I 木材切削工具の切れ味測定と切れ味評価

木 材 切 削工 具 の切 れ 味測 定 と切 れ 味評 価 ( ⅩⅩⅩⅠ )*

木材切 削 にお ける工具す くい面 の切 削応力分布 お よび摩擦係数 の 変化 に及 ぼす工具逃 げ面 の摩擦 の影響 (2)

杉

山

滋

長崎大学教育学部技術教育教室 (平成

1 7

年

1 0

月

3 1

日受理)

St udi e s. onQua nt i f i c a t i ono fSe ns uousSha r pne s sa nd Me c ha nl C a lSha r pne s so fWoodCut t i ngTool s .XXX I . *

Ef f e c t sofFr i c t i ononToolRe l i e fFac euponSt r e s sDi s t r i but i onand Fr i c t i onalCoe f f i c i e ntonToolRake‑Fac ei nWoodCut t i ng( 2)

Shi ge r u SUGI YAMA

De pa r t me nto fTe c hno l o gyEd uc a t i o n,Fac ul t yo fEdu c a t i o n , Na ga s akiUni ve r s i t y,Na ga s aki 8 5 2 ‑ 8 5 21

( Re c e i v e d Oc t .3 1 ,2 0 0 5)

Abstr act

Thef r i c t i onalbe havi oront her e l i e ff ac eofave ne e rc ut t i ngt oolt hatt ake spar ti nt he me c hani s m ofve ne e rf or mat i onandt heve ne e rqual i t ybe come sas e r i ouspr obl e m ofut mos t i mpor t anc e.Fe wf undame nt als t udi e sha vedeal twi t ht hi spr o bl e m, ands o, t hemai nobj e c t i ve oft hi spape ri st oobt ai ni nf or mat i onont he m.I nt hi ss t udy,t hef r i c t i onals t r e s s( ど )andt he nor mals t r e s s( 6)Ove rar akef ac ewe r eme as ur e di nt heve ne e rc ut t i ngwi t houtapr e s s ur ebar

,

us i ngacompos i t et oolwi t ht her e s t r i c t e dcont ac tl e ngt h

(rc)

be t we e nt her e l i e ff ac eandt he mac hi ne ds ur f ac e,ass howni nFi g. 1 .Ther e s ul t so bt ai ne dar es ummar i z e dasf ol l ows:

( 1 )Twocompone nt soft hec ut t i ngf or c ear eaf f e c t e dby

rc

,f ori ns t anc e,t hehor i zont al c ompone nti nc r eas e sandt heve r t i c alcompone ntde c r eas e s ,wi t hi nc r eas ei n r

^c.

( 2)The di s t r i but i onsofrand♂Ove rt her akef ac ecanbee xpr e s s e dbyEq.( 5 ) .Fr om t heval ue sof t hec oe f f i c i e nt sandt hee xpone nt si nEq.( 5) , t hee f f e c tof r cuponTand6i smadec l ear( Fi gs . 2and3,andTabl e1 ) . ( 3)Thef r i c t i onalcoe f f i ci e nt( 〟)Ont her akef ac ei nc r eas e swi t h i nc r eas ei nr c,butF Lcanbecons i de r e dt obec ons t antunde rt hevar i ousc ut t i ngc ondi t i ons ( Fi g.4andTabl e3) . ( 4 )Thede gr e eofkni f ec he cksi nc hi pi nc r eas e s ,butt hel oos es i de s ur f ac eoft hec hi ppr oduc e dbe come sr e l at i vel ygood,wi t hi nc r e as ei n

rc.

The s ec ut t i ng phe nome naar edi s c us s e dqual i t at i ve l yont hebas i soft heabove‑ me nt i one dr e s ul t s .

1.緒 昌

実用の切 削工具 は,すべて程度の差 はあって も, その逃 げ面が被削材 と接触 し, しか も 逃 げ面か らの刃先摩耗 も加わ るか ら,逃 げ面の接触が どの程度の影響 を及 ぼすかを知 るこ とが,切削機構 および切削抵抗の解析 を行 ううえで も,な らびに逃 げ面刃先摩耗 の諸問題

本研究 は,研究課題 [木材切削工具の切れ味評価法 (感覚切れ味 と機械切れ味の定量化)に関す る研究]の続報である｡ なお,本研究 を [学校教育 における木材加工 (木工 ･工作 を含む)学習指導のための技術的基礎研究 (第

3 5

報)

Te c h n i c a la n dF u n d a me n t a lS t u d i e s

o nE d u c a t i o no f Wo o dWo r k i n gTe c h n i c a l E d u c a t i o nL e s s o n so f s c h o o l

,ⅩⅩⅩⅤ.]とす る｡上記の研究 (第34報)お よび標記の研究

2 8

杉 山 滋

を検討するうえで も,極 めて重要な 課題の一つである｡ しか しなが ら,

これを究明することは極 めて難 しく, これ までにその研究 を着手 した例す ら,全 くない｡

そこで,この研究では,前報1)にひ

^{F v q w}

き続 き,逃 げ面 と被削材 との接触 を 人為的に拘束 させ る分割工具 (筆者

の考案 による ̀̀逃 げ面接触面積拘束 工具 ･切 削応力分布測定 用分割 工 具")を用いて,切削現象の変化およ びす くい面の切削応力分布 な らびに す くい面の摩擦係数な どに及ぼす逃 げ面摩擦接触の影響 を究明 しようと 試みた｡

Wor kpi e

ce

( a)T 2 ‑k ni f ewi t hout

rc

( b)T 2 ‑k ni f ewt ' t h

rc

Fi g.1. Composi t et ool sus edf ort hi ss t udyandcut t i ng f or cecomponent smeas ur ed.

α: c l e a r a nc ea ngl e; β:s har p ne s sa n gl e;♂: c ut t i n ga n gl e;

チ:

de pt ho fc ut;

A

: a c t ua lt oo 1 ‑ c hi pc o nt a c tl e n gt h;

cc:

r akef a c e l e ngt ho fT2 ‑ kni f e;r

c :

r e l i e ff a c el e n gt ho fT2 ‑ kni f e;

F,N

: f r i c t i o nala ndno r malf o r c e sa c t i ngo nT2 ‑ kni f e;

F′,N

′

:

f r i c ‑ t i o nala n dno r malf o r c e sa c t i ngo nr e l i e ff a c e;R

(吋:

r e s ul t a nt f o r c eo fc ut t i n gf o r c ec ompo ne n t s;

FH(托,

,F

v.,C

,

:

ho r i z o nt a la nd v e r t i c a lc ompo ne n t so fR. , a , me a s ur e dbyo c t a go na le l a s t i c ‑ r l ng d yna mo me t e r;

F"" N"C

"'f r i c t i onala ndno r ma lf o r c e sc al c u‑

l a t e df r o m Eq.

(1).

2

.実 験 方 法

この研究では,工具す くい面の切削応力分布の測定 を行 った分割工具 (既報2)〜6)参照｡こ の ときの分割工具T2ナイフは,直刃状研摩である｡)を用いて,同工具 を構成す るT2ナイ フの逃 げ面 を,被削材 に人為的に接触 させた (いわゆる,

T

2ナイフは,逃 げ面マイクロベ ベル状研摩である｡)切削実験 を行い,逃 げ面接触長 さrcの変化が,す くい面切削応力分布 の変化 に及ぼす影響 を測定 し,その結果 に基づいて,す くい面の摩擦係数の変化 に及ぼす 影響 をも,明 らかにしようとするものである｡ 分割工具 による切削実験の方法 (Fig.1)に ついては,前報 と同様である (詳細 は,前報1)参照)ヰlo

3

.実 験 結 果 お よ び 考 察

分割工具の

T

²ナイフす くい面 に加わる摩擦力F,垂直力

N

のす くい面長 さ

i

7Cの変化に

*1 前報1)では,分割工具 の

T

²ナイ フに加 わ る切 削抵抗の測定結果 を明 らか にす るに先 だち,逃 げ面 と被 削材 との接触長 さ rcの変化 に伴 う切 削力 (被 削材 に加 わ る力)の変化 について述べた｡即 ち,八角形弾性 リング荷重装置か ら測定 され る切削力の水平分力 FH.托‥ 垂直 分力Fv(,a,の rcの変化 に伴 う変動 を測定 した｡ それ らの切 削力の2分力FHけ… FvE"C,を用い,(1)式 か らす くい面 に作用す る摩擦力F.吋, 垂直力 N,I,杏, さ らに,(2)式か ら摩擦係数 FLを, それぞれ求 めた (ただ し,切 削角 を 0とす る)｡

完 Y,cc,,= F=FHH

･ ( n r C c , , C s :

o

O

.IFFvv

霊 o o)

(1,

F L‑

F

, C , /N

,C, (2)

FI ‑ g.3

1)よ り明 らかな ように,飽水材,気乾材 いずれの場合 において も,rcの増加 に伴 いF'1.,C,は増加

,

^Fv吋 は減少の傾 向をそれぞれ 示 した｡ また,(1)式 よ り求 め られ る

F

.,C,は増加

,N

杓,は減少 の傾 向 を示 し, その結果,(2)式 よ り求 め られ る FLは増加 の傾 向 を示 したO なお, これ らの結果 は, いずれの切込量tお よびいずれの jcの

T

2ナイフによる切 削において も同様 の結果が得 られた｡ rcの変化 に伴 うこの ような切 削力 の変化 について,つ ぎの ように説明 し得 る

｡ Fi g.

1に図解 した ように,

r c ‑

Ommの工具 によって加 え られ る切 削力 (FHL"e=0,,Fv(,cZo,)と比較 した場合 に, rcをもつ工具ではFHt榊 ,Fvt柳 のほか,第1逃 げ面 (rcをもつ逃 げ面)には,切削方向 と平行 な方向 に摩擦力 F′が,同方向 と直角な方向に垂直力N′がそれぞれ働 くと考 えられ る｡したがって,rcをもつ工具で は,上記 の ような 力が複合 されて,FH.吋

,F

v (花,として それぞれ測定 され るか ら,FHt脚 ,Fv(,C=0,と比較 すれ ば, rcの増加 に伴 いFHf,a,はF′だ け増加 し, Fv(,C,はN'だ け減少す る と考 えられ る. この ような考 えに基づ けば,F.托‥ N,C)は,(1)式 を用 いる と,次式で表わ し得 るo

完

,

,

c

c

,

,

=

=i;F.R;C‑=Oo,言.

F F' , C s ? :

冨

工

芸

; s c t n so O)

(3, したが って

,

Cの大 きさか ら考 えれ ば,rcの増加 に伴 い

F

,C,は増加

,

N,C,は減少の傾 向 を, それぞれ示す ことになるo

(2)式の FLは,切 削加工 にお けるクー ロン法則 による摩擦係数 と呼 ばれ る もので あるが,既 に,木材切削 にお ける FLの性格 については, 既報8)f9)で検討 を重ねて きた｡横切 削 を主 とす るこの研究 において も,FLの性格 を rcとの関連 で,詳細 に検討す るo

r'=0(mm

)

^t=4

( m m )

W ater‑s

a t u r a t e d

.

LD,

00(∈∈＼g)N

3 6

. , C( r nm)

rTt = 3 (nm )

F ; 0 . 6 0 ) ' 0 ･ 1 9

LL.

0

^･6

(r一三0.88)

0 . . 1

3 6

1

｡( mr n)

³

. P ｡( mr

⁶n

)

³1

｡( mm)

^{6 9}

Fi gl2,Ane xa mpl eo fva r i at i o noff r i c t i o nalf or c e

(F)

andnor malf o r c e

(N)

ac t i ngon

T

2

‑ kni f ewi t hr akef ac el e ngt h

(&).

F

托

‥ N

{托,,

ia n d

rc:

r e f e rt oFi g .1

;r′:

c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t .

伴 う変動 を Fig.2に示す｡同図は,逃 げ面接触長 さ rcが

r c‑0mm

あるいは rc

‑3mm

一定 とした場合 のA の変化 に伴 うF,Nの変動の測定結果の一例であるが,いずれの rcの場合 において も,また,飽水材,気乾材 いずれの場合 において も,i7Cの増加 に伴 いF,Nは指 数関数 的 な増加傾 向 を示 した｡同図 には,八 角形弾性 リング荷重装置 か ら測 定 され た

F(相,N ,C,をも,F,N と比較するために示 した (各

e

cにお ける F(,C,あるいはN,C,には, それぞれ有意差がない ことを確 めた｡図中には,それ ら^{F .,C},あるいはN,C,の平均値で示 し た)｡同図か ら明 らかなように,ccが増加す るに伴い

F

は

F

,C,に,また,N は^{N ,C},にそれ ぞれ漸近す る｡F と^F.料,あるいはN と^N ,C,が ほぼ一致 している とみなし得 る 基 の位置 が, おお よその切屑接触長 さ & , と考 えられ る^｡ 図か ら 17kを求 めると,いずれの rcにお いて も, また,飽水材,気乾材いずれの場合 において も,

i r k‑5.5‑7.5mm

の範囲であ り,

1

7kは

,r

cの変化お よび被削材 の状態 には無関係 の ようである｡この ようにして求めたi7k(‑

A)

の範囲内で,

F

,

N

と脇 との関係 を, それぞれ求 めた｡

F

(kgf

/mm)

,

N

(kgf

/mm)

は,

&

( mm)

の関数 として,次式の ように表 し得 る｡

( 4 )

ここで,(4)式の係数 aF(kgf

･ mm 1 ‑ β F )

, aN(kgf

･ m m

1 P") は, それぞれ

2 C ‑1mm

の ときの F,Nを表 し,べ き指数^{BF, BN}は,jcの変化 に伴 うF,Nの増減 の程度 をそれ ぞれ表 す.(4)式 に,諸係数 な どを代入 した結果 を要約 して,Tablelに示す (

r c‑

0,1

,3mm

の各 場合 を例 として示す)｡同表 によれば

,

BF

,

BNは,いずれ もrc

≒

0の場合で,しか も tの小

さい場合 に若干小 さい値 を示すが,切削条件 の影響 は比較的少 ない, と考 えられ る｡ また,

CF , CNの両者 は,いずれの条件下 において も CF≒CNとみなし得 る｡つ ぎに, aF, aNの rcの変化 に伴 う変動 を明確 にす るため,それ らの一例 を Fig.3に示す｡当然予想で きるよ うに,前報の Fig.

3

¹⁾における F(," N,C,の rcの変化 に伴 う変動 と同様 に,Fig.

3

におけ る aF, UNは,

r

^cの増加 に伴 い aFは増加 の傾向 を, aNは減少の傾 向を,それぞれ示 した｡

す くい面切削応力分布の測定原理2)に基づ き,(4)式 を A について微分すれば,す くい面 に 働 く摩擦応力 T(kg

f /m m

2),垂直応力 6(kg

f /m m

2)は,す くい面刃先か らの距離

1 7 ( …&)( mm)

3 0

の関数 として,次式で表 し得 る｡

三≡

Z;.BPBp

T

6) (5, 即 ち, ㍗, げのす くい面 におけ

る分布 は,既報3)･6)･8)･9)と同様 に, いずれ も刃先先端 に向 うす くい 面上で指数関数的な増加傾 向を 示す ことになる

｡( 5 )

式 において,

αT(kgf･mm 2βT)(‑ aF

･

BF),αo･ (kgf

･ m m‑

2 β6)

(

^{‑ aN}

･

^jgN)は

,

17

‑1mmの とき r, Jをそれぞれ 表す係数である｡ また,βr

( ‑

BF‑1),βo･(

‑

βN‑1)は

,Ta bl e

lよ り推定で きるように,βT≒

βo･と考 えられ,いずれ もおお よ そ ‑0.8‑‑0.7の範囲の数値,

と考 えられ る｡ したがって,い ずれの条件下 において も,β丁, βJには大 きな差 が ないた め,

αT,α6の rcの変化 に伴 う変動 の傾向は,Fig.

3

の aF, aNの

r c

の変化 に伴 う変動 の傾 向 と ほぼ同様 となる, と考 えて よい｡

また,任意の ♂位置での

r

,

♂

は,(5)式 により求めなければな らないが, ㍗, 6の rcの変化 に 伴 う変 動 の傾 向 も,Fig.

3

の

杉 山 滋

Table 1.Variation orfrictionalforce

( F)

and norm alforce

( N)

acting on T2‑knife with rake face length (i7C) under variouscutting conditions.

∫ F,N rc

‑

0 (mm) rc‑1(mm) rc‑3 (mm) (mm)(kgf/nd Watsaturerate

d

Air‑dried W atsaturerat‑e

d

Air‑dried W atsatureatr‑e

d

Aiトdried

2 F 0.262co.26 0,204C0‑22 0̲40j7C0‑18 0,3117co,16 0.412co,17 0.30cc0.16

〟 0.47cc0.22 0.612cO.20 0.53i7co.19 0̲392co.17 0.572co.14 0.412C0‑13

3 F 0.3517C0‑21 0,26cc0‑24 0.50Ao.20 0.39i7co.20 0.50cc0,23 0.392cO.19

〟

0.60AO.24 0.84度0.19 0.732cD.23 0.552cO.22 Ol74cc0.17 0,51cc0,17 4 F 0.392C0‑25 0.272cO,28 0.542co.22 0.42i7cO,24 0.602cO.19 0.472co.19

. ヽ

0.78品0.23 1.042co19 0.912co.23 0.692C0‑25 0,85,cc0,20 0.6117col5 6 F 0,452C0‑28 0.3317cO,27 0.662co.25 0.45cc0.27 0.6917cO.28 0.53j7cO.22

i,ec(mm)andrc:refertoFig.1.

Tab一e2･Ratioofcutting forceontoolfaceneartooledgetototal one on toolface.

〜 Waterr‑c‑0 (nm) W ater‑rc‑1(mm) W aterrc‑3(mm) (mm) saturated Air‑dried saturated Air‑dried saturated Air‑dried

rF(rN) rF(rN) rF(rN) rF(rN) rF(rN) rF(rN) 2 0.57(0.59) 0.57(0.58) 0.67(0.58) 0.61(0.57) 0.63(0̲61) 0.64(0.63) 3 0.58(0̲58) 0.56(0.57) 0̲60(0.54) 0.64(0.56) 0.57(0.59) 0.65(0.58) 4 0ー52(0,57) 0.49(0.58) 0.60(0.56) 0.53(0.54) 0.57(0.58) 0.63(0.61) 6 0.46(0.53) 0.46(0.56) 0.51(0.52) 0.49(0.49) 0.47(0.48) 0.50(0.46) rF(rN):ratlOOffrictional(normal)forceactingonT2‑knife(Ac‑0.48mm)tototalfrictional (normal)forceactingontoolface,respectlVely.

iandrc.refertoFig.1,

Table3.Comparison offrictionalcoefficients

( 〟)

undervarious cutting conditions.

∫ rc‑0 (mm) rc‑1(mm) rc‑3(mm) (mm) Watsaturerat‑ed Air‑dried Watsatureatr‑ed Air‑dried W atsaturerat‑ed Air‑dried

2 0.55(0.54) 0.33(0.35) 0.76(0.66) 0.80(0.59) 0.73(0.76) 0.73(0.64) 3 0ー58(0.58) 0.31(0.35) 0.69(0.63) 0,7ユ(0.60) 0.67(0.67) 0.76(0.66) 4 0,50(0.54) 0.26(0.37) 0.60(0.55) 0.6()(0.51) ().71(0̲70) 0.76(0.68)

〟.calculatedvaluefrom Eq.(6);iandrc･refertoFlg 1.JLinthebracketshowsthe calculatedvaluefromEq‑(2),usingcuttingforces(FL,C‥〜,C,)measuredbyoctagonalelastic‑ rmgdyllamOmeter

aF,aNの rcの変化 に伴 う変動の傾向 と同様 となる苦である｡ この考 えに基づ けば,

r

cの 増加 に伴 い, αrあるいは rは増加 の傾向 を, α♂あるいは げは減少の傾向を,それぞれ示 す ことになる｡

つぎに,す くい面の摩擦係数 を求 めるに先だち,既報3),6),7)と同様 の方法 を用いて,刃先 先端付近 に加わ る切削抵抗 の全切削抵抗 に対する割合 を求 めた｡ここでは

,&‑

0

.

48

m m

ま での

T

2ナイフに加わ る

F

または

N

を,分割工具

( T

l,

T

2両 ナイフ)によって被削材 に 加 えられ る^{F .,C},または N,C,で除 して,刃先先端付近 に占める切削抵抗の割合 (摩擦力の比

を

rF

,垂直力の比 を

rN)

として, それぞれ求 めた｡ それ らの結果の一例 を Table2に要約 して示す｡既報 の結果3),6)と同様 に

,rF,rN

は,いずれ も tの増加 に伴 い減少する傾向を示 すが,飽水材 と気乾材 との差 は,顕著 に現れなかった｡また,rF

, rN

は,いずれの条件下 において も

,rF≒ r N

と考 えられ,しか もそれ らの値 は約 0.5付近 に集中 している.既報の

P

c

3 ) , 6 )

に比べて,若干大 きい

1

7Cに基づいて rF,

r N

を求 めた ことも原因するが,全切削抵抗 の約半分が刃先先端付近お よび逃 げ面 に加わ ることになる^｡

Ta bl e2

に示す ように,

r F

≒r N

であることは,いずれの

T2

ナイ フに よる切 削 におい て も,T2に加わ るF,Nの比 か ら求 め得 るす くい面の摩擦 係数 〃が,等 しい ことを意味 する8),9)｡即 ち,両 ま,(4)式の

(Nu.LruJ

uj

･6

n N x1 '

(

.

g⊥

七 ∈

･Bq)Lx

1

係 数 を 用 い る と,β F≒β N

( Ta bl e

l参照であるか ら,) IL% aF/aN (6) で求 め られ る｡♂≧瓜 の場合 の 〃が,(2)式の 〃を意味す る か ら,(6)式 と(2)式の 〃は, そ れぞれ一致す ることになる｡

それ らの結果 の一例 を Table 3に要約 して示す.同表 によ

1

れば,気乾材では,(6)式 と(2) 式 の 〃に若 干 の差 が あ るが

(気乾材の切削では,割れの発 生が著 し く, そのため,切 削 長 さに現れた切削抵抗の変動 が著 しい｡ これ らの抵抗の ど

1

8

1

0 .

0. 5

t

=4(mm) Water‑Saturated

(Nu̲..uJuJ･Bn"P'(ju.i̲u∈･Bq)諺 8

5

0.0.

t=4(mm) Air‑dried

0

3 6

9 0

r c

(mm)

3 6

r c

(mm) Fig.3.Anexampleofvariationofvaluesofcoefficients

(aF,aN)in

Eq.

(4)wi threlieffacelength(rc).

〜:depthofcut.

t=3(mm) Air‑dried

0 3 6

9

ー 0 3 6

rc(mm) rc(rnrn) Fig.4.Anexampleofvariationoffrictionalcoefficients

(FE)withrelieffacelength

( r c).

αF,αN:refertoFig.3;F托,^,N,3,andi:refertoFig.1.

の位置 に限定 して切削抵抗 を

測定す るかによって,〃の誤差 も大 き くなる)

,( 6 )

式 と

( 2 )

式の 〟は,ほぼ等 しい と考 えられ る｡ また,既報4)･6)のFLの結果 と同様 に,FLは

,t

の増加 に伴い,若干減少す る傾向 を示 し た｡飽水材 と気乾材 とを比較すると

,r c ‑ 0m m

の場合 は,飽水材の方がFLが大 き く,既報 の 結果4)･6)とも一致す るが,rcの増加 に伴いFLはほぼ等 しい値 となるか,または,む しろ気乾 材の方が pが大 き くなる傾 向を示 した｡この ような pの rcの変化 に伴 う変動の傾向の一例 を Fig.4に示す｡同図 より明 らかなように,rcの増加 に伴 うpの増加 の程度 は,飽水材 よ

りも気乾材の方が顕著である｡

ここで,(6)式 あるいは(2)式の 〃を,す くい面の摩擦係数 と対比 させ, クーロン法則 によ るpの性格 を検討 してみる.す くい面の摩擦係数

F

Lは,(5)式 を用いると,

T/

6により,任 意の ♂位置での 〟を求 めることがで きる4)0(5)式 において,β丁≒β♂であるか ら,す くい面

の摩擦係数 〃は,近似的に,

F

L %

aT/ao･ (7)

で表 され,(7)式の FLは,Aには無関係で,す くい面上で一定 となる｡また,αT/α0･≒ aF/aN と考 えられ ることか ら

,( 7 )

式のす くい面の摩擦係数 は

,( 6 )

式 あるいは

( 2 )

式のクーロン法則 による摩擦係数 と一致す ることになる｡ したがって,

Ta bl e3

お よび

Fi g.4

にお ける〟, および前報の

Fi g.3

における〃 1)は,す くい面の摩擦係数 と読 み変 えることがで きる｡

得 られた切削抵抗の変化 (前報の

Fi g.3

1)),す くい面の切 削応力分布

( Fi g,3 )

お よび

3 2

杉 山 滋

す くい面 の摩擦係数

( Tabl e3

,

Fi g.4

お よび前報 の

Fi g.3

1)) の rcの変化 に伴 う変動 か ら,単板切 削現象 の変化 に及 ぼす逃 げ面摩擦 の影響 を考 えてみ る｡逃 げ面 と被 削材 との接 触 の程度が増加 す る と,逃 げ面 に加 わ る切 削抵抗 の摩擦力 F'お よび垂直力N'が次第 に増 加 し, その結果,す くい面 の摩擦応力

r

の増加 を もた らす｡ また,す くい面 の垂直応力

♂

は,逆 に,減少傾 向 となるか ら,切屑 は,す くい面上 で比較 的低圧力下 で擦過 す るが,大 きな Tのために切屑 の流出が妨 げ られ る｡ したが って,逃 げ面 の接触 の程度 が増加 すれ ば, 刃先前方の被 削材 内部 に生 じた割 れ は, す くい面 を擦過 す る過程 で割 れの二次的発達 を助 長 させ る｡一方,逃 げ面 の接触 の程度が増加 す る と,被 削材 との摩擦接触 のた め,刃先先 端付近 には切 削抵抗 の変化が起 る｡ とくに,水平分力 は増加 す るが,垂直分力 は減少 の傾 向 とな る｡ この うちの垂直分力 は,正 の方向

( Fi g. 1

のF

v

(,C,の ように,上 向 き)に働 くか ら, この分力が小 さ くなる ことは,刃先前方の被 削材 に侵入す る割 れが切 削線 とほぼ平行 か, あ るいは低 い角度 で被 削材 の斜 め上 方へ侵入す ることを意味す る, と考 え られ る｡ し たが って,切屑 の裏面 (あるい は,母材 の加工面) は,逃 げ面 の接触 の程度が増加 すれ ば, 割 れの侵入 の角度が原因 して, よ り平滑 となって くる苦 で ある*2｡

4

.結

論

(1)す くい面 に働 く摩擦応力 T,垂直応力 Oは,(5)式 の実験式 の ように表 され

,r c

の変化 に伴 う r

,

♂の変化 の傾 向が明 らか となった

( Fi g.2

,

Fi g.3

お よび

Tabl el )

0

(2)逃 げ面 を含 めた刃先先端付近 に加 わ る切 削抵抗 の全切 削抵抗 に対 す る割合

( r F

, rN) は,

r

cの変化 とはほぼ無関係 で, しか も rF≒rNとなった

( Tabl e2 )

0

( 3 )

す くい面 の摩擦 係 数 両 ま,近 似 的 に

( 7 )

式 で表 され るが,FLは

,( 2 )

式 あ るい は

( 6 )

式 の クー ロ ン法則 に よる摩擦係数 と一致 す る こ とが,

r

cの広 い範 囲 にわ た って判 明 したop は,いずれの rcを もつ工具 において も,そのす くい面上 で一定 となった｡また,rcの増加 に 伴 い 〟は増加傾 向 を示 した

( Tabl e3,Fi g.4 )

⁰

文 献

1)杉 山 滋 :長崎大学教育学部紀要 一 自然科学‑ N0.73,41‑45 (2005).

2)杉 山 滋 :木材学会誌,23,472 (1977). 3)杉 山 滋 :木材学会誌,23,480 (1977). 4)杉 山 滋 :木材学会誌,23,534 (1977).

5)杉 山 滋 :木材学会誌,24,19 (1978).

6)杉 山 滋,徳 山祐治 :木材学会誌,24,612 (1978).

7)林 大九郎 :東京教育大学農学部紀要, 8,179 (1962). 8)杉 山 滋,菅 都子 :木材学会誌,24,698 (1978).

9)杉 山 滋,中島明 子 :材料,28,597 (1979).

*2 本実験 の全条件下での切屑 を採取 し,20倍 の万能投影機下 で切屑 の割れお よび裏面の粗 さを中心 に観察 を行 った｡ その結果,飽水材, 気乾材 で は,割れの様相 に著 しい差 はみ られなか ったが,これ らのいずれの場合で も,rcの増加 に伴 い割 れの侵入角度が次第 に低 くなる 傾 向が観察 された｡しか し,割 れの侵入長 さは逆 に増加 す る傾 向を示 し,しか も割れの先端部 か ら切屑 の表面 に向 って二次的割れが侵入 している様相 が観察 された｡一方,切層の裏面 の粗 さは,rcの増加 に伴 い小 さ くなる傾 向が観察 された｡なお,切屑の曲率半径 の変化 に は殆 ど差 が認 め られなか った｡

以上 の ように,逃 げ面 と被 削材 との接触 は,その程度が増加 す るに伴 い,切 削抵抗,す くい面応力分布,摩擦係数 な らびに切屑の様相 な どに影響 を及 ぼす ことが判明 したoこの研究 は,前記 した ように,逃 げ面 と被 削材 との接触が切 削現象の変化 に どの ような影響 を及 ぼ すか を究明す るために,第

1

逃 げ角 を Ooとして実験 を行 ったが,実用の切削工具 の刃先摩耗過程か ら考 えれ ば,比較的小 さな rcで,しか も第1逃 げ角 を負 とするような実験が必要 となって くる｡第 1逃 げ角が負 となるような場合 には,垂直分力 は正 の方向か ら負の方向

( Fi g. 1

のFv t,C,とは逆 に,下向 き)に働 き,逃 げ面 の接触 の程度が増加 す るにしたがい, この分力が次第 に大 き くなるか ら,それに応 じ て切層 の様相 も異 なって くることが予想 され得 る｡これ らの問題 に関 しては,す くい面 の刃先摩耗 を想定 した基礎実験 をも含 めて,今後 にわた り検討 しなければな らない課題 と考 えてい る｡