ステンレス鋼および純チタン材のエンドミル切削www.tool-tool.com

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１． 試験目的

ステンレス鋼および純チタン材を難削材加工用エンドミルと一般加工用ハイスエンドミルを用いて、側面切削を実施し、切削特性を評価した。

２． 試験方法

２．１ 試験装置

（１）工作機械

立形マシニングセンター ＶＭＣ５３０Ⅱ（エンシュウ㈱製）

（２）切削抵抗測定

キスラー動力計　９２５７Ｂ（日本キスラー㈱製）

（３）工具摩耗測定

工具顕微鏡　ＴＵＭ－２２０ＥＨ（㈱トプコン製）

（４）表面粗さ測定

表面粗さ・輪郭形状測定器　ＳＥＦ－３０Ｄ（㈱小坂研究所製）

（５）硬度測定

ハードネステスタ　ＤＴＲ－ＦＡ３００（松沢精機㈱製）

２．２ 工具

（１）TiAlNコーテッド超硬

　　　寸法　φ８×１９×７５mm　（刃径×刃長×全長）

（２）TiAlNコーテッド粉末ハイス

　　寸法 φ８×２０×７５mm　（刃径×刃長×全長）

２．３ 被削材

（１）ＳＵＳ４３０（納入状態　焼なまし）

（２）ＳＵＳ４１０（納入状態　焼なまし）

（３）純チタン（納入状態　焼なまし，　２種　熱間加工）

２．４ 測定項目

（１）工具摩耗幅（各切刃の工具先端より、３～４mm辺りを測定し、４個所の平均値を摩耗幅とした。）

（２）切削抵抗値

（３）試験後の表面あらさ

（４）被削材の硬度

２．５ 試験加工条件

番 被　削　材 工　　具 回 転 数 送　り Ａｄ 共　 通

号 種　 類 （ｒｐｍ）（mm） Ｒｄ(mm) 条　 件

① ＳＵＳ４３０ TiAlNコー ２３９０ ４８０ １２

テッド超硬 ０．８ 乾式切削

② ＳＵＳ４３０ TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ １０９５ ３１０ １２

粉末ハイス ０．８ ダウンカット

③ ＳＵＳ４１０ TiAlNコー　 ２３９０ ４８０ １２

テッド超硬 ０．８ 工具突き出し

④ ＳＵＳ４１０ TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ １０９５ ３１０ １２ 量＝３５mm

粉末ハイス ０．８

⑤ 　純チタン TiAlNコー １５９０ ２９０ １２

テッド超硬 ０．４

⑥ 純チタン TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ ４７０ １１７ １２

粉末ハイス ０．８

⑦ 純チタン TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ ４７０ １１７ １２

粉末ハイス ０．４

※Ａｄ＝軸方向切り込み深さ　　Ｒｄ＝半径方向切り込み深さ

２．６ 試験終了基準

（１）逃げ面摩耗幅：０．１mm

（２）切 削 距 離 ：５ｍ

３． 試験結果

３．１ 工具摩耗幅

（１）ステンレス鋼ＳＵＳ４３０材の加工試験の結果（図１参照）では、工具のTiAlNコーテッド超硬、TiAlNコーテッド粉末ハイス共に、切削距離５ｍの加工終了時点でも逃げ面摩耗幅は0.1mm以下であった。取り分け、TiAlNコーテッド超硬の摩耗幅は、20.7μmと極めて小さく、乾式でも加工に使用できることが判明した。

（２）ステンレス鋼ＳＵＳ４１０材の加工試験（図２参照）では、TiAlNコーテッド超硬工具の場合、試験終了時点（切削距離５ｍ）で摩耗幅１９.１μm、TiAlNコーテッド粉末ハイス工具では５１μmと小さく、共に加工に使用することが可能なことが分かった。

（３）ステンレス鋼ＳＵＳ４３０材（フェライト系）とＳＵＳ４１０材（マルテンサイト系）の摩耗量の顕著な違いは、試験結果からは出ていない。（本来なら、マルテンサイト系の方が、工具摩耗量は大きくなるはず。）

このことは素材が共に焼なまし処理のため、硬度差（３．４被削材の硬度参照）もなく、同じ様な組織に成っていることに因るものと、判断できる。

　（４）純チタン材の加工に関して言えば、両工具共、使用に適していない。両工具共３パス（0.3ｍ）加工で、直ぐに逃げ面摩耗幅が0.1mm以上に達した。

当然に予想された結果であり、水溶性の切削液を加工点に大量に注ぎながら、加工することが不可欠である。このことが、この試験結果（図２参照）からも実証された。

３．２ 切削抵抗値

（１）TiAlNコーテッド超硬工具を用いて、ＳＵＳ４３０材およびＳＵＳ４１０材を加工した時、いずれの場合も５０パス加工時の切削抵抗値の方が、１パス加工時の抵抗値より、小さな値（図３、４参照）を示した。

これは工具摩耗が、まだ比較的小さい（２０μm前後）中で、工具形状の均一性（購入状態に比べて）による摩擦係数の低下、および加工時のすくい面の温度上昇による摩擦力低減等が影響したものと推察される。

（２）TiAlNコーテッド超硬工具での加工では、水平分力より、垂直分力の抵抗の方が大きい。しかし、TiAlNコーテッド粉末ハイス工具では逆に水平分力の方が、垂直分力より大きいと言う工具の違い（材種、すくい角、逃げ角等）による切削抵抗の形態の違いが出ている。（図３、４参照）

（３）工具のTiAlNコーテッド粉末ハイスでのＳＵＳ４３０材とＳＵＳ４１０材の加工性を比較すると、ＳＵＳ４１０材の加工時の方が、切削抵抗、逃げ面摩耗幅（切削距離５mの時）共に小さい。

従って、ＳＵＳ４３０材より、ＳＵＳ４１０材の加工に適していると言える。

３．３ 試験後の表面あらさ

（１）TiAlNコーテッド超硬工具を用いて、ＳＵＳ４３０材を加工した時、最大高さのあらさ表示で、Ｒｙ２．９～５．１μm（切削距離５m）であった。また、ＳＵＳ４１０材の加工ではＲｙ１．３～４．０μm （同、５m）と共に、昔の仕上げ記号（三角記号）の▽▽▽（３山）の上仕上げに相当した。

（２）TiAlNコーテッド粉末ハイス工具を用いてのＳＵＳ４１０材の加工では、Ｒｙ2.7～6.0μm（同、5m）で、同じく▽▽▽の上仕上げであつた。

しかし、ＳＵＳ４３０材の加工ではＲｙ6.5～12.8μm（同、5m）と少し大きく、仕上げ記号の▽▽（２山）の中仕上げ程度であった。

３．４ 被削材の硬度

（１）ＳＵＳ４３０材

実測値　82.2～83.1ＨＲＢ　（ＪＩＳ規格　88ＨＲＢ以下）

（２）ＳＵＳ４１０材

実測値　81.5～83.6ＨＲＢ　（ＪＩＳ規格　93ＨＲＢ以下）

（３）純チタン材

実測値　77.4～79.1ＨＲＢ（ＪＩＳ規格110ＨＢ以上(62HRB以上)）

ＳＵＳ４３０材とＳＵＳ４１０材は、同程度の硬度であった。

４． まとめ

（１）工具のTiAlNコーテッド超硬は、乾式切削でもステンレス鋼のＳＵＳ４３０材、ＳＵＳ４１０材の加工に使用することが、十分可能であることが分かった。

（２）工具のTiAlNコーテッド粉末ハイスは、ステンレス鋼のＳＵＳ４１０材の乾式切削に使用可能であるが、ＳＵＳ４３０材の乾式切削に使用するには、多少難しい面がある。

（３）工具のTiAlNコーテッド超硬、TiAlNコーテッド粉末ハイス共に純チタン材の乾式での切削には、使用できない。両工具を用いて加工する場合には、水溶性の切削液を加工点に大量に注ぎながら、加工する必要がある。

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