Title
パーティクルボードとMDFの穴あけ加工における超硬合
金ビットの摩耗特性
Author(s)
番匠谷, 薫; 福田, 英昭; 萬谷, 哲朗; 村瀬, 安英
Citation
木材工業, 50(9): 413-417
Issue Date
1995-09-01
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12000/1763
Rights
－４１３－
パーテイクルボードとＭＤＦの穴あけｶﾛｴにおける
超硬合金ビットの摩耗特性
番匠谷薫傘］・福田英昭*魁・萬谷哲朗報・村瀬安英*４
WearofCemelltedCarbideBitsinMachineBoring
ofParticleboardandＭＤＦＫａｏｒｕＢＡＮｓＹｏＹＡ*lHideakiFuKuDA*２TetsurouMANTANI*３
YasuhideMURASE糾 拳AFacultyofschoolEducati(ｍ，IIiroshimaUniversity輻Ｃ(〕llegeofEducationoUniversityoftheRyukyu 点SKanefusaCo，Ｌｔｄ..'FacultyofAgricuItulTe，KyusyuUniveTsity lnthisstudy，tota］twelvekindsofcementedcarbidebitsformachineboring，ｔｈａｔｉｓ，上ypeKbits， impaCt-Tesistingbitsandmicro-grainedbitswereprepared、Andtool-1ifetestswhosefina］ｎｕｍｂｅｒｏｆ ｂｏｒｉｎｇｈｏｌｅｓｏｆｅａｃｈｂｉｔｗａｓｌＯＯＯｉｎｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｂｏｒｍｇｏｆｐａｒｔｉｃ]eｂｏａｒｄａｎｄＭＤＦ（mediumdensity fiberboard）wereperIormedunderboringconditionsof3000rpmofspindlespeed，0.1mm/ｒｅｖｏｆｆｅｅｄ ｐｅｒｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄ３０ｍＩｍｏｆｂｕｒｉｎｇｄｅｐｔｈ，theprogressionofspUredgerecessｉｏｎｏｆｅａｃｈｂｉｔｗａｓ ｅｘａｍｉｎｅｄＦｒｏｍｔｈｅexperimentalresuIts，therelationshipofedgerecessionｓｆｏｒｆｉｖｅｋｉｎdｓｏｆｔｙｐｅＫ ｂｉｔｓ（KO1-K40）ｔ〔〕edgehardenessorcoba1tcontentwasnotclear．Ｆorfivekindsofimpact-resisting b噸（Ｖ４－Ｖ６ａｎｄＥ１)，Ｖ６ｂｉｔ＆h〔)wedthehighestedgeTecessionandtheseedgerecessionsprogressed slowerastheedgehardnesshecamehigheT．ＦorLwokindsolmicro-Rrainedbits(F)，edgerecessions shuwedextlFemeIyｓｌｎａｌ］ａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈ()ｓｅｏｆｔｙｐｅＫｂｉｔｓａｎｄｉｍｐａｃｔ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｂｉｔｓ・ Furthermorc1itbecameclearthatedgerecessionsIortwelvekindsofcementedcarbidebitshadgood correlationswithed図ehardne鵠ａｎｄ鰹raindiameter〔)ftungustencarbide． 見られるか，いずれも３～６材柧を供試したものであ I)，また穴あけ加工における報告は見られない。 以上のような背景から，本研究ではＫ種超硬合金 ５材極，耐衝繋用超鰹合金５材種，超微粒超硬合･金２ 材種計12材極の広範囲の超硬合金ピットを供試して， パーティクルボードとＭＤＦでのピット寿命試験を実 施し，木質ボードの穴あけ加工における超硬合金ビッ トの摩耗特性とこれにおよぼす合金組成の影響を明ら かにしようした。 ２．実験 ２．１供試ピット 供試した12材種超硬合金ビットは，だぼ穴あけ用の センタ・けづめ付きの直経８mm，全長85mmのビ･ソトで あり，いずれも第１図のような先端形状をしている。 第１表には，ビットのＮＣ_ごとに超硬合金材極の JIS分離記サ，ＣＯ，ＷＣ，その他炭化物のそれぞれの １．緒言 近年，使途を拡大しつつあるパーテイクルポードや ＭＤＦは薬材に比べ］i典摩耗を促進させることが知ら れており，これら木衡ボードの切削加工では超硬合金 が多剛されている。この超硬合金工具は，ＷＣ粒度や ＣＯ含有率によって，硬さ,抗折力や比重などの物性 値が異なり，Ｋ種，超微粒やその他の種類に分類され, さらに，その種類ごとに合金組成の差異によって種々 の超硬合金材樋が見られ，便Iil分類記号が定められて いる`’ 一ﾉｺﾞ,各桃超lim合金の」i4L巌粍特'‘'Hを調べた研究は’ 九鋸1,,旗１１iＩ２．３１、フライス`〕などの加二l：法で報告が Ｚ－３ Ｉ ４ ＄ ＊ の ● 広１冊大学学校散fir学部 jiiiLk人2学救ﾌﾟｱ学部 ｣腱1$㈱￣ 九州大学鵬1雅部 木材工業ＶＯＬ50,Ｎ0.9.1995－－４Ｍ．‐ 第１表供試ピットの合金組織
iJiljIJ
その他 隣化物 （％） ＄～５ ２～５ ＷＣ 含利率 （％） ９１．０～53.0 9m.Ｕ～95.0 ９１．０～93.0 900～９２．０ 91.0～93.0 87.0～89.0 811.0 84,0～86.0 79.0 94.0～98.0 86.(】～鯛.0 31.0～83.0 ＪＩＳ 分類 oiI1I） ＫＯ１ Ｋｌ（〕 Ｋ２０ ＫｒｌＤ Ｋ４Ｕ Ｖ４ Ｖ４ Ｖ５ Ｖ６ ＥＩ ｌＰ Ｆ ５００００ｈ００，００ ＊』ｂ６８０９３６６３８ ●■。■６ ２１ １．Ｉ１ ．１－ 唖村蝿匡鈩トートトート０卜０トートト ●■●０●。●■■■□。■■ 念 ３４６８７・１２１１４鰺１６ 。’１１２．１１ 1⑩ ３４５，６７８９０１２ １１１ ピット摩耗城 ～２．５ ～２．５『
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③〆①
第１図ピットの先端形状とピット摩耗通の測定箇所 ①けづめ,②外ｌｉｌｺｰﾅ!③に''心ぎり 鼠と切削抵抗を測定した。また，寿命試験終了後にビ ットけづめ先端の摩耗面のＳＥＭ観察を行った。 ビット摩耗量は，第１図に示したように，左右２個 のけづめ先端のビットの軸心に平行方向の後退量をエ 具顕微鏡を用いて測定し，その平均値で表わした。切 削抵抗は，ポール盤のテーブル上に固定したエ具動力 計で検出し，動ひずみ測定器を介してデータレコーダ に収録した。のちにアナライジングレコーダを用いて トルク，スラスト２分力のタイム波形を記録し，加エ 六入ロ側の最大値Ｍａｘ.と全体の平均値Ave・を求め た。 ３．実験結果と考察 ３．１１２材種超硬合金ピットの摩耗 ｌ没初に，１２材極の超硬合金ビットごとに，穴あけ個 数の増加にともなうビット摩耗の進行と切削抵抗の変 化を調べた．結果の一例として，パーティクルポード にＫＯ1(Ｎｏ．１）ビットで穴あけ加エした場合のピッ ト摩耗の進行経過を第２図に示す。同図の横軸には， 穴あけ個数のほかに切削長（延べ切削長，ピット外周 切れ刃の１個の穴あけ加工におけるつるまき線の総長 さと穴あけ個数の横)，切削時間（正味切削時間，１ 個の穴あけ加工に要する切削時間と穴あけ個数の識） も併記している。１iii図（a）のように，ピット摩耗通 は穴あけhll工の継続にともなって放物線的に増加する が，（b）のトルクと（c）のスラストは加工穴入り口 ｉＩｌﾘの熾大値Ｍａｘ，６全体の平均値Ave.もほぼ直線的 に増力Ⅱしている。他のピットの場合も，また，ＭＤＦ の場合もこれとほぼ同様の倣向であった。 岐終穴あけ鮒数1000個(切削長7.54kｍ､切削時間100 念ｲ『率Ⅲロックウエル破き（f/kＡ八ＷＣ粒度および 比１Kを)尻している。ただし，いずれのｲｌｌｊもメーカ発表 IMIである。 Ｋ極超噸合金（Ｎｏ．ｌ～５）では，その材椀のＪＩＳ 分類記サはＫＯ1～K40で.あり，癖･号の数他が大きい ほど，ＷＣの粒度が大きく，それにともなってＣＯ含 ｲﾌﾞ率が増川Ⅱして硬さは低下するが，供試したビットで はK30の方がK40よりもＣＯ含有率が低い。１MM衝繋ﾉｌｌ 超硬合金（Ｎｏ．６～10）では，同じく分類記号はＶ ｉｌ～Ｖ６とＥ１であり，Ｖ種では番号の数値が大き いはど，ＣＯ含ｲｲ率が増力Ⅱして硬さは低下する。Ｅ種 はＶ釦よりもさらに耐衝蝋`性を増したチップで土木， 鉱llIlUにｌｊＭ発されたものである`】が,実験に供試したＥ １のＣＯ含ｲI･率はＶ４～Ｖ６に比し低く，比璽が大 きいのが特徴である。超微粒超蝋合金（Ｎｏ．11,12） では，ＷＣ粒度は0.8～1.0匹、と他の材極に比し極 めて小きいが，Ｎｏ．12の方がＣＯ含打率が高く硬さは Iい､`， 2.2実験方法 寿命試験は主jlillI定速送りの自動昇降式に改造した卓 ｣1ポール盤を用いて行った｡被削材には,市販の厚さ30 1,,1mの３層構造パーテイクルボード（気乾比寵：0.67, 含水率：10.3％，接茄剤：ユリア・メラミン系）と市 販のＩｌｆざ1511MmのＭＤＦ（0.74,8.4％）を酢酸ビニル エマルジョン按蒋剤で２枚枕１両したいずれも厚さ30'''''１ のボードを)l｣いた。力Ⅱ二12条件は，主ilil1I胆'11駄数3000rpm， １回転あたり送I)縦0.1,,,1/rev，力Ⅱエ深さ30lIIIIiに一定 にして，いずれのビットの場合も，－緋1000欄まで大 あけ加工を行い，所定の穴あけ個数ごとにピット摩耗 木材］:業ＶＯＬ50,No.９，１９９５－４１５－ ０ｉｉｏｌｏ(）Ｃｌ).ｌ（1２ｑ３.Ｉｌ１ｕｏ２００３００
１
(段） 〈Ｅｓ鎮輿遥一【山 ＫＫＫＫＫＶｖＶＶＥＦＦ’一一一一一一一一三一一跡
弓三一一
Ⅲ⑩加加側４４５６壜
ＭｑＩＫ()１ 池ｚＫＩＯ Ｍｎ３Ｋ２０ ＮＯＬ４Ｋ３０ Ｍｎ５Ｋ４０ ＮｏＬ６Ｖ４ ＮＱ７Ｖ４ Ｍｑ８Ｖ５ Ｍｄ９Ｖ６ ＨｇｌＯＩＺｌ ＮoL11F NcL12F (b） １ ０㈹ ２ ０ ０ ２ （Ｅ・湾）い▲へ｛ Ｍａｘ・ Ave． ビット麟粍iｉｉ（ﾉｕｌｍ）トルク（Ｎ・、）スラスト（Ｎ）（）５０１００００．１０．２０．３０１００２００３００ 第３図１２材糎超硬合金ピットの最終穴あけ個数(1000個） におけるピット摩耗量とトルク，スラスト（被削 材：パーティクルポード） ｕ：ｉｏｌｕｏｏＯ､１，，２０．３０１００２００３００ 亟工2ニュー｡￣ず四 に） Ｍａｘ． 駒恥胸地脆蝿馳蝿池血馳馳 ｌ２３４５６７８９川Ⅲ胞剛刈画剛剛ｗｗ晦服町ＦＦ
ＫＫＫＫＫＶｖｖｖＥＦＦ Ⅲ川加利㈹４４５６ｌ ８訓冨｝｛一一］一一弓
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穴あけ柵Ｉ数 切削奨 切NII時佃 ０２００４００６００８００１０００ (kIn） (Ｍin） ０２４６８ ■‐■■△』_■＝ 【Ｉ5010000.10.20.3（１１(】０２００３００ ビット摩耗fiI：い、）トルク（Ｎ・、）スラスト（Ｎ） 第４図１２材種超硬合金ピットの最終穴あけ個数(1000個） におけるピット庫粍圖とトルク，スラスト（被削 材：MDF） ０２０４０６０８０１００．． 第２図ピット顧耗の進行経過と切削抵抗の変化 （供試ピット：ＫＯｌ（Ｎ０，１)） ｍ、）におけるピット醗粍辻と切削抵抗２分力のｉｉ１Ｉ定 植を12材稚ビットごとに，第３図にパーテイクルポー ドの場合について,第４図にＭＤＦの場合ついて示す。 切削抵抗はトルク，スラストともに，」二側に加工穴入 り口側の鍛大値Ｍａｘ､を，下側に全体の平均値Ave・ を示している。 第３図と第４図より，ビット摩耗量はおおまかには 両被削材ともに,耐衝撃用超硬合金が大きく，ついでＫ 種超硬合金，超微粒超硬合金の順である。この順位は 切削抵抗についても同様である。Ｋ種超硬合金（Ｎｏ． １～５）のビット摩耗鼠を見ると，パーティクルポー ドではＫ１０とK20がやや大きいIiihを，ＭＤＦではＫ４０ がやや'1､さい仙を示している。しかし供試した５材樋 ビットの刃先硬さのjlI1ilがlil衝燃用超硬合金でのそれよ りも狭いために，刃先硬さあるいはＣＯ含有率が変化 しても全休的にピット畷耗最に顕著な差異は認められ ない。耐衝撃)|】超ｲUj合金（Ｎｏ．６～10）のピット摩耗 識を見ると，ＷＣ粒度が大きく，ＣＯ含有率が満くさ らに刃先の最も軟らかいＶ６が両被削材ともに最大 値を示し，ついでＶ５，Ｖ４の順である。このよう に1尉衝撃用超硬合金では，ピット廠耗量は刃先が硬い ほど小さくなっており，両者の関係はＫ種超硬合金 の場合よりも明瞭である｡超微粒超硬合金(No.11,12） は，Ｋ種超硬合金と耐衝撃用超硬合金に比しＷＣ粒 度が極めて小さく刃先の硬さが高いために，ピット摩 耗量は両被削材ともにいずれも極めて小さく，Ｆ(Ｎｏ． 11）が最小値を示している。両被削材でのビット摩耗 鼓の職1,値は，上記Ｖ６ピットの殿大値のおおよそ1/２ ～1/3である。そこで，Ｖ６ビットの摩耗量がこれら の最'1,Iil1liに達した時の切削時間を摩耗進行線図より求 めて,切削時間の比率を計算すると，両被削材ともにＦ (Ｎｏ．11）はＶ６の約10倍である。すなわち，ＦはＶ ６の約10倍寿命が長いことを示している。なお，パー ティクルポードの旋削加工2'3)，セランガンパツとパー ティクルポードのフライス加工⑪，さらには既報．)で 木材工業Vol､501Ｎ0.9,1995－４１６－ (a）ＫＯ１（Ｎｑｌ）（b）Ｖ４（Nq6）（c）Ｆ（lNoll〉 (b） a〉 に〉 ００ ‐Ｚ０ １１ （【巨軋） （戸一塾） １ｌ２０００ （Ｅ１）璃翼愛一（・辺 、伽加帥㈹ ｙ凸72.4+､､鰹Ｘ (「ら､､銘0..,鬼1ｍ ｙ宕｡H7.3.-3.41Ｘ （「＝.０．日泡･･･ｎ$1２ J＝５８Ｃ＋ｎ５７Ｘ ＩＦ王0.礎！…．ｎｇｈＺ）
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帥帥仙 詣巽選｛夢辺 帥印抑 ご一違曇｛（・型 写真１ビット摩耗面のSEM観察尖〆ぽ
｡ のベイマツ彌含水聯材の火あけ加工では，超微粒超硬 合金工具は長瀞命が101待IlI米ない総来が得られている が，本研究のパーテイクルポードとＭ１)Ｆの火あけ加 工では，上記のように超微粒超峡今金ビットは耐摩耗 性の高い材梛であることが）応された。 ８０１１５9１１９５１１６１２１８２４（）２４６ １M!さ［１Ｍ］ＣＯ合ｲ『率（％）ＷＣ粒度仏、） 第５図最終穴あけ個数（1000個）におけるピット歴粍遇 と超硬合金組成の関係(被削材：パーティクルボード） ３．２ビット摩耗面のＳＥＭ観察およびピット摩耗 量と合金組成の関係 寿命試験終了後のビットけづめ先jiMのSEM1ijU察結 果例を写真１にｼIくす。この写輿はけづめ先蝋をピット 軸心にjlf打力lｲﾘから観察したものであるが,(a)はＫＯ１ (Ｎｏ．ｌ），（b）はＶ４（No.６)，（c）はＦ（No.１１） のビット摩耗血の様扣を示したものである。なお，被 削材はいずれもパーティクルポードである。 写真１（a)，（b）より，KO1とＶ４では切削I1iのＣＯ の消失とＷＣ粒子の脱落が認められるが，これら以 外のＫ祁超ICU今金と耐衝嫉｝１１超噸今金の場合も，ＷＣ 粒度が異なるだけでビット摩耗而の様朴|はこれとほぼ lid様であった。Ｆ（Ｎｏ．11）の場合は，ＷＣ粒度が小 さいために，（c）のようにＣＯの消失とＷＣ粒子の脱 落の感度がＫ磁超唖合金と耐衝峡川超硬合金に比し 極めて小さいことがわかる。このように，１２材種超硬 合金ビットの巌粍の進行は焼結材が切削抵抗によって 破壊され，ＷＣ粒子が脱落して摩耗が巡行する形態を とるものである2’ことが確認された。 以上のＳＥＭ観察結果より，ビット摩耗の進行はＣＯ 含有率などの合金組成と密接な関係を有するものと考 えられる。そこで既報町と同様に，12材秘すべての ビットについて，ビット摩耗鉦と硬さ．ＣＯ含有率あ るいはＷＣ粒度の関係をプロットして，第５図にパー テイクルボードの場合について，第６図にＭＤＦの場 合についてノパした。ＭＩＭの記号は，ｅがＫ机，○がＶ 種，▲がＥｲiIi，△がＦ椀を示している。また，横軸 の各値は．いずれも第１表の合金$Ⅱ成仙の平均ｲillで示 しているが，ＷＣ椥度については，雄大ｲ１１〔あるいは雌小仙しか判lUjしていない材椰があり，これらの｣ﾄﾞﾙ谷は
（a）へ〈b）へ（c）i膳i欝墜
鏑`巖撒慈;i:；i1iiiii駒鮮獣
雌報`）と同様に，最大値既知の場合には記号に←を， 鮭小仙既知の場合には記号に→を何.けてプロットして いる。また図''１には，最小２乗法によって求めた回帰 肛線を示すとともに，相関係数とその有意性（＊＊＊ が１％，＊＊が５％，＊が10％の危険率で有意を表す） も記戦している。 第５図と第６図より，ビット摩耗麺は，刃先硬さに 対しては，両図の（a）にそれらの関係を示すように， パーティクルポードでは危険率５％で，ＭＤＦでは１ ％で有蹴となる満い負の直線相関を有しており，回帰 直線の傾きはほぼ同じ値を示している。ＣＯ含有率に 対しては，既報`）の腐食摩耗が主体となる高含水率 材の穴あけ加工の場合には１本の関係線で示すことが できたが，本報の超微粒超硬合金２材秘では．両図の (b）のようにピット摩耗壁が小さい値を示すので別の 関係線で'爪した。そこで，超微粒超硬合金を除いたＫ 純超硬合金と耐徳蝶川超硬合金の10材極について回帰 ノド材」:JINiVoL50､No.９，１９９５－４１７－ Ir(線をポダ>あと，パーティクルポードで(よ危険*1()％ で．Ｍ１〕Ｆでは1％でｲ｢葱となる１１iのi<〔線ｵ'1関を,]処， ＭＤＦでｸﾞ)I1Il1liillr[線のＩＩＪ｢iさはパーテメクルポードで'） それの約２俗である。ＷＣ繊度に対しては，１１１，ilﾇ|の（c） に'１《すように,パーテイクルボードでは危険率１％でⅢ ＭＤＦでは５％でｲｲ激となるｉｆ[線相関を示す結果がｉ$ られた。このように，ビット摩耗rliitは，刃先IiujさとＷＣ 粒度に強く彩辨を受けることがわかった。 ４．結語 本研究では，合金組成の異なる12材秘超硬合金ビッ ト（Ｋ種超噸今金５材種，iijil衝礫Ⅱ]超Jnj今金５材極， 超微粒超硬合金２材穂)を供試して,パーテイクルポー ドとＭＤＦの穴あけ｣IⅡ｣二におけるピット拝命試験を実 施した。そして，これら材極の超噸今金ビットの麟耗 特性を調べるとともにビット1耀耗におよぼす合金ﾎﾟⅡ成 の影騨を検討した。その結果，ビット摩耗蛍はiIlj被削 材ともに，耐術蝋)11超砿合金が大きく，ついでK1ili 超ｲｍｉｊｆｉ－余，超微粒超硬合金の順である。Ｋ種超JmUI9r余 (ＫＯ1～Ｋ40）では，刃光りi更さのIWjがiIjil･衝撃用超硬合 金でのそれよりも狭いために，ビット摩耗鮫と刃先硬 さあるいはＣＯ含有率の関係はIﾘ]嫌でない。耐衝喋川 超硬合金（Ｖ４～Ｖ６，Ｅ１）では，ピット摩耗縦 は〃先が硬くなるほど小さい値をフバした。超微粒超硬 今金では、ビット摩耗鼠はＫ獅超噸今金と耐衝娯用 超砿合金に比し極めて小さく，耐廉耗`MHの商い材穂で あることがカバきれた。１２材種すべてのビットについて， ビット摩耗litと刃先砿さ，ＣＯ含ｲ｢率あるいはＷＣ粒 度の関係を調べると，ビット摩耗澱は刃先liujさとＷＣ 粒度に強く影騨を'受けることがわかった。 文献 1）古賀達迅，七沢騨劉：木材ザ:会誌，19,311-316 （1973） ２）Ｈ､ＳｕＧＩＨＡＲＡｅｔａｌ.:WopJScje〃Ｃｅα"‘ ｎｃｈ"｡/c18,1,13,283-299（1979） 3）奥村.正:僧,杉原彦一,横'１１幸明：材料,30,685-690 （1981） 4）林ｲⅡ9）：木材工鍵，38,175-181（1983） 5）鈴木瀞：Ⅲ超硬今金と焼結ｲiMNir材料’１，メL灘，1986, ｐ､４８７． ６）柵111災Uil(，番随行蝋，醐谷ﾀ｢鮒，村iWi安災：木材 学会誌，40,687-693（199ｲ） （1994.12.19受理） 水トイ１:難Ｖ(〕１５０，Ｋ0.9,1995
