JP4122437B2 - Atmosphere controlled cutting method by oxygen enrichment - Google Patents

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Description

この発明は工作機械による切削加工において、酸素富化による雰囲気制御切削方法に関する。   The present invention relates to an atmosphere-controlled cutting method using oxygen enrichment in cutting with a machine tool.

最近機械切削の加工の分野では、高能率加工と自然環境の保全、作業環境の改善といった環境問題などに対応した加工技術が求められており、現在、小径ボールエンドミル等の加工分野では実用的な高速ドライ形状加工も可能になっている。またドライ加工だけでなく、MQL(極微量切削剤供給システム=Minimal Quantity Lubricant)や冷風加工なども盛んに研究された結果効果を上げており、ドライ加工を含め今後の加工様式の主流となりつつある。さらに加工コストの低減も大きな課題の一つである。 Recently, in the field of machining, there has been a demand for machining technology that addresses environmental issues such as high-efficiency machining, conservation of the natural environment, and improvement of the working environment. Currently, it is practical in the machining field such as small-diameter ball end mills. High-speed dry shape processing is also possible. In addition to dry processing, MQL (Minimal Quantity Lubricant) and cold air processing have been actively studied, and the results are gaining results, and are becoming the mainstream of future processing modes including dry processing. . Furthermore, reduction of processing costs is one of the major issues.

そしてドライ加工の一種である従来の雰囲気コントロール加工については、冷風加工を含めた低酸素雰囲気を対象としたもの(特許文献1参照)や室温での窒素ブロー(特許文献2参照)などが公知であるが、いずれも酸化防止を対象とした低酸素雰囲気のものである。   And as for the conventional atmosphere control processing which is a kind of dry processing, those for low oxygen atmosphere including cold air processing (see Patent Document 1), nitrogen blow at room temperature (see Patent Document 2), etc. are known. However, all of them are in a low oxygen atmosphere intended for oxidation prevention.

これらのうち、前者は鋼を研削にて不活性ガス雰囲気中で加工し、酸素濃度を12%近傍に制御することにより工具摩耗を最小化し、研削表面温度も最小化する点に特徴がある。特にこの例では、加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和させ、気体による冷却効果と潤滑効果を実現することを特徴としている。しかし、雰囲気を確保するためにカバー容器を必要とし、供給する不活性ガスはガスボンベを使用しており、実加工ではコストや作業性の面で問題がある。   Among these, the former is characterized in that tool wear is minimized and the grinding surface temperature is minimized by processing the steel in an inert gas atmosphere by grinding and controlling the oxygen concentration to around 12%. In particular, this example is characterized in that the amount of heat generated by processing and the solid lubricating action of the oxidation product are harmonized to realize a cooling effect and a lubricating effect by gas. However, a cover container is required to secure the atmosphere, and the inert gas to be supplied uses a gas cylinder, and there are problems in terms of cost and workability in actual processing.

一方、特許文献2においては、中空糸膜を利用して大気中より窒素ガスを分離する装置を用い、そこで得られた窒素ガスを工具刃先にブローして低酸素雰囲気で鋼系材料を加工する方法である。この方法は実用面、コスト面で優れている。
特許第2904205号明細書 米国特許第6135862号明細書
On the other hand, in patent document 2, the apparatus which isolate | separates nitrogen gas from air | atmosphere using a hollow fiber membrane is blown into the tool blade edge | tip, and the steel-type material is processed in a low-oxygen atmosphere. Is the method. This method is excellent in practical use and cost.
Japanese Patent No. 2904205 US Pat. No. 6,135,862

しかしいずれの方法も低酸素雰囲気を対象としている。これに対し、通常、工具の酸化摩耗を防止するという点から、鋼系の材料に対しては低酸素雰囲気が望ましいが、材料の中にはチタン合金のように低酸素では溶着が激しくなり工具寿命を低下させるものもある。また工具や加工材にベラーグ(belag)その他の酸化物生成を目的とした非金属介在物を適当量含ませた材料においても、酸化物系保護膜を安定して生成させ又は工具に付着させるためには、低酸素又は非酸化雰囲気は適さない。   However, both methods target a low oxygen atmosphere. On the other hand, a low-oxygen atmosphere is usually desirable for steel-based materials from the standpoint of preventing oxidative wear of tools, but some materials are heavily welded at low oxygen, such as titanium alloys. Some may reduce lifespan. In addition, in order to stably generate an oxide-based protective film or attach it to a tool even in a material in which an appropriate amount of non-metallic inclusions for the purpose of forming belag or other oxides is included in a tool or workpiece. Low oxygen or non-oxidizing atmospheres are not suitable.

その他、切削加工部の雰囲気を制御する際に用いるガス供給用ノズルとしては、特許文献2に示すように工具本体(エンドミル)の軸心にガス供給孔を貫通させて設けたものが知られている。   In addition, as a gas supply nozzle used when controlling the atmosphere of a cutting part, as shown in Patent Document 2, a nozzle provided with a gas supply hole penetrating the shaft center of a tool body (end mill) is known. Yes.

上記構造のものは、加工物表面に溝や孔を形成する場合は工具の刃先にもガスが供給されるので一定の有効性がある。しかし平面切削や特に片側に切削材がない段状の加工を施す場合は、雰囲気ガスの大半が刃先の切削部以外の外周や切削材がない側に分散し、刃先へのガスの供給が不十分である。   The thing of the said structure has fixed effectiveness since gas is supplied also to the blade edge | tip of a tool when a groove | channel and a hole are formed in the workpiece surface. However, when performing flat cutting or stepped machining with no cutting material on one side, most of the atmospheric gas is dispersed on the outer periphery other than the cutting part of the cutting edge or on the side without the cutting material, which prevents the supply of gas to the cutting edge. It is enough.

この発明は、上記問題点を解消又は改善するために、雰囲気制御による切削方法を提供することを目的としている。具体的には、切削時の工具刃先周辺及び加工物を高酸素(酸素富化)雰囲気にして、酸化物を生成させ、工具への被削材の溶着剥離による工具損傷を低減させる。   An object of the present invention is to provide a cutting method based on atmosphere control in order to eliminate or improve the above problems. Specifically, the periphery of the tool edge and the work piece during cutting are made in a high oxygen (oxygen-enriched) atmosphere to generate oxides and reduce tool damage due to welding separation of the work material to the tool.

そしてこの発明では、非金属介在物を微量添加された材料を切削する場合の酸化物系保護膜生成を安定化させるために、高酸素雰囲気ガスを利用して酸化物生成を促す。   And in this invention, in order to stabilize the production | generation of an oxide type protective film at the time of cutting the material which added the trace amount of the nonmetallic inclusion, the oxygen production | generation is promoted using high oxygen atmosphere gas.

さらにこの発明では、酸化物の潤滑性を利用したコーティング工具の酸化物生成を促し、潤滑作用による溶着軽減を図り工具寿命の延長を図る。   Furthermore, in the present invention, the oxide generation of the coated tool utilizing the lubricity of the oxide is promoted, and the tool life is extended by reducing the welding due to the lubricating action.

これらの効果を得るために、この発明では酸素富化ガスを大気中から取り出し、あるいは酸素ガスボンベを利用し、工具内部供給方式(センタースルー方式又はサイドスルー方式)あるいはノズルによる外部供給式等を単独で又は組み合わせて行い、切削工具刃先周辺及び加工物周辺に供給して高酸素雰囲気による酸化物生成を実現しようとするものである。   In order to obtain these effects, in the present invention, oxygen-enriched gas is taken out from the atmosphere, or an oxygen gas cylinder is used, and a tool internal supply method (center through method or side through method) or an external supply method using a nozzle is used alone. Or in combination, and is supplied to the periphery of the cutting tool edge and the periphery of the workpiece to achieve oxide generation in a high oxygen atmosphere.

上記課題を解決するための本発明の方法は、第1に切削中に工具と加工材との間に酸化物系保護膜を生成することにより潤滑性を付与する元素を含むコーティング材料でコーティングした切削工具を用いた金属加工物の切削加工に際し、加工部雰囲気にガスを供給して切削加工を行う切削加工法において、雰囲気ガスとして少なくとも大気中の酸素濃度より高い高濃度に富化された酸素を含むガスを供給して加工部を高濃度の酸化雰囲気にすることにより、切削工具4の刃先と加工物間に酸化物を生成させて工具損傷・損耗を低減させることを特徴としている。 The method of the present invention for solving the above problem is first coated with a coating material containing an element that imparts lubricity by forming an oxide-based protective film between a tool and a workpiece during cutting . When cutting metal workpieces using a cutting tool, oxygen enriched to a high concentration at least higher than the oxygen concentration in the atmosphere as an atmospheric gas in a cutting method in which gas is supplied to the working part atmosphere for cutting. It is characterized in that tool damage / wear is reduced by generating an oxide between the cutting edge of the cutting tool 4 and the work piece by supplying a gas containing gas to a high-concentration oxidizing atmosphere in the work part.

第2に、雰囲気ガスが大気中の酸素を濃縮した酸素富化空気であることを特徴としている。   Second, the atmospheric gas is oxygen-enriched air obtained by concentrating oxygen in the atmosphere.

第3に、雰囲気ガスの酸素濃度が大気の酸素濃度を超え40%迄の範囲を含むことを特徴としている。   Thirdly, it is characterized in that the oxygen concentration of the atmospheric gas includes a range exceeding the oxygen concentration of the atmosphere and up to 40%.

第4に、雰囲気ガスの加工部への供給を、切削装置の外部よりノズルを用いて吹き付ける外部供給式、切削工具4の外周に沿って供給する外周供給式、切削工具の内部に穿設した孔を介して吐出供給する内部供給式の一種により又は二種以上を組み合わせて行うことを特徴としている。   Fourth, the supply of the atmospheric gas to the processing part is made by an external supply method in which the nozzle is blown from the outside of the cutting device, an outer periphery supply method for supplying along the outer periphery of the cutting tool 4, and a cutting tool is provided inside. It is characterized in that it is performed by one type of internal supply type that supplies and discharges through a hole or in combination of two or more types.

以上のように構成される本発明によれば、切削加工雰囲気ガスとして高濃度酸素を供給して切削加工部を高濃度酸素による酸化雰囲気にすることにより、加工材や工具に酸化物系保護膜を形成する元素を含む場合に、工具刃先と加工材の切削面との間に酸化物系保護膜を安定的に形成させ、あるいは工具刃先表面に付着させることにより工具摩耗を低減する。そして上記高濃度の酸素を切削部に集中して供給することにより切削部と工具の冷却を実現できる。 According to the present invention configured as described above, an oxide- based protective film is applied to a workpiece or tool by supplying high-concentration oxygen as a cutting atmosphere gas and making the cutting portion an oxidizing atmosphere with high-concentration oxygen. In the case where the element that forms the element is included, the oxide- based protective film is stably formed between the tool blade edge and the cutting surface of the workpiece, or is attached to the surface of the tool edge to reduce tool wear. And cooling of a cutting part and a tool is realizable by concentrating and supplying the said high concentration oxygen to a cutting part.

また酸化物生成による潤滑性付与型のコーティング工具の性能を十分に引き出すことができ、これらの効果を伴う加工を比較的簡単な装置で、容易に且つ低コストで実現できる。   Further, the performance of the lubrication-imparting type coating tool by oxide generation can be sufficiently obtained, and processing with these effects can be realized easily and at low cost by a relatively simple apparatus.

以下本発明の実施形態につき詳細に説明する。
以下に説明するこの発明の実施形態においては、大気中より取り出したあるいはガスボンベを使用した高酸素(酸素富化)ガスを工具刃先付近に吹き付け、高酸素雰囲気において材料の加工表面(新生面)に酸化物を生成させ、あるいはさらにベラーグ生成材料に対して工具刃先を酸化雰囲気にし、保護膜の付着条件である工具中のTiCを工具表面で酸化させてTiO2を生成させる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In an embodiment of the present invention described below, high oxygen (oxygen-enriched) gas taken out from the atmosphere or using a gas cylinder is blown near the tool edge, and oxidized in the high oxygen atmosphere on the processed surface (new surface) of the material. In addition, the tool blade edge is made an oxidizing atmosphere with respect to the material for generating the bellage, and TiC in the tool, which is a condition for attaching the protective film, is oxidized on the tool surface to generate TiO 2 .

また本発明では、加工材に含まれるFeがFeOとなる酸化物生成を促進し、鋼、鋳鉄、金型鋼等の構成成分であるSi,Mn,Al,Mg等が造る酸化物を主成分とする酸化物系保護膜を工具刃先と加工材表面との間に安定的に生成させ又は付着させる。このことにより工具と加工物やその切りくずとの直接接触を防ぎ、摩耗を抑制するという効果をより確実にする。
そして酸化物生成による潤滑性付与型のコーティング工具の性能を引き出すために、高酸素雰囲気あるいは高酸素ガスブローを行うものである。
Further, in the present invention, Fe contained in the work material promotes oxide formation in which FeO is formed, and an oxide formed by Si, Mn, Al, Mg, etc., which are constituent components of steel, cast iron, mold steel, and the like, is a main component. An oxide- based protective film is stably generated or adhered between the tool blade edge and the workpiece surface. This further ensures the effect of preventing direct contact between the tool and the workpiece and its chips and suppressing wear.
A high oxygen atmosphere or a high oxygen gas blow is performed in order to bring out the performance of the coating tool of the lubricity imparting type by oxide generation.

なお、上記潤滑性付与型のコーティング工具は、酸化物生成によって潤滑性を付与するもので、例えばTiBONの場合のように、酸化物の潤滑性が高くなる元素(この場合はB=ボロン)を材料に含ませ、切削によってこれを酸化させることにより摩耗係数等を低減し、溶着等を防止するものである。   The lubricity imparting type coating tool imparts lubricity by forming an oxide. For example, as in the case of TiBON, an element that increases the lubricity of the oxide (in this case, B = boron) is added. It is included in the material and is oxidized by cutting to reduce the wear coefficient and prevent welding and the like.

そのために酸素富化ガス雰囲気を利用し、上記酸化物のコーティング膜の生成を促進して、工具摩耗の低減,工具寿命の延長を図る。   For this purpose, an oxygen-enriched gas atmosphere is used to promote the formation of the oxide coating film, thereby reducing tool wear and extending the tool life.

次に本発明の実施例につき説明すると、本発明方法の実施のための加工装置は、図1に示すようにガス供給装置1(あるいはガスボンベ)、工作機械2、ツーリング3、工具4からなる。ガス供給装置1は、酸素富化ユニット6、タンク7、制御ユニット8、電磁弁、酸素濃度計(いずれも図示しない)等から構成され、所定酸素濃度のガスを工作機械2に供給する。工作機械2は、フライス盤、マシニングセンター、旋盤、ボール盤、ホブ盤、研削盤等いずれにも適用できる。この実施例では工具周り及びガス供給法についてエンドミル加工を例に説明する。またガス供給装置1としては、日本国特許公報、特公平5−23809号等に示される酸素富化装置を、酸素富化膜は例えば日本国特許公報、特公平7−77602号等に示されるものを使用した。これらの酸素富化装置は、酸素富化膜に大気を通すことによって酸素を濃縮するので、少なくとも32.5%程度の高濃度の酸素を含むガスを安定的に得ることができ、現状で最大40%の濃度のガスを得ることが可能である。   Next, an embodiment of the present invention will be described. A processing apparatus for carrying out the method of the present invention comprises a gas supply device 1 (or a gas cylinder), a machine tool 2, a tooling 3, and a tool 4 as shown in FIG. The gas supply device 1 includes an oxygen enrichment unit 6, a tank 7, a control unit 8, a solenoid valve, an oxygen concentration meter (all not shown), and the like, and supplies a gas having a predetermined oxygen concentration to the machine tool 2. The machine tool 2 can be applied to any of a milling machine, a machining center, a lathe, a drilling machine, a hobbing machine, a grinding machine, and the like. In this embodiment, the tool periphery and gas supply method will be described by taking end milling as an example. Further, as the gas supply device 1, an oxygen enrichment device shown in Japanese Patent Gazette, Japanese Patent Publication No. 5-23809, etc., and an oxygen enrichment film, for example, shown in Japanese Patent Gazette, Japanese Patent Publication No. 7-77602, etc. I used something. Since these oxygen enrichers concentrate oxygen by passing the atmosphere through an oxygen enriched film, it is possible to stably obtain a gas containing oxygen at a high concentration of at least about 32.5%. It is possible to obtain a gas with a concentration of 40%.

フライス盤あるいはマシニングセンター等の工作機械2に取り付けるツーリング3はセンタースルー型あるいはサイドスルー型の特殊ホルダーで、工具に開けられた内部供給穴よりガスを供給する。または通常のホルダーを用いて図4に示すように外部ノズル9を使用して工具(エンドミル)4の刃先周辺に吹き付けることもできる。内部供給方式の場合、供給穴からだけでなく、工具周囲をエアーカーテン状に覆う供給方法も可能であり、またそれらの複合的な採用も可能である。   A tooling 3 attached to a machine tool 2 such as a milling machine or a machining center is a special holder of a center through type or a side through type, and supplies gas from an internal supply hole formed in a tool. Or it can also spray on the periphery of the cutting edge of the tool (end mill) 4 using an external nozzle 9 as shown in FIG. In the case of the internal supply method, not only the supply hole but also the supply method of covering the periphery of the tool in the form of an air curtain is possible, and their combined use is also possible.

図2は、この実施例に使用した工具(エンドミル)4の全体側面図で、この例では2条のらせん刃式のものが使用され、工具本体中心には基端部側よりガス供給孔4bが工具本体の先端内部まで穿設されている。そしてその先端内部ではその開口部(ガス噴出口)4cが、各刃先4aに向かって工具4の各溝4d内に開口するように分岐孔4eに傾斜角θの角度で外周側に広がるように分岐され、基端部側から供給されるガスが、切削中の工具4の刃先4a(即ち切削加工部)に向かって集中的に噴出される構造になっている。   FIG. 2 is an overall side view of the tool (end mill) 4 used in this embodiment. In this example, a two-spindle blade type is used, and the gas supply hole 4b is formed at the center of the tool body from the base end side. Is drilled up to the inside of the tip of the tool body. Then, in the inside of the tip, the opening (gas jet) 4c extends to the outer peripheral side at an inclination angle θ in the branch hole 4e so as to open into each groove 4d of the tool 4 toward each cutting edge 4a. The gas branched and supplied from the base end side is structured to be intensively ejected toward the cutting edge 4a (that is, the cutting portion) of the tool 4 being cut.

図3は、サイドスルー型の特殊ホルダー11と工具取付時のガス噴出状態の模式図を示し、ホルダー11の周壁にはガス供給配管5への接続用のプラグ12が取り付けられ、装着された工具4のガス供給孔4b(図2参照)の基端部に内部において通じるガス供給孔13が形成されている。   FIG. 3 shows a schematic diagram of a side-thru type special holder 11 and a gas ejection state when the tool is mounted. A tool 12 is attached to the peripheral wall of the holder 11 and a plug 12 for connection to the gas supply pipe 5 is mounted. A gas supply hole 13 communicating with the inside is formed at the base end of each of the four gas supply holes 4b (see FIG. 2).

また上記ホルダー11内のガス供給孔13の下端部は、ホルダー11側のコレットナット14内の工具の外側周位置にリング状に開口した開口部16が設けられており、通常は供給される酸素富化ガスは工具4の先端の噴出口4cと、上記リング状の開口部16より工具4の外周に沿って工具先端側に噴出供給される。工具4にガス供給孔4bのないものを用いれば、ガスは工具外周側にのみ供給される。   Further, the lower end portion of the gas supply hole 13 in the holder 11 is provided with an opening 16 that is opened in a ring shape at the outer peripheral position of the tool in the collet nut 14 on the holder 11 side, and is normally supplied with oxygen. The enriched gas is jetted and supplied to the tool tip side along the outer periphery of the tool 4 from the nozzle 4 c at the tip of the tool 4 and the ring-shaped opening 16. If the tool 4 without the gas supply hole 4b is used, the gas is supplied only to the outer peripheral side of the tool.

しかし、上記リング状の開口部16には、その開口部16を閉鎖するようにOリング(図示しない)が挿脱可能に装着できる構造になっており、ここにOリングを装着すると、リング状開口部16からのガス供給は停止され、工具4の噴出口4cのみからのガス供給が行われる。切削雰囲気の酸素濃度測定結果で見る限り、上記両方のガス供給方法を複合的に用いることが望ましい。   However, the ring-shaped opening 16 has a structure in which an O-ring (not shown) can be removably mounted so as to close the opening 16. The gas supply from the opening 16 is stopped, and the gas supply from only the ejection port 4c of the tool 4 is performed. As far as the oxygen concentration measurement result of the cutting atmosphere is concerned, it is desirable to use both the above gas supply methods in combination.

図4は、複数のガス供給ノズル9を加工物17上の工具4を先端(加工部)に向かって噴出する状態の模式図で、この例では加工物17の断面コーナーに段部17aを形成するものである。この状態においてガスが工具刃先4aに向かって開口する噴出口4cより噴出されることにより、確実に加工部に供給される。   FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the tool 4 on the workpiece 17 is ejected from the plurality of gas supply nozzles 9 toward the tip (machined portion). In this example, a stepped portion 17a is formed at a cross-sectional corner of the workpiece 17. To do. In this state, the gas is surely supplied to the processing portion by being ejected from the ejection port 4c opening toward the tool cutting edge 4a.

図5は、供給ガスの酸素濃度を変化させてチタン合金を同一条件(切削速度V=50m/min,半径方向の切り込みdr=0.5mm,軸方向の切り込みda=3mm,送り速度f=0.015mm/tooth)で切削した場合の、エンドミル側面切刃の逃げ面摩耗の進行状況を示すグラフである。この図から明らかなように低酸素の窒素ガスブローでは初期摩耗が大きく、他と比較しても最も摩耗が大きいことが示されている。これに対して、大気中のものから高酸素濃度(32.5%O2)へと切削雰囲気の酸素濃度が高くなるにつれて摩耗は小さくなっていることがわかる。 FIG. 5 shows the same conditions for the titanium alloy by changing the oxygen concentration of the supply gas (cutting speed V = 50 m / min, radial cut dr = 0.5 mm, axial cut da = 3 mm, feed speed f = 0. .015 mm / tooth) is a graph showing the progress of flank wear of the end mill side cutting edge. As is clear from this figure, it is shown that the initial wear is large in the low-oxygen nitrogen gas blow, and the wear is the largest compared with the other. On the other hand, it can be seen that the wear decreases as the oxygen concentration in the cutting atmosphere increases from the air to a high oxygen concentration (32.5% O 2 ).

図6(A),(B),(C)は、それぞれ雰囲気ガスとして窒素と大気,高酸素濃度のガスを供給して、切削長さL=30m切削した時点のエンドミルコーナー部(刃先)周辺の摩耗状態を示す拡大写真であり、各図中の(a),(b),(c)はそれぞれ工具刃先の先端面,溝側内面,外周面を示している。   FIGS. 6A, 6B, and 6C show the periphery of the end mill corner (blade edge) when nitrogen, air, and a high oxygen concentration gas are respectively supplied as the atmosphere gas and the cutting length L = 30 m is cut. (A), (b), and (c) in each figure show the tip surface, groove side inner surface, and outer peripheral surface of the tool cutting edge, respectively.

図6(A)によれば、窒素ブローではコーナー部近くの逃げ面摩耗が、他に比べて大きくなっている。これは低酸素状態では切削加工面(新生面)が酸化されず、活性の高いチタンが工具表面に凝着し、溶着剥離現象によって大きくなったものと考えられる。これに対して図6(B)に示す大気中では摩耗はあまり観察されないが、切刃には切りくずの溶着が観察される。   According to FIG. 6 (A), the flank wear near the corner portion is larger in the nitrogen blow compared to the others. This is probably because the machined surface (new surface) was not oxidized in a low oxygen state, and highly active titanium adhered to the tool surface and increased due to the welding delamination phenomenon. On the other hand, although not much wear is observed in the atmosphere shown in FIG. 6B, chip welding is observed on the cutting edge.

これに対し、同図(C)に示されるように、さらに酸素濃度が高くなると切刃への切りくずの溶着も見られなくなり、摩耗もほとんど観察されない。これは、酸化によって新生面に酸化物が生成された結果として活性の高いチタンが直接工具表面に接触しなくなったことによる溶着剥離現象の低下が原因と考えられる。   On the other hand, as shown in FIG. 5C, when the oxygen concentration is further increased, chip welding to the cutting blade is not observed, and wear is hardly observed. This is thought to be due to a decrease in the adhesion peeling phenomenon due to the fact that highly active titanium does not directly contact the tool surface as a result of the formation of oxide on the new surface by oxidation.

上記の結果が酸化の程度の相違(酸化物生成の程度の相違)だとすれば、より酸化しやすい工具刃先温度の高い条件、つまり切削速度の高い条件下では、より顕著に差が生じるものと推定することができる。   If the above result is a difference in the degree of oxidation (difference in the degree of oxide formation), the difference will be more noticeable under conditions where the tool tip temperature is more likely to oxidize, that is, under conditions where the cutting speed is high. Can be estimated.

図7(A),(B)は、切削速度200m/minでチタン合金を他の条件は上記の例と同一にして切削雰囲気の工具摩耗に及ぼす影響をテストした結果を工具コーナー部と側面切刃部の摩耗について示すグラフである。コーナー部(刃先部)の摩耗には雰囲気の相違による違いは見られないが、側面切刃の摩耗は低酸素のものほど切削速度の短い段階で切削不能に至っている。このときの摩耗は境界部付近の摩耗が大きくなり、工具切刃の切れ味の劣化によって材料にバリが発生し、工具寿命が尽きる。以上のことから、高酸素(酸素富化)雰囲気下での酸化物生成による溶着低減を利用した加工が、チタン合金のような材料に対して有効であることがわかる。   FIGS. 7 (A) and 7 (B) show the results of testing the effect of cutting atmosphere on tool wear under the same conditions as in the above example at a cutting speed of 200 m / min. It is a graph shown about abrasion of a blade part. Although there is no difference in the wear of the corner portion (blade edge portion) due to the difference in atmosphere, the wear of the side cutting blades becomes incapable of cutting at a stage where the cutting speed is shorter as the oxygen content is lower. At this time, the wear near the boundary portion becomes large, and the tool cutting edge deteriorates the sharpness of the material. From the above, it can be seen that the processing using the reduction of welding due to oxide generation in a high oxygen (oxygen-enriched) atmosphere is effective for a material such as a titanium alloy.

また既述のように最近のコーティング材料の中には酸化物が高い潤滑性を示す元素をコーティング内に含ませ、切削熱によってそれを酸化し、コーティング膜に潤滑性を付与するタイプのコーティングが開発されている(例えばTiBONなど)。そのようなコーティング材料の酸化物生成を助長し、コーティング工具の性能を引き出すのに高酸素雰囲気を利用することが有効である。   In addition, as described above, there is a type of coating that includes an element in which the oxide exhibits high lubricity in a recent coating material, oxidizes it by cutting heat, and imparts lubricity to the coating film. It has been developed (for example, TiBON). It is effective to utilize a high oxygen atmosphere to facilitate the oxide formation of such coating materials and to bring out the performance of the coating tool.

例えば図8(A),(B)は高酸素雰囲気においてチタン合金を従来型のTiAINコーティング工具と酸化物生成による潤滑性付与型のTiBONコーティング工具で切削した時の工具刃先(コーナー部)と側面切刃における摩耗進行を比較した結果を示す。それぞれの切削条件は各グラフに示す通りである。この結果によれば、従来型のコーティングでも一定程度の切削性能を示しているが、潤滑性コーティングでは、初期摩耗発生後摩耗がほとんど進行していないことがわかる。切削距離30m切削した時点で摩耗量がTiAINの約1/2であるが、この形で推移するとすると寿命差ではかなりの差(少なくとも数倍〜十数倍)になると予想される。チタン合金は溶着性が高いので顕著にその効果が現れたものと考えられる。   For example, FIGS. 8A and 8B show tool edges (corner portions) and side surfaces when a titanium alloy is cut with a conventional TiAIN coating tool and a lubrication-provided TiBON coating tool by oxide formation in a high oxygen atmosphere. The result of comparing the wear progress in the cutting edge is shown. Each cutting condition is as shown in each graph. According to this result, it can be seen that the conventional coating shows a certain degree of cutting performance, but the lubricious coating hardly progresses after the initial wear. When the cutting distance is 30 m, the wear amount is about ½ of TiAIN. However, if it changes in this form, it is expected that the life difference will be a considerable difference (at least several times to several tens times). Titanium alloys have a high weldability, so it is considered that the effect appears remarkably.

なお上記実施例は工具としてエンドミルを使用した場合について説明したが、本発明の方法及び切削工具は加工物や工具の材質が適合する限り、フライスやドリル、超硬合金バイトその他の切削工具を用いる場合にも応用できるものである。また切削中に酸化物系保護膜が形成される材質である限り、供給ガスの酸素濃度は高い程効率は良いと考えられるが、実施例に示す32.5%である必要はなく、少なくとも大気中の酸素濃度よりも酸素富化が行われて、高濃度酸素の雰囲気が形成されることが必要であり、酸素富化によって得られる40%程度の酸素濃度のガスの使用も可能である。 In addition, although the said Example demonstrated the case where an end mill was used as a tool, the method and cutting tool of this invention use a milling tool, a drill, a cemented carbide tool, and other cutting tools, as long as the material of a workpiece and a tool is suitable. It can also be applied to cases. Further, as long as the oxide- based protective film is formed during cutting, the higher the oxygen concentration of the supply gas, the better the efficiency. However, it is not necessary to be 32.5% as shown in the examples, and at least the atmosphere It is necessary that oxygen enrichment is performed more than the oxygen concentration therein to form an atmosphere of high concentration oxygen, and it is possible to use a gas having an oxygen concentration of about 40% obtained by oxygen enrichment.

この発明は工作機械による金属の切削加工全般に応用することが可能である。   The present invention can be applied to general metal cutting with a machine tool.

本発明実施のための加工装置の概要図である。It is a schematic diagram of a processing device for carrying out the present invention. 本発明の切削工具の1例を示す側面図である。It is a side view which shows one example of the cutting tool of this invention. 本発明の実施に使用される工具ホルダーの1例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the tool holder used for implementation of this invention. 本発明のガス供給方法の他の実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other Example of the gas supply method of this invention. チタン合金を切削した場合の側面刃の摩耗進行状態を示すグラフである。It is a graph which shows the wear progress state of a side blade at the time of cutting a titanium alloy. (A),(B),(C)はチタン合金を窒素ガス,大気,高濃度酸素の各雰囲気下で切削した場合の工具摩耗状態を示す拡大写真である。(A), (B), (C) are enlarged photographs showing the tool wear state when a titanium alloy is cut in each atmosphere of nitrogen gas, air, and high-concentration oxygen. (A),(B)はチタン合金を窒素ガス,大気,高濃度酸素の各雰囲気下で切削した場合の工具コーナー部と側面切刃部の摩耗状態を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the abrasion state of the tool corner part and side cutting edge part at the time of cutting titanium alloy in each atmosphere of nitrogen gas, air | atmosphere, and high concentration oxygen. (A),(B)はチタン合金を従来型のTiAINコーティング工具と酸化物生成による潤滑性付与型のTiBONコーティング工具とで切削した時の工具刃先コーナー部と側面切刃における摩耗進行を比較した結果を示すグラフである。(A) and (B) compared the progress of wear at the tool edge corner and side cutting edge when a titanium alloy was cut with a conventional TiAIN coated tool and a lubricated TiBON coated tool by oxide formation. It is a graph which shows a result.

符号の説明Explanation of symbols

4 工具
4a 刃先
4b ガス供給孔
4c 噴出口
4 Tool 4a Cutting edge 4b Gas supply hole 4c Spout

Claims (4)

切削中に工具と加工材との間に酸化物系保護膜を生成することにより潤滑性を付与する元素を含むコーティング材料でコーティングした切削工具を用いた金属加工物の切削加工に際し、加工部雰囲気にガスを供給して切削加工を行う切削加工法において、雰囲気ガスとして少なくとも大気中の酸素濃度より高い高濃度に富化された酸素を含むガスを供給して加工部を高濃度の酸化雰囲気にすることにより、切削工具(4)の刃先と加工物間に酸化物を生成させて工具損傷・損耗を低減させる酸素富化による雰囲気制御切削方法。 During cutting of metal workpieces using a cutting tool coated with a coating material containing an element that imparts lubricity by forming an oxide-based protective film between the tool and the workpiece during cutting, the working part atmosphere In a cutting method in which gas is supplied to the cutting process, a gas containing oxygen enriched at a high concentration higher than the oxygen concentration in the atmosphere is supplied as an atmosphere gas to make the processing part a high concentration oxidizing atmosphere. An atmosphere-enhanced cutting method by oxygen enrichment that reduces oxide damage between the cutting edge of the cutting tool (4) and the workpiece, thereby reducing tool damage and wear. 雰囲気ガスが大気中の酸素を濃縮した酸素富化空気である請求項1の酸素富化による雰囲気制御切削方法。   2. The atmosphere-controlled cutting method by oxygen enrichment according to claim 1, wherein the atmosphere gas is oxygen-enriched air obtained by concentrating oxygen in the atmosphere. 雰囲気ガスの酸素濃度が大気の酸素濃度を超え40%迄の範囲を含む請求項1又は2の酸素富化による雰囲気制御切削方法。   The atmosphere control cutting method by oxygen enrichment according to claim 1 or 2, wherein the oxygen concentration of the atmospheric gas includes a range exceeding the oxygen concentration of the atmosphere and up to 40%. 雰囲気ガスの加工部への供給を、切削装置の外部よりノズルを用いて吹き付ける外部供給式、切削工具(4)の外周に沿って供給する外周供給式、切削工具の内部に穿設した孔を介して吐出供給する内部供給式の一種により又は二種以上を組み合わせて行う請求項1,2又は3の酸素富化による雰囲気制御切削方法。   An external supply type in which the atmosphere gas is supplied to the processing portion by using a nozzle from the outside of the cutting apparatus, an outer periphery supply type in which the cutting gas is supplied along the outer periphery of the cutting tool (4), and a hole drilled in the cutting tool. The atmosphere control cutting method by oxygen enrichment according to claim 1, 2 or 3, which is carried out by one kind of an internal supply type which is discharged and supplied through a combination of two or more kinds.
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