ドリル切削に関する研究 (主として切削温度につい
て)
著者
野添 光夫, 田中 秀穂
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
2
ページ
83-88
別言語のタイトル
Studies on drilling (especially on drilling
temperature)
ドリル切削に関する研究 (主として切削温度につい
て)
著者
野添 光夫, 田中 秀穂
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
2
ページ
83-88
別言語のタイトル
Studies on drilling (especially on drilling
temperature)
1 ． 緒 ＳＴＵＤＩＥＳＯＮＤＲＩＬＬＩＮＧ
(ESPECIALLYONDRILLINGTEMPERATURE）
ＭｉｔｓｕｏＮＯＺＯＥ,ＨｉｄｅｈｏＴＡＮＡＫＡA
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命を左右する一要素としての，切削温度，切削抵抗が 作業条件により，いかに変化し，工具切れ味にいかな る影響をおよぼすかを究明するため，ドリル刃先尖 角，送りならびに切削速度の切削温度，切削抵抗にお よぼす影響をしらべた') 5).・ ２．切削温度の測定 ドリル切削温度を測定する方法として，次のものがド リ ル 切 削 に 関 す る 研 究
（主として切削温度について）
野 添 光 夫 ＊ ・ 田 中 秀 穂 ＊
一一 第３次産業革命と称せられる，目動化と原子エネル ギー利用の時代となるにおよんで，工業のあらゆる部 門は，異常な発展をとげつつあり，技術の経済性が強 調されるにつれ，製作技術の比重はますます大きくな ってきている． 従来切削技術の分野では，バイト切削による理論追 求は，かなり大巾に進められているが，ドリル切削は バイト切削に比し，その作業量は大差なきにかかわら ず，回転切削の機構や，形状の複雑さ，測定のむづか ＊ 機 械 工 学 教 室リ 第 １ 図 考えられる． （１）カロリーメーターを用いる方法． （２）切くずの色によって見る方法． （３）工具の中に熱電対をそう入する方法． （４）示温塗料による方法． （５）工具と被削物を熱電対とする方法． （１）の方法は，切くずをカロリーメーターに投入し て，その熱量を測定するもので，古くから行われてい るが，これでは投入するまでに空気中に放熱すること もあるので，測定精度がよくない． （２）の切くずの色によって見る方法は，切削温度に よって切くずが高温となり，いわゆる焼鈍色として， 温度に応じた色を示すので，その色によって，概略の 温度を知る方法で，おおよその値しかわからない．し かも切削条件が異ると，同一の刃先温度に対して，切 くずの色が異ってくるので，切削温度を見誤りやす い．又色の判定には，相当の熟練を要する． （３）の工具の中に熱電対をそう入する方法は，工具 刃先の近傍の温度を知るのに便利であるが，ドリルの ような，特殊な形状をもった回転切削工具では，穴あ けの困難さや，刃先の強度を害する欠点がある． （４）の示温塗料による方法は，概略の値はわるが， ドリルでは，切くずの排出ならびに穿孔面との摩擦に より，はげるおそれが多分にあるので，測定が困難と 思われる． （５）の工具と，工作物とを熱電対とする方法は，工 具と切くずとの接触する部位の平均温度がわかり，測 定精度，感度ともにすぐれているので，筆者等は，こ の方法を水銀接点を用いて測定することにした． ドﾘﾙ刃先温輝'１灘匿図 Ｗル刃先墨度較正装留図 ） 製
被削材を圧着して，電気炉内に納め，切削実験の場合
と同じように，０∼300°Ｃ，０∼15ｍＶの指示熱電温度
計にて読みを取り，一方ドリル刃先温度の真の読み
は，０∼1200℃,０∼50ｍＶの指示熱電温度計を用い て，熱起電力一刃先温度較正曲線を求めた．第３図は その較止曲線である．実験に使用せるドリルは，神戸製鋼所製ＳＫＨ2(C一
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削 稼岬窃肌十種．
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３．実験装置および方法 ドリル切削温度の測定法の測定法には，前述のよう に種々の測定法が考えられるが，本実験ではドリルと 被削材とを直接，熱電対とし，種々の切削条件の下に おける熱起電力を測り，較正曲線により切削温度を求 めた． 実験装置は第１図に示すように，ベークライト製絶 縁容器を，ポール盤本体に取り付けて水銀を満たし， ドリルにねじ止めした銅製カップを浸して，ドリルと 水銀との接点とし，ドリルはドリルチャックに絶縁材 を介して取り付けた．一方，被削材は絶縁材を介して 取り付け，導線によりミリボルトメーターに接続し た． 温度較正装置は第２図に示すように，ドリル刃先とノ 0 ２ ０ − ＞ 切 肖 １ １ 第 ４ 8５ 0.8％,Ｃｒ-4.0％，Ｗ-13.0％，Ｖ-1.0％)，１/2"巾の標 準ドリルで，刃先尖角118。の他に，105.,130｡に， 高木鉄工所製ドリルポインターにより研磨し，更に岩 田鉄工所製ドリル刃先角度検査器にて刃先尖角を検査 した． 被削材はＳＳ４１材（32仙×60）を用い，ボール盤は 吉田鉄工所製ＹＵＤ−５４０を使用した． 切削条件として，送り0.1ｍｍ/rev,0.2ｍｍ/revの ２種とし，主軸回転数は215,285,405,530,690, 890r・ｐｍの６種として切削速度を変えて，切削温度 およびスラスト，トルクを測定した．尚スラスト，ト ルクの測定には，ＥＭＳ式ドリル，タップ切れ味試験 機ならびに真空マイクロ自動記録装置を用いた． 野 添 ・ 田 中 ： ド リ ル 切 削 に 関 す る 研 究 − 凸
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樫唄｜一江屋一 １0 ／ − ＞ 切 削 速 度 〃 ん Ｉ 恥 第 ５ 図 比らべ，約200℃高くなり，送りによる影響著しく， Chipも濃紺色を呈してくる．尚，刃先尖角105.のド リルでは，切削速度２０ｍ/ｍin付近より変色しはじめ る．又いずれの場合も，切削速度が30ｍ/mｉｎをこえ る付近より，ドリル刃先に切削焼けがみられる．この 点より考察すると，切削速度が400°Ｃをこえるよう な切削条件下での切削は，さけた方が望ましいと思わ れる． 第６図，第７図は刃先尖角，送りをパラメーターと して，切削速度のスラスト，トルクにおよぼす影響を 示したものであるが，スラスト，トルクともに送りに よって相当の影響を受けることがわかる．すなわち， スラストは送り0.1ｍｍ/revの場合に比らべ，送り 0.2ｍｍ/revの場合は，おおよそ２倍の値を示し，Ｉ、 ０ 1 J : 0 １ 1 0 2 0 ３ ０ ４ ０ ４．実験結果および考察 第４図，第５図は切削速度による刃先尖角，並びに 切削温度の関係を示したものであるが，いずれも切削 速度に比例して，直線的に切削温度は増加している． 第４図は送り0.1ｍｍ/revにおける各刃先角，なら びに切削速度によるドリル刃先温度をあらわしたもの で，いずれの刃先尖角の場合も，温度差は僅かで，刃 先尖角の切削温度に与える影響は少ない．刃先尖角 105°の場合は，Ｃｈｉｐの焼けは左程見当らないが， 118.,130.の刃先尖角のドリルにおいては，切削速度 30ｍ/ｍｉｎ程度よりＣｈｉｐに焼けを生じている． 第５図は送り0.2ｍｍ/revの場合であるが，刃先尖 角118.のドリルが最も高い温度を示しており，以下 130.,105.の順となり，送り0.1ｍｍ/revの場合に比 らべ，送りを増すと刃先尖角の影響が大きくきいてく ることがわかる．とくに刃先尖角118｡の場合，切削 速度３０ｍ/ｍｉｎ付近では,送り0.1ｍｍ/revの場合に,
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ロ ロ ュ迄 Ｅ９蚤、１ ０ ０ 豆 ようにＣｈｉｐの排出が滑らかであったためで，Ｃｈｉｐの排出が困難な場合には，ドリル溝と被削材の穿孔面
との間にＣｈｉｐがつまり，摩擦抵抗が増大するためト ルクも大きくなり，したがってＣｈｉｐの排出の良否が トルクに最も大きく影響することがわかる．その他の 場合においては，切削速度１０∼20ｍ/ｍｉｎの間で,い ずれも最小値を示す中凹のカーブになっている． 第８図∼第１３図までは，種々の切削速度における スラスト，トルクならびに切削温度との関係を示した ものである．第８図は刃先尖角105.,送り0.1ｍｍ/rev の場合で，スラストは,切削速度２０ｍ/ｍｉｎ付近で最 小値を示しているが，トルクは切削速度の増加ととも に減少し，切削速度３０ｍ/ｍｉｎをこえる点より徐々に 一定値に葉ちついてきている．このとき，いずれの切 削速度の場合もＣｈｉｐはすべてHowtypechipであ るが，215∼405r・pｍ（切削速度8.6∼16.2ｍ/ｍin） の場合より，530∼890r,p皿（切削速度16.2∼35.5ｍ／ min）の場合の方がＣｈｉｐの排出が滑らかであったた めである． 送り０，２ｍｍｒｅｖＬ〆’ Ｌ 一 一 魚 ／
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上 '００．辱全二
蜘〃″心 ５６０ ︾十一寺 Ｉ ， ２ ｂ ３ ‘ A ‘ ０ − ０ ‘ Ｉ ． Ｌ 、． 0 -Ⅸ 一＞､切削速度J7Tﾙ77伽 第 ８ 図 第９図は送りを0.2ｍｍ/revにした場合，スラス ト，トルクともに切削速度１５ｍ/ｍｉｎ付近で最小値を 示し，以後，切削速度の増加とともにスラスト，トル クともに増加しているが，Ｃ皿ｐの状態を観察すると， 530r､p,、（切削速度21.1ｍ/ｍin）付近より，Ｃｈｉｐに むしれがみられ簿い茶色を呈してきているが，690∼890r､p､、（切削速度27.5∼35.5ｍ/ｍin）ではＣｈｉｐは
いわゆるｔｅａｒｔｙｐｅｃｈｉｐで，濃紺または青紫色を呈 し，相当の焼けがみられる．とくに890r・ｐｍでは切 削温度が，送り0.1ｍｍ/〕.eｖの場合に比して約100°Ｃ 高くなっている． 鮒１０図は刃先尖角118.,送り0.1ｍｍ/revの場合 ” あb１
４０［ ３ｏｆ ２０６ １００ ０ 100 ⑱ ５ 爪１１１１ ロ １ ０ 2 0 ３ ０ ４ ， −−＞切削速度’１％､‘ｍ 第 ７ 図 ルクは約１．５倍の値を示している．とくに切削速度が 増加するにつれ，その影響度は大となる（切削速度 30∼40ｍ/ｍｉｎの場合は約２倍)．またスラストは切 削速度１７∼18ｍ/ｍｉｎ付近で,いずれの刃先尖角の場 合も最小値を示し，その後，漸次増加の割合も大きく なってくる（第６図)．トルクも大体，スラストの場 合と似た傾向を示すが，送り0.1ｍｍ/revの場合，刃 先尖角105.,118。のドリルにおいては，切削速度の 増加とともにトルクが減少しているが，これは後述の姻葺上がいＫＭｌｌ↑
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５０一 2００ 才 J００４−− h o o 3ノ ０ ２ ０ ．0 ４ ０ '0０ ０︼ − − ＞ 切 削 速 度 刷 伽 、 第 １ ３ 図 ってトルクも切削速度による増加の割合が少なく，カ ーブとして巾凹みになってはいるが割合にゆるやかで ある． 第１３図は送り０２ｍｍ/revの場合であるが,スラス鐸
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卜は切削速度の増加につれ増大しているが，405r,p､ｍ (切削速度16.2ｍ/min）付近よりＣｈｉｐに焼きがみら れ，Ｃｈｉｐは切削速度の増加とともに濃紺色を呈して くる．又，スラストは285∼690r,p､、（切削速度15.5 ∼27.5ｍ/min）までは大体一定しており，890r､p,ｍ (切削速度35.5ｍ/ｍin）になって増加しているが， 405∼690r・pｍ（切削速度16.2∼27.2ｍ/min）あたり で，すでにＣｈｉｐは焼きがみられ，Ｃｈｉｐの排出は比 較的良好であるが，890r､p､ｍになるとteartypechip となり，Ｃｈｉｐの排出は極端に悪く，したがってトル クが増大したものと思われる． 以上の結果から，スラスト，トルクが切削速度２０ ｍ/mｉｎ付近で，いずれも最小値を示すというのは， 切削速度１０ｍ/ｍｉｎ以下では切削温度も低く（切削速 度8.6ｍ/ｍｉｎで切削温度平均平均150∼120°Ｃ)，し たがって切削抵抗も大きいが，２０ｍ/ｍｉｎ付近の切削 速度のとき，他の切削条件に比らべて，Ｃｈｉｐの排出 が滑らかであったということともに，温度の点につい て考えると，切削速度２０ｍ/ｍｉｎ以下というのは， 大体切削温度200∼300℃の間である．この200∼ 300℃というのはこの被削材ＳＳ４１では，ちょうど青 熱脆性を起し，硬度的には，常温におけるよりも硬度 を増しているはずであるにもかかわらず抵抗は小であ る．その後切削速度の増加とともに，スラスト，トル クともに増加の傾向をたどるが，この観点から考える と，切削速度の増加とともに切削温度は上昇し，被削 材はそれにつれて軟化し始めるとともに粘りを増し， そのためにドリル切刃部と切削面，或いはランドと穿 孔内壁面との摩擦抵抗の増加のためで，又切削温度 200∼300℃付近で，トルク，スラストが最小値を示 すのは，被削材は硬度的には硬くなっているが，脆性 のために粘りが少なくなっているためと考えられる． また，送り0.2ｍｍ/revの場合，総じて切削速度の 増加につれ，トルク，スラストの増加の割合が，送り 0.1ｍｍ/revの場合に比して大きくなっているのは， 送り0.2ｍｍ/revで切削速度をはやくすると，Ｃｈｉｐ はすべてｔｅａｒtypeとなり，排出困難で，したがって 摩擦熱により切削温度も上昇するとともに，切削抵抗 も増大してくるのである． ５ ． 結 論 以上の結果より次のことが要約される． （１）ＳＳ４１材においては，切削温度は送り0.1ｍｍ /rev程度では，刃先尖角の影響は左程あらわれない が，送りが倍加すると刃先尖角の影響がみられ，とく に標準ドリルの刃先尖角118｡の場合は，温度上昇が 他の刃先尖角130。，150.の場合に比らべて著しい、 （２）切削抵抗としてのスラスト，トルクは，ほぼ同 じような傾向をたどるが，ともに送りの影響著しく， 送りにほぼ比例して増大する．また切削速度の増加に つれて増大するが，送りのいかんにかかわらず，ほぼ 20ｍ/ｍｉｎ付近での抵抗は最小値を示す5)． （３）刃先尖角の大きなほど，送りによってトルク， スラスト，切削温度ともに大きく影響するので，刃先 尖角を大きくした場合は，送りを小いさくせねばなら ぬ． （４）切くずの形状'は送り0.1ｍｍ/revの場合，刃 先尖角のいかんにかかわらず，いずれも良好であるが とくに118°の場合も最も好ましく，送りが0.2ｍｍ／ revと倍加すると，切削速度３０ｍ/ｍｉｎ付近より，む くれ型切くずを発生し，切削温度，切削抵抗の増大を もたらしている． （５）ドリル切削においては，切くずの形状ならび に排出の良否が，切削温度，切削抵抗に大きく影響 し，工具寿命，切削動力軽減のためには，切くじ形状 と排出状態よりの切削条件の選定が最も大切である． 文 献 1）Ａ・ＯＳｃｈｍｉｄｔ＆』.Ｒ・Roubik：Distribution ofHeatGeneratedmDrilling，Trans・ＡＳＭＥ ７１，（1949)． 2）Ｂ､Ｔ,Ｃｈａｏ＆Ｋ､Ｊ・Trigger：CuttingTempe‐ ratureandMetalCuttingPnenomena，Trans， ＡＳＭＥ,73,6,Ａｕｇ（1951)． 3）岩佐豊蔵：不二越技報，１４−３（昭33-7)，４１． ４）山本明：精密機械，１７−９（昭２６)，２９８． １８−５（昭２７)，164． 〃 〃19-11（昭２８)，408. 5）野添光夫：鹿児島大学工学部紀要，８（昭３４),50,
