旋削によるステンレス鋼仕上面の表面あらさについて

(1)

技術科機械研究室片岡久技術科機械研究室小島勤技術科金属加工研究室三村義一

1．研究の目的ワシノ精密旋盤LR55A

井出製作所製4択旋盤

われわれは今までに，超硬合金バイト数種，サーメッ（2）工具研削盤

トバイトおよびセラミックバイトなどを用いて低炭素伊藤製作所製カツタ研削盤DP−3型

鋼・快削鋼，クロムモリブデン鋼，ジュラルミン・黄鋼（3）使用バイト

など実用的な金鮒糀旋削bそ2淋鯉表面あら超硬合金K1・

さについて実験研究し発表してきた。〃 M20 今回はつぎの理由により被削材としてステンレス鋼を〃 p20 選んで実験した。サーメット（TC3）

（1）ステンレス鋼は大気，水，化学薬品の錺蝕に耐え，（X407）

諸化学工業，航空機部品，機械部品・医療機品から家庭セラミック（タンガロックス）

用品に至るまで用途がきわめて広い。高速度鋼SKH−4

（2）きわめて粘り強く，削りにくい所謂難削材であるこ ω 被削材

と。オ＿ステナイト系ステンレス鋼 SUS 27 のこ点からである。フェライト系ステンレス鋼 SUS 50

バイトには超硬合金バイトK10， M20， P20，サーメッ樹測定機

トバイト・セラミックバイトなどのほかに，新しく東芝小坂研究所製仕上面検査機SD−5型金属工業で1年半程前に開発したX407も加えて実験し〔6）切削剤

た。これはかたさの点においては・セラミックより劣る協同油脂製乳化油「マルチカット」

が超硬合金より硬く，靱注は超硬合金，セラミック，サ約5倍に希釈，循i環量6．4〃min．

一メットの何れよりも高いものである。また比較のため

高速度鋼バイトでも実験を試みた。 3・実験の方法

一方被削材としては，いわゆる18％Cr・8％Ni鋼を前回と同じく，直径50mmの被削材丸棒をチヤックもって代表されるオーステナイト系ステンレス鋼SUS27 部とセンタ部を両端に残して，中央部に25mmおきにとクローム鋼といわれるフェライト系ステンレス鋼SUS 巾5mm深さ4mmの溝を作り，長さ20mmの被削部 50の二種顔の代表的なステンレス鋼をとり上げ・切削速を6箇所作る。試験片の左方はチャックにくわえ，右方度の影響，切込みの影響・前切刃角の影響，切削剤の影はセンタ穴を作りセンタ止めとする。（詳しくは茨城大響，旋盤の新旧が及ぼす影響などについて実験し，この学教育学部紀要第21号P188参照）この被削部を条件を鋼の旋削仕上げにもっとも適したバイト，切削条件を求種々にかえて切削し，仕上面検査機によって，あらさ曲めることを目的として実験を行った。線を画かせ，最大高さR皿・x（μ）を測定した。（縦倍率

1000倍，横率50倍）。工具刃先形状はつぎの通りである。2．実験装置などセラミックバイトー〈−5）一（−5）−5−5−4．5

（1）使用旋盤一4．5−0．4

(2)

他種のバイト ……0−6−6−6−50−40−0，5 N5＝1020… …一…………V5＝160．0 切削速度はつぎの6通りである。 N6＝1800………V6＝283．0

N＝主軸回転数rpm V＝切削速度m／min 尚特にことわり書きのないものは，すべて切込み0．5 N・＝ 83…一一…………V、＝13・O mm，送り0．1mm／revで切削を行った。

N2・＝155…………・・一……V2＝24．3 工具材種の物理的性質と主成分は第1表の通りであ N3＝275…………一・・……V3＝43．2 る。

N4＝550…………・・………V4＝86．5 第1表工具材種の物理的性質と主成分

材種 ^{超硬合金} _{サーメット}

X407 セラミック SKH−4

項目 K・・lM2・Ip2・ ^TC−3

W84〜90 ^Iv70〜80 W60〜83 ^Tic 80 ^Tic 60 ^AI203 W 18

成分％

Co 4〜70

sio〜1

Co 5〜11 si 2〜10

Co 5〜10 si 5〜15

Mo 15 mi 5

凱）35 Co 14

u 1

TaO〜2 ^TaO〜10 TaO〜15 ^Ta 5 C 5〜6 C 5〜8 C 6〜9

かたさ剰gq・｝9・1・・lg1−9・ig乳5 9a8−93177＜

抗折力k・／m㎡tユ2・i1・・1・1・1・2・1・4・ 7・−9・｝3・・＜

被削材SUS 27とSUS 50との主成分は第2表の通りである。

第2表被削材の主成分

成分 1 ［

J】S記号 C％ Ni％ C・％ l Si％・㎞％ l i

呼称

一

SUS 27 〈qo8 8．00〜11．00 18．00〜20．00 ＜1．00 〈2．00 オーステナイト系ス eンレス鋼 SUS 50 0．12〜0．18

1＜0．60 11．50〜13．50

＜0．60 〈1．00 フェライト系ステン

激X鋼

｝｝一π一置一一一

4．実験結果一メ・トおよびセラミックバイトは湿切肖Uの場合のみ

283m／minの高速切削には耐えられなかった。実験1表面あらさに及ぼす切削速度と切削剤の影響

第4表および第2図はSUS50について同様の実験を第3表および第1図はSUS 27について7種のバイト

行った結果である。SUS27と異なることは低速切削におで旋削したときの仕上面の表面あらさに及ぼす切削速度

いて切削面があらいことである。特にセラミックバイトと切削剤の影響を，乾切削と湿切削とに分けて実験した

μ以上にもなる。何れの場合においても・あらさが安定バイトによる差異は，セラミックの場合が低速であら

くなっているほかはそれほど大きな差は1見られなかっするのは切削速度が83m／min以上になってからである・

た。また切削剤使用の効果は殆ど見られず，却ってK10 この場合も切削剤の効果はあまり見られなかった・刃先 M2・，P2・，セラミ。クにおいて使用しないときの方がが欠損（軟化）して実験できなかったのは高巌鋼だけ

でせいぜい83m／minくらいまでである。両方の実験かきれいな仕上面が得られた。これは切削剤使用によって

ら見てステンレス鋼の切削には高速度鋼は適していないがイト刃先自身の硬さは余り影響を受けないが被削材は

ことがわかる。温度低下のため硬さが増加しそのため切削面がきたなく

なるのではないかと想像される。高速度鋼バイトの場合実験2表面あらさにぽす前切刃角の影響

は乾湿切削共に切削速度43．2m／min以上の速度では何 SUS 27とSUS 50についてそれぞれ，低，中高速の回行っても刃先が欠損して削ることができなかった。サ 3種の切削速度に分けて，超硬合金バイトP20を用いて

(3)

第3表表面あらさに及ぼす切削剤の影響（SUS 27）

SUS 27 騰警切削態弩塞

超硬合金@K10 超騨1超欝険馴酬哲ミ・ク _SKH4

k

一一

c蕉「宥「無i有撫i有1無…有1 細有擁…剃無備

｝一

噛一一ゴ

@ 1

@ η2

6 i 5 …4 i 5 5i6 i5 i 6 7 i4．5 17 i 4

lilt∴i：

t15 i 161414

Vi、712i6

03 h4 ｩ5 h6

1 4i6i ： 5 i6．5

Ei9 4 i 7 3

綱一2，i、i8i5．隻互i．3い漱化 16i5 7 i 4 i 6．51 47i4

10 i15Vi9 i7 i6．5・｝6 2i6

軟化

一一一一一『回一一 ^一一一一 −r^￨^一一一冨 ^一

第4表表面あらさに及ぼす切削速度の影響（SUS 50）

1ヤ＼一被削材1 ＼

SUS 50

／＼_{＼バ}

超硬合金@K10

1 超硬合金 M20

サーメット

sつ一3 X407 セラミック SKH4

隷曝無 i有 1 無i剃無i有 ^{無有 1} ^{…一一一一}^{@無 i有旨}^u一一… ^{＿−R1 ←一一…闇}^@ 無隔 ^皿曙@ − 1

一L

『 ₀₁ 12i23いi1・ ^・4i12 ^・4i・1 ¹³ 堰E・2・｝25・6i・1

2

≠R

10 i 7

堰E2i・ ^8 i 9Wi8 ^7 i10Ei6 ^10 i 9Ei6 11 i 7 F 15 i 17 5 … 8

E117hli・・、3i6

か4 i13 i 7

v 113i7 ^P1｝55^9 1 6 ^a5；7^S− c6

4 i5．5 i4 i5．5

％ i15 i 9 ・・i・｛・…61・i6 8i5 61a・・軟化｝軟化

｝T一一一w罰一｛

切削し，表面あらさを測定した。結果は第5，第6表お第5表表面あらさに及ぼす前切刃角の影響

よび第3図に示す通りである。何れの場合も表面あらさ（被削材SUS 27）

は，前切刃角が30°附近が最も悪く，これより小さくな驍ﾉ従ってまた大きくなるに従って徐々に良くなってい

1＼前切刃角

ﾘ削巌＼ ^5° ^10° ^15° ^20°

3。・1、副，。・ 1 ｝

る。放物線型のグラフになっている。 86m／m巾5「臥・112【15い7・2｝・

実験3表面あらさに及ぼす切込みの影響一i6・m／m㎞16い・い4い712316135

第7，8表および第4図は切込みの影響を被削材SUS27

ｨよびSUS50について，バイトP20・X407 1・83m／m㎞国6113・7・71・1・

た場合の結果を示すものである。切込みが0・1mmから

］．1rnmの範囲では殆ど影響はみられなかった。もっと第6表表面あらさに及ぼす前切刃角の影響

深い切込みの影響にっいては更に検討したい。（被削材SUS 50）

実験4表面あらさに及ぼす旋盤の新旧の影響盤の新旧の影響を被削材SUS27およびSUS50に

1＼前切刃角

ﾘ削議＼ ^5° ^10° ^15° ^20° ^30° ^40° ^50°

っいて，バイトP20， X407を用い，切込みを2種類に 86m畑13・1ユ・i・41・6117｝・61・

かえて実験した結果が第9，10表および第4図である。

・6・m／画51・・1・41・6i＿＿＿＿＿一一一一一

焉国31

本実験の如く浅い切込みにおいては旋盤の新旧による差ﾍ顕著ではないが低速切削においての方が差異が大きく

・・｢7∫」

出るようである。

(4)

第7表表面あらさに及ぼす切込みの影響（バイトX407）

α1mm ^0．3mm ^0．51nm 0．7mm 0．9mm 1．1mm

SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS

切削速度 27 50 27 50 27 50 27 50 27 50 27 50 86m／min ^4．5 ⁴ ⁵ ⁶ ^4．5 ^5．5 ⁵ ⁵ 5 5．5 5．5 5 160m／min ⁴ ³ 3 4 4 4 4 4 4．5 4．5 3．5 5 583m／min ^2．ら ⁵ ^2．5 ⁵ ³ ⁵ ^{2．5 「} 5 2．5 5 2．5 6

第8表表面あらさに及ぼす切込みの影響（バイトP20）

＼＼警込み

0．1mm 0．3mm α5mm 0．7mm 0．9mm 1．1mm

被鴫 SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SUS SuS

切削速度 27 50 27 50 27 50 27 50 27 50 27 50 86m／min ^2．5 ⁵ ³ ⁴ ³ ⁵ ³ ⁷ ³ ⁶ 2．5 5 160m／min ³ ^3．5 ^2．5

≧

2．5 3 3 3．5 2．5 5．5 4 7 283m／min 2135 ³ ³ ^2．5 ⁴ 316 ⁴ 415 ⁵

第9表表面あらさに及ぼす旋盤の新旧影響一1 5．まとめ

（被削材SUS 27）

本実験研究によって得られた結果をまとめれば次の通切削速度 24m／min 46m／min 86m／min りである。

切込み rn rn

（1）ステンレス鋼の旋削においては一般に切削速度80

旋盤＼＼ ^0．2 ^0．5 ^0．2 ^0．5 ^0．2 ^0．5 m／min以上で安定した良い仕上面が得られる。

（2｝ステンレス鋼の旋削には高速度鋼バイトは不適当

新旋盤 ⁵ ^4．5 ⁴ ⁴ ^3．5 ⁴ _である。

（3）切削剤による影響効果はあまり認められない。時

旧旋盤 ^3．5 ³ ^2．5 ^3．5 ² ⁵ には却って仕上面を悪くすることもあるので切削剤

唱は特に使用する必要はない。

第10表表面あらさに及ぼす旋盤の新旧の影響（4）バイト材質はSUS27の切削においては超硬合金

（被削材SUS 50） M20， p20， K10及びX407が良く，

魂圏 ^24m！min ^46m／min ^86m／min においてはX407が低速から高速切削まで安定してﾇかった。

mmⁱ （5｝前切刃角の影響は共に30°の時が最も悪い表面と

旋盤＼ ^0．2 ^α5 ^0．2 ^0．5 ^0．2 ^0．5 なり，それより小さくなるに従いまた大きくなるに従い良い表面となった。

新旋盤 ³ ⁵ ³ ^3．5 ^2．5 ^3．5

（6｝切込の影響はα1〜1．1mmの範囲内では殆どみ

1 られない。

旧旋盤 ⁸ ⁶ ⁶ ⁴ ⁴ ⁴

（7）新しい旋盤の方が古い旋盤より仕上面はきれいであるが，その差は低速切削において大きい。

(5)

第1図

表面あらさに及ぼす切削速度と切削剤の影響

一一一切削剤使用せず

@ ゜被削材 SUS27 ．一．う←一一．使用● Rmax Rmax

ω バイト K10 （のバイトM20

30 30

20 20

10 10 ＿＿＿一→く．う史＿一今く＿一一一→←一一一

一齢→←一一キー一一一→←一一一一一一→ぐ

0 0O 100 200 300 0 100 200 300

Rmax V（m／min）Rmax ^{V（m／㎡n）}

（μ）バイト P20 〈μ）バイトTC 3

30 30

20 20

10 10

×−X、，汝一一一→く一一一一一一一一→く ×判、→←一一一イ

0 −− 0 0 100 200 300N）く

0 100 200 300

Rm。x V（m／min）Rm。x ^{V（m／min）}

（μ）ノミイト × 407 （μ）

バイトSKH4

30 30

20 20

10 10

『

?w〉←→←一一軒一一一一つ←一一一一一＿＿一．x

@ 一鵡

0 0 100 200 3000 0 100 200 300

（μ）バイトセラミック 30

20

Xx 、

10 ^、、焉Q〜〜一

0 0 100 200 300

V（m／min）

(6)

第2図

表面あらさに及ぼす切削速度と切削剤の影響

。被削材 SUS50 −一切削剤使用せず

一一^{ｨ←一一一}@〃使用

Rmax_（μ） Rmax ^●

バイト K10 （凶りバイトM20

30 30

20 P0

不 20、霞．＿＿ゴ10

転一卜』一

、六一一一一・−x−一一一一一一一一x

0 0 100 200 3000 0 1蕊「200 300＿」

Rmax

ﾖ 30

V（m／min）Rmaxバイト P20 （ノの 30 V（m／min）バイトTC 3

20

10 、、 10

＼一一う←一一一一〉く一一一一一一一→くメ、＿一一一一一う←一一一一一一一一一x

0 ＿＿一．＿＿」＿＿．．＿⊥＿＿＿

0 100 200 3000 0 100 200 300

Rmax

ﾖ 30 一4。7V（m／m血） t 30 V（m／min）

oイトSKH4

20 20

10 O

尺 10

@涛一米〜卜一一．→←一一＿＿．域⊥ ＿」＿＿＿＿＿＿＿＿」＿＿＿＿＿＿＿」 ×郵

0 100 2QO 300 0 0 100 200 300

Rmax V（m／min） V（m／min）

ω ^{バイトセラミック}

30 20

蚤、N

10 『、＿＿，一一一皿一一一一｝一一メ．

0 0 100 200 300

V（m／min）

(7)

第3図

表面あらさに及ぼす前切刃角の影響

切削速粛撫／勢＝江一翻嘉塩

1（c）283〃一一☆一工具超硬バイトP20

Rmax_（μ）被削材SUS 27

20

［影レー＼＼、・・〃＼△・こ・、

0

i纏＼l L L ＿＿＿＿1 10 20 30 40 50

前切双角（°）

Rmax（μ）被削材 SUS50

20 _{！△一一．一一、}

10

1

@ ／一』』．ｽヂぐ：藤＼ ∠ ＼、，／／＼．＼

0

／／Dノ＼細＼ × 1 」＿■

10 20 30 40 50

前切刃角（°）

(8)

第4図

表面あらさに及ぼす切込みの影響

（a）86m／min一σ一

切削速度（b）160 〃 …耗…送り0．1mm／rev

（c） 283 〃一一△一・一

RmaXl

（μ151 被削材SUS2冠購酬トP2。 1

10L ｝

5レ＿イ・

；恥r＿＿二丁＝婁コニ・肇モ≡峯蘭

・L△／

@ 。お 1側込み（mm）

Rmax

（μ）

15 被削材 SUS27 超硬バイト×407

10

5量三；多；≡蓬三三…＝三享二＝益一＿−O OL I

0．5 1．0切込み（mm）

R（嬰1

15｝一被削材 SUS50 超硬バイトP20

@i10・

5ト蚕＿△＿＿：孝三謡i三認塗rs

i l

ｿ…一…｛一@ 一一一 0．5 1．0切込み（mm）

R聯

10L

@lTL △＜意＝＝7＝匁二＝汀＿一＿，・二ニニニ台一一一『一ヌ（ 1 染一一一訳一一…一一一）←一一一…一沢一一一一一一

ol L

0．5 1．0切込み（mm）

(9)

第5図

表面あらさに及ぼす旋盤の新旧の影響

（a）ワシノ旋盤（新）一一（一

（b）井出〃（旧）一一）←一一一

工具超硬バイトP20

Rmaxiμ）

被削材SUS27 Rmax切込み0．2mm （＃）被肖Uホオ SUS 27

ﾘ込み 0．5mm

10卜1 10

Pi：5L）←一＿＿ 51ぴ＿、、、×『一一〜一〜一一x

堰@ つ。i

一×一一一一．．メー一一一一一一…一訳

P 」＿」＿＿＿」L ．⊥．＿＿」＿＿＿＿↓＿＿＿

・Lﾜ「寸繭「ポザ6一蕊一 3・4・5・6・7・8・

切削速度（m／min）切削速度（m／min）一

R副欝糖゜螂 1。1 10ト l i＞ぐ＼ 1 ＼＿、 1 ＼x＿

被削材SUS50

@ 切込み 0．5mm

hil×、、

5 、一一＿ 5 、、、7、x

、黶Z＼＼＼一

@ 淺＝二＝一二二巻

1°｝一一イー〜〜〜一一し・i3。オ繭ざ。檎。

OLﾜ「オ「蔚一茄7080

切削速度（m／min）切削速度（m／min）

●

(10)

文献（3）片岡・小島・三村：セラミックバイトによる旋削仕

〈1）片岡・小島・三村：旋削による仕上面粗さについて上面の表面あらさについて日本産業技術教育学会誌14号日本産業技術教育学会誌15号

（2）片岡・小島・三村：旋削仕上面の表面あらさについ（4）片岡・小島・三村：セラミックパイトによる旋削仕て上面の表面あらさについて茨城大学教育学部紀要第21号茨域大学教育学部紀要第22号

On the Roughness of the Finished Surface of Stainless Steel by Turning

Hisashi KATAOKA， Tsutomu OZIMA， Giichi MIMURA

The authors reported the result of our investigation on the roughness of the fiDished surface by cemeDted carbide tipped tool and ceramic tipped tool in the previous paper．

In this paper we report on the roughness of the finished surface of austinitic stainless steel（SUS27） and ferritic stainless stee1（SUS 50）． Especially， we made experiments to investigate the effect of the elements Iisted below on the roughness of the finished surface by turning：

1． cutting speed

2． kind of too1 一

3． cutting oi1 圏

4． end cutting edge angle 5． depth of cut

6． age of lath

旋削によるステンレス鋼仕上面の表面 あらさについて

lilt∴i：

Vi、712i6

0 0 100 200 300

転一 卜 』一

@ 。お 1側込み（mm）

旋削によるステンレス鋼仕上面の表面あらさについて

転一卜』一