JP4866174B2 - 機械構造用鋼の切削方法 - Google Patents
機械構造用鋼の切削方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4866174B2 JP4866174B2 JP2006214298A JP2006214298A JP4866174B2 JP 4866174 B2 JP4866174 B2 JP 4866174B2 JP 2006214298 A JP2006214298 A JP 2006214298A JP 2006214298 A JP2006214298 A JP 2006214298A JP 4866174 B2 JP4866174 B2 JP 4866174B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- cutting
- tool
- steel
- less
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Milling Processes (AREA)
Description
本発明は、断続切削時の工具寿命に優れた機械構造用鋼の切削方法に関する。
クランクシャフトやコネクティングロッド等の自動車用構造部品に主に使用される機械構造用鋼は、切削して使用する場合がほとんどであるため、機械構造用鋼としては、工具寿命や作業性等の観点から、被削性向上を図った快削鋼が使用されることが多い。
このような快削鋼において、被削性を向上させる方法としては、成分組成として、鉛や硫黄を添加する方法があるが、鉛には、毒性を有するという問題があり、硫黄においては、添加量が増大すると、機械的特性を劣化させるという問題がある。
また、Ｃａを添加することにより、鋼中酸化物をアノルサイトやゲーレナイトのような軟質にして、切削中に、工具面上に付着させることで工具を摩耗から保護する、いわゆるベラーグも必要に応じて活用されている。しかし、ベラーグの活用は、切削条件と成分の制限が多く、一般的に使用されるものではない。
このような快削鋼において、被削性を向上させる方法としては、成分組成として、鉛や硫黄を添加する方法があるが、鉛には、毒性を有するという問題があり、硫黄においては、添加量が増大すると、機械的特性を劣化させるという問題がある。
また、Ｃａを添加することにより、鋼中酸化物をアノルサイトやゲーレナイトのような軟質にして、切削中に、工具面上に付着させることで工具を摩耗から保護する、いわゆるベラーグも必要に応じて活用されている。しかし、ベラーグの活用は、切削条件と成分の制限が多く、一般的に使用されるものではない。
このような背景の中、エンドミルで切削されることが多い金型用工具鋼として、高強度であっても、焼入焼戻し、焼き鈍し等の調質後において、優れた被削性が得られる低合金工具鋼や工具鋼の加工方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、高硬度であるにも拘わらず、切削加工が可能であり、金型製造コストを著しく低減することができる高硬度金型用快削鋼が開示されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、靭性を低下させる元素および環境に有害な元素の添加を抑制し、同時に従来の快削鋼のように切削能率を落とすことなく、重切削条件でも高硬度材が加工できるとともに、耐摩耗性および耐焼き付き性が優れた自己潤滑性を有する工具鋼が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
一方、機械構造用鋼への展開が可能な例として、Ａｌ、Ｏの含有量を所定範囲に規制することで、２００ｍ／ｍｉｎ以上の断続高速切削域での工具寿命に優れた断続高速切削用鋼が開示されている（例えば、特許文献５参照）。また、広範な切削工具および切削条件において工具寿命を延長できるとともに、疲労強度、靱延性、塑性加工性の良好な快削鋼が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
特開２００２−２４１８９３号公報（段落０００７〜００４１）
特開２００２−２４１８９４号公報（段落００１７〜００４５）
特開２００３−３４２６９１号公報（段落００１５〜００３３）
特開２００５−２７２８９９号公報（段落００３２〜００７１）
特開２００１−３４２５３９号公報（段落００１６〜００２５）
特開平６−１４５８８９号公報（段落００１３〜００２５）
しかしながら、これらのような従来の快削鋼では、以下に示す問題があった。
特許文献１〜４に記載の快削鋼は、すべて、金型用工具に用いるものである。金型用工具鋼と機械構造用鋼とでは、含有する成分やその組成、必要とされる強度等が異なるため、金型用工具鋼を機械構造用鋼として、単純に適用することはできない。
また、特許文献５に記載の快削鋼は、断続高速切削域での工具寿命に優れた断続高速切削用鋼であり、機械構造用鋼への適用も可能なものである。しかし、当該快削鋼は、２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削を対象としたものであり、また、ＡｌとＯの含有量の規定しかなく、一般的に快削鋼に用いられる元素を添加しないため、安定した被削性を得ることができない。
特許文献１〜４に記載の快削鋼は、すべて、金型用工具に用いるものである。金型用工具鋼と機械構造用鋼とでは、含有する成分やその組成、必要とされる強度等が異なるため、金型用工具鋼を機械構造用鋼として、単純に適用することはできない。
また、特許文献５に記載の快削鋼は、断続高速切削域での工具寿命に優れた断続高速切削用鋼であり、機械構造用鋼への適用も可能なものである。しかし、当該快削鋼は、２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削を対象としたものであり、また、ＡｌとＯの含有量の規定しかなく、一般的に快削鋼に用いられる元素を添加しないため、安定した被削性を得ることができない。
特許文献６に記載の快削鋼も、機械構造用鋼への適用を想定したものであり、断続切削の例（フライス加工）も提示されているが、非金属介在物として、六方晶窒化ほう素（ＢＮ）の含有が不可欠であり、このＢＮの生成のための成分の制限が多い。また、比較的広範な切削工具および切削条件において適用できるものの、すべての条件に適用できるものではなく、未だ切削条件等の制限も多い。
したがって、機械構造用鋼においては、特に、エンドミルやホブ加工等の断続切削において、容易に被削性を向上させるとともに、工具寿命を延ばす手法が提案されていないのが実状である。
したがって、機械構造用鋼においては、特に、エンドミルやホブ加工等の断続切削において、容易に被削性を向上させるとともに、工具寿命を延ばす手法が提案されていないのが実状である。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、断続切削における被削性を向上させるとともに、工具面上に保護膜を生成することで、工具寿命に優れた機械構造用鋼の切削方法を提供することにある。
連続切削においては、鋼材中の介在物が、切削中に工具表面に現出・付着して工具摩耗を抑制する効果が知られている。一方、断続切削においては、鋼材中の介在物が付着した工具面が大気にさらされるため、連続切削の場合に工具表面に付着する介在物（付着物）とは異なる付着物が生成する。この連続切削の場合に生成する付着物により、工具摩耗を抑制することがでれば、連続切削においても、工具寿命を延ばすことができる。
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、断続切削において、鋼材成分と切削条件を制御することで、工具摩耗の抑制に効果を有する付着物（保護性付着物）の生成が可能となり、この保護性付着物により、工具面上に保護膜を生成することができることを見出した。
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、断続切削において、鋼材成分と切削条件を制御することで、工具摩耗の抑制に効果を有する付着物（保護性付着物）の生成が可能となり、この保護性付着物により、工具面上に保護膜を生成することができることを見出した。
すなわち、請求項１に係る機械構造用鋼の切削方法は、断続切削により切削を行う機械構造用鋼の切削方法において、Ｃ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下、Ａｌ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下を含有し、下式（１）を満足するとともに、Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下のうち少なくとも１種以上を含有し、かつ、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を、前記機械構造用鋼を切削するための工具と前記機械構造用鋼の接触時間を下式（２）とし、かつ、下式（２）におけるＴ１が０．０５５ｓｅｃ以下、切削速度が５０ｍ／分以上で切削することを特徴とする。
３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０・・・（１）
Ｔ２／Ｔ１≧０．０６・・・（２）
前記式（２）において、Ｔ１は、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間、Ｔ２は、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間である。
３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０・・・（１）
Ｔ２／Ｔ１≧０．０６・・・（２）
前記式（２）において、Ｔ１は、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間、Ｔ２は、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間である。
このような切削方法によれば、所定の元素の含有量を所定範囲に限定することによって、機械構造用鋼の強度や被削性が向上するとともに、工具面上に保護膜が生成される。また、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間（Ｔ１）、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間（Ｔ２）の関係を規定し、また、Ｔ１を０．０５５ｓｅｃ以下とすることで、工具摩耗が抑制される。さらに、切削速度を５０ｍ／分以上とすることで、工具面上における発熱が促進される。
請求項２に係る機械構造用鋼の切削方法は、前記機械構造用鋼において、さらに、Ｃｒ：２．０質量％以下、Ｍｏ：１．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｕ：３．０質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．５質量％以下のうち少なくとも１種以上を含有することを特徴とする。
このような切削方法によれば、所定の元素の含有量を所定範囲に限定することによって、機械構造用鋼の強度や靭性が向上する。
このような切削方法によれば、所定の元素の含有量を所定範囲に限定することによって、機械構造用鋼の強度や靭性が向上する。
本発明の請求項１に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、機械構造用鋼の強度や被削性が向上するとともに、機械構造用鋼の切削中に、工具面上に保護膜が生成されることにより、工具摩耗が抑制されるため、工具寿命を延ばすことができる。
請求項２に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、切削に使用する機械構造用鋼の強度や靭性を向上させることができる。
請求項２に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、切削に使用する機械構造用鋼の強度や靭性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、機械構造用鋼（以下、適宜「鋼材」という）の成分を所定範囲に規定するとともに、この機械構造用鋼と工具との接触時間、および接触速度の条件を所定範囲に規定したことを特徴とする機械構造用鋼の切削方法である。
以下に、機械構造用鋼の各成分の含有量を数値限定した理由およびこの機械構造用鋼と工具との接触時間、および接触速度の条件を規定した理由について説明する。
本発明は、機械構造用鋼（以下、適宜「鋼材」という）の成分を所定範囲に規定するとともに、この機械構造用鋼と工具との接触時間、および接触速度の条件を所定範囲に規定したことを特徴とする機械構造用鋼の切削方法である。
以下に、機械構造用鋼の各成分の含有量を数値限定した理由およびこの機械構造用鋼と工具との接触時間、および接触速度の条件を規定した理由について説明する。
［Ｃ：０．０５質量％以上１．０質量％以下］
Ｃは、鋼材の強度確保のために必要な元素である。しかし、Ｃの含有量が０．０５質量％未満では、強度向上の効果が得られない。一方、Ｃの含有量が１．０質量％を超えると、被削性や靭性が低下する。よって、Ｃの含有量は、０．０５質量％以上１．０質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．１５質量％以上０．５質量％以下の範囲とする。
Ｃは、鋼材の強度確保のために必要な元素である。しかし、Ｃの含有量が０．０５質量％未満では、強度向上の効果が得られない。一方、Ｃの含有量が１．０質量％を超えると、被削性や靭性が低下する。よって、Ｃの含有量は、０．０５質量％以上１．０質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．１５質量％以上０．５質量％以下の範囲とする。
［Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下］
Ｍｎは、鋼材の強度向上のために必要であると同時に、鋼材中のＳと結合して、ＭｎＳ系硫化物を生成し、熱間加工性を改善させることで被削性を改善させる効果がある。また、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｍｎの含有量が０．２質量％未満では、鋼材の強度向上や被削性改善の効果が得られず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｍｎの含有量が１．５質量％を超えると、焼入れ性が増大して過冷組織が発生し、被削性が低下する。よって、Ｍｎの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．５質量％以上１．０質量％以下の範囲とする。
Ｍｎは、鋼材の強度向上のために必要であると同時に、鋼材中のＳと結合して、ＭｎＳ系硫化物を生成し、熱間加工性を改善させることで被削性を改善させる効果がある。また、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｍｎの含有量が０．２質量％未満では、鋼材の強度向上や被削性改善の効果が得られず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｍｎの含有量が１．５質量％を超えると、焼入れ性が増大して過冷組織が発生し、被削性が低下する。よって、Ｍｎの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．５質量％以上１．０質量％以下の範囲とする。
［Ｓｉ：０．１質量％以上１．５質量％以下］
Ｓｉは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満では、鋼材の内部品質が向上せず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｓｉの含有量が１．５質量％を超えると、延靭性が低下する。よって、Ｓｉの含有量は、０．１質量％以上１．５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．１５質量％以上１．０質量％以下の範囲とする。
Ｓｉは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満では、鋼材の内部品質が向上せず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｓｉの含有量が１．５質量％を超えると、延靭性が低下する。よって、Ｓｉの含有量は、０．１質量％以上１．５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．１５質量％以上１．０質量％以下の範囲とする。
［Ｓ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下］
Ｓは、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｓの含有量が０．０１質量％未満では、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｓの含有量が０．１５質量％を超えると、鋼材の延靭性が低下する。よって、Ｓの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０３質量％以上０．１０質量％以下の範囲とする。
Ｓは、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ｓの含有量が０．０１質量％未満では、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ｓの含有量が０．１５質量％を超えると、鋼材の延靭性が低下する。よって、Ｓの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０３質量％以上０．１０質量％以下の範囲とする。
［Ａｌ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下］
Ａｌは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ａｌの含有量が０．０１質量％未満では、鋼材の内部品質が向上せず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ａｌの含有量が０．１５質量％を超えると、延靭性が低下する。よって、Ａｌの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０１５質量％以上０．１０質量％以下の範囲とする。
Ａｌは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。しかし、Ａｌの含有量が０．０１質量％未満では、鋼材の内部品質が向上せず、また、工具面上の保護膜の生成が促進されない。一方、Ａｌの含有量が０．１５質量％を超えると、延靭性が低下する。よって、Ａｌの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０１５質量％以上０．１０質量％以下の範囲とする。
［３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０］
上述のとおり、Ｓは、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素であり、Ａｌは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。
ここで、本発明においては、ＳおよびＡｌの各元素個々の含有量を規定する他、Ｓの含有量と、Ａｌの含有量の関係が、「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」の式を満足することを必要とする。
「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］＜２０．０」であると、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成が促進されず、工具の摩耗が増大する。よって、「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」の式を満足することを必須とする。
上述のとおり、Ｓは、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素であり、Ａｌは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させると同時に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成に不可欠な元素である。
ここで、本発明においては、ＳおよびＡｌの各元素個々の含有量を規定する他、Ｓの含有量と、Ａｌの含有量の関係が、「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」の式を満足することを必要とする。
「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］＜２０．０」であると、被削性改善、特に、工具寿命改善のための工具面上の保護膜生成が促進されず、工具の摩耗が増大する。よって、「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」の式を満足することを必須とする。
機械構造用鋼は、前記のＣ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ａｌを必須成分として含有し、さらに、以下のＭｇ、Ｃａのうち少なくとも１種以上を含有する。
［Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下］
Ｍｇ、Ｃａは、切削中に生成される保護膜の保護膜生成に貢献している。しかし、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量が０．０００１質量％未満では、保護膜生成の効果が得られない。一方、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量が０．００５質量％を超えると、大形介在物が生成し、被削性が低下する。よって、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量は、０．０００１質量％以上０．００５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０００５質量％以上０．００３質量％以下の範囲とする。
［Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下］
Ｍｇ、Ｃａは、切削中に生成される保護膜の保護膜生成に貢献している。しかし、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量が０．０００１質量％未満では、保護膜生成の効果が得られない。一方、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量が０．００５質量％を超えると、大形介在物が生成し、被削性が低下する。よって、Ｍｇ、Ｃａそれぞれの含有量は、０．０００１質量％以上０．００５質量％以下の範囲とし、より好ましくは、０．０００５質量％以上０．００３質量％以下の範囲とする。
機械構造用鋼は、前記の各成分に加え、更に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも１種以上を含有してもよい。
［Ｃｒ：２．０質量％以下、Ｍｏ：１．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｕ：３．０質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．５質量％以下］
これらの元素を含有することにより、機械構造用鋼の強度や靭性が向上する。しかし、各成分の含有量が前記数値を超えると、靭性が逆に低下すると同時に、経済性も低下する。
［Ｃｒ：２．０質量％以下、Ｍｏ：１．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｕ：３．０質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．５質量％以下］
これらの元素を含有することにより、機械構造用鋼の強度や靭性が向上する。しかし、各成分の含有量が前記数値を超えると、靭性が逆に低下すると同時に、経済性も低下する。
［残部がＦｅおよび不可避的不純物］
機械構造用鋼は、前記した元素の他、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鉄系材料である。
不可避的不純物として、例えば、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ等を含有することが考えられるが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することは許容され、これらの含有量は０．０５質量％以下が好ましい。
機械構造用鋼は、前記した元素の他、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鉄系材料である。
不可避的不純物として、例えば、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ等を含有することが考えられるが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することは許容され、これらの含有量は０．０５質量％以下が好ましい。
［切削速度：５０ｍ／分以上］
工具面上における酸化反応を促進するため、切削速度を５０ｍ／分以上として、工具面上における発熱を促進する。
切削速度が５０ｍ／分未満であると、工具面上における発熱が促進されず、酸化反応が促進されないため、保護性付着物が生成されにくい。その結果、保護膜の生成が促進されない。なお、工具面上の発熱をより促進し、酸化反応をさらに促進するため、より好ましくは、１００ｍ／分以上とする。また、切削速度は、安全性、経済性等の観点から、３００ｍ／分以下とするのが好ましい。
また、切削は、切削油等の潤滑油を用いないドライ切削により行うか、または、潤滑油を用いる場合には、ミスト潤滑等の最小限の潤滑により行うことが好ましい。
工具面上における酸化反応を促進するため、切削速度を５０ｍ／分以上として、工具面上における発熱を促進する。
切削速度が５０ｍ／分未満であると、工具面上における発熱が促進されず、酸化反応が促進されないため、保護性付着物が生成されにくい。その結果、保護膜の生成が促進されない。なお、工具面上の発熱をより促進し、酸化反応をさらに促進するため、より好ましくは、１００ｍ／分以上とする。また、切削速度は、安全性、経済性等の観点から、３００ｍ／分以下とするのが好ましい。
また、切削は、切削油等の潤滑油を用いないドライ切削により行うか、または、潤滑油を用いる場合には、ミスト潤滑等の最小限の潤滑により行うことが好ましい。
［Ｔ２／Ｔ１≧０．０６］
ここで、Ｔ１は、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間、Ｔ２は、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間である。
本発明で生成される保護性付着物は、酸化物を主体としているため、工具に機械構造用鋼（被削材）および切屑（切り粉）が連続的に接触し、酸素が工具と被削材との接触面へと拡散しにくい連続切削の様式では、保護性付着物が生成されにくく、その効果は得られない。断続切削の場合には、工具面が大気にさらされるため、酸素が工具と被削材との接触面へと拡散し、工具面上に酸化物を主体とした保護性付着物が生成される。
ここで、Ｔ１は、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間、Ｔ２は、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間である。
本発明で生成される保護性付着物は、酸化物を主体としているため、工具に機械構造用鋼（被削材）および切屑（切り粉）が連続的に接触し、酸素が工具と被削材との接触面へと拡散しにくい連続切削の様式では、保護性付着物が生成されにくく、その効果は得られない。断続切削の場合には、工具面が大気にさらされるため、酸素が工具と被削材との接触面へと拡散し、工具面上に酸化物を主体とした保護性付着物が生成される。
ここで、工具の摺動部分（接触面）への酸素供給を十分にするために、工具が被削材と接触している時間の平均をＴ１、接触していない時間をＴ２とすると、Ｔ２／Ｔ１の値は、少なくとも０．０６以上とする必要がある。「Ｔ２／Ｔ１＜０．０６」であると、工具の摺動部分（接触面）へ酸素が十分に供給されず、酸化物を主体とした保護性付着物が生成されにくいため、保護膜の生成が促進されない。なお、工具の摺動部分への酸素供給をさらに促進し、保護性付着物を増大させるため、Ｔ２／Ｔ１の値は、より好ましくは、０．１以上とする。
ここで、Ｔ１は、０．０５５ｓｅｃ以下とする。Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えると、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないため、工具面上での保護膜の生成が促進されない。
ここで、Ｔ１は、０．０５５ｓｅｃ以下とする。Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えると、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないため、工具面上での保護膜の生成が促進されない。
なお、前記した鋼材を切削するための工具は、Ｔｉを含有すること、またはＴｉを含有する皮膜を有することが好ましい。
切削中に、工具面上に保護膜を形成し、保護膜を厚くするためには、保護膜と工具は、切削中の被削材や切り粉との摺動によっても脱離せずに強固に付着していることが必要である。工具がＴｉを含有している場合、またはＴｉを含有する皮膜が工具上に形成されている場合には、工具と保護膜の付着強度が増大する。この原因に関しては、必ずしも明らかではないが、Ｔｉは、元来、活性な元素であることから、切削中の高温により、一部が酸化され、本発明の対象となる酸化物（保護性付着物）が付着しやすい状況になっていると思われる。
切削中に、工具面上に保護膜を形成し、保護膜を厚くするためには、保護膜と工具は、切削中の被削材や切り粉との摺動によっても脱離せずに強固に付着していることが必要である。工具がＴｉを含有している場合、またはＴｉを含有する皮膜が工具上に形成されている場合には、工具と保護膜の付着強度が増大する。この原因に関しては、必ずしも明らかではないが、Ｔｉは、元来、活性な元素であることから、切削中の高温により、一部が酸化され、本発明の対象となる酸化物（保護性付着物）が付着しやすい状況になっていると思われる。
Ｔｉの形態は、単体でも良いが、一般的には、超硬合金製工具の場合には、ＴｉＣの形で工具中に存在し、コーティング（皮膜）の場合には、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、または、ＴｉＣＮ等の化合物の形で皮膜中に存在するが、その効果は変わらない。
以上説明したように、本発明に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、械構造用鋼の強度、靭性、被削性等が向上する。また、断続切削において、機械構造用鋼の切削中に、工具面上に酸化物を主体とした保護性付着物が生成されることで、工具面上の保護膜の生成が促進される。これらの被削性向上や保護膜により、工具摩耗が抑制され、工具寿命を延ばすことができる。
なお、機械構造用鋼を切削する工具がＴｉを含有するか、またはＴｉを含有する皮膜を有することにより、工具と保護膜の付着強度が増大し、工具摩耗の抑制効果を維持することができる。
なお、機械構造用鋼を切削する工具がＴｉを含有するか、またはＴｉを含有する皮膜を有することにより、工具と保護膜の付着強度が増大し、工具摩耗の抑制効果を維持することができる。
次に、本発明の特許請求の範囲を満たす実施例の効果について、本発明の特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
［実施例１］
まず、表１に示す化学組成を有する機械構造用鋼（被削材）を表２の条件にて断続切削を行い、保護膜生成の有無の確認および生成された保護膜の厚みを測定するとともに、工具のすくい面の摩耗量を評価した。
なお、図１は、断続切削試験の概略を示す模式図である。
図１において、符号１は、被削材、符号２は、工具であり、θ１は、被削材と工具が接触する部分の角度、θ２は、被削材と工具が接触しない部分の角度である。
また、使用工具（ＪＩＳ−Ｐ１０）は、Ｔｉを含有するものである。
［実施例１］
まず、表１に示す化学組成を有する機械構造用鋼（被削材）を表２の条件にて断続切削を行い、保護膜生成の有無の確認および生成された保護膜の厚みを測定するとともに、工具のすくい面の摩耗量を評価した。
なお、図１は、断続切削試験の概略を示す模式図である。
図１において、符号１は、被削材、符号２は、工具であり、θ１は、被削材と工具が接触する部分の角度、θ２は、被削材と工具が接触しない部分の角度である。
また、使用工具（ＪＩＳ−Ｐ１０）は、Ｔｉを含有するものである。
＜保護膜＞
切削中に工具面上に形成される保護膜の有無、および生成された保護膜の厚みを、工具のすくい面において測定した。
切削中に工具面上に形成される保護膜の有無、および生成された保護膜の厚みを、工具のすくい面において測定した。
＜耐摩耗性＞
切削後の工具のすくい面の摩耗量を測定した。
摩耗量が１．０μｍ未満のものを耐摩耗性が優良、１．０μｍ以上５．０μｍ未満のものを耐摩耗性が良好、５．０μｍ以上のものを耐摩耗性が不良とした。
この評価結果を表１に示す。
なお、表１において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、表中「−」は、成分を含有していないことを示す。
切削後の工具のすくい面の摩耗量を測定した。
摩耗量が１．０μｍ未満のものを耐摩耗性が優良、１．０μｍ以上５．０μｍ未満のものを耐摩耗性が良好、５．０μｍ以上のものを耐摩耗性が不良とした。
この評価結果を表１に示す。
なお、表１において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、表中「−」は、成分を含有していないことを示す。
表１に示すように、実施例であるＮｏ．１〜１０は、本発明の範囲であり、保護膜の生成も促進され、耐摩耗性が優良または良好であった。
比較例であるＮｏ．１１、１２は、ＭｇおよびＣａのいずれも含有していないため、保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１３、１４は、Ｓｉの含有量が下限未満であるため、保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１５は、Ｓの含有量が下限未満であるため、保護膜の生成が促進されず、また、被削性が改善されないことから、耐摩耗性に劣った。
比較例であるＮｏ．１１、１２は、ＭｇおよびＣａのいずれも含有していないため、保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１３、１４は、Ｓｉの含有量が下限未満であるため、保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１５は、Ｓの含有量が下限未満であるため、保護膜の生成が促進されず、また、被削性が改善されないことから、耐摩耗性に劣った。
Ｎｏ．１６、１７は、ＳとＡｌの含有量が下限未満であり、かつ、ＳとＡｌの含有量の関係が「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」を満たさないため、保護膜の生成が促進されず、また、被削性が改善されないことから、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１８は、Ａｌの含有量が下限未満であり、かつ、ＳとＡｌの含有量の関係が「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」を満たさないため、保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１９、２０は、Ｓの含有量が下限未満であり、かつ、ＳとＡｌの含有量の関係が「３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０」を満たさないため、保護膜の生成が促進されず、また、被削性が改善されないことから、耐摩耗性に劣った。
［実施例２］
表３に示す成分組成の機械構造用鋼を使用し、各々条件が異なる切削試験を実施して、工具面上への保護膜形成状況および工具のすくい面の摩耗を観察した。
具体的には、被削材形状のうち、図１に示すθ１とθ２を変化させ、工具の断続切削の割合（Ｔ２／Ｔ１）を変化させて切削を実施した。なお、被削材の形状（θ１、θ２）以外の切削試験条件は、実施例１と同様であり、表２に示す切削試験条件である。また、保護膜の有無および厚みの測定、耐摩耗性の評価については、実施例１と同様である。
この評価結果を表４に示す。
なお、表４において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
表３に示す成分組成の機械構造用鋼を使用し、各々条件が異なる切削試験を実施して、工具面上への保護膜形成状況および工具のすくい面の摩耗を観察した。
具体的には、被削材形状のうち、図１に示すθ１とθ２を変化させ、工具の断続切削の割合（Ｔ２／Ｔ１）を変化させて切削を実施した。なお、被削材の形状（θ１、θ２）以外の切削試験条件は、実施例１と同様であり、表２に示す切削試験条件である。また、保護膜の有無および厚みの測定、耐摩耗性の評価については、実施例１と同様である。
この評価結果を表４に示す。
なお、表４において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
表４に示すように、実施例であるＮｏ．１〜１１は、本発明の範囲であり、保護膜の生成も促進され、耐摩耗性が優良または良好であった。
比較例であるＮｏ．１２は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超え、かつ、「Ｔ２／Ｔ１≧０．０６」を満たさないため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１３は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超え、かつ、「Ｔ２／Ｔ１≧０．０６」を満たさないため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。
比較例であるＮｏ．１２は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超え、かつ、「Ｔ２／Ｔ１≧０．０６」を満たさないため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１３は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超え、かつ、「Ｔ２／Ｔ１≧０．０６」を満たさないため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。
［実施例３］
表３に示す成分組成の機械構造用鋼を使用し、各々条件が異なる切削試験を実施して、工具面上への保護膜形成状況および工具のすくい面の摩耗を観察した。
具体的には、図１に示すθ１とθ２を固定（θ１＝１５０、θ２＝３０）、つまり、工具の断続切削の割合（Ｔ２／Ｔ１）を固定したが、被削材の径を変化させてＴ１の時間を変化させた。
この評価結果を表５に示す。なお、θ１、θ２および被削材の径以外の切削試験条件は、実施例１と同様であり、表２に示す切削試験条件である。また、保護膜の有無および厚みの測定、耐摩耗性の評価については、実施例１と同様である。
この評価結果を表５に示す。
なお、表５において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
表３に示す成分組成の機械構造用鋼を使用し、各々条件が異なる切削試験を実施して、工具面上への保護膜形成状況および工具のすくい面の摩耗を観察した。
具体的には、図１に示すθ１とθ２を固定（θ１＝１５０、θ２＝３０）、つまり、工具の断続切削の割合（Ｔ２／Ｔ１）を固定したが、被削材の径を変化させてＴ１の時間を変化させた。
この評価結果を表５に示す。なお、θ１、θ２および被削材の径以外の切削試験条件は、実施例１と同様であり、表２に示す切削試験条件である。また、保護膜の有無および厚みの測定、耐摩耗性の評価については、実施例１と同様である。
この評価結果を表５に示す。
なお、表５において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
表５に示すように、実施例であるＮｏ．１、２は、本発明の範囲であり、保護膜の生成も促進され、耐摩耗性が優良であった。
比較例であるＮｏ．３は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えるため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．４も、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えるため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。
比較例であるＮｏ．３は、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えるため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．４も、Ｔ１が０．０５５ｓｅｃを超えるため、断続切削の特徴が失われて、工具の摺動部分（接触面）へ十分な酸素が供給されないことから保護膜の生成が促進されず、耐摩耗性に劣った。
以上、本発明に係る機械構造用鋼の切削方法について説明してきたが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。また、本発明の技術的範囲は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において広く変更、改変することができることはいうまでもない。
１ 被削材（機械構造用鋼）
２ 工具
２ 工具
Claims (2)
- 断続切削により切削を行う機械構造用鋼の切削方法において、
Ｃ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下、Ａｌ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下を含有し、下式（１）を満足するとともに、Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上０．００５質量％以下のうち少なくとも１種以上を含有し、かつ、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を、前記機械構造用鋼を切削するための工具と前記機械構造用鋼の接触時間を下式（２）とし、かつ、下式（２）におけるＴ１が０．０５５ｓｅｃ以下、切削速度が５０ｍ／分以上で切削することを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
３１．６［Ｓ質量％］＋１７４０［Ａｌ質量％］≧２０．０・・・（１）
Ｔ２／Ｔ１≧０．０６・・・（２）
前記式（２）において、Ｔ１は、工具と機械構造用鋼の接触時間の１回あたりの平均時間、Ｔ２は、工具と機械構造用鋼の非接触時間の１回あたりの平均時間である。 - 前記機械構造用鋼において、さらに、Ｃｒ：２．０質量％以下、Ｍｏ：１．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｕ：３．０質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．５質量％以下のうち少なくとも１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の機械構造用鋼の切削方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006214298A JP4866174B2 (ja) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | 機械構造用鋼の切削方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006214298A JP4866174B2 (ja) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | 機械構造用鋼の切削方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008036769A JP2008036769A (ja) | 2008-02-21 |
| JP4866174B2 true JP4866174B2 (ja) | 2012-02-01 |
Family
ID=39172371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006214298A Expired - Fee Related JP4866174B2 (ja) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | 機械構造用鋼の切削方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4866174B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102209798B (zh) | 2009-05-22 | 2013-10-30 | 新日铁住金株式会社 | 切削工具寿命优良的机械结构用钢及其切削方法 |
| JP7087441B2 (ja) * | 2018-02-27 | 2022-06-21 | 株式会社ジェイテクト | 切削加工方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342539A (ja) * | 2000-06-02 | 2001-12-14 | Nkk Corp | 断続高速切削用鋼 |
| JP4282459B2 (ja) * | 2003-12-15 | 2009-06-24 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 被削性に優れる焼入焼もどしして使用される機械構造用鋼 |
-
2006
- 2006-08-07 JP JP2006214298A patent/JP4866174B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008036769A (ja) | 2008-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101313373B1 (ko) | 절삭 공구 수명이 우수한 기계 구조용 강 및 그 절삭 방법 | |
| TWI247815B (en) | Low-carbon free cutting steel | |
| JP2009030160A (ja) | 被削性に優れた機械構造用鋼およびその製造方法 | |
| JP5368885B2 (ja) | 熱間加工性及び被削性に優れた機械構造用鋼 | |
| KR100825566B1 (ko) | 피삭성 및 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연 쾌삭강 | |
| JP2011052299A (ja) | 切屑処理性に優れたｂｎ快削鋼 | |
| JP4866174B2 (ja) | 機械構造用鋼の切削方法 | |
| CN103189535A (zh) | 球化退火后的加工性优异且淬火回火后的耐氢疲劳特性优异的轴承钢 | |
| JP5237696B2 (ja) | 機械構造用鋼 | |
| KR100940715B1 (ko) | 피삭성 및 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연 쾌삭강의제조방법 | |
| TWI282374B (en) | Low carbon free cutting steel | |
| JP5323369B2 (ja) | 被削性と結晶粒粗大化防止特性に優れた肌焼鋼 | |
| JP5314509B2 (ja) | 機械構造用鋼 | |
| JP6801541B2 (ja) | 機械構造用鋼およびその切削方法 | |
| JP6801542B2 (ja) | 機械構造用鋼およびその切削方法 | |
| JP5837837B2 (ja) | 工具寿命に優れた硬度が３００ｈｖ１０以上の高硬度ｂｎ系快削鋼 | |
| JP7278157B2 (ja) | 片状黒鉛鋳鉄材およびその切削加工方法、ならびに片状黒鉛鋳鉄部材およびその製造方法 | |
| JP2014210293A (ja) | オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削方法 | |
| JP7489811B2 (ja) | 非調質鍛造用鋼および非調質鍛造部品 | |
| JP3182671B2 (ja) | 被削性の優れた高強度熱間鍛造品 | |
| JPH0310047A (ja) | 浸炭焼入れ用快削鋼 | |
| JP5318638B2 (ja) | 被削性に優れた機械構造用鋼 | |
| JP2006255848A (ja) | 低炭快削鋼の切削工具及び切削方法 | |
| JPWO2004096473A1 (ja) | 高速加工工具 | |
| Lindsley | MACHINING OF PM STEELS: EFFECT OF ADDITIVES AND SINTER HARDENING. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080926 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101025 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110412 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110607 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111108 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141118 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4866174 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |