系合金の被削性について

(1)

Al‑Mg‑Si

系合金の被削性について

斉藤光邦

On the Turning‑Machinability of Aluminium‑Magnesium‑Silicon Alloy

Mitukuni Saito

1.

まえがき

Al

合金は一般には削りやすい合金といわれているが, 実際には配合成分や, 切削条件にょっては,構成刃先の生成が著しく,削りにくい場合も多くある｡

金属の被削性の評価の対象としては,仕上面の品位 ( 表面あらさ)切削抵抗,工具の寿命, および切層処理の難易などで,これらを総合して判断するのが普通である

｡A1‑Si,A

1

‑Mg

系の被剛性については, くわしい研究

(I)(

2

)

が報告されているが

,Al‑Mg‑Si

系のものについては,まことに少ない｡今回は最近,用途の拡大している耐食アルミニュウム合金で押出加工に使用される成分範囲のものについて

,Mg,Si

および

Cu,Fe

の添加量を変化させて旋削を行い,表面あらさ,切削抵抗などにおよぼす成分の影響を調査したので報告する｡

2.

試料の作製と実験方法

試料は高純度アルミニャウム

(1S)

をべ‑スとして

Si

を

0.2‑0.6%

,

Mg

を

0.3‑0.9%

まで添加し

,Cu,Fe

の影響をみるために

0.5%

まで加えた｡成分配合の組合せを表

1

に示す｡試料の製作は,るつぼ溶解し予熱した金型

にて鋳造した｡直径

47mm

の素材を均質化処理をしたのち表面層

1mm

荒削りをして取り除普,直径

45mm

, 長さ

80mm

の棒材を供試材とした｡

旋削には, 日本カズヌーブ型

360HB

高速精密旋盤 ( ベッド上の振り

360mm

,両心間距離 8

0^0m

^{m,主軸回転数 4}

⁰^‑2⁵⁰^{0 r}^.^p.^m

^,無段変

逮

,5.5kw)

を使用した｡工具は超酸バイト

K30,31

型

(0

,

6

,

6

,

6,15,15,1mm)

を刃先摩耗の影響がないよう

,3

本の新品を刃先半径が

1mm

になるよう投影器で測定しながら調整したものを用いた｡

切削は, 送り

f‑0.2mm/rev

, 切込み

t‑1 mm

の一定条件とし,すべて乾式で行い,切削速度は構成刃先の生成が予測される低速より始

試料の酉己合成分

★横披工学科

(2)

58

長野工業高等専門学校紀要･第

3

号

め,順次速度を上げて正常硫域に至るまで連続的に変化した.切削抵抗は工具動力計 ( 佐藤工機

TD‑32A)

と動ひずみ計 ( 共和電業

DPM‑3AT)

を用い

, 3

分力をペソ書オシログラフ ( 渡辺測器

WTR‑211)

で記録測定した｡表面あらさは,触針式あらさ計 ( 小坂式

S E‑4)

でプロフィ･ ′ レをオシログラフに取り最大あらさを求めた｡

3.

測定結果と考察

3‑1

表面あらさ

表面あらさと切削速度の関係は図

1

, 図

2

のようF ̲ =なる.最大あらさ

Hmax

は, 切削速度に大きく関係し, すべての試料で, 低速では構成刃先が生成し

Hmax

は非常に大きく, 高速になるにしたがい順次小さくなり最小値に落ちつく｡このときの速度を限界切削速度

Vc

で表わす｡

送りf,バイトの刃先半径 rより求まるあらさの理論値は

,Ho

‑

f2/8

Yで表わされ,今回の実験の条件では

5

J Jとなるが,添加成分の多いものが, 最もこれに近ずくが, この成分の範囲内では

1

0 J Jを下ることはない｡

008060仙

2

0080604

(

J

)

x

･,

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嶋 Lq

遍

ノこイトl E硬

K20(0666】5

)

5

1) 切込

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Aa

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S‑ 2% ､ ‑ MoBg%

0 ‑‑‑一トー06

＼よ虹 := 乎

S↓0.4%

二年

＼､

A

､

4J3 60 80 100 1

法

0 140 160 180 200

切削速度

V(zTl/n

Ll･ L )

図 1 切削速度と表面あら

さ

(

Sl叫 )

40加008060,如2004020m111111

(7/)XDt

･Ll(

的CJCgrup潔

0 0

00

6 4

ウ〟

ノミイト土

色銀 K20(066615151)

切込

t‑177m 送りj‑oBLrAyr即孟三.

0, 芸O

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,

三

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二二 CtO ,

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40.60 80 100 120 140160 180 200

切削速

旺

V ( % 血

)

図 2切

削速度と表面あらS ( Cure)

添加成分中の

Mg

の影響を図

3

に示す

｡Hmax

は

Mg

量を増すと減少するが, 他の添加

成分 (この場合

Si)

が

0

. 4% 以上になるとほとんど変化がなくなる｡限界切削速度

Vc

は

Mg

を増すと上昇する｡すなわち Mg量を多くするとよい仕上面を得られるが,より大きい

速度で削ることが必要である

｡Si

については図

5

のごとくなり,全般に添加量が増すと表面

アラサは良くなる傾向にあるが

,Mg

と同様に他の添加量が多くなると,その影響が少なく

なるo これらは

Si,Mg

の相乗効果がきいてくるものと考えられるが, その寄与率は今回

(3)

AトーMg‑Si

系合金の被削性について

08 0.6 0D Mg(%)

図3 諜慧濫読即 m r J

の実験では明らかにできない｡限界切削速度は

Si

量

00C41

(主xきトTt

q 2 0 4 0 B S ↓ ( %) 図

4 Si

量の表面あらさ,限界

切削速度におよぼす影響にはは直線的に変化し

,Mg

の場合とは反対に

,Si

量

を増すと低速側に移動する

｡Si

O. 4%

,Mg0.9%

のべ

‑スに

Cu,Fe

を加えた場合の

Hmax,Vc

の変化は

³

0 図

5

のようになり

,Cu,Fe

ともにアラサの向上はな

く,限界速度が上昇するのみである｡

3 ‑2 切削抵抗

切削抵抗のうち主分力

P

l , 送り分力

P²

と切削速度の関係を図 6 に示す｡背分力は送り分力と同一の傾向であるので省略した｡各試料とも主分力,送り分力

O

o

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(Ty)X

tZE H

0 0.1 QB

O B O A 0

.5

C L

▲,Fe(%)

図

5 c

uぉェぴ

F.漆加に上る

^表

面あらさ

59

ともに,ある速度で最大値を取り,それより速度を増限界駒健産にお上はナ影苧

すと除々に減じて試料特有の値に収れんする｡添加成分の少ないもの程変化が大きく現れてぉり,これらに構成刃先の生成の著しいことを示す｡( 3 )低速において切削抵抗が低い値を示す現象は,構成刃先の付着による有効すくい角の増加,バイトすくい面と切屑の摩擦長さの減少によるもので,速度を上げてゆくと,バイトすくい面上の被削材は軟化して急激に構成刃先は消滅し,このとき切削抵抗は最大値を示す｡それ以上速度を上げると材料の軟化は一層進み,すくい面摩擦が少なくなり抵抗は減少し,ある値に落ちつくものと理解できる

｡ (4)

このことは

Al

合金のみならず鋼切削時にも起る｡参考に同一条件で

SS41,S45C

を切削ときの切削速度と切削抵抗の推移は図

7

のようなり,上記のような状態を認めることができる｡

限界切削速度における主分力と各添加成分の関係を図

8

, 図

9

に

Si

O. 4%

,MgO.9%

のものに

Cu,Fe

を加えたときのものを図1 0に示す

｡ Si,Mg

,ともに添加量が多くなると主分力は減少する｡たとえば

Si0.2%

のとき

Mg

を

0.3

%から

0.9

%にすると主分力は

,45kg

から

23kg

となり半減する｡切削抵抗については

Mg

の方が影響が大きく現われるが

,0.6

%を超えると余り変化がなくなる｡この成分範囲内では

Mgo.9%,SiO.2

%のとき, 主分

力は

23kg

とな比切削抵抗 (

♪1

/

q,q

‑切削面積)

135kg/mm2

で最小となる

. Si0

. 4%.

(4)

6 0

50仙

30

20100

3

0加10080別10020100加100

(雷)J転封壷Lb

00 0

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7q' LE)

48Cq1

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中

叫

長野工業高等専門学校紀要･第 3 号

主分力

Pl

送 b 分力

p2

団 / フ ,oA= ∴ SLO.皇蕗

バイト超

^0‑‑蜜 K20 ′′二0(066615151)/′ 二切込

送

…

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40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 40 60 80 100 120 140 11氾 180 200 220 切削速ま V(

P n ' 1 , I

S45C

SS41

/{ イト超

鹿P20(068615151)

切込

≠ ‑ 1Ⅱ皿

50 100 150 200

切削速皮

V (

% L172) 図7

月切削における鞘働宅の推移

(fJE)tJEf

Q

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0JB u9 Mg(%) 図9 M

碑の主分力にお上はナ影宇

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切削述庇 V

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8 8

↓ (%

)

図

8

Sliの主分力にお上はす影響

≡ Fe

添加

l o

‑. ‑.

0 81

83

0

3

0.4 0

5

CLL.Fe(o/a

図

10 Cu,Fe

添加による主分力えの影

響

(音)J

80201080加l

(5)

Al‑Mg‑Si

系合金の被削性について

61 MgO.9%

のものに

Cu

,および

Fe

を添加した結果は図1 0のとおりであるが,

Cu,Fe

ともに僅かに主分力が減少する程度で効果は余りない｡

4.

まと

め

純アルミニウムに

Si

を

0.2%〜0.6

%

,Mg

を

0.3%〜0.9%

の範囲で添加, および

SiO.4%

,

Mgo.9%

の配合に

Cu,Fe

を微量添加した押出加工用

Al‑Mg‑Si

系合金について, 旋削を行い主として仕上南アラサ,切削抵抗 ,およびそれに附持した構成刃先の生成などの見地から被削性を検討した｡その結果を要略すれば,

( 1 ) この成分範囲内では低速においてほ,構成刃先の生成が著しく,添加成分の総量の少ない程その傾向が強い｡

( 2 ) 仕上面あらさは切削速度に大きく依存する｡構成刃先が完全に消滅し,ほぼ一定値をとる限界切削速度における値を比較すると

,Mg,Si

の添加量を増すとあらさは減少する｡

他の減加成分量が少ない程効果的である

｡ Mg0.6% Si0.4%

以上になると効果は少なくなる

｡Cu,Fe

ともにこの配合では表面アラサには影響を与えない｡

(3)

限界切削速度は

,Si

を増せば低くなり,

Mg

および

Cu,Fe

の添加量を多くすると

Si

とは反対に高速側に移動する

(4)

切削抵抗は

Mg,Si

とも添加量が増せば減少する

｡ Si

より

Mg

の方が影響が強いが,

0.6%

を超えると変化が少なくなる

｡Cu,Fe

の影響は少ない｡

(5)

この成分範囲で被削性のよいと思われる配合は

,SiO.6% MgO.9

%で

,Hmaxll

P,主分力

25kg

で限界切削速度

100m/mi n

である｡

この実験に試料製作に援助を賜はった機械工学科小林教官,ならびに実験に協力をしていただいた工作実験室宮川技官に感謝をします｡

参考文献 (1)

森永,財満,飯尾 :日本金属学会誌

3

0

‑5(1966) (2)

財満,小山,村本 :日赤金属学会誌

3

0

‑8(1966) (3)M.C.Shaw

. '来日講浜抄録,機械と工具

12‑2(1968)

( 4

)佐

E E l:機枕と工具

12‑1(1968)

(44.9.20受理)

系合金の被削性について

系合金の被削性について

斉 藤 光 邦

ま え が き

合金は一般には削 りやすい合金 といわれているが, 実際には配合成分や, 切削条件に ょっては,構成刃先の生成が著 しく,削 りに くい場合も多 くある｡

金属の被削性の評価の対象 としては,仕上面の品位 ( 表面あらさ)切削抵抗,工具の寿命, お よび切層処理の難易などで,これらを総合 して判断するのが普通である

1

系の被剛性については, くわ しい研究

2

が報告されているが

系のものにつ いては,まことに少ない｡今回は最近,用途の拡大 している耐食 アル ミニュウム合金で押出 加工に使用 される成分範囲のものについて

および

の添加量を変化させて 旋削を行い,表面あらさ,切削抵抗な どにお よぼす成分の影響を調査 したので報告す る｡

試料の作製 と実験方法

試料は高純度アル ミニャウム

をべ‑ス として

を

,

を

まで添加 し

の影響をみるために

まで加えた｡ 成分配合の組合せを表

に示 す｡試料の製作は,るつぼ溶解 し予熱 した金型

にて鋳造 した｡ 直径

の素材を 均質化処 理を したのち表面層

荒削 りを して取 り除 普,直径

, 長さ

の棒材を 供試材 とした｡

旋削には, 日本 カズヌーブ型

高速精 密旋盤 ( ベ ッド上の振 り

,両心間距離 8

m,主軸回転数 4

,無段変

逮

を使用 した｡ 工具は超酸バイ ト

型

,

,

,

を刃先摩 耗の影響がないよう

本の新品を刃先半径が

になるよう投影器で 測定 しながら調整 し た ものを用いた｡

切削は, 送 り

, 切込み

の一定条件とし,すべて乾式で行い,切削 速度は構成刃先の生成が予測 され る低速 より始

試料の酉 己 合成分

長野工業高等専門学校紀要 ･第

号

め,順次速度を上げて正常硫域に至るまで連続的に変化 した.切削抵抗は工具動力計 ( 佐藤 工機

と動ひずみ計 ( 共和電業

を用い

分力をペ ソ書オシログ ラフ ( 渡辺測器

で記録測定 した｡表面あらさは,触針式あ らさ計 ( 小坂式

で プロフィ･ ′ レをオシ ログラフに取 り最大あらさを求めた｡

測定結果と考察

表面あらさ

表面あらさと切削速度の関係は図

, 図

の ようF ̲ =なる.最大あらさ

は, 切削速 度に大 きく関係 し, すべての試料で, 低速では構成刃先が生成 し

は非常に大き く, 高速になるに したがい順次小さ くな り最小値に落ちつ く｡ この ときの速度を限界 切 削 速 度

で表わす｡

送 りf,バイ トの刃先半径 rより求まるあらさの理論値は

‑

Yで表わ され,今回 の実験 の条件では

J Jとなるが,添加成分の多いものが, 最 もこれに近ず くが, この成分の 範囲内では

0 J Jを下ることはない｡

2

(

)

･,

嶋 Lq

ノこ イ トl E硬

)

1) 切込

Aa

二年

＼ ､

､

法

斉藤光邦

まえがき

合金は一般には削りやすい合金といわれているが, 実際には配合成分や, 切削条件にょっては,構成刃先の生成が著しく,削りにくい場合も多くある｡

金属の被削性の評価の対象としては,仕上面の品位 ( 表面あらさ)切削抵抗,工具の寿命, および切層処理の難易などで,これらを総合して判断するのが普通である

系の被剛性については, くわしい研究

系のものについては,まことに少ない｡今回は最近,用途の拡大している耐食アルミニュウム合金で押出加工に使用される成分範囲のものについて

の添加量を変化させて旋削を行い,表面あらさ,切削抵抗などにおよぼす成分の影響を調査したので報告する｡

試料の作製と実験方法

試料は高純度アルミニャウム

をべ‑スとして

まで添加し

まで加えた｡成分配合の組合せを表

に示す｡試料の製作は,るつぼ溶解し予熱した金型

にて鋳造した｡直径

の素材を均質化処理をしたのち表面層

荒削りをして取り除普,直径

の棒材を供試材とした｡

旋削には, 日本カズヌーブ型

高速精密旋盤 ( ベッド上の振り

^{m,主軸回転数 4}

^,無段変

を使用した｡工具は超酸バイト

を刃先摩耗の影響がないよう

になるよう投影器で測定しながら調整したものを用いた｡

切削は, 送り

の一定条件とし,すべて乾式で行い,切削速度は構成刃先の生成が予測される低速より始

試料の酉己合成分

長野工業高等専門学校紀要･第

め,順次速度を上げて正常硫域に至るまで連続的に変化した.切削抵抗は工具動力計 ( 佐藤工機

分力をペソ書オシログラフ ( 渡辺測器

で記録測定した｡表面あらさは,触針式あらさ計 ( 小坂式

でプロフィ･ ′ レをオシログラフに取り最大あらさを求めた｡

のようF ̲ =なる.最大あらさ

は, 切削速度に大きく関係し, すべての試料で, 低速では構成刃先が生成し

は非常に大きく, 高速になるにしたがい順次小さくなり最小値に落ちつく｡このときの速度を限界切削速度

送りf,バイトの刃先半径 rより求まるあらさの理論値は

Yで表わされ,今回の実験の条件では

J Jとなるが,添加成分の多いものが, 最もこれに近ずくが, この成分の範囲内では

ノこイトl E硬

＼､

切削速度

ノミイト土

二二 CtO ,

⁼ ニ

‑ I ^‑

. ^. ^‑ ^{l ▲l}

ヽ､ヽ＼ t A . ヽ､､､

^‑ ¹

^‑

s l … ＼＼､､､

切削速

量を増すと減少するが, 他の添加

. 4% 以上になるとほとんど変化がなくなる｡限界切削速度

を増すと上昇する｡すなわち Mg量を多くするとよい仕上面を得られるが,より大きい

のごとくなり,全般に添加量が増すと表面

アラサは良くなる傾向にあるが

と同様に他の添加量が多くなると,その影響が少なく

の相乗効果がきいてくるものと考えられるが, その寄与率は今回

図3 諜慧濫読即 m r J

の実験では明らかにできない｡限界切削速度は

切削速度におよぼす影響にはは直線的に変化し

を増すと低速側に移動する

のようになり

3 ‑2 切削抵抗

切削抵抗のうち主分力

l , 送り分力

と切削速度の関係を図 6 に示す｡背分力は送り分力と同一の傾向であるので省略した｡各試料とも主分力,送り分力