WO2019003640A1 - 刃物 - Google Patents

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敦 土屋
隼 藤田
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兼房株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/02—Circular saw blades

Definitions

  • the present invention relates to a cutter for processing a work of an aluminum-based metal made of aluminum, aluminum alloy or the like.
  • the cutting target of a circular saw (blade) provided with a large number of tips (blades) around a circular base metal (base) is not limited to wood, synthetic resin, etc., and widely to metals such as iron and aluminum. It is over. And, regardless of which cutting object is used, the blade material of the circular saw most suitable for the cutting object is selected. That is, in the case of a circular saw, there are applications such as cutting of wood, cutting of ferrous metals, cutting of nonferrous metals such as aluminum, etc. The material and film of the blade portion are appropriately used for each application.
  • aluminum-based workpiece such as aluminum or aluminum alloy
  • a cutter dedicated to aluminum processing for example, a circular saw, End mill, cutting knife
  • a large mechanical stress is applied to the workpieces, so if the processing time is long, both the workpieces and the blade will generate heat due to friction and become extremely high temperature.
  • the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems inherent in a cutter for processing an aluminum-based work, and aluminum chips can be processed even when the aluminum-based work is processed by cutting, cutting, etc. As a result, it is possible to suppress the problem of welding to the base (base metal) or blade portion of the cutter, and to achieve longer life of the cutter. In addition, since the quality of the workpiece cutting / cutting surface after machining is not reduced, complicated post-processing such as deburring or recutting for correction is not necessary.
  • the invention according to claim 1 is In a cutter for processing an aluminum-based work provided with a blade portion at the base, A gist is that a phosphate film is formed on the surface of the base. According to the first aspect of the present invention, aluminum chips can be prevented from melting and welding to the base portion or the blade portion of the cutter even if the temperature of the aluminum-based workpiece becomes high due to friction.
  • the invention according to claim 2 is summarized in that a fatty acid salt film is formed on the phosphate film formed on the base. According to the invention of claim 2, the friction coefficient can be suppressed to a small value at the time of cutting of the aluminum-based work due to the presence of the film of fatty acid salt such as metal soap.
  • the fatty acid salt film is a metal soap film.
  • FIG. 5 is a plan view of a circular saw provided with a plurality of tips (blades) around the circumference of a circular base metal.
  • a phosphate film 16 is formed on the surface of the base (base) 12 in the circular saw 10.
  • the phosphate is, for example, a salt formed by replacing hydrogen of phosphoric acid such as metaphosphoric acid (H 3 PO 4 ) with a metal element, and zinc phosphate (Zn 3 (P ⁇ 4 ) 2 ), phosphoric acid Manganese (Mn 3 ⁇ 8 P 2 ), calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), iron phosphate (Fe 3 (PO 4 ) 2 ), etc. are present.
  • a fatty acid salt film 18 is formed on the phosphate film 16.
  • a fatty acid is an acid having one carboxyl group at the end of a linear hydrocarbon group
  • a fatty acid salt refers to an alkali salt of the above fatty acid. Therefore, the fatty acid salt is generically referred to as a soap
  • a fatty acid (for example, stearic acid) of the soap to which a metal is bound is referred to as a metal soap.
  • metal soaps for example, zinc stearate Zn (C 17 H 35 COO) 2 , zinc oleate Zn (C 17 H 33 COOH), and lithium stearate Li (C 17 H 35 COOH) are present.
  • the fatty acid salt film 18 is, for example, a metal soap film of zinc stearate, as shown in FIG. 1, an unreacted soap film 20 (sodium stearate (C 17 H) is formed on the fatty acid salt film 18. 35 COONa) film remains.
  • the unreacted soap film 20 remains in the form of spots or spots on the surface of the circular saw 10 to reduce the appearance of the product, so it is preferable to wash and remove it. However, the removal of the soap film 20 is not essential.
  • the circular saw 10 on which the phosphate coating 16 and the fatty acid salt coating 18 are formed in a layer form grinds the blade 14 by grinding in the final step, so the phosphate coating 16 and fatty acid from the blade 14
  • the salt film 18 is shipped in the removed state. However, the film may be formed after being polished.
  • the phosphate film 16 Since the phosphate film 16 has the properties of preventing baking and welding under high temperature, forming the phosphate film 16 allows cutting of an aluminum-based work with the circular saw 10 The chips generated at the time of cutting are not welded to the base metal 12 of the circular saw 10. Further, the fatty acid salt film 18 has the property of reducing the coefficient of friction. Therefore, the formation of the fatty acid salt film 18 has a remarkable effect of reducing the friction when cutting the aluminum-based work.
  • FIG. 3 shows the surface of the sample (base metal) subjected to the two-layer film treatment, and the fatty acid salt (metal soap) film of the surface layer is exposed on this surface.
  • FIG. 5 shows the surface of the base metal which has been subjected to the conventional chrome plating treatment. Both FIG. 3 and FIG. 5 show the state before the above-mentioned friction and wear test is performed.
  • FIG. 6 is a photomicrograph showing a state after a test using the above-mentioned friction and wear tester on the base metal of the conventional circular saw treated with chrome plating shown in FIG. 5, wherein the aluminum component of the aluminum sphere is Welds and circular streak-like abrasion marks appear prominently.
  • FIG. 4 is a graph showing the evaluation of the coefficient of friction by the friction and wear tester.
  • the vertical axis shows the coefficient of friction ( ⁇ ) and the horizontal axis shows the test time (seconds).
  • ⁇ coefficient of friction
  • seconds test time
  • FIG. 4 a large amplitude changes in the longitudinal direction from the beginning when the conventional chrome-plated base metal sample is used.
  • the base metal 12 on which the phosphate film 16 and the fatty acid salt (metal soap) film 18 according to the embodiment are formed Is shown.
  • the amplitude increases and the coefficient of friction ( ⁇ ) increases after about 800 seconds the coefficient of friction is extremely remarkable as compared with the conventional chrome-plated sample. It can be evaluated that the
  • FIGS. 7 and 8 show the comparison between the case where the aluminum-based work is cut with the circular saw subjected to the embodiment and the circular saw subjected only to the conventional chrome plating treatment. That is, FIG. 7 is a photograph showing the surface of the circular saw 10 subjected to the conventional chrome plating treatment, and the welding marks of aluminum remain in the form of multiple circles after one month of use.
  • FIG. 8 shows the surface of the circular saw 10 on which the zinc phosphate film 16 and the zinc stearate (metal soap) film 18 according to this example are formed, and the aluminum-based work is cut for the same time or more. Almost no welding marks of aluminum remained.
  • the circular saw was mentioned as a preferred embodiment about the cutter concerning the present invention, it is not limited to this.
  • an end mill or a milling cutter for cutting an aluminum-based work, or any other cutter such as a cutting knife may be used.

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Abstract

アルミニウムやアルミニウム合金を素材とするアルミ系ワークを切断したり切削したりする刃物では、アルミ系ワークの融点が他の鉄系ワークに較べて低いために、加工時に発生する高温の摩擦熱によりアルミの切削屑が溶けて刃物の基部に溶着してしまうことがある。このアルミの溶着痕が刃物に残っていると、アルミ系ワークの切断面が平滑にならず、これを切削して修正する等の後工程を要したり、刃物が折損して加工装置の運転を停止する事態に発展することがある。 【解決手段】アルミ系ワークの加工に特化した刃物の基部１２にリン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩皮膜１８を層状に形成することで、加工中に発生するアルミ切削屑が刃物に溶着することを防止した。

Description

刃物
　この発明は、アルミニウムやアルミニウム合金等を素材とするアルミニウム系金属のワークを加工する刃物に関するものである。
　例えば、円形の台金(基部)の周囲に多数のチップ(刃部)を設けた丸鋸(刃物)の切断対象は、木材、合成樹脂材等に限らず鉄やアルミニウム等の金属にも広く及んでいる。そして何れの切断対象であっても、丸鋸の刃部は切断対象に最も適した刃物材質が選択されている。すなわち丸鋸の場合、木材の切断、鉄系金属の切断、アルミニウム等の非鉄系金属の切断等の用途があり、その用途毎に刃部の材質や皮膜が適宜使い分けられている。
特開２００８-６５３０号公報
　ここで、アルミニウムやアルミニウム合金の如きアルミニウム系金属を材質とする加工物(以下「アルミ系ワーク」という)を切断・切削等の加工をする場合は、アルミ加工専用の刃物(例えば、丸鋸、エンドミル、断裁包丁)が使用される。ところで、各種の金属ワークを加工する場合、大きな機械的応力が該ワークに加わるため、加工時間が長いと当該ワークおよび刃物の双方は摩擦により発熱し極めて高温になってしまう。殊に、前記アルミ系ワークの融点は鉄系金属のワークに比べて遥かに低いので、ワーク加工中にアルミニウム系金属(以下「アルミ」という)の切削屑が溶融して刃物の刃部や基部(台金)に溶着してしまうことがある。例えば、丸鋸の台金に溶着したアルミは、アルミ系ワークの切断面に接触してワーク切断面の形状を損うので、後工程でバリ取りや再切削を行う等の手間を要している。また、アルミが刃部にまで溶着すると、アルミ系ワークの切断面の不良の外にチップの剥離や欠損を招いたり、切削抵抗や振動を増大させてモータに過負荷を与え、更には丸鋸盤の運転を停止させる事態にまで発展する。
　このように、アルミ系ワークを加工する際にアルミ切削屑が刃物の基部(台金)や刃部に溶着すると、アルミ系ワークそのものの加工面の性状を低下させると共に、刃物の耐用寿命を著しく低下させてしまう等の問題がある。
　なお、アルミが融けて刃物に固く付着(溶着)するという前記現象は、アルミ系ワークの切断・切削等の加工により飛散したアルミ屑(切り屑)が、刃物の基部とワークとの間に挟まって噛込みを生じ、高い摩擦熱でアルミ屑が溶融して基部(台金)や刃部に付いてしまうということである。なお、アルミ系ワークが切削中に台金に直接接触して、該台金にアルミが溶着する場合もある。そこで、アルミ系ワークを加工する場合は、刃物の刃部に切削油を供給して摩擦を低減させると共に、加工部位の発熱を冷却すること(湿式)が多い。しかし、前記の湿式では、切削油で濡れたアルミ系ワークに切断の際大量の切り屑が付着するため、これを除去する後工程が必要になる。また、切削油の飛散により周囲環境を悪化させる難点が指摘される。このため、切削油を使用しない乾式でアルミ系ワークを加工する場合も多いが、このときはアルミの切り屑が刃物の刃部や基部(台金)に溶着する、という前記難点が顕在化する。なお、金属ワークを加工する刃物では、刃物の基部にクロームめっき処理や酸化鉄化成処理(黒染)、その他４フッ化エチレン処理をしたりすることがあるが、アルミ系ワークを前記加工する場合には、これらの処理の何れもアルミ溶着防止の効果は得られなかった。
　本発明は、アルミ系ワークを加工する刃物に内在している前述した問題点に鑑み提案されたものであって、前記アルミ系ワークを切断・切削等の加工を行っても、アルミの切り屑が刃物の基部(台金)や刃部に溶着する不都合を抑制できると共に、刃物の長寿命化が達成される。また、加工後のワーク切断・切削面の品質を低下させることもないので、バリ取りや修正するための再切断を行う等の繁雑な後処理が必要なくなる。
　前記課題を解決し、所期の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、
　基部に刃部を設けたアルミニウム系ワークを加工する刃物において、
　前記基部の表面にリン酸塩皮膜が形成されていることを要旨とする。
　請求項１に係る発明によれば、アルミ系ワークを加工する際に摩擦により高温になっても、アルミ切削屑が刃物の基部や刃部に溶けて溶着することが防止される。
　請求項２に記載の発明では、前記基部に形成した前記リン酸塩皮膜の上に脂肪酸塩皮膜が形成されていることを要旨とする。
　請求項２に係る発明によれば、金属石鹸のような脂肪酸塩の皮膜の存在により、アルミ系ワークの切削時に摩擦係数を小さく抑制することができる。
　請求項３に記載の発明では、前記脂肪酸塩皮膜は金属石鹸皮膜であることを要旨とする。
　本発明によれば、アルミ系ワークを切断したり切削したりする加工を行っても、アルミの切り屑が刃物の基部や刃部に溶着する現象を抑えることができ、このため刃物の耐久性が伸びると共に、該ワークの加工面の品質が低下することがない。従って、バリ取りや修正のために再切削する等の後作業を必要としない。
本発明に係る刃物の表面に、第１層としてリン酸塩皮膜を、また第２層として脂肪酸塩皮膜を層状に形成した場合の部分断面図である。 本発明に係る刃物に関して、リン酸塩皮膜および脂肪酸塩皮膜を形成する工程の説明図である。 実施例に係る丸鋸の台金に形成した脂肪酸塩皮膜の表面を示す顕微鏡写真である。 摩擦摩耗試験機による摩擦係数の評価結果を示すグラフ図である。 丸鋸にクロームめっき処理した場合の台金の顕微鏡写真である。 図５に示す台金に摩擦試験を行った際に、該台金に残るアルミニウム球体による擦過痕を示す顕微鏡写真である。 アルミ系ワークを切削した後におけるクロームめっき処理をした丸鋸の状態を示す写真である。 アルミ系ワークを切断した後における本実施例に係る丸鋸の状態を示す写真である。 円形台金の円周に複数のチップ(刃部)を設けた丸鋸の平面図である。
　本発明に係る刃物について、好適な実施例を挙げて以下に説明する。実施例に係る刃物は、図９に示す丸鋸１０であって、円形の台金(基部)１２の周囲に所要間隔でチップ(刃部)１４がろう付けされて刃付け研磨されている。より具体的には、丸鋸１０の外径は４５０ｍｍ、台金１２の厚み２．８ｍｍ、チップ１４の厚み３．４ｍｍであり、刃数は７２である。また、前記丸鋸１０の用途は、アルミ系ワークの切断加工用に特化されている。なお、前記チップ１４の材質としては、多結晶ダイヤモンド、サーメット、その他超硬合金が選択的に使用される。
　図１に示すように、前記丸鋸１０における台金(基部)１２の表面には、リン酸塩皮膜１６が形成されている。ここでリン酸塩は、例えばメタリン酸(Ｈ３ＰＯ４)の如きリン酸の水素を金属元素と置換してできる塩であって、リン酸亜鉛(Ｚｎ３(ＰО４)２)、リン酸マンガン(Ｍｎ３О８Ｐ２)、リン酸カルシウム(Ｃａ３(ＰＯ４)２)、リン酸鉄(Ｆｅ３(ＰＯ４)２)等が存在する。更に図１において、前記リン酸塩皮膜１６の上には、脂肪酸塩皮膜１８が形成されている。ここで脂肪酸は、直鎖式炭化水素基の端に１個のカルボキシル基を持つ酸であり、脂肪酸塩は前記脂肪酸のアルカリ塩を称する。従って前記脂肪酸塩は石鹸と総称され、該石鹸の脂肪酸(例えばステアリン酸)に金属が結合したものを金属石鹸と称する。金属石鹸としては、例えばステアリン酸亜鉛Ｚｎ(Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ)２や、オレイン酸亜鉛Ｚｎ(Ｃ１７Ｈ３３ＣＯＯＨ)や、ステアリン酸リチウムＬｉ(Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ)が存在する。
　前記丸鋸１０に、リン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩(金属石鹸)皮膜１８を層状に形成する工程を図２に示す。すなわち、丸鋸１０は溶剤により充分に脱脂した後に水洗して、表面を清浄な状態に前処理する。次いで、リン酸塩の液体が満たされた浴槽に浸漬させ、該丸鋸１０を引き上げた後に水洗する。これにより丸鋸１０の台金１２および刃部１４には、約１から９μｍの厚みでリン酸塩皮膜１６が形成される。
　次に、前記リン酸塩皮膜１６が形成された丸鋸１０を、中和槽に浸漬して中和させる。その後、前記丸鋸１０を、例えばステアリン酸亜鉛からなる脂肪酸塩の液体が満たされた浴槽に浸漬させ、次いで該丸鋸１０を引き上げて乾燥させる。これにより、前工程でリン酸塩皮膜１６を形成した丸鋸１０の台金１２および刃部１４には、図１に示すように、前記リン酸塩皮膜１６の上に更に約０．２から５μｍの脂肪酸塩皮膜１８が形成されて、合計で１．２から１４μｍの皮膜厚さになる。
　なお、脂肪酸塩皮膜１８が、例えばステアリン酸亜鉛の金属石鹸皮膜であるときは、図１に示すように、該脂肪酸塩皮膜１８の上に未反応の石鹸皮膜２０(ステアリン酸ナトリウム(Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＮａ)の皮膜)が残留する。この未反応の石鹸皮膜２０は、丸鋸１０の表面に散点状または斑状に残って、商品の見映えを低下させるので、洗浄してこれを除去するのが好ましい。但し、石鹸皮膜２０の前記除去は必須ではない。なお、前記リン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩皮膜１８を層状に形成した丸鋸１０は、最終工程で刃部１４を研削して研ぎ上げるため、該刃部１４から該リン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩皮膜１８は除去された状態で出荷される。但し、研ぎ上げた後に皮膜を形成するようにしてもよい。
　前記リン酸塩皮膜１６は高温下での焼付け防止や溶着防止の特性を有しているので、該リン酸塩皮膜１６を形成することで、丸鋸１０によりアルミ系ワークを切断加工しても、切断時に発生する切り屑が丸鋸１０の台金１２に溶着することがない。また前記脂肪酸塩皮膜１８は摩擦係数を低減させる特性を有している。このため脂肪酸塩皮膜１８を形成しておくことで、アルミ系ワークを切断する際の摩擦を低下させるのに顕著な効果を奏する。
　(耐溶着評価)
　図２の手順で前記リン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩皮膜１８を前記台金１２に層状に形成した丸鋸１０について、アルミ系ワークから生ずるアルミ切削屑の溶着程度を評価するため、以下の仕様で耐溶着評価試験を行った。
　摩擦摩耗試験機を使用した。アルミ系ワークとしては、Ａｌ０５０(３／１６インチ)の球体を用いた。この球体のアルミニウムの純度は９９．５％であった。前記台金１２から切り出した試験片(試料)を固定したテーブルを回転させつつ、前記アルミ球体を押し付けることで摩擦痕を発生させた。なお、アルミ球体の押付け荷重は３００ｇｆ、測定時間は２０分であった。
　台金１２の試料にアルミ球体を強制的に押付けて試料表面を擦過させることで、該試料の表面にはアルミニウムの擦過痕が残留する。そこで、これをエネルギー分散型Ｘ線分光器(ＥＤＳ)によって評価した。図３の写真は、前記２層の皮膜処理を行った試料(台金)の表面を示し、これには表層の脂肪酸塩(金属石鹸)皮膜が露出している。図５の写真は、従来のクロームめっき処理を施した台金の表面を示している。なお、図３および図５の何れも、前記の摩擦摩耗試験を行う前の状態を示している。また図６は、図５に示したクロームめっき処理をした従来の丸鋸の台金に、前記摩擦摩耗試験機による試験をした後の状態を示す顕微鏡写真であって、アルミ球体のアルミ成分が溶着し円形筋状の擦過痕が顕著に表れている。
　図４は、前記摩擦摩耗試験機による摩擦係数の評価を示すグラフ図であって、縦軸は摩擦係数(μ)を示し、横軸は試験時間(秒)を示している。なお、切削油を供給しない乾式で評価を行った。図４において、初めから縦方向に大きく振幅しつつ推移しているのは、従来のクロームめっきを施した台金の試料を使った場合である。また、前記大きな振幅の下方にあって、細かな振幅で推移しているのは、実施例に係るリン酸塩皮膜１６および脂肪酸塩(金属石鹸)皮膜１８を形成した台金１２を使った場合を示している。本発明の実施例に係る試料では、８００秒を越えた辺りから振幅が大きくなり摩擦係数(μ)が増大してはいるが、従来のクロームめっき処理をした試料に比べれば極めて顕著に摩擦係数が低下していると評価できる。
　実施例を施した丸鋸と従来のクロームめっき処理だけを施した丸鋸とによりアルミ系ワークを切断した後の対比を、図７および図８に写真で示す。すなわち図７は、従来のクロームめっき処理をした丸鋸１０の表面を示す写真で、１ヶ月使用後において多重円の筋状にアルミの溶着痕が残留している。これに対し図８は、本実施例に係るリン酸亜鉛皮膜１６およびステアリン酸亜鉛(金属石鹸)皮膜１８を形成した丸鋸１０の表面を示すもので、アルミ系ワークを同じ時間以上切削したがアルミの溶着痕は殆んど残らなかった。
　本発明に係る刃物については、丸鋸を好適な実施例として挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、アルミ系ワークを切削するエンドミルやフライス刃、その他断裁包丁等の刃物であっても良いことは勿論である。
　１０　丸鋸(刃物)，１２　台金(基部)，１４　チップ(刃部)，
　１６　リン酸塩皮膜，１８　脂肪酸塩皮膜

Claims (3)

  1. 　基部(12)に刃部(14)を設けたアルミニウム系ワークを加工する刃物(10)において、
    　前記基部(12)の表面にリン酸塩皮膜(16)が形成されている
    ことを特徴とする刃物。
  2. 　前記基部(12)に形成した前記リン酸塩皮膜(16)の上に脂肪酸塩皮膜(18)が形成されている請求項１記載の刃物。
  3. 　前記脂肪酸塩皮膜(18)は金属石鹸皮膜である請求項２記載の刃物。
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