がバリの発生におよぼす影響
図5は正面フライス加工後の炭素鋼S45C端部のSEM画像を示す。図5(a)に示すように、レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、端部にバリが発生していることが確認された(比較例1)。一方、レーザ熱処理(エネルギー密度q:526W/mm2)を行った被削材を切込み0.5mmで切削した場合、図5(b)のように、端部にバリはほとんど見られず、幅0.2mm、高さ0.1mm程度の大きさの微小なコバ欠けが生じていた(実施例1)。
(2) Effect of laser heat treatment on generation of burrs FIG. 5 shows an SEM image of the end of carbon steel S45C after face milling. As shown in FIG. 5 (a), it was confirmed that burrs were generated at the ends when the work material not subjected to laser heat treatment was cut (Comparative Example 1). On the other hand, when a workpiece subjected to laser heat treatment (energy density q: 526 W / mm 2 ) is cut at a cutting depth of 0.5 mm, almost no burrs are seen at the end as shown in FIG. A small chipping of a size of about 0.2 mm and a height of about 0.1 mm occurred (Example 1).

図6はレーザ変位計を用いて測定した被削材端部の断面形状の一例を示す。レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、端部に高さおよそ0.6mmのバリが発生している。一方、高エネルギー密度(エネルギー密度q:526W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、バリはなくコバ欠けが生じている(実施例1)。また、低エネルギー密度(エネルギー密度q:57W/mm2)のレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、バリが生じていることがわかる。しかし、その大きさはレーザ熱処理を行っていない場合と比べるとかなり小さい(実施例2)。 FIG. 6 shows an example of the cross-sectional shape of the workpiece end portion measured using a laser displacement meter. When a work material not subjected to laser heat treatment is cut, a burr having a height of approximately 0.6 mm is generated at the end. On the other hand, when a work material subjected to laser heat treatment with a high energy density (energy density q: 526 W / mm 2 ) is cut, there is no burr and chipping occurs (Example 1). Further, it can be seen that burrs are generated when a workpiece subjected to laser heat treatment at a low energy density (energy density q: 57 W / mm 2 ) is cut. However, the size is considerably smaller than that in the case where laser heat treatment is not performed (Example 2).

図7はカッタ出口面に生じたバリの被削材長さ方向の高さの分布を示す。任意の切削距離において断面形状をレーザ変位計で測定し、カッタ出口面に生じるバリの高さの分布を調べた。なお、コバ欠けが生じた場合は、高さを負の値として評価した。レーザ熱処理を行っていない被削材の場合、最大で0.7mm程度の高さのバリが生じた(比較例1)。これに対し、レーザのエネルギー密度が低い場合(エネルギー密度q:57W/mm2)、バリ高さは最大で0.1mm程度となり(実施例2)、レーザ熱処理を行っていない場合と比べると大幅にバリ高さが減少した。高エネルギー密度(エネルギー密度q:526W/mm2)のレーザで熱処理を行った被削材を切削すると、バリは発生せず0.1mm程度の微小なコバ欠けが生じた(実施例1)。このように、切削後の被削材端部の形状は切削する前に行う被削材へのレーザ照射により多大な影響を受け、バリの抑制も可能であることがわかった。 FIG. 7 shows the distribution of the height of the burr generated on the cutter exit surface in the length direction of the work material. The cross-sectional shape was measured with a laser displacement meter at an arbitrary cutting distance, and the distribution of the height of burrs generated on the cutter exit surface was examined. When edge breakage occurred, the height was evaluated as a negative value. In the case of a work material not subjected to laser heat treatment, a burr having a height of about 0.7 mm at maximum was generated (Comparative Example 1). In contrast, when the energy density of the laser is low (energy density q: 57 W / mm 2), burr height becomes 0.1mm approximately at a maximum (Example 2), as compared with the case not subjected to laser heat treatment significantly The burr height decreased. When the work material heat-treated with a laser having a high energy density (energy density q: 526 W / mm 2 ) was cut, no burrs were generated, and minute edge chipping of about 0.1 mm occurred (Example 1). As described above, it has been found that the shape of the end portion of the work material after cutting is greatly affected by the laser irradiation to the work material performed before cutting, and burr can be suppressed.

図8は切削後の被削材端部断面の組織写真を示す。写真は工具の送り方向と垂直な面を示しており、ナイタル溶液により腐食後のものである。レーザ熱処理をしていない被削材では、端部に大きなバリが生じた(図8(a)、比較例1)。高エネルギー密度(エネルギー密度q:526W/mm2)のレーザ照射した被削材を切削すると、熱影響を受けた領域のうち、マルテンサイト組織においてコバ欠けが発生した(図8(c)、実施例1)。一方、エネルギー密度が低い場合(エネルギー密度q:57W/mm2)では、切削後の端部に微小なバリが発生し、バリ周辺にはマルテンサイト組織がほとんど存在していないことがわかった(図8(b))、実施例2)。したがって、バリの発生を無くすには、硬化領域の表層に少なくともマルテンサイト組織が形成さるように熱処理を行うことが好ましいことが分かった。 FIG. 8 shows a structural photograph of the cross-section of the workpiece end after cutting. The photo shows the surface perpendicular to the feed direction of the tool, and is after corrosion by the nital solution. In the work material not subjected to the laser heat treatment, a large burr was generated at the end (FIG. 8A, Comparative Example 1). When cutting a laser-irradiated work material having a high energy density (energy density q: 526 W / mm 2 ), edge cracks occurred in the martensite structure in the region affected by heat (FIG. 8C). Example 1). On the other hand, when the energy density was low (energy density q: 57 W / mm 2 ), it was found that minute burrs were generated at the end after cutting, and there was almost no martensite structure around the burrs ( FIG. 8B), Example 2). Therefore, it was found that in order to eliminate the generation of burrs, it is preferable to perform heat treatment so that at least a martensite structure is formed on the surface layer of the hardened region.

図9は切込みaを0.2mm〜1.0mmの範囲で変化させて切削したときの切削距離によるカッタ出口面に生じたバリの高さの変化を示す。レーザ熱処理はエネルギー密度q:526W/mm2で行い、レーザ熱処理の中心が仕上げ面となるように(すなわち、図1に示す熱処理により形成される帯状の硬化領域3の軸線となる切取り予定線2が仕上げ面に含まれるように)レーザ熱処理を行った。レーザ熱処理を行っていない被削材を切削すると、切込みaの違いにより生成されるバリの大きさが異なっている。また、切込みaが増加していくとバリの大きさも高くなるが、切込みaが0.6mmよりも大きくなるとバリの高さが減少している。これは、バリの先端が分離することで形成される二次バリによるものと考えられる(非特許文献2、3、5参照)。一方、レーザ熱処理(エネルギー密度q:526W/mm2)を行った被削材を切削すると、切込みの大きさに関わらず、切削後の被削材の端部はバリを発生せず、微小なコバ欠け状となることがわかった。 FIG. 9 shows changes in the height of burrs generated on the cutter exit surface according to the cutting distance when cutting is performed while changing the depth of cut a in the range of 0.2 mm to 1.0 mm. The laser heat treatment is performed at an energy density q: 526 W / mm 2 , so that the center of the laser heat treatment is the finished surface (that is, the planned cut line 2 that is the axis of the band-shaped cured region 3 formed by the heat treatment shown in FIG. Was subjected to laser heat treatment (so that it was included in the finished surface). When a work material that has not been subjected to laser heat treatment is cut, the size of the burrs generated differs depending on the difference of the depth of cut a. Further, as the cut a increases, the size of the burr increases. However, when the cut a exceeds 0.6 mm, the burr height decreases. This is considered to be due to a secondary burr formed by separating the burr tips (see Non-Patent Documents 2, 3, and 5). On the other hand, when the work material subjected to laser heat treatment (energy density q: 526 W / mm 2 ) is cut, the end of the work material after cutting does not generate burrs regardless of the size of the cut, and the work material is minute. It turned out to be a chipped edge.

図10は切削パス数の増加にともなうバリ高さの推移を示す。被削材には切削を行う前に最終切取り予定線(6回目の切削での切取り予定線)に沿ってレーザ熱処理を行った。レーザ熱処理はエネルギー密度q:526W/mm2で行った。切削開始前にはバリは無かった。切削開始にともない、バリが発生し、切削パス数が増加してもバリはほぼ一定の高さを示した。最後の切削となる6回目の切削後の被削材の端部においてバリは発生せず、微小なコバ欠けとなった。このことから、切削前の被削材にバリが発生していても、被削材のカッタ出口面とする面における製品の仕上げ面に充当する最終切取り予定線に対してのみレーザ熱処理を行って硬化領域を形成すれば、バリの発生の抑制が可能であることがわかった。 FIG. 10 shows the transition of the burr height as the number of cutting passes increases. The workpiece was subjected to laser heat treatment along the final cut line (scheduled line in the sixth cutting) before cutting. The laser heat treatment was performed at an energy density q: 526 W / mm 2 . There were no burrs before the start of cutting. As the cutting started, burrs were generated, and the burrs showed an almost constant height even when the number of cutting passes increased. Burr was not generated at the end of the work material after the sixth cutting, which was the last cutting, and a minute edge chipped. For this reason, even if burrs are generated in the work material before cutting, laser heat treatment is performed only on the final cut line to be applied to the finished surface of the product on the surface that is the cutter exit surface of the work material. It has been found that if a hardened region is formed, the generation of burrs can be suppressed.

(3)レーザ熱処理が切削抵抗および仕上げ面粗さへおよぼす影響
図11は切削時における接線方向の切削抵抗を示す。レーザ熱処理した被削材を切削すると切削終了時にパルス状に切削抵抗が増加する部分が見られた。これは、工具刃先の前方に高硬度部分が存在することで、被削材の変形形態が影響を受け、切削抵抗が瞬間的に増加したと考えられる。
(3) Influence of Laser Heat Treatment on Cutting Resistance and Finished Surface Roughness FIG. 11 shows tangential cutting resistance during cutting. When the laser-heat-treated work material was cut, there was a portion where the cutting resistance increased in a pulse shape at the end of cutting. This is thought to be due to the presence of a high hardness portion in front of the tool edge, which affected the deformation of the work material and increased the cutting resistance instantaneously.

図12は切りくず形状および硬度を示す。図12(a)はレーザ熱処理なしの被削材を切削して得られた切りくずの写真、図12(b)はレーザ熱処理した被削材を切削して得られた切りくずの写真であり、レーザ熱処理した被削材を切削すると切りくずの端部にレーザ熱処理を受けた部分が観察された(図12(b))。切りくずは切削中に受ける塑性変形により加工硬化し、被削材よりも高い硬度を示した。切削前の被削材の硬度はHv240、切りくずの硬度はHV300程度であった。切りくずの端部の硬度を測定するとHv650程度であったことから、コバ欠けとなった部分は切りくずとともに被削材から分離されることがわかった。   FIG. 12 shows the chip shape and hardness. FIG. 12A is a photograph of chips obtained by cutting a workpiece without laser heat treatment, and FIG. 12B is a photograph of chips obtained by cutting a workpiece subjected to laser heat treatment. When the laser heat-treated workpiece was cut, a portion subjected to the laser heat treatment was observed at the end of the chip (FIG. 12B). Chips were work hardened by plastic deformation received during cutting and showed higher hardness than the work material. The hardness of the work material before cutting was Hv240, and the hardness of the chip was about HV300. When the hardness of the edge part of a chip was measured and it was about Hv650, it turned out that the part which became the edge chip was separated from a work material with a chip.

図13はレーザ熱処理が仕上げ面粗さへおよぼす影響を示す。図には算術平均粗さRaと最大高さ粗さRzを示した。いずれも10点測定を行いその平均値を示した。Rzについてはレーザ熱処理を行った被削材を切削すると、レーザ熱処理を行っていない場合と比べ粗さが小さくなる場合も見られるが、レーザ熱処理の有無にかかわらずほぼ同程度の粗さを示すことがわかった。炭素鋼S45Cの旋削加工においては、被削材にレーザ熱処理を行うと若干ではあるが仕上げ面粗さが小さくなる傾向が認められている(非特許文献8)。しかし、今回の正面フライス加工において、この傾向があらわれなかったのは、切削方式が断続切削であり、被削材の幅が20mmと小さく、一回の切削が比較的短い時間で終了するために、被削材の凝着が少なかったことが考えられる。   FIG. 13 shows the effect of laser heat treatment on the finished surface roughness. The figure shows the arithmetic average roughness Ra and the maximum height roughness Rz. In each case, 10 points were measured and the average value was shown. As for Rz, when the workpiece subjected to the laser heat treatment is cut, the roughness may be reduced compared to the case where the laser heat treatment is not performed, but the roughness is almost the same regardless of the presence or absence of the laser heat treatment. I understood it. In turning of carbon steel S45C, it is recognized that the surface roughness tends to be small although the laser processing is performed on the work material (Non-patent Document 8). However, this trend did not appear in this face milling because the cutting method is intermittent cutting, the width of the work material is as small as 20 mm, and one cutting is completed in a relatively short time. It is considered that there was little adhesion of the work material.

1 被削材
1A カッタ出口面
2 切取り予定線
3 硬化領域(熱処理領域)
3A マルテンサイト領域
3B 未マルテンサイト領域
a 切込み
1 Work Material 1A Cutter Exit Surface 2 Cut Line 3 Curing Area (Heat Treatment Area)
3A Martensite region 3B Non-martensite region a Cutting

Claims (6)

鉄系金属からなる被削材への正面フライス加工方法であって、被削材のカッタ出口面の切取り予定線付近を予め熱処理により硬化させておくことを特徴とする、正面フライス加工方法。   A face milling method for a work material made of a ferrous metal, characterized in that a vicinity of a cut line on a cutter exit surface of the work material is previously hardened by heat treatment. 熱処理により、硬度(Hv)が600以上の硬化領域を形成する、請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a hardened region having a hardness (Hv) of 600 or more is formed by heat treatment. 熱処理がレーザ照射処理である、請求項1又は2記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment is a laser irradiation treatment. 鉄系金属が炭素鋼である、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the ferrous metal is carbon steel. 鉄系金属からなる被削材であって、正面フライス加工でのカッタ出口面となる面の切取り予定線付近を熱処理により硬化させてなる、正面フライス加工用被削材。   A work material for face milling, which is a work material made of an iron-based metal, and which is hardened by heat treatment in the vicinity of a planned cut line of a surface to be a cutter exit surface in face milling. 熱処理により、硬度(Hv)が600以上の硬化領域が形成されてなる、請求項5記載の正面フライス加工用被削材。   The work material for face milling according to claim 5, wherein a hardened region having a hardness (Hv) of 600 or more is formed by heat treatment.
JP2009105113A 2009-04-23 2009-04-23 Face milling method and material to be face-milled Pending JP2010253597A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009105113A JP2010253597A (en) 2009-04-23 2009-04-23 Face milling method and material to be face-milled

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009105113A JP2010253597A (en) 2009-04-23 2009-04-23 Face milling method and material to be face-milled

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010253597A true JP2010253597A (en) 2010-11-11

Family

ID=43315121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009105113A Pending JP2010253597A (en) 2009-04-23 2009-04-23 Face milling method and material to be face-milled

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010253597A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111408772A (en) * 2020-03-16 2020-07-14 北京航空航天大学 Processing method of carbon fiber reinforced magnesium-based composite material
CN112605443A (en) * 2020-11-26 2021-04-06 西安北方光电科技防务有限公司 Machining method for industrial organic glass material part

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111408772A (en) * 2020-03-16 2020-07-14 北京航空航天大学 Processing method of carbon fiber reinforced magnesium-based composite material
CN111408772B (en) * 2020-03-16 2022-01-07 北京航空航天大学 Processing method of carbon fiber reinforced magnesium-based composite material
CN112605443A (en) * 2020-11-26 2021-04-06 西安北方光电科技防务有限公司 Machining method for industrial organic glass material part

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wojciechowski et al. The evaluation of surface integrity during machining of Inconel 718 with various laser assistance strategies
Bohlen et al. Additive manufacturing of tool steel by laser metal deposition
Kono et al. Effects of cladding path on workpiece geometry and impact toughness in Directed Energy Deposition of 316L stainless steel
JP5328494B2 (en) Band saw blade and manufacturing method thereof
JP6026777B2 (en) Sliding member and manufacturing method thereof
Raghavan et al. Laser tempering based turning process for efficient machining of hardened AISI 52100 steel
JP2010253597A (en) Face milling method and material to be face-milled
Sarfraz et al. A review of technical challenges of laser drilling manufacturing process
Mabuchi et al. High precision turning of hardened steel by use of PcBN insert sharpened with short pulse laser
JP5427575B2 (en) Austenitic stainless steel equipment and piping cutting method, and nuclear plant equipment and piping machined using the same
Ulewicz et al. Impact of Laser Machining on the Structure and Properties of Tool Steels
JP4113137B2 (en) Steam turbine blade and method for manufacturing the same
JP6604105B2 (en) Carbide tool and manufacturing method thereof
RU2375465C1 (en) Method of surface hardening
Fang et al. Study on micromachining of polycrystalline diamond by UV nanosecond laser
Choi et al. NC code generation for laser assisted turn-mill of various type of clovers and square section members
RU2113512C1 (en) Method for heat treatment of blades of hot saws for cutting rolled products
JPH0251966B2 (en)
Akhmetov et al. The analysis and selection of methods and facilities for cutting of naturally-deficit materials
JP2007290052A (en) Surface machining method
ALEXANDRU Deformation and cutting process of interior surfaces
Zulhishamuddin et al. Optimization of pulsed Nd: YAG laser melting of gray cast iron at different spot sizes for enhanced surface properties
JPS63278726A (en) Manufacture of high speed steel cutting tool
Cunha et al. Influence of the fibre laser parameters on the surface texturing of 420 stainless steel
JPH02221304A (en) Manufacture of high speed steel tool