JP2020104230A

JP2020104230A - ワーク切削方法

Info

Publication number: JP2020104230A
Application number: JP2018246616A
Authority: JP
Inventors: 武志板津; Takeshi Itatsu
Original assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Current assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-09

Abstract

【課題】切削効率を向上できるワーク加工方法を提供すること。【解決手段】クーラントを切削加工部に供給しながら回転砥石１３によってワーク１２を切削するワーク切削方法において、前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いる。【選択図】図２

Description

本発明は、切削ツールとして、回転砥石、バイト、ドリルなどを用いるワーク切削方法に関するものである。

特許文献１には、マイクロバブルを含んだ研削液をブレードと被加工物との間に供給する方法が開示されている。このような研削液を用いることにより、研削に際してマイクロバブルが破壊されて、ジェット流が発生するとしている。そして、このジェット流のエネルギーにより、ブレードや被加工物に付着した切削物を除去して排出させるとしている。

特開２００７−３３１０８８号公報

特許文献１の方法においては、マイクロバブルの直径の詳細については、言及されていない。
本発明の目的は、高効率切削が可能になるワーク切削方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明においては、クーラントを切削加工部に供給しながらツールによってワークを切削するワーク切削方法において、前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いることを特徴とする。

以上の方法によれば、すなわち、マイクロバブルが発生したクーラントは、その粘性が大きく低下する。このため、このようなクーラントはツールとワークとの間のクリアランス内に容易に進入される。従って、クーラントにより、加工部の潤滑と冷却とが効率的に行われ、高効率切削が実現される。

本発明によれば、高効率切削を実現できるという効果を発揮する。

切削装置の簡略正面図。切削状態を示す簡略断面図。

（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明を研削盤の加工において具体化した形態を説明するものである。

本実施形態においては、図１のＸ軸方向に往復移動されるテーブル１１上にワーク１２が載置されて、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動されるツールとしての回転砥石１３の外周によりワーク１２の上面が切削される。回転砥石１３はＺ軸方向の軸線を中心に回転される。回転砥石１３により加工されるワーク１２の加工部１４にはノズル１５によりクーラント２０が供給される。クーラント２０は、水道水やアルカリイオン水にクーラント成分を混入させたものである。

そして、回転砥石１３の回転とワーク１２のＸ軸方向への移動により、回転砥石１３の砥粒１６によりワーク１２の上面が切削される。このとき、ワーク１２と回転砥石１３との間の加工部１４に供給されるクーラント２０には直径が１０〜０．００１マイクロメートル（μｍ）のマイクロバブルが混入されている。このマイクロバブルは、フリップフロップ方式（図示しない）や、キャビテーション方式（図示しない）によって発生される。フリップフロップ方式は、クーラント２０が多数の突起間を通過されるものであり、キャビテーション方式は、クーラント２０が狭い通路内を旋回しながら高速で通過されるものである。これらの方式によって、クーラント２０内に溶存している大気のうちの一部がマイクロバブルとして発生される。マイクロバブルの直径や溶存大気に対する発生割合は、前記突起間の間隔や前記通路の幅及びクーラント２０の流れる速度などによって決定される。

そして、このマイクロバブルは、その平均直径が図２に示すクリアランスである間隙α以下である。なお、以後、マイクロバブルの直径と記す場合は、平均直径のことを指すものとする。間隙αは、回転砥石１３の砥石結合材１７の表面からの砥粒１６の突出量である平均高さを表す。言い換えれば、間隙αは、砥石結合材１７の表面とワーク１２の被切削面１８との間の距離に相当する。

本実施形態は以下のように作用する。
すなわち、マイクロバブルが発生したクーラント２０は、その粘性が大きく低下する。このため、このようなクーラント２０は砥石結合材１７とワーク１２との間の間隙α内に容易に進入される。

これに対し、マイクロバブルの直径が間隙αより大きい場合、クーラント２０は間隙α内にほとんど進入されない。また、クーラント２０にマイクロバブルが含まれない場合は、クーラント２０の粘性が高いために、クーラント２０は同様に間隙α内に進入しにくい。

クーラント２０が間隙α内に容易に進入すれば、加工部１４の潤滑と冷却とが効率的に行われる。このため、切削抵抗が小さくなるとともに、加工部の過熱が回避される。また、クーラント２０により切り屑が円滑に排出されて、高効率切削が実現される。

従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）前記のように、クーラント２０に砥石結合材１７とワーク１２との間の間隙α以下の直径のマイクロバブルが含まれているため、クーラント２０の粘性が大きく下がり、マイクロバブルが障害になることなく、クーラント２０がマイクロバブルとともに前記間隙α内に容易に入り込む。従って、加工部の潤滑が円滑に行われて、切削抵抗が大きく低下し、このため、効率的な切削が可能になり、単位時間当たりの切削量が増加する。

（２）クーラント２０が間隙α内に容易に入り込むため、言い換えれば、間隙αの内外を円滑に出入りするため、ワーク１２の切削によって発生した切り屑を円滑に間隙αの外部に排出できる。従って、切り屑が切削の障害になることを抑えて、効率的な切削を遂行できる。

（３）クーラント２０が間隙αの内部に円滑に供給されるため、加工部１４の過熱を回避できる。このため、過熱によるワーク１２の酸化を抑えることができる。従って、ワーク１２の酸化による同ワーク１２表面の高硬度化を回避できる。また、過熱による砥粒１６の鈍化を抑えることができる。このため、砥粒１６は、ワーク１２を円滑に切削することになり、この点からも、効率的な切削が可能になる。

（４）マイクロバブルが１０μｍ以下の直径であれば、クーラント２０を継続して加工に使用したとしても、そのマイクロバブルは消滅することなく、クーラント２０内に長時間（常温下における実測では７２時間以上）滞留する。従って、効率的な切削を長時間継続することができる。

（実施例）
以下に、直径１０μｍ以下のマイクロバブルを含んだ実施例のクーラントと、マイクロバブルを含まない比較例のクーラントとを用いて、摂氏１５度の雰囲気下において、同一条件で切削加工を行い、その加工結果の比較を表１〜表４に示す。ここで、切削加工とは、砥石による切削加工の外、バイトによる旋削、ドリルによる穿孔など、各種の切削を含む。

表１は、以下の条件下において回転砥石１３によりワーク１２に対して取り代２４０ｍｍ（ミリメートル）の切削加工を施した結果を示すものである。

ワーク材質：ＳＫＤ１１の合金鋼
回転砥石：直径３００ｍｍ、厚さが２０ｍｍ
回転砥石の回転数：１８００ｒｐｍ（毎分当たり回転数）
この表１から明らかなように、実施例のクーラントは、比較例のクーラントと比較して、１パス当たりの切込み量において３倍であり、砥石摩耗量は８６％、加工に要する時間は約１３％である。

表２は、以下の条件下において回転砥石の端面によってプランジ加工を行った結果を示す。

ワーク材質：ＳＫＤ１１の合金鋼
回転砥石：直径３００ｍｍ
回転砥石の回転数：８０００ｒｐｍ
この表２から明らかなように、切り込み速度において、実施例のクーラントは比較例のクーラントの７５０％の効率を示した。

表３は、ツールとしてのバイトによって切削加工としての旋削加工を以下の条件下において行った結果を示す。

ワーク材質：ＳＣＭ４１５のクロムモリブデン鋼
バイト：チップ材が超硬合金
ワークの周速：毎分１４０ｍ
表３の結果から、実施例クーラントにおいては、比較例のクーラントに対して２倍の切り込み量を得ることができた。

表４は、以下の条件下においてツールとしてのドリルによりワークに対して切削加工としての穿孔加工を施した結果を示す。

ワーク材質：ＳＣＭ４１５のクロムモリブデン鋼
ドリル：直径１２ｍｍ、回転数２８０ｒｐｍ
表４の結果から、実施例クーラントにおいては、比較例のクーラントに対して４５０％の効率を示した。

（実施形態の変更例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。

・前記切削方法以外の切削方法、例えば、歯切り、溝加工、シェービング、座ぐり、中ぐりなどの切削方法において本発明を具体化すること。
・マイクロバブルを窒素などの不活性気体によって形成されるようにすること。このようにすれば、ワークの酸化をさらに抑制できる。

（他の技術的思想）
前記実施形態から把握される技術的思想は以下の通りである。
（Ａ）クーラントを切削加工部に供給しながら回転砥石の外周によってワークを切削するワーク切削方法において、
前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いるワーク切削方法。

（Ｂ）クーラントを切削加工部に供給しながら回転砥石の端面によってワークを切削するプランジ加工方法において、
前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いるプランジ切削方法。

（Ｃ）クーラントを穿孔部に供給しながらバイトによってワークを旋削するワーク旋削方法において、
前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いるワーク旋削方法。

（Ｄ）クーラントを穿孔部に供給しながらツールによってワークを穿孔するワーク穿孔方法において、
前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いるワーク穿孔方法。

１２…ワーク、１３…回転砥石、２０…クーラント、α…クリアランス。

Claims

クーラントを切削加工部に供給しながらツールによってワークを切削するワーク切削方法において、
前記クーラントとして、直径が１０〜０．００１マイクロメートルのマイクロバブルを含むものを用いるワーク切削方法。
前記クーラントとして、ツールとワークとの間のクリアランスより小さな直径のマイクロバブルが含まれたものを用いる請求項１に記載のワーク切削方法。