九州大学学術情報リポジトリ

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Kyushu University Institutional Repository

CBNホブによる中硬度歯車の仕上げに関する研究

中江, 道彦

https://doi.org/10.11501/3128611

出版情報：Kyushu University, 1997, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

( ] )  

C B N ホ ブ に よ る 中 硬 度 歯 車 の 仕 上 げ に 関 す る 基 礎 研 究

平 成 9 年 3 月

中 江 道 彦

目 次

第 1章 緒 論 一一一一ーー一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー‑

1 

~

6 

1・1 研 究 の 目 的 一一一一一一一

1・2 C B N工 具 に よ る 切 削 に 関 す る こ れ ま で の 研 究 一一一一‑‑一一一 3  1 ・3  本 研 究 の 内 容 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一‑ 4 

第 2章 旋盤による断続切削における CBN 工具の切削性能 一一一一一 7~

3 4  

2 ・1 緒 言

2 ・2 実 験 方 法 お よ び そ の 条 件 2・2・1 断 続 旋 削 実 験

2・2・2 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ 加 工

2 

・

2 

・

3 

切 削 急 停 止 実 験 一一一一一一一一一一ー一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一ー‑

1 3   2

・

3

切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ の 最 適 寸 法 一一一一一一一一一ー一一一一一一

1 5

2 ・4  切 削 速 度 の 影 響 一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑ 1

‑ 8  

2 ・5  被 削 材 硬 さ お よ び 材 種 の 影 響 一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑ 18 

2 ・6  切 削 油 の 効 果 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 24 

2 

・

7 

仕 上 げ 面 粗 さ に 関 す る 考 察 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一

3 0   2 

・

8 

結 言 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑

3 4  

第 3章 舞 い ツ ー ル 切 削 に よ る C B N仕 上 げ ホ ブ の 基 礎 性 能 評 価 _35~

5 5   3 

・

1 

緒 言 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一

3 5  

3 ・2  実 験 方 法 お よ び そ の 条 件 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 36  3 ・2 ・1  二次 元 舞 い ツ ー ル 切 削 実 験 一一一一一一一一ー一一一一一一一一ー一一一‑ 36  3 ・2 ・2  Vみ ぞ 舞 い ツ ー ル 切 削 実 験 一一一一一一一一一一一一一一一一ーー一一一一 36  3・3 二 次 元 舞 い ツ ー ル 切 削 に よ る 性 能 評 価 一一一一一一一一一一一一一一一一一‑42  3 ・4 V み ぞ 舞 い ツ ー ル 切 削 に よ る 性 能 評 価 一一一一一一一一一一一一一一一一一‑

4 5   3

・4 ・

1 

上 向 き 切 削 に お け る 切 削 性 能 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑

4 5  

︑1 1 J

噌EEEA

/f︑ ︑

3・4 ・2 3・4 ・3

3

・

5

結

下 向 き 切 削 に お け る 切 削 性 能 一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一 49 各 種 切 削 条 件 に お け る 切 削 抵 抗 一一一一一一一一一一一一一一ー一一‑ 53 

第 4章 切削油剤による仕上げ面粗さの改善 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 56~

8 7  

4 ・1  緒 言 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一

5 7  

4 ・2 実 験 方 法 お よ び そ の 条 件

4 ・2 ・1  被 削 材 離 脱 実 験 一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑ 58  4 ・ 2 ・ 2  切 削 急 停 止 実 験 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑ 62  4 ・

2 

・3  湿 式 舞 い ツ ー ル 切 削 実 験 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑62 

4 

・

3

切 削 面 粗 さ と 切 れ 刃 付 着 物 の 関 係 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑

6 7  

4 ・3・1 乾 式 切 削 の 場 合 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一 一一一一一

6 7

4 ・3 ・2  湿 式 切 削 の 場 合 一一一一一一一一一‑‑ーーーーーーーーーーーー一一一一一ー一一一

7 2  

4 ・ 4 仕 上 げ 面 粗 さ に 及 ぼ す 切 削 油 の 効 果 一一一一一一一一一一一一ー一一一一一

7 6   4 

・

5 

切 削 油 粘 度 の 影 響 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

7

，

9  4

・

6

塩 素 化 合 物 お よ び 硫 黄 化 合 物 含 有 量 の 影 響 一一一一一一一一一一一一一一

7 9

4 ・ 7  水 溶 性 切 削 油 の 効 果 一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一‑

8 2  

4 ・8 各 種 工 具 に よ る 仕 上 げ 面 粗 さ の 比 較 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 85 4 ・

9 

結 言 一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑

8 7  

第 5章 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 形 状 が 仕 上 げ 面 粗 さ お よ び 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響

8 8 " " 1 1 1  

5 

・

1 

緒 言 一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一 一一一一‑ 88  5 ・2  実 験 方 法 お よ び そ の 条 件 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一 一89 5・3 切 削 面 粗 さ に 及 ぼ す 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 形 状 の 影 響 一一一一一一‑94  5・4 ホ ー ニ ン グ 形 状 に よ る 仕 上 げ 面 粗 さ の 比 較 一一一一一一一一一一一一一一 94 5・5 ホ ー ニ ン グ 形 状 に よ る 工 具 摩 耗 の 比 較 一一一一一一一一一一一一一一一一一

1 0 5

5 ・6  結 言 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一‑

1 1 2  

( 2 ) 

第 6章 試 作 ホ ブ に よ る 切 削 実 験 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 113‑‑‑‑125 

6 

・

1 

緒 言 一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 113 

6 

・

2 

実 験 方 法 お よ び そ の 条 件 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー‑ 114  6 ・3  実 験 結 果 お よ び 考 察 一一一一一一一一一一一ー一一一一←一一一一一一一一一ー一一一ー一一 117 

6 

・4  結 言 一一ー一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一

1 2 5  

第 7章 結 論 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 126‑‑‑‑129 

謝 辞 一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一 130 

参 考 文 献 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一 131‑‑‑‑133 

( 3 ) 

第 1章 緒 論

1

・

1

研 究 の 目 的

近 年 ， 歯 車 装 置 の 小 型 化 あ る い は 高 荷 重 伝 達 の 要 求 に 伴 い ， 歯 車 を 硬 く し て 用 い る こ と が 多 く な っ て き て い る (¹ ) 歯 面 を 硬 く す る た め に ， 熱 処 理 を 施 せ ば ひ ず み が 生 じ る こ と か ら ， 熱 処 理 後 何 ら か の 歯 面 仕 上 げ が 必 要 となる. その上， 中 硬 度 (

H B 3 0 0 " " ' 5 0 0 )

以 上 の 硬 い 歯 車 で は ， な じ み の 効 果 が 期 待 で き な い た め ， 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 粗 さ の 影 響 が 大 き く c:nー

( 5 ¥

そ の 硬 さ に 見 合 っ た 高 い 負 荷 能 力 を 得 る に は ， 歯 面 を で き る だ け 滑 ら か に 仕 上 げ る こ と が 必 要 で あ る C6 )ー C9 ) こ の た め ， 硬 く し た 歯 車 の 歯 面 を 向 精 度 か っ 滑 ら か に ， し か も 生 産 コ ス ト が 上 昇 し な い よ う に 経 済 的 に 仕 上 げ

る こ と が 大 き な 課 題 と な っ て い る .

焼 入 れ 後 の 歯 車 歯 面 の 仕 上 げ 法 と し て は ， 従 来 か ら 研 削 ， }巳硬スカイビ ン グ ホ ブ 切 り お よ び 歯 車 形 ・ ウ ォ ー ム 形 工 具 を 用 い た ホ ー ニ ン グ 加 工 な ど が 行 わ れ て い る C1ト C1 0 ) マ ー グ 方 式 ， ナ イ ル ス 方 式 お よ び 旧 ラ イ ス ハ ウ エ ル 方 式 の 歯 車 研 削 は 高 精 度 の 加 工 が 可 能 で あ る が ， 生 産 性 が 低 い 上 に ， 高 価 な 設 備 が 必 要 で あ る . そ の 後 ， 鼓 形 ウ ォ ー ム 状 砥 石 を 用 い た ラ イ ス ハ

ウ エ ル R Z P方 式 お よ び 成 形 法 に よ る カ ッ プ 方 式 歯 車 研 削 が 開 発 さ れ ， 生 産 性 が か な り 向 上 し て 自 動 車 用 の よ う な 量 産 歯 車 の 加 工 に 用 い ら れ る よ う になってきたが， ま だ コ ス ト の 点 か ら 問 題 が あ る . 超 硬 ス カ イ ビ ン グ ホ ブ 切 り は 剛 性 の 高 い 専 用 の ホ ブ 盤 を 必 要 と し ， し か も 加 工 さ れ た 歯 車 の 歯ー は 他 の 方 法 よ り 組 く ， ま た ， 高 精 度 を 得 る た め に は ホ ブ を よ り 高 精 度 に 製 作 し な け れ ば な ら な い . また， ホ ー ニ ン グ 加 工 は 歯 車 形 レ ジ ン ボ ン ド 砥 石 あ る い は 砥 粒 を 混 入 し た 樹 脂 製 の ウ ォ ー ム 形 ホ ー ン を 被 加 工 歯 車 に か み 合 わ せ ， 押 し 付 け な が ら 回 転 さ せ て 歯 面 に 生 ず る 相 対 す べ り に よ っ て 加 工 を 行 う も の で あ る . 短 時 間 に 歯 面 粗 さ を 向 上 さ せ る こ と が で き る が ， 工 具 の 精 度 維 持 が 困 難 で あ る こ と ， 歯 形 誤 差 の 修 正 が で き な い こ と な ど の 欠 点 が あ る . 他 に 歯 車 の 仕 上 げ と し て は ， ホ ー ニ ン グ 加 工 と 同 様 に 歯 車 形 工 具 と

被 加 工 歯 車 を ね じ 歯 車 と し て か み 合 わ せ ， 回 転 さ せ る シ ェ ー ビ ン グ 加工 も あ る が ， 高 速 度 鋼 製 工 具 を 用 い る た め に 被 加 工 歯 車 の 硬 さ が 制 限 さ れ る . そ の 上 ， 加 工 条 件 や 機 械 剛 性 な ど が 仕 上 が り 歯 形 に 大 き く 影 響 を 及 ぼ す (

1 1)・ (1 2)た め に 仕 上 が り 歯 形 の 予 測 が 困 難 で あ る (1 3)，  (1 4 )  こ の よ う に い ず れ も 生 産 性 あ る い は 加 工 精 度 に 問 題 が 残 さ れ て い る . こ の た め ， 各 方 面 で 硬 い 歯 車 の 仕 上 げ 法 の 研 究 が 行 わ れ ， 新 し い 方 法 が い く つ か 減 告 さ れ

て い る (15) ‑ ( 20) そ の 多 く は ， 高 精 度 加 工 が 可 能 な 歯 面 研 削 を 高 能 率 で 行 え る よ う に し て 生 産 性 の 向 上 を 目 的 と し た C N C歯 車 研 削 盤 を 用 い る も の で あ る が ， 加 工 機 自 体 が 非 常 に 高 価 で あ り ， ま た 研 削 砥 石 の 成 形 ・ 寿命 に 関 す る 課 題 も あ り ， 現 在 な お 研 究 が 進 め ら れ て い る .

一方 ， 研 削 に 比 べ て ホ ブ 切 り は 大 き な 切 り く ず を 削 り 出 し ， 歯 形 成 形 の 能 力 が 高 い た め に 加 工 能 率 が 良 く ， ま た ホ ブ 盤 が 広 く 普 及 し て い る こ と か ら 新 た な 設 備 導 入 の 必 要 が な い た め 設 備 費 の 点 で も 熱 処 理 後 の 仕 上 げ ホ ブ 切 り が 可 能 と な れ ば ， 有 利 と 考 え ら れ る . 今 ま で に ホ ブ 切 り に よ っ て 高 能 率 仕 上 げ 加 工 を 行 い ， 研 削 歯 車 な み の 精 度 と 粗 さ を 有 す る 歯 車 を 経 済 的 に 得 ょ う と す る 研 究 が 行 わ れ て い る け1)ー(2 3 ) 有 浦 ， 梅l崎 ら に よ る と ， 浸 炭 焼 入 れ や 高 周 波 焼 入 れ に よ っ て 表 面 硬 化 さ れ た 高 硬 度 歯 車 に は C B N (  立 方 品 窒 化 ほ う 素 〉 焼 結 工 具 を 切 れ 刃 と す る ホ ブ を 用 い ， ま た

H B 3 0 0

程 度 の 調 質 歯 車 に は サ ー メ ッ ト ホ ブ を 用 い れ ば ， 良 好 な 歯 面 が 得 ら れ る と と も に 工 具 損 傷 も 少 な い こ と が 明 ら か に さ れ て い る (2 4 )ーは7) 

C B Nは ダ イ ヤ モ ン ド に 次 ぐ 硬 さ を 有 し ， し か も 高 視 に お い て も 鉄 系 金 属 と の 親 和 性 が 低 い と い う 優 れ た 特 性 を 有 し て い る 工 具 材 で あ る は8)‑(:3 0 ) 

C B N工 具 の 研 究 は こ れ ま で 主 と し て 旋 削 や 正 面 フ ラ イ ス 削 り を 対 象 と し て 行 わ れ ， 高 硬 度 材 の 切 削 に お い て 優 れ た 耐 摩 耗 性 を 発 揮 し ， 滑 ら か な 仕 上 げ 面 が 得 ら れ る な ど の 高 い 性 能 を 示 す 実 験 結 果 が 多 数 報 告 さ れ て い る (

3 1 )ー (42 ) そ の た め 開 発 さ れ て ま だ 日 は 浅 い が 高 硬 度 材 の 切 削 用 と し て 注 目 さ れ て い る 材 種 で あ る . その反面， C B N工 具 は 低 硬 度 材 の がl工 に お い て は 比 較 的 大 き な 工 具 摩 耗 を 生 じ る と の 報 告 が あ る (2 9)， (4 3)ー(45 ) また

︒/

'U

他 の 工 具 材 種 に 比 べ て 高 価 で あ る た め ， 般 の 材 料 の 加 工 に は ほ と ん ど 川 い ら れ て い な い が ， 従 来 は 研 削 加 工 に 頼 ら ざ る を 得 な か っ た よ う な 高 使 皮 あ る い は 難 削 の 鉄 系 材 料 を 対 象 と し て ， 生 産 能 率 の 向 上 を ! き ￨ る Ij的で旋門JI

や フ ラ イ ス 削 り の 仕 上 げ 加 工 用 と し て 現 在 普 及 し つ つ あ る (4 G) (4 7) 

以 上 の よ う な 状 況 か ら ， C B Nホ ブ に つ い て も こ れ ま で 高 仮 皮 歯 車 の 仕 上 げ 加 工 に 限 定 し た 使 用 を 目 的 と し て 開 発 研 究 が 主 に 行 わ れ て お り ， そ れ 以 下 の 硬 さ の 歯 車 を 仕 上 げ る 場 合 の

CBN

ホ ブ の 性 能 に つ い て は 明 ら か に さ れ て い な い . C B N工 具 は 硬 さ が 非 常 に 高 い た め ， 高 硬 度 歯 車 だ け で な く HB300~ 500程 度 の 中 硬 度 歯 車 の 歯 面 仕 上 げ に お い て も ， サ ー メ ッ ト を 川 い た 場 合 よ り 精 度 良 く 加 工 で き ， よ り 長 い 工 具 寿 命 を も た ら す 可 能 性 が I "il

い. さらに， よ り 高 速 で の 切 削 が 可 能 で あ る た め ， 生 産 性 の 飛 躍 的 な 向 』 も 期 待 で き る . 優 れ た 切 削 性 能 を 有 す る

CBN

工 具 を 切 れ 刃 と す る ホ ブ を 用 い て 高 硬 度 か ら 中 硬 度 ま で の 歯 車 の 歯 面 仕 上 げ が 可 能 に な れ ば ，

C  B 

ホ ブ を 有 効 に 使 用 す る こ と が で き ， そ の 普 及 を 促 進 し ， ひ い て は 工 具 価 格 の 低 減 に つ な が る も の と 考 え る . こ の よ う な 状 況 の 下 で ， 本 研 究 で は 工 具 寿 命 お よ び 仕 上 げ 面 精 度 の 点 か ら

CBN

工 具 の 使 用 は 必 ず し も 適 し て い な い と さ れ て い る HB300"""500の 中 硬 度 の 歯 車 を 対 象 と し ， C B N ホ ブ に よ り 高 精 度 で 滑 ら か な 歯 面 を も っ 歯 車 を 能 率 良 く 経 済 的 に 仕 上 げ る 万 法 の 確 で を 目 的 と し て 基 礎 的 な 検 討 を 行 っ た も の で あ る .

1

・

2 CBN

工 具 に よ る 切 削 に 関 す る こ れ ま で の 研 究

CBN

^{工 旦 は} 197

2

^{年 に 米国 の}

GE

社 に よ っ て 初 め て 開 発 さ れ た も の で， 日 本 で は 住 友 電 気 工 業 ( 株 〉 が 独 自 の 焼 結 技 術 を 開 発 し ， ] 9 7 7年 1 1月 に 量 産 ・ 販 売 を 始 め た . 米 国 製 の C B  言は

C o

を 主 成 分 と す る 金 属 を 結 合 材 と し て い た が ， 住 友 電 気 工 業 製 の も の はTiN系 の セ ラ ミ ッ ク を 結 合 材 に 用 い て い る け れ I鳴瀧らは， C B N工 具 は 軟 ら か い 材 料 を 切 削 し た と き の 方 が 工 具 摩 耗 が 大 き く な る こ と や 切 削 条 件 に よ り 大 き な ク レ ー タ 摩 耗 が 生 じ る (4 3 )のは，

C  B  N

自 体 の 特 性 で は な く

CBN

粒 子 の 焼 結 機 構

円ぺ

υ

に 依 存 し た 性質で あ る こ と を示 した  (1t ^<1)" それ以後， 主 と し て セ ラ ミ ッ ク 系 結合 材 を 用 い た

CBN

工具が杵及し， そ れ に 関 す る 研 究 が多 く行 わ れて いる.

新 谷 ら は 焼 入 れ 鋼 の 連 続 お よ び 断 続 仕 上げ 切

i

刊 に お け る 刃 先 形 状 の 検討 を行 った (4B). (49)  {夏本らは，段々の促さのクロムモリブデン鋼を被 ì~ ^JI 材 と し て

CBN

工 具の 切 削 性 能 を 調 べ ，

C B  N 

~行ギ および結合ノJ:が摩 粍 に 大 き く 影 響すること，被削材{民さ][[~C

3  5

程度 で じ よLβ 命 が 技 小 に な る こ と を ￨ 児 ら か に し て い る (4 [) ) また， 焼結創刊 (:11tl， . N j Cr系 裕射j文JJ史^{('1 11} 

5 0)， イ ン コ ネ ル f4 2)， オ ー ス テ ンパ処 理 を 施 し た 球 状記鉛 銑鉄 (八D J  )'

(5 1 )な ど の 難 削 材 の 仕 上 げ 切 削 へ の 適 用 も 検討 さ れ ， 良 い 結 * が 得 ら れ て いる. 江川 ら は 焼 入 れ 鋼 切 削 時 の

CBN

工 具の 摩 耗 機 構 に つ い て 調 べ じ 六の 結 合 材 が 凝着物 と と も に 脱 落 し て 保 持 力 が 低 下 し ，

C  B  N

牧子の 脱 落 が 増 加 し て 摩 耗 を 促 進 さ せ る こ と を 示 した (Jin 以上は い ず れ も 旋 削実験 の 結果で あ る .

旋 削 以 外 で は ， 鋳 鉄 の 正 面フ ラ イ ス 加工や 焼 入 れ 鋼 の ボ ー ル エ ン ド ミ ル 加工 (5:1)に 用 い た 例 が あ り ， 高速 切 削 ほ ど工 具摩 耗 が 少 な い と い う 結 果 が 報告 さ れ て い る . 歯車の 仕上 げ 加工 としては， ブ レ ー ド タ イ プ の

C BN

一

六で 焼 入 れ 後 の ま が り 歯 か さ 歯 車 を 仕上 げ.て 精 度 向上に 成 功 し た 仔IJが あ る

け 1)  有 浦 ・梅 崎 ら は ， 試 作 し た C B Nホ ブ を

J

F:

I

い て 浸炭 焼 人 れ し た ，'j主悦 皮 歯車の 歯 切 り 試 験 を 行 い ， C B Nホ ブ の 耐 摩 粍 性 が 優 れ て い る こ と を 夫 吉正 し て い る は7) 

ま た ， 桝 は CB N工 具 は 他 の工 具 よ り 切 れ 刃 稜 形 状 の 切 削 ￨ 面 形 状 へ の 転 写 性 が 良 い こ と を 明 ら か に して い る (1t0 )  日 比 ら に よ っ て ， C B 

に よ る 仕 上 げ 面 の 硬 さ 変 化 や 残 留 応 力 に つ い て も 調 べ ら れ て お り ， 研 削 加工 と 同 等 か ， む し ろ よ り 優 れ て い る こ と を 明 ら か に し た ^(:12 ) 

以 上 の よ う に ， 主 と し て高値 度 の 難 削 材 の 仕 仁 げ 加工に 用 い ら れ ，肖高

f

能 を 示 す こ と が 多 数 報 告 さ れ て い る . しかし， 中 硬 度 材 や 旋 削 以 外 を 対 象 と し た 研 究 例 は 少 な く ， C B Nホ ブ に よ る 中 硬 度 歯 車 の 仕 上 げ に ￨刻 す る も

﹄斗

A

の は 見 あ た ら な い .

1・3 本 研 究 の 内 容

本 論 文 は ， 上 記 の よ う な 状 机 を ふ ま え て ， C B Nホ ブ に よ る 11^I似 皮 l右中 の 仕 上 げ 加 工 に ￨ 却 し て 著 者 が こ れ ま で に 行 っ て き た 研 究 結^{‑ *(5‑1)‑(5 8)}を ま と め た も の で あ る . 本 論 文 は

7 1

主 に よ り 構 成 さ れ ， 第 2J1以 降 の 概 要 は 次 の と お り で あ る

第 2章では， ホ ブ 切 り の よ う な 断 続 切 削 で 間 組 と な る C B N工

J 1

の ぷ 本 的 な 切 削 性 能 を 調 べ る た め ， 旋 盤 に お け る 断 続 切 削 笑 験 を 行 っ た は じ め に ， 耐 チ ッ ピ ン グ 性 の 向 上 に 有 効 で あ る 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ の 長 適 角 度 お よ び 寸 法 を 工 具 摩 耗 と 仕 上 げ 面 粗 さ の 両 面 か ら 検 討 し た . 抄くに切 削 速 度 ， 被 削 材 硬 さ お よ び 切 削 油 の 有 無 が 工 具 摩 耗 と 仕 上 げ 面 相 さ に 及 ぼ す 影 響 を 調 べ た また，

C  B  N  L

具 に お い て も 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ 部 に 切 り く ず の一部が停留したイ、J‑清 物 が 発 生 し ， こ れ が 構 成 刃 先 と 同 機 の 作 用 に よ り 仕 上 げ 面 が 粗 く な る 場 令 が あ る こ と を 明 ら か に し た

第 3章 で は ， 複 雑 な 切 削 機 構 を も っ ホ ブ 切 り に 近 い 状 態 、 で C B Nーに具の 切 削 性 能 を 調 べ る た め に ， フ ラ イ ス 盤 上 で 直 線 切 れ 刃 を も っ 舞 い ツ ー ル に よ り 仕 上 げ ホ ブ 切 り に 相 当 す る 切 り く ず を 削 り 出 さ せ る 断 続 切 削 を 行 っ た . 切 れ 刃 が 回 転 軸 に 平 行 な 2次 元 切 削 お よ び45⁰ _{に 傾 斜 し た} 2つ の 切 れ 刃 に よる V み そ 切 削 を 行 い ， 切 削 速 度 ， 被 削 材 硬 さ お よ び 仁 向 き 切 i']1Jと下向き 切 削 の 違 い が 切 れ 刃 の 欠 け ， 摩 耗 状 態 、 な ら び に 仕 上 げ 面 粗 さ に 及 ぼ す 影 響 を 明 ら か に し た . 特 に 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ 部 に 付 着 物 の 発 生 が な い 場 合 は 仕 上 げ 面 に 切 れ 刃 形 状 が 転 写 さ れ る こ と を 示 し た .

第 4章 で は ， 仕 上 げ 面 が 粗 く な り や す い 硬 さ HB350以 下 の 材 料 の 仕 上 げ 面 粗 さ の 改 善 を 目 的 と し て ， 切 ì~ リ油剤の影響を調べた. 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ 部 に お け る 付 着 物 発 生 状 況 を 詳 細 に 調 べ ， 切削 irll の ~~J *を￨児ら か に す る と と も に C B Nホ ブ に 適 す る 切 削 油 の 粘 皮 お よ び 出 素 化 作 物 ・的 責 化 合 物 の 添 加l量 を 明 ら か に し た . ま た ， 各 極 工 共 に よ る 仕 上 げ t I

u

~~l さを

に. .  

u 

比較し， C B  有 の 優 位 性 を 示 し た .

第 5章では， 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 部 に お け る 付‑着物 の 生 成 を 抑 制 し て 仕上 げ 面 を 改 善 す る た め ， 前 章 ま で 用 い た チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ の 場 介 と 比 較 し て ， 丸 ホ ー ニ ン グ の 効 果 を 調 べ た . 仕 上 げ 而 粗 さ お よ び 切 れ メ

J

の￨耐久性 から総合的に判断して，最適なホーニング Jr~ 状を|児らかにした

第 6章 で は ， 試 作 C B Nホ ブ を

J

lJいて， ホ ブ 権 上 で実 際 に仁

I

^J似)立歯車の 仕 上 げ 加 工 を 行 っ た 歯 面 粗 さ I歯 形 精 度 の 測 定 お よ び ホ ブ 切 れ メ

U 1

負 傷 状 況 の 観 察 に よ り ， 旋 削 実 験 と 舞 い ツ 一 ル 切 削 実!験投で何二られた結よ共栄↓長

L

の玄.こ当当

ι

およびび、C B Nホフブ の 優 秀 性 を

4

椛程認した.

第 7章 は 結 論 で あ り ， 本 研 究 の 成 果 を 総 括 し て 述 べ た

nh u 

第

2

章 旋 盤 に よ る 断 続 切 削 に お け る

CBN

工 具 の 切 削 性 能

2・1 緒 日

|司泊使さが高く，鉄系材料との来日不u 性が低い CBN 工具はよ~j~ 入れ創刊のりj

i

刊 に お い て 工 具 . 摩 耗 が 少 な く ， 市 ‑ ら か な 仕 上 げ ￨ 釘 が 得 ら れ る こ と が 矢 口 ら れ て い る ( ^:3 :3> : し か し ， そ れ ら の 報 作 は 辿 統 旋

l

刊 を 対 象 と し て 行 わ れ た の

r

究 に よ る も の が 多 い ) 出 使 工 具 や セ ラ ミ ッ ク 工

J 4

な ど の 焼 結

IJi

は じ ん 性 が 乏 し い た め ， 断 続 切 削 の よ う な 衝 撃 を 伴 う 切 削 条 件 の ￨ ご で の 使 川 に お い て は 工 具 寿 命 に 大 き く 影 響 す る 切 れ 刃 の 欠 損 が 問 題 と な る . 木 研 究 が 対 象 と す る 歯 車 の ホ ブ 切 り は 切 り く ず 形 状 が 複 雑 な 断 続 切 削 で あ り (5!j} ftll))， 

CBN

ホ ブ を 実 用 化 す る た め に は ， 断 続 切 削 に お け る 切 れ メ

J

の￨師、

l

チ ッ ピ ン グ 強 さ を 知 る 必 要 が あ る . し か し こ れ ま で 断 続 切 削 に お け る

CBN

工 具 の 切 削 性 能 を 調 べ た も の は 少 な い . 新 谷 ら は ，

C  B  N

工 具 に よ る 焼 入 れ 鋼 の 断 続 仕 上 げ 切 削 を 対 象 と し て 研 究 を 行 い ， 大 き な 背 分 力 が 作 用 す る こ と を 利 用 し て 積 極 的 に す く い 面 は く 離 を 起 こ さ せ ， 刃 先 形 状 を 工 夫 す る こ と に よ り 自 生 発 刃 を 繰 り 返 し な が ら 切 削 を 行 え ば ， 工 具 寿 命 が 飛 躍 的 に 増 加 す る こ と を 明 ら か に し て い る ^(4!J )  しかし， ホ ブ 切 り に こ の 方 法 を 採)1‑:)す れ ば ホ ブ す く い 面 は し だ い に 後 退 し て い く た め ， 被 力 I f工歯 車 の あ

J ' 1

支が低￨ごし て い く こ と が 考 え ら れ ， 参 考 に す る こ と は で き な い .

本 章 で は ， 旋 盤 を 用 い た 断 続 切 削 実 験 を 行 っ て

CBN

工 具 の 基 本 的 な 性 能 に つ い て 述 べ る. ま ず ， 切 れ 刃 の 耐 チ ッ ピ ン グ 性 向 と に 有 効 で あ る 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ 一 二 ン グ に つ い て ， そ の 巌 適 角 度 お よ び 寸 法 を 実 験 ￨ 切 に 求 める. なお，

C  B  N

工 具 を 研 削 す る と わ ず か な 刃 こ ぼ れ が 生 じ る こ と が あ り， こ れ を 取 り 除 い て 切 れ 刃 を 消 ・ ら か に す る た め に も ホ ー ニ ン グ は 作 効 で あ る . つ づ い て 切 削 速 度 ， 被 削 材 硬 さ お よ び 切 削 油 の 有 無 が 」二

1 4

摩 粍 お よ び 仕 上 げ 面 粗 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 基 礎 的 な 資 料 を 得 る .

また， C B N工 具 は 鉄 鋼 材 料 と の 親 和 性 が 低 い と 言わ れ て い る に も か か わ ら ず ， 切 削 条 件 に よ っ て は 仕 上 げ 而 に む し れ が 生 じ て 粗 く な る こ と が あ

7  ‑

る. こ の 原 因 を 調 べ る た め に 切 削 急 停 止 実 験 を 行 い ， 得 ら れ た 試 料 の 切 削 点 付 近 を 詳 細 に 観 察 す る こ と に よ り ， 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 部 に 発 生 す る 付 詐 物 が 榊 成 刃 先 と 同 伎 の 作 用 を し ， 仕 上 げ 面 を 粗 く す る こ と を 切 ら か に す る .

n xu  

2・2 実 験 方 法 お よびそ の条 件 2 ・2・1 断 続 旋 削 実 験

CBN

工 具 は

D

社 製 の も の

CCBN‑A

と 呼 ぶ ) と

S

社 製 の も の

C C  B 

と 呼 ぶ〉を 肘 い た . い ず れ も 市 販 品 で

T i N

系 の セ ラ ミ ッ ク を 結 介 材 と し て い る が ， 焼 結 条 件 お よ び 結 令 材 の 成 分 が や や 只 な る た め ， 表 2・ 1 に 示 す よ う に 硬 さ お よ び 抗 折 力 に 売 が あ る . イ ン サ ー 卜 四jfJチ ッ プ

( S N G N )

を シ ャ ン ク に ク ラ ン プ し た も の で ， 工 具 形 状 は 上 す く い 角

5 ω'

横 す く い 角‑

6 

0 ， 横 切 れ 刃 角 お よ び 前 切 れ j J 角 150' コ ー ナ 半 従0.4mmとした.

図 2・1に 示 す よ う に ， 直 径150mm， 長 さ 120mmの材料に￨隔 9mmの 縦 潜 を 4本 入 れ た も の を 被 削 材 と し ， 円 筒 外 周 の 断 続 切 目JIを 行 っ た . 主'IIlll無 段 変 速式旋盤 ( カズヌーブ旋盤 360Il B-X~型 ) を用いて切削速度 一 定の|でで切削

を 行 っ た . 被 削 材 は 主 と し てS45C材を用い， 一部SCM435材 を 用 い た . そ の 成 分 組 成 の 規 格 を 表

2

・

2

に 示 す 機械加工後， ~Jï入れ焼戻しを行って硬 さIIB330‑‑‑‑500に し た も の を 実 験 に 供 し た な お ， 熱 処 理 に よ る 黒j支 部 は 芙 験 前 に 別 の 工 具 を 用 い て 取 り 除 い た .

切 削 速 度 v70‑‑‑‑125m/min， 切 り 込 み tO. 5mmと し ， 送 り fは 切 り 取 り 厚 さ を 仕 上 げ ホ ブ 切 り で の 切 り く ず 厚 さ に 近 づ け る た め ，

O .  

05mm/revとした.

一部 で 行 っ た 湿 式 切 削 で は ， 統 塩 化 油 (出 光 製TU30)を す く い 面 側 か ら 注 い だ . 所 定 の 時 間 切 削 ご と に 工 具 顕 微 鏡 を 用 い て 切 れ 刃 の 慣 傷 状 況 を 観 察 す る と と も に 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 隔 を 測 定 し ， 触 針 式 表 面 形 状 測 定 機 (小 坂 研 究 所 SE‑3C型 〉を 用 い て 送 り 方 向 仕 ヒ げ 面 粗 さ を 求 め た . 切 削 抵 抗 の

3

分 力 は

運 工 作 所 製KSA‑300型 切 削 動 力 計 を 用 い て 測 定 し た

2・2・2 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ 加 工

切 れ 刃 の チ ッ ピ ン グ 防 止 の た め に 必 要 な チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ (刃 殺 し〕 が 所 望 の ￨幅 お よ び 角 度 に 精 度 良 く ， 切 れ 刃 全 長 に わ た っ て一様に力11工 で き る よ う に ダ イ ヤ モ ン ド ホ ー ン を 用 い て ホ ー ニ ン グ を 行 う 専 用 装 置 を 設 計 製 作 し た . 図 2 ・2に そ の 概 附 図 を 示 す . ダ イ ヤ モ ン ド ホ ー ン の 作 用 問 に 対

nu

d 

表2・1C B N工共の硬さおよび抗折力

工 Jl弓て

C B N  ‑ ^ 

C B  N  ‑B 

上 す く い 角

‑ 5 0

横 す く い 角 一

6

⁰

横 切 れ 刃 角 15⁰ 前 切 れ 刃 角 15⁰

1 2 0  

コ ー ナ 半 径 Q.4mm

硬 さ (H V ) 

3100"‑' 3200  3000"‑'3100 

送り

~一一一ー

，c.¥ jlP

し

IIIlll

1ft 折力 ( N/mm~ )

l080^，，‑，  1180  780"‑' 840 

0":> 

図

2

・

1

I~T 続旋削実験

1 0  

c m 0 . 0

﹀

のの

0 . 0

v

ぴ コ

︒の

C . 0

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組件目制ぱ民国州︑

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01 3. 0 

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υ

山一

v ω

喜 一

/ / 塁

1 1  

炉 ー ‑

t、コ、

ノ¥ンドノレ

ダ イ ヤ モ ン ド ホーン

CBN工 具

加 工 状 態

切 込 み 調 整 用 ネ ジ

ダ イ ヤ モ ン ド ホ ー ン 〆 / (#600) 

図 2・2 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 加 工 装 置

し て イ ン サ ー ト チ ッ フ を 任 意 の 角 度 に 設 置 で き ， 微 細 な 切 り 込 み量を 与 え る こ と が 可 能 で あ る . ハ ン ド ル を 回 す こ と に よ っ て ダ イ ヤ モ ン ド ホ ー ン を 往 復 運 動 さ せ ， 切 れ 刃 を 少 し ず つ 接 触 さ せ て ホ ー ニ ン グ を 行 う . コ ー ナ 丸 み 部 の 場 合 は ， チ ッ プ を 少 し ず つ 回 転 さ せ な が ら ホ ー ニ ン グ す る . ホ ー ニ ン グ 加 工 に ￨ 察 し て は 工 具 顕 微 鏡 を 用 し¹て 、 す く い 面 側 お よ び 逃 げ 面 側 か ら 見 た ホ ー ニ ン グ 寸 法 を 確 認 し な が ら 慎 重 に 行 っ た .

2・2・3 切 削 急 停 止 実 験

切 削 の 急 停 止 を 行 う た め に ， 旋 盤 の 刃 物 台 に 取 り 付 け て 用 い る 図 2 ・ 3 の よ う な 装 置 を 設 計 製 作 し た . C B N工 具 を 取 り 付 け た バ イ ト の 下 部 を 直 径

2 . 6 m m

の 鋼 線 で 支 え て 上 か ら ば ね で 押 し て 固 定 し ， マ ン ド レ ル に 保 持 し た 円 板 状 の 被 削 材 を 2次 元 連 続 切 削 す る . 切 削 中 に 打 撃 棒 を ハ ン マ でJIJiい て 鋼 線 を せ ん 断 す る こ と に よ っ て ， 工 具 を 被 削 材 か ら 急 速 に 離 脱 で き る も の で あ る . 被 削 材 は 外 径

4 5 m m

， 内 径

1 7 m m

および￨幅

1 .5  m m

の

S 4 5 C

材，

S C M 4 3 5  

材 を 熱 処 理 し て 硬 さ

H B 3 0 0

，

H B 4 0 0

お よ び

H B 5 0 0

に し て 用 い た . 切 削 速 度 を

7 ' 0 m / m i n

お よ び 送 り を

. o 0 5 m m / r e v

と し ， 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ ￨ 隔 は

O . 0 5

お よ び

0

1 5 m m

の も の を 用 い た . 切 削 急 停 止 後 ， 試 料 の 切 削 点 付 近 を 切 り 取 っ て 試 料 用 樹 脂 に 埋 め 込 み ， 研 磨 し た 後 ， 腐 食 を 施 し て 顕 微 鏡 観 察 を 行 っ た .

nペυ1・i

t o l

﹄'

E:

︒ ︐

‑ E 1 ; J ;

ム : ; ‑ 一

. ゴ 売

fJ 山川氏

切 削 急 停 止 装 置

目

打 撃 棒

~、

せ ん 断 ピ ン 中2.も

回 転 中 心

3 

__J_t__~_1ー・・

1  I  I 1 

1 1‑ー"・・1 1 1 I  I  I  1 1   1 L.̲二三̲1 I 

ーー.J‑'  ̲ ̲ ̲ ̲ L.^I 

‑ ̲̲j a  L I一一一ー

̲ ̲ J .1 ̲ーーーしL.̲ ̲  I .̲ ̲;、ー‑1 I  I 1   I  1 I 1   1 1 、， 1 1  ト ー ー ー ー ‑‑i 

図

2

旋 盤チ ャ ック

トー ‑

4込

2・3 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ の 最 適 寸 法

C B N工 具 は 他 の 焼 結 工 具 と 同 僚 に 切 れ 刃 の 欠 け を 防 止 す る た め に ， 般 に 連 続 切 削 の 場 令 に お い て も 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ (メ

J

殺 し 〕 を 施 し て 用 い る け れ . 特 に 本 研 究 が 対 象 と す る ホ ブ 切 り の よ う な 断 続 切 削 で は 欠 け に 対 し て 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ は 級 め て 有 効 で あ る . 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ の 最 適 寸 法 を 検 討 す る た め ， 前 記 の ホ ー ニ ン グ 装 置 を fljい て 函 2・4に 示 す 角 度 θ (10⁰'"'"'45り お よ びl陥w (0. _04mm~0. 15mm)の 昇 な る チ ャ ン フ ァ ホ ー ニ ン グ を 施 し た C B N工 具 を 用 い て 円 筒 断 続 旋 削 実 験 を 行 っ た .

￨

渇 2 ・5は チ ャ ン フ ァ 角 が 逃 げ 而 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 を 調 べ る た め に ， C  B N ‑ Aお よ び B工 具 に つ い て ， 前 切 れ 刃 と 横 切 れ 刃 の 最 大 摩 耗 ￨ 隔 を 比 較 し て 示 し た も の で あ る . な お ， す く い 面 側 か ら 見 た チ ャ ン フ ァ l幅wはO.05  mm一 定 と し ， 切 削 速 度70m/min， 切 り 込 みO.5mmお よ び 送 り O.05mm/revのも

とでHB330のS45C材 を 20分 間 切 削 し た も の で あ る .

C B N ‑ Aの θ =45⁰の と き 横 切 れ 刃 に 小 さ な 欠 け が 観 察 さ れ た ほ か は 欠 け の 発 生 は 見 ら れ な か っ た . 図 よ り 工 具 材 種 に よ っ て 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 隔 に 差 が あ る が ， い ず れ も θが 大 き く な る ほ ど 摩 耗^l隔 は 小 さ く な る 傾 向 が 見 ら れ ，

θ

= 

30⁰程 度 が 望 ま し い こ と が わ か る .

図 2・

6

は 上 記 の 切 削 実 験 で 得 ら れ た 送 り 方 向 仕 上 げ 面 粗 さ を 示 し た も のである • C B N ‑ Aの20⁰ の と き ピ ー ク が あ る の を 除 け ば ， 平 均 的 に は

3 

X 

‑ x  

W  すくい市l

x ‑ x '

断 面

~2 ・ 4 切 れ 刃 ホ ー ニ ン グ 形 状

にd

tEEム

0.20  r 

0

前逃げ而 CDN‑A 

5 

⁰¹⁵ 

堕

幽ば 0.10  回

h 

0.05 

Q ¥

・ 杭逃げ而

一 一 一

^CBN‑B

¥ 

¥¥  ×チッピングィ写り

て 入

. ー ^{‑ ‑   ̲ .}

¥ ミ

¥ 

.......... 

切iJIJ時間 20分

.......... 

. . . . . . . . .

. . 一一一一一 ・

S45C(HB330)， v70， fO.05， 10.5 

w O . 0 5 

o 

^{5  10  15  20  25  30  35  40  45} 

チ ャ ン フ ァ 角 。 deg

図

2

・

5

逃 げ 面 摩 耗 に 及 ぼ す チ ャ ン フ ァ 角 の 影 響

1 6  

̲‑Cト一一一一一

ρ̲‑ CBN‑s 

/ /  /  / 

15 

10 

日 辻

︑( 出

列記阻

b ﹄ ー ギ

〉

S 4 5 C ( H B 3 3 0 )

， 

v 7 0

， '1

0 . 0 5

， 

t O . 5  

w o .  

05 

4 5   4 0   3 5   3 0  

25  20  15  10 

。

5 

dcg 

仕上げ面粗さに及ぼすチャンファ灼の影料

チ ャ ン フ ァ 角

[

: g

[ 

2

・

6

l 7  

チ ャ ン フ ァ 角 Oが 増 大 す る ほ ど ， 仕 上 げ 面 は 粗 く な る 傾 向 が 見 ら れ る ホ ブ 切 り と は 切 削 機 構 が 異 な る た め ， こ れ を そ の ま ま 歯 而 粗 さ と 見 る こ と は できないが，仕上げ面は Ry7μm~ 上の机さである

次 に 前 記 の 実 験 で 良 い 成 績 を 収 め た チ ャ ン フ ァ

ρ ) 0 

= 

3 0

⁰ を一定として，

チ ャ ン フ ァ IpffiW を 変 化 さ せ た 工 具 を 用 い て 断 続 切 削 を 行 っ た . 図 2・7お よ び 関 2 ・8は そ の と き の 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 隔 お よ び 仕 上 げ 面 粗 さ を

/ J

ミ し た も の で あ る I陪wは

O . 04mm

か ら

O .1 5 m m

ま で の 広 い 範 囲 変 化 さ せ て も 摩 粍IpMに は ほ と ん ど 影 響 を 及 ぼ さ な い こ と が わ か る し か し w= O. 

06mm

以 と で は 社

げ 面 粗 さ が 急 、 に 粗 く な る 傾 向 が 見 ら れ る .

以 上 の 実 験 結 果 か ら ， C B N工 具 の チ ャ ン フ ァ 角 お よ び ￨隔 の 最 適 値 は そ れ ぞ れ

8

= 

3 0

お よ び w= 

O .   05mm

で あ る と 判 定 し ， 以 後 の 切 削 実 験 で は こ の 値 を 採 用 し た .

2・4 切自JI速 度 の 影 響

ヌ12・9は ， 切 削 速 度

7 0

お よ び

100m / min

で 硬 さ

I I s 3 3 0

の

S45C

材 を 断 続 切 削 し た と き の 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 隔 の 増 加 状 況 を 比 較 し た も の で あ る. 切 削 速 度

7 0 m / m i n

で は 摩 耗 増 加 が 非 常 に 緩 や か で ，

2 0

分 切 削 後 (切 削 長 さ

1400m )

で も 摩 耗 幅 は

O . 1  m m

に 達 し て い な い しかし，

1 0 0 m / min

に な る と ， 関 2 ・

1 0

の 電 子 顕 微 鏡 写真 に 示 す よ う に ，

2 .  5

分 の 切 削 で 前 切 れ 刃 コ ー ナ 部 に 大 き な 摩耗が生じ， そ れ が し だ い に 噌 加 し た . さ ら に 切 削 速 度 を

125m / mjn

ま で 上 昇 さ せ た 実 験 で は ， 切 削 開 始 直 後 に 切 れ 刃 に 大 き な チ ッ ピ ン グ が 発 生 し ， 切 削 で き な か っ た ま た 被 削 材 を

H

I3

5 0 0

に 硬 く す る と

100m / min

の 速 度 で も チ ッ ピ ン グ を 生 じ た .

2 ・5 被 削 材 硬 さ お よ び 材 種 の 影 響

被 削 材 の 硬 さ が 逃 げ 面 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て ， 切 削 速 度

70m / min

定 の も と で 切 削 し た結 果 を 示 し た の が 図 2・

1 1

で あ る . 被 削 材 が硬 く な る ほ ど 摩 耗 l隔 は し だ い に 増 加 す る が ，

HB500

の 材 料 の 切 削 で も チ ッ ピ ン グ は

1 8  

横逃げ面 CBN‑B 

S45C(HB330)， v70， fO.05， tO.5  切削時間20分

θ30

⁰  0.08 

0.06 

同H

Hロ 同 四号 ば魁 阻む 摺

0.04 

0.02 

0.15 

0

.1 

0 

0.05 

。

口1m

逃げ面摩耗に及ぼすチャンファ中高の影響

w 

チャンファ￨幅 図

2

・

7

1 9  

CBN‑B  [)  30⁰ 

S45C(HB330)， v70， JO.05， tO.5  25 

15 

5  20 

円ロ ミ

ヘハ 肖

山 刊 . 黒 阻 む

け﹁

ギ ¹⁰ 

0.15  0.10 

0.05 

。

九v m m  

仕上げ面粗さに及ぼすチャンファ

I l w ; の影料

チャンファ!幅

!

玄 1 2 ・ 8

2 0 

0.4 

r 

0 杭逃げ面

・ 前逃げ而

切

j ' i

Ij速度 100 nl/mul 

70 m/nlin 

5 

⁰³ 

1 E  2 丈

島

^0.2

h 

S45C(回 330)，

e 

30⁰  ，wO.05，ω.05 

CsN‑A 

認l

， r

、

0.1 

。

_{10  15} 

切削!時間分

図

2

・

9 切削速度と逃げ面摩耗の関係

5  20 

ーlBLnノ ' U

50μm 

Lー」

S45C(IIB330)，  '¥I 00. '10.05，θ30^J， wO. 05， _CB.~ A 

l

元

12

・11 [ 旦 の 摩 粍j形態

22 

汽や

ι叫¥‑1¥^V 

~)\.

0.12 

0.1  巴 日

t @  

0.08  直

足守一、 0.06 

売 !

0.04  0.02 

S45C， v70， [0.05、

e

30⁰  ，wO.05 

o 

^{CBN‑A  横 逃 げ 面}

・

^CBN‑B 一 一 一 前 逃 げ 面

0 300  400  被削材{J更さ HB

図

2

・

1 1 被削材硬さと逃げ面摩耗の関係

23 

500 

/ 

生 じ な か っ た .

関 2・12はHB330およびIlB500の被自JI材 を 切 削 し た と き の 切 削 抵 抗の 3分 力 を示 し た も の で あ る . 各 分 ノJに つ い て 切 れ 刃 が 被 削 材 に 食い 込 む と き の 設 大 切 削 抵 抗 と 定 常 切 削 時 の 切 削 抵 抗 を 示 し て い る 被内JI材 が 似 く な る と 切 削 抵 抗 は 増 大 す る . IlB500の場合は， 主分 力 の j長 大 他 に お け る 比 切 iJjリ低 抗は

8 G P a

に も な る . こ の よ う な 大 き な 衝 撃 力 が 繰 り 返 し 作 用 し て も 切 れ メ

J

に チ ッ ピ ン グ を 発 生 す る こ と な く ， 耐 え る こ と が わ か る .

上記切 削 に お い て 得 ら れ た 仕 上 げ 而 の 相 さ を 比 較 し た の が 凶

2

・

1 3

で あ る.HB 500に 硬 く す る と Ry2‑‑‑.‑3μmの よ う に 滑 ら か に 仕 上 が る が ， HB400以 下 の 材 料 で は Ry10μm以 上 の よ う に 非 常 に 粗 く な る . こ の 場 合 ， 仕上 け 面 上 に む し れ 状 の 模 様 が 観 察 さ れ た .

図 2・14は 被 削 材 穏 に よ る 影 響 を 調 べ る た め に 使 さ I 1B500に そ ろ え た 345 C材 お よ びSCM435材 を 同一条 件 の も と で20分 間 切 削 し た と き の 最 大 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 隔 を 比 較 し た も の で あ る S45Cの ほ う が や や 摩 耗l隔 が 大 き く な る 傾 向 が 見 ら れ る が ， そ の差は 小 さ い . ま た 仕上 げ 面 粗 さ は い ず れ の 材 料 に お い て もRy2 ‑‑‑.‑3μmの よ う に 滑 ら か に 仕 上 が っ て い た .

2 ・

6

切削;由の効 果

図 2・15お よ び 2・16は， C B  _六 に 対 す る 切 削 油 の 効 果 を 調 べ た も ので， HB 330 ‑‑‑.‑500のS45C材 を 切 削 速 度70m/minで 断 続 切 削 し た と き の 逃 げ 面 摩 耗 ￨ 幅 お よ び 仕 上 げ 面 粗 さ を 乾 式 切 削 の 場 合 と 比 較 し て 示 し た も の で あ る . 使 用 し た 切 削 油 は 硫 塩 化 油 で あ る . C B N工 具に よ る 切 削 に 切 削 剖 ! を 用 い る と ， 工 具 摩 耗 に 対 し て は 被 削 材 が 硬 い 場 合 に わ ず か に 効 果 が あ る も の の そ の 影 響 は 小 さ い . し か し 仕 上 げ 面 粗 さ に つ い て はHB400以 下 の 比 較 的 軟 ら か い 材 料 に 対 し て そ の 効 果 が き わ め て 大 き い こ と が わ か る .

C  B  N 

工具に よ る 断 続 切 削 に 適 す る 切 削 油 に つ い て は 第 4章で 詳 し く 述 べ る .

24 

CBN‑A， S45C， v70， fO.05， tO.5 

e 

^{300  ， wO.05} 

何門向︒

ぽ州 単‑ 一紅 白い え

8 

6 

一 →

I l

‑

‑

世 ︐ Q df

J制

一

一

P3 

↑ lL: 

一

2  P2 

世話D

単純 似 P1:主分力

P2:送り分力 P3:背分力

同

「ー・

← 

トー

200 

150 

100  Z 

川ヘ

hM

再豆 思

P3  50 ト

。

¥ レ HB500 

HB330 

被削材硬さ

サV

。

図

2

・12 切削抵抗

2 5  

CBN‑A  CBN‑B 

0  •

S45C， v70， fO.05  θ30⁰  ，wO.05 

2 0  

15 

5 

日 ミ

ヘ( 肖

山刊

記回

b

パ ﹁

υ﹁γ

10 

400  500  被削材硬さ HB

ハUパUハU﹁ コ

被削材硬さと仕上げ面粗さの関係

図

2

・

1 3

2 6  

CBN‑B 

ー 一 一 一 一 ‑ ‑ ‑ ‑ 一 一 一 ー ‑ ‑

逃げ面摩耗に及ぼす被削材種の影響

「 一 一 ー ー

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HB500， v70，切削時間20分 図

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逃げ面摩耗に及ぼす切削油の効果

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S45C， v70， fO.05，θ30⁰  ，wO.05  式

式 乾 湿

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仕上げ面粗さに及ぼす' 切削 i L B

の効果 図

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2・7 仕 上 げ 面 粗 さ に 関 す る 考 察

C B N工 具 は 鉄 鋼 と の 親 和 性 が 低 い と 言わ れ て い る に も か か わ ら ず ， 軟 ら か い 材 料 の 切 削 で は 仕 上 げ 面 が む し れ 状 を 呈 し ， 相 く な る 場 令 が あ る こ と を 示 し た . こ の 原 因 を 明 ら か に す る た め に C B Nじ 具 で の 切 j'jlJ急停止.を 行 い ， 切 削 点 付 近 の 状 態 、 を 観 察 し た 閃

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工 具 の 切 れ 刃 に は 角 度

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15m mの ホ ー ニ ン グ を 施 し た . 図 か ら わ か る よ う に ， 切 削 点 に 切 れ ヌ

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ホ ー ニ ン グ に 沿 っ て 一様な￨隔の付着物が見られ， それが切りくずの左右にひげ状にイ1~1 び ている.

図 2 ・18は 切 れ 刃 の チ ャ ン フ ァ 角 θを

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⁰ま で 変 化 さ せ た と き の 被 j'j1J

材 の 切 削 点 付 近 の 断 面 を 示 し た も の で ， θ= 0⁰す な わ ち ホ ー ニ ン グ が な い 場 合 は 付 着 物 が 全 く 見 ら れ な い が ， ホ ー ニ ン グ を 施 す と ， そ の 部 分 を 埋 め 合 わ せ る 形 状 の 付 着 物 が 見 ら れ る . この付着物は， 切 り く ず の 一部 が ホ ー ニ ン グ 部 に お い て そ の 流 出 を 阻 止 さ れ て 堆 積 ‑ し た も の で ， ホ ー ニ ン グ 部 だ け に 生 じ ， 他 の 領 域 に 広 が っ て 付 着 す る こ と は な い . ま た ， 工 具 に 強 く 溶 着 し て お ら ず ， 切 削 終 了 後 は 工 具 上 に 残 留 し な い . し か し ， 椛 成 刃 先 ((I 1 ) 

と 同 様 に 加 工 硬 化 し て 実 際 の 切 れ 刃 と な っ て 切 削 を 行 う た め ， 仕 上 げ 面 は む し れ 状 を 呈 し 粗 く な る . 付 着 物 は チ ャ ン フ ァ 角 が 大 き い ほ ど 堆 積 し や す い . ま た 切 削 に よ る 強 い 圧 力 が 作 用 す る た め ， 拘 束 の な い 左 右 方 向 へ 切 れ 刃 に 沿 っ て 押 し 出 さ れ て ひ げ 状 の 付 随 切 り く ず に な る も の と 考 え る .

図 2 ・

1 9

は 切 れ 刃 チ ャ ン フ ァ 角

3 0

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15 mm一定 と し て， 被 削 材 の 硬 さ の 違 い に よ る 付 着 物 の 発 生 状 況 の 変 化 を 示 し た も の で あ る

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の 軟 ら か い 材 料 で は 付 着 物 が 大 き く 成 長 し て い る . し か し ， 材 料 が 似 く な る と 切 削 温 度 が 上 昇 す る た め に 付 着 物 は 小 さ く な り ， I1

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の よ う に 似 いJ弘 ヂ は 付 着 物 は ま っ た く 見 ら れ ず ， 切 り く ず が ホ ー ニ ン グ 面 を す く い 面 と し て 流 出 す る こ と が わ かる. したがって， こ の 場 合 に は 滑 ら か な 仕 上 げ 而 が 得

られる.

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