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Fig.4‑7(b) Effects ofnon‑cutting time tOffon therma1 crack initiations (interrupted turning) too1: TiN cermet
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4. 3. 2 正 面 フ ラ イ ス 切 削 実 験 4. 3. 2. 1 実 験 方 法
一 般 的 に 行 わ れ る 断 続 切 削 は ， エ ン ド ミ ル 加 工 ， 正 面 フ ラ イ ス 切 首JI加 工 の 場 合 が 多 い . そ こ で ， 正 面 フ ラ イ ス 切 削 に お い て 熱 き 裂 発 生 に 及 ぼ す 非 切 削 時 間 の 影 響 を 調 べ る 実 験 を 行 っ た . な お ， 4.3.1項 で 述 べ た 断 続 切 削 実 験 の よ う に 切 削 速 度 と 断 続 切 削 サ イ ク ル 中 の 切 削 時 間 を 一 定 と し て 非 切 削 持 聞 を 変 化 さ せ よ う と す れ ば ， フ ラ イ ス カ ッ タ の 直 径 を 変 え る 必 要 が あ る . し か し ， 直 径 が 異 な っ て 刃 先 角 度 等 が 等 し い 多 数 の フ ラ イ ス カ ッ タ を 馬 意 す る こ と は 難 し か っ た . そ こ で ， 本 実 験 で は 一 つ の フ ラ イ ス カ ッ タ を 使 い ， 切 削 速 疫 を 変 化 さ せ る こ と で 断 続 切 削 サ イ ク ル 中 の 切 削 時 間 と 非 切 削 時 間 を 同 時 に 変 化 さ せ た .
実 験 に 用 い た フ ラ イ ス カ ッ タ の 有 効 径 は 100m m， 8枚 刃 で あ り ， ア キ シ ヤ ノ レ レ ー キ 角 は 19¥ラ ジ ア ル レ ー キ 角 は ・20 で あ っ た . 供 試 工 具 は 超 硬 工 具 P20であり，
そ の 形 状 は SDKN1203AETNで あ っ た . 被 削 材 は ， 厚 さ 40m mの 板 材 で あ り ， そ の 材 質 は S45Cで あ っ た . 実 験 は ， フ ラ イ ス カ ッ タ の 中 心 と 被 削 材 の 抜 厚 方 向 の 中 心 線 を 一 致 さ せ ， エ ン ゲ ー ジ 角 と デ ィ ス エ ン ゲ ー ジ 角 を 等 し く し た 状 態 で 行 っ た . な お ， こ の と き の エ ン ゲ ー ジ 角 と デ ィ ス エ ン ゲ ー ジ 角 は 11.5 0 で あ っ た .
切 削 条 件 は ， 軸 方 向 切 込 み 1 .8m m，送り 0.2mm/toothと し た .
4. 3. 2. 2 実 験 結 果 お よ び 考 察
図 4‑8は ， 熱 き 裂 発 生 に 及 ぼ す 非 切 削 時 間
t
Offの 影 響 を 示 す .t
Offが 30msよ り も 大 き い 切 削 速 度 Y豆500m/minの 範 囲 で は ， 切 削 速 度 が 高 く な れ ばt
Offが 小 さ く な っ て も 熱 き 裂 発 生 ま で の 断 続 切 削 サ イ ク ル 数 は 小 さ く な っ た . 本 実 験 条 件 下 で は ，v=
500 m/minの と き に 最 も 熱 き 裂 が 発 生 し や す く ， 30サ イ ク ル の 断 続 切 削 に よ っ て 熱 き 裂 が 発 生 し た . し か し ， 切 削 速 度 が 600 m/minよ り 高 く な れ ば
t
Offが 小 さ く な る にともなって，熱き裂発生までの切削サイクノレ数は増大した •t
Offが 18msと な る V= 900 m/minでは， 300サ イ ク ノ レ の 断 続 切 削 を 行 っ て も 熱 き 裂 は 発 生 し な か っ た . 切 削 速 度 が 高 く な る ほ ど 熱 き 裂 が 発 生 し や す く な る こ と が 経 験 的 に 知 ら れ て い る(1)が， 本 実 験 結 果 は ， 切 削 速 度 が 高 く な っ て も 非 切 削 時 間 が 小 さ く な れ ば 熱 き 裂 発 生 ま で の 切 削 サ イ ク ル 数 が 急 激 に 増 大 し て ， 熱 き 裂 が 発 生 し に く く な る 可 能 性 を 示 唆 す る .
図 4‑9は ， 正 面 フ ラ イ ス 切 削 で 71サ イ ク ル の 断 続 切 削 後 の 工 具 す く い 面 の 状 態
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10000
200 V=100m/min
O O
300
1000
g 8 O
900 400 •
600
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500• •
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100 1100
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700・ ・ ・ ・ 8 O o
No crackX O o ・ ・ ・ 0 0 ・
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FCrraacctku re 10O
10 20 40 100 200
t
off 在日Fig.牛8Effects of non‑cutting time
t
Off on thermal crack initiations (face milling， too: 1
cemented carbide P20)を 非 切 削 時 間
t
Offお よ び 切 削 速 度 yと の 関 係 で 示 す " tOff = 32.8 ms (V= 500 m/min) の 場 合 ， す く い 面 摩 耗 は わ ず か に 認 め ら れ る の み で あ る が ， 明 瞭 な 熱 き 裂 が 発 生 し て い る . ま た ， tOff = 23.4 ms (V = 700 m/min)で は ， す く い 匝 摩 耗 も 大 き く な り ， 熱 き 裂 の 幅 も 大 き く な っ て い る . こ れ ら に 対 し て ，t
Off = 18.2 ms (V = 900 m/min)で、あ る図 4・9(a)で 、 は ， す く い 面 は 激 し く 摩 耗 し て い る が ， 熱 き 裂 の 発 生 は 認 め ら れ な い . 以 上 の よ う に ， 正 面 フ ラ イ ス 切 削 に お い て も 断 続 旋 削 の 場 合 と 民 様 に 熱 き 裂 の 発 生 は す く い 面 摩 耗 と 無 関 係 で あ っ た .供 試 超 硬 工 具 P20で S45Cを 正 面 フ ラ イ ス 切 削 す る と き の 標 準 的 な 切 削 速 度 は 100
"‑' 150 m/min程 度 で あ り ， こ れ 以 上 の 切 削 速 度 に な れ ば 熱 き 裂 や 刃 先 衝 撃 力 の 増 大 な ど に よ る 工 具 欠 損 が 起 こ り や す く な る(10) 前 述 の よ う に 標 準 切 削 速 度 よ り は る か に 高 い V
=
900 m/minで は 熱 き 裂 は 発 生 し な か っ た が ， 図 ←9(a)に 示 し た よ う に 工 具 す く い 面 の 摩 耗 が 激 し く ， 刃 先 衝 撃 力 に よ る と 思 わ れ る 欠 損 も 発 生 す る な どV
900 m/minは 実 用 的 な 切 削 速 度 と は 言 え な い . し か し ， 工 具 す く い 面 摩 耗 や 刃 先 衝 撃 力 が 実 用 上 差 し 支 え な い 切 削 速 度 の 範 囲 で 切 削 速 度 を 高 く し て 非 切 削 時 間 を 熱
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き 裂 が 発 生 し に く く な る と こ ろ ま で 小 さ く す る こ と が で き れ ば ， 耐 熱 衝 撃 性 向 上 の お よ び 加 工 効 率 向 上 の 観 点 か ら 有 効 で あ る と 考 え ら れ る .
(a) tαf= 18.2 ms (V= 900 m/min) (b) tぽ =23.4 ms (V
=
700 m/min)(c) tOff = 32.8 ms (V = 500 m/min) (b)
t
倒 =41.0 ms (V= 400 m/min)tool : Cemented carbide P20ラnumberof cutting cycles = 71 Fig.4θTool rake faces after face milling
‑ 61 ‑
4. 4 結 言
断 続 切 削 場 に お け る 脆 性 工 具 の 耐 熱 衝 撃 性 に つ い て ， 断 続 切 高IJサイクノレ中の切削時間お よ び 非 切 削 時 間 に つ い て 着 自 し て 実 験 的 に 検 討 し た . 得 ら れ た 結 果 は 次 の よ う で あ る . (1) あ る 切 削 条 件 下 で 熱 き 裂 が 発 生 す る か し な い か の 境 界 と な る 断 続 切 削 サ イ ク ル 数 が 存在する.
(2) 同 一 切 削 条 件 で あ れ ば ， 断 続 切 削 サ イ ク ル 中 の 切 削 時 聞 が 大 き い 方 が 熱 き 裂 発 生 ま で の 断 続 切 削 サ イ ク ル 数 が 小 さ く な る .
(3) 工具材種，切削速度等によらず，断続切削サイクノレ中の非切削時聞が小さくなれば，
熱き裂発生までの断続切削サイクノレ数は大きくなる.
(4) 断続旋削，正面フライス切削し1ず れ の 場 合 に つ い て も ， 熱 き 裂 発 生 ま で の 断 続 切 削 サ イクノレ数が急激に増大する非切削時聞が存在する.(3)お よ び(4)の こ と は ， 断 続 切 削 中 の 非 切 削 時 間 を 熱 き 裂 が 発 生 し に く く な る 境 界 の 値 よ り も 小 さ く す る こ と で ， 切 削 速 度 が 高 く
な っ て も 工 具 に 発 生 す る 熱 き 裂 を 抑 制 す る こ と が 可 能 と な る こ と を 示 唆 す る .
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第4章 の 文 献
(1) 奥島啓弐・星鉄太郎，機論， 27‑178(1961)ラ843‑852
(2) 例 え ば ， 松 原 優 ・ ほ か2名，精密工学会誌， 61・6(1995)ラ769‑772. (3) 例 え ば ， 狩 野 勝 吉 ・ ほ か2名，精密工学会誌， 61綱引1995)ラ773‑777 (4) 杉 田 忠 彰 ・ 山 田 巌 ， 精 密 機 械 ， 30綱引1985)ラ662・
(5) 垣 野 義 昭 ・ ほ か5名，精密機械， 47‑6(1981)，718‑722 (6) 奥島啓弐・星鉄太郎，機論， 29・199(1963)ラ497‑508 (7) 小 幡 文 雄 ・ ほ か4名，機講論， No.958‑2(l995)ラ83・85.
(8) 小 幡 文 雄 ・ 田 中 久 隆 ・ 山 口 顕 司 ， 機 講 論 ， No.968‑2(1996)，16‑18
(9) 山 口 顕 司 ・ 小I播文雄， 2001年 度 精 密 工 学 会 秋 季 学 術 講 演 会 論 文 集 ， (2001)，307 (10) 例 え ば ， 藤 村 善 雄 ， 実 用 切 削 加 工 法 ， 共 立 出 版 ， (1993)ラ82.
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5. 断 続 切 削 場 の 切 削 温 度 と 応 力 解 析
5. 1 緒 己
断 続 切 削 中 の 熱 き 裂 発 生 原 因 を 究 明 す る た め に は ， 断 続 切 削 時 の 工 具 す く い 面 お よ び そ
の近傍の切削熱による温度上昇と応力を解析する必要がある.また，パノレス状 CO2レーザ
ビ ー ム 照 射 に よ っ て 脆 性 工 具 の 耐 熱 衝 撃 性 を 評 価 し よ う と す れ ば 断 続 切 削 時 に 工 具 に 流 入 す る 熱 量 を 解 析 し て ， パ ル ス 状 COっ レ ー ザ ビ ー ム 熊 射 に よ る 熱 衝 撃 と 断 続 切 削 に よ る 熱 衝 撃 の 関 連 を 定 量 的 に 明 ら か に し な け れ ば な ら な い .
第2章 お よ び 第4章 で 明 ら か に し た よ う に パ ル ス 状 CO2レ ー ザ ビ ー ム 照 射 に よ っ て 超 硬 工 具 の レ ー ザ ビ ー ム 照 射 面 に は 熱 き 裂 が 発 生 し た が ， 熱 き 裂 発 生 ま で に 要 す る 熱 衝 撃 サ イ ク ル 数 は ， 断 続 切 削 の 場 合 と パ ル ス 状 CO2レ ー ザ ビ ー ム 照 射 の 場 合 で は 大 き く 異 な っ て い た . す な わ ち ， 断 続 切 削 の 場 合 ， 熱 き 裂 発 生 ま で に 数 十 数 千 サ イ ク ル の 断 続 切 削 を 要 し た の に 対 し て ， パ ル ス 状 COゥレーザビーム照射の場合 数サイクノレ 十数サイクルのレー ザ ビ ー ム 照 射 で 熱 き 裂 が 発 生 し た . そ こ で ， 断 続 切 削 の 場 合 は 切 削 熱 に よ る 熱 応 力 に 加 え て 切 削 力 に よ る 応 力 が 工 具 に 作 用 す る こ と を 考 慮 し て ， 工 具 に 切 削 熱 に よ る 熱 衝 撃 の み が 作 用 す る 場 合 の 熱 応 力 場 と ， 切 削 熱 と 同 時 に 切 削 力 が 作 用 す る 場 合 の 応 力 場 を 有 限 要 素 法 を用いて解析し，応力場に及ぼす切削力の影響を検討した(1)(2)
5. 2 切削温震と切南IJ力
5.2. 1 解 析 方 法
切 削 現 象 は 大 塑 性 変 形 を { 半 う た め ， 汎 用 の 有 根 要 素 法 ソ フ ト ウ ェ ア で 解 析 を 行 う こ と は 困難である(3) そ こ で ， 本 研 究 で は 切 削 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 専 用 の 有 限 要 素 法 ソ フ ト ウ ェ ア を用いて解析を行った.
切 削 温 度 お よ び 応 力 場 の 解 析 は ， 等 方 等 質 性 物 体 を 仮 定 し て 2次 元 切 削 モ デ ル に 対 し て 行 っ た . 関 5‑1は 解 析 モ デ ル お よ び 工 具 す く い 面 近 傍 の 要 素 分 割 の 状 態 を 示 す . 工 具 材 種 は 超 硬 工 具 P20であり，その物性{直は表 3‑1に示した{直を用いた.なお，物性値の温度依 存 性 は 考 慮 し な か っ た . 工 具 形 状 ， 切 れ 刃 諸 元 お よ び 切 削 条 件 は 4.3.1項 で 示 し た 断 続 旋
‑ 64 ‑
削 実 験 に 基 づ い て ， す く い 角 00 逃げ角 00 切 込 み 0.14mmと し た . な お ， 切 れ 刃 部 の チ ャ ン フ ァ は 無 視 し た . 解 析 上 の 工 具 寸 法 は ， 工 具 す く い 面 の 工 具 と 切 り 屑 の 接 触 域 近 傍 の 温 度 上 昇 お よ び 応 力 場 に 影 響 を 及 ぼ さ な い 範 聞 で 実 物 よ り 小 さ く し た . ま た ， 被 削 材 材 料 は S45Cとした.
y 2.0 rnrn Rake face
(Rake angle
=
0' ) Deoth of cut=
0.14 rnrn六
Work
I 1 ¥
0(S45C)
マ Tool (Cernented carbide P20)
ロ岡山何回
C. N
d d A 1 A 1 A 1
‑
Cutting speed V
(a) Dirnensions and cutting conditions of orthogon
a 1
cutting x一一一今 Flank
(Clearance angle
=
0' )O.2mm
甥 掲 揚 穆 轍 繍 臨 轍 舗 糊
(b) An exarnple of finite elernents near tool rake face Fig.5・‑1 Analysis rnodel of orthogonal cutting
ー の ‑
5. 2. 2 解 析 結 果 お よ び 考 察
図 5‑2は ， 工 具 す く い 面 温 度 の 切 削 開 始 か ら の 時 間 経 過 に 伴 う 変 化 で ， 切 削 速 度
v =
500 m/minで あ る . 工 具 す く い 面 の 温 度 は 切 削 開 始 後 急 激 に 上 昇 し て ， 約 0.3ms後 に は ほ ぼ 定常 と な り ， そ れ 以 降 は 時 間 の 経 過 に 伴 っ て 工 具 全 体 の 温 度 が 徐 々 に 上 昇 し た .
図 5・3は， V = 500 m/minの と き に 工 具 す く い 面 に 作 用 す る 切 削 力 の 解 析 結 果 を 示 す . 図 5・3中 の 白 線 は 平 均 切 削 力 を 示 す . 工 具 が 被 削 材 に 食 い つ い た 直 後 は 平 均 切 削 力に も 変 動 が 見 ら れ る が ， 切削 開 始 後 約 0.1ms経 過 す る と 平 均 切 削 力は ほ ぼ一定と な る . 解 析 に よ っ て 得 ら れ た 切 削 力 は ， 実 際 の 切 削 実 験 で 得 ら れ た 切 削 力 と ほ ぼ 同 じ で あ っ た . な お ， 切 削 速 度 V= 300""' 500 m/minで は ， 平 均 切 削 力 の 大 き さ に 及 ぼ す 切 削 速 度 の 影響 は 無 視 で き る 程度であった.
図 5‑4(a)は ， 切 削 開 始 か ら 0.36ms後 の 工 具 と 切 り 屑が接触する近傍の温度分布であり，
図 5・2に 対 応 す る . 工 具 す く い 面 の 温 度 は ， 切 れ 刃 か ら 切 り 屑 流 出 方 向 に 約 0.2mmの 位 置
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