WO2011052682A1 - 難削鋳鉄の加工方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for processing difficult-to-cut cast iron, and more specifically, in cutting of hard-to-cut cast iron using a cutting tip containing CBN (Cubic Boron Nitride),
  • the present invention relates to a method for processing difficult-to-cut cast iron that can achieve both improvement in cutting speed.
  • the cutting speed V can be reduced by using a cutting tip made of a so-called high content CBN sintered body having a CBN content of 85% by volume or more. 1000 m / min.
  • the above high-speed continuous machining has been put into practical use in part.
  • the cutting edge temperature of the cutting tip is likely to rise during the cutting process, and the cutting is made of a CBN sintered body having a high content and a high CBN content that has high reactivity with iron.
  • the wear of the cutting tip proceeds remarkably fast.
  • a cutting tip made of a CBN sintered body having a high content ratio in the cutting of difficult-to-cut cast iron.
  • ceramics such as TiC (titanium carbide), Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4 (silicon nitride), and SiAlON (sialon) are used for cutting difficult-to-cut cast iron.
  • a cutting tip made of a sintered body or a CBN sintered body (so-called low-content CBN sintered body) obtained by mixing these ceramic powders and CBN particles and sintering them at a high pressure is employed.
  • the cutting speed is 400 m / min.
  • the current situation is as follows.
  • an object of the present invention is to provide a method for machining difficult-to-cut cast iron capable of achieving both a longer life of a cutting tip and an improvement in machining efficiency in cutting of difficult-to-cut cast iron.
  • the processing method of difficult-to-cut cast iron includes a step of preparing a workpiece made of difficult-to-cut cast iron and a step of cutting the workpiece using a cutting tool having a cutting tip.
  • the cutting tip is intermittently brought into contact with the workpiece by revolving while the cutting tool rotates.
  • the cutting tip is made of a sintered body having a CBN content of 85% by volume or more.
  • the thermal conductivity of the cutting tip is 100 W / (m ⁇ K) or more.
  • the present inventor has conducted detailed studies on measures for achieving both a longer life of a cutting tip and an improvement in machining efficiency in cutting of difficult-to-cut cast iron.
  • the cutting speed V is set to 100 m / min. Based on the knowledge that the wear speed of the cutting tip is significantly reduced even when machining difficult-to-cut cast iron when set to the following low speeds, the use of a cutting tip made of a CBN sintered body with high thermal conductivity, and the cutting tool The present inventors have found that the wear rate of the cutting tip can be significantly reduced by combining with the contouring process in which the cutting tip comes into intermittent contact with the workpiece by revolving while rotating.
  • contouring is employed in which the cutting tip intermittently contacts the workpiece by revolving while the cutting tool rotates. For this reason, the cutting tip repeats the state of contacting the workpiece and the state of idling without contacting. As a result, since the cutting tip heated at the time of contact with the workpiece is cooled during idling, the temperature rise of the cutting tip during processing is suppressed.
  • the thermal conductivity of the cutting tip is set to a high value of 100 W / (m ⁇ K) or more, heat dissipation from the cutting tip proceeds efficiently, The temperature rise of the cutting tip is further suppressed. As a result, even if the cutting tip is cooled before the temperature rises beyond the limit and a high cutting speed is adopted, the progress of significant wear caused by the reaction with iron in the cutting tip made of a CBN sintered body is avoided.
  • the contouring process is adopted as described above, the impact is repeatedly applied to the cutting tip by intermittent cutting.
  • the cutting tip which consists of a sintered compact whose CBN content rate is 85 volume% or more is employ
  • the CBN content of the sintered body constituting the cutting tip is less than 85% by volume, the material strength is insufficient with respect to repeated impact described above, Damage such as defects may occur. Therefore, in the present invention, the CBN content is set to 85% by volume or more. Further, in the method for processing difficult-to-cut cast iron according to the present invention, if the thermal conductivity of the cutting tip is less than 100 W / (m ⁇ K), the heat radiation effect of the cutting heat generated during cutting is reduced. As a result, the temperature range of the thermal history is increased, which may cause thermal cracks at the cutting edge and shorten the life until failure. Therefore, in the present invention, the thermal conductivity of the cutting tip is set to 100 W / (m ⁇ K) or more.
  • the contact time which is the time in which the cutting tip and the workpiece are in contact
  • the cutting tip is separated from the workpiece.
  • the idling time which is the idling time in this state, is Y
  • X is 0.2 ⁇ sec (microseconds) to 2 ⁇ sec
  • X / Y is 0.06 to 0.16.
  • the cutting speed V is set to 100 m / min.
  • the wear speed of the cutting tip is greatly reduced in cutting of difficult-to-cut cast iron.
  • the cutting speed V is set to 20 m / min.
  • X is set to 0.2 ⁇ sec or more and 2 ⁇ sec or less
  • X / Y is set to 0.06 or more and 0.16 or less, thereby significantly reducing the wear rate of the cutting tip. It became clear that high-efficiency machining could be realized.
  • contact time means the time during which the cutting tip is in contact with the workpiece while the cutting tool rotates once.
  • the “idling time” means a time during which the cutting tip and the workpiece are separated during the rotation of the cutting tool once (a time when the cutting tool is not in contact).
  • the thermal conductivity of the cutting tip is 120 W / (m ⁇ K) or more, and the cutting speed in the step of cutting the workpiece is 1000 m / min. That's it.
  • the thermal conductivity of the cutting tip By setting the thermal conductivity of the cutting tip to 120 W / (m ⁇ K) or more, 1000 m / min. Even when the above cutting speed is adopted, it is possible to sufficiently suppress the wear of the cutting tip.
  • the average particle size of the CBN particles constituting the cutting tip is preferably 3 ⁇ m or more.
  • the thermal conductivity of the cutting tip can be easily improved.
  • a workpiece made of difficult-to-cut cast iron is prepared. Specifically, for example, as shown in FIG. 1, a workpiece 20 made of hard-to-cut cast iron such as FCD material, FCV material, CGI material, ADI material, etc. and having a cylindrical prepared hole 21 is prepared. . Then, the cutting tool 10 with the cutting tip 11 attached to the tip is inserted into the pilot hole 21 and the wall surface of the pilot hole 21 is cut.
  • the cutting tool 10 rotates around the axis ⁇ , that is, along the arrow A, and around the axis ⁇ that coincides with the central axis of the pilot hole 21, that is, along the arrow B. Revolve. Thereby, the cutting tip 11 contacts the wall surface of the pilot hole 21 intermittently, and cuts the said wall surface. That is, the workpiece 20 is contoured by the tool 10.
  • the cutting tip 11 is made of a sintered body having a CBN content of 85% by volume or more. Furthermore, the thermal conductivity of the cutting tip 11 is 100 W / (m ⁇ K) or more.
  • the cutting tool 10 revolves while rotating, so that the cutting tip 11 intermittently contacts the wall surface of the prepared hole 21 formed in the workpiece 20. Is implemented. Therefore, the cutting tip 11 repeats the contact state and the idling state with respect to the workpiece 20. As a result, since the cutting tip 11 heated at the time of contact with the workpiece 20 is cooled during idling, the temperature rise of the cutting tip 11 at the time of processing is suppressed. Further, in the drilling of the present embodiment, since the thermal conductivity of the cutting tip 11 is 100 W / (m ⁇ K) or more, the heat dissipation from the cutting tip 11 proceeds efficiently, and the cutting tip at the time of machining is processed. 11 is further suppressed. As a result, even when the temperature of the cutting tip 11 is cooled before rising beyond the limit and a high cutting speed is adopted, the progress of significant wear caused by the reaction with iron in the cutting tip 11 made of a CBN sintered body. Avoided.
  • the contouring process since the contouring process is adopted, the impact is repeatedly applied to the cutting tip 11 by intermittent cutting.
  • the sintered body having a CBN content of 85% by volume or more is used.
  • X is 0.2 ⁇ sec or more and 2 ⁇ sec or less
  • X / Y is 0.8. It is preferable to set it as 06-0.16. Thereby, high-efficiency machining can be realized while significantly reducing the wear rate of the cutting tip 11.
  • the thermal conductivity of the cutting tip 11 is 120 W / (m ⁇ K) or more, and the cutting speed is 1000 m / min.
  • the above is preferable.
  • the thermal conductivity of the cutting tip 11 is 120 W / (m ⁇ K) or more, 1000 m / min. Even when the above cutting speeds are employed, the wear of the cutting tip 11 is sufficiently suppressed, and high processing efficiency is achieved.
  • the average particle size of the CBN particles constituting the cutting tip 11 is 3 ⁇ m or more. Thereby, the thermal conductivity of the cutting tip 11 can be improved easily.
  • the improvement of the thermal conductivity of the cutting tip 11 can be achieved, for example, by increasing the particle size of the CBN particles constituting the cutting tip 11 and adjusting the composition of the cutting tip 11.
  • the content of CBN particles is preferably 90% by volume or more.
  • the particle size of CBN is preferably set to 20 ⁇ m or less, and the improvement of the thermal conductivity of the cutting tip 11 is achieved by increasing the content of CBN particles that can simultaneously improve the strength and the thermal conductivity. It is preferable.
  • Example 1 Example 1 will be described below.
  • a machining method that affects the wear amount of a cutting tip by performing contouring inner diameter machining and continuous inner diameter machining on a workpiece made of FCD450, which is difficult-to-cut cast iron, using a cutting tip made of a CBN sintered body An experiment was conducted to investigate the influence of the CBN content of the cutting tip and the thermal conductivity of the cutting tip.
  • Table 1 shows the processing conditions for contouring inner diameter processing
  • Table 2 shows the processing conditions for continuous inner diameter processing.
  • Table 3 shows the CBN content and thermal conductivity of the cutting tip, and the amount of flank wear of the cutting tip when the volume of chips removed from the workpiece by cutting is 50 cm 3 .
  • the cutting tip was model number CNGA120408.
  • the binder constituting the CBN sintered bodies of Examples A to C and Comparative Example A contains at least WC, Co compound and Al compound.
  • the binder of the CBN sintered body of Comparative Example B contains at least a Ti compound and an Al compound.
  • Example B of the present invention that employs the same cutting tip is compared with Comparative Example A that is outside the scope of the present invention, Example B despite the same processing efficiency.
  • the flank wear amount is significantly smaller than the flank wear amount of Comparative Example A. This is because in Example B employing contouring, the contact time of the cutting edge of the cutting tip to the workpiece is as short as several microseconds or less, and cooling is performed by idling before the temperature of the cutting edge rises beyond the limit. Therefore, it is presumed that the wear was suppressed as compared with Comparative Example A in which the cutting edge continuously contacts. From this result, it is confirmed that the wear rate of the cutting tip can be significantly reduced by adopting the contouring process for cutting difficult-to-cut cast iron using the cutting tip made of a CBN sintered body.
  • the CBN content of the cutting tip is set to 85% by volume or more, It is confirmed that the wear of the cutting tip can be sufficiently suppressed by setting the conductivity to 100 W / (m ⁇ K) or more.
  • Example 2 By using a cutting tip made of a CBN sintered body and performing contouring inner diameter machining on a workpiece made of FC250, which is difficult-to-cut cast iron, the amount of CBN that affects the amount of wear of the cutting tip and the occurrence of thermal cracks
  • Table 4 shows the cutting conditions, etc., when the average particle size of the CBN constituting the cutting tip, the thermal conductivity of the cutting tip, and the volume of chips removed from the work piece by cutting are 50 cm 3 .
  • Table 5 shows the flank wear amount of the cutting tip and the number of thermal cracks.
  • the blade contact time X and idling time Y were changed by adjusting the cutter diameter to be used.
  • the binder constituting the CBN sintered bodies of Examples D to G contains at least one substance selected from the group consisting of WC (tungsten carbide), Co (cobalt) compound, and Al (aluminum) compound. is doing.
  • Examples F and G in which the contact time X is out of the range of 0.2 ⁇ sec or more and 2 ⁇ sec or less and X / Y is out of the range of 0.06 or more and 0.16 or less are the above Examples D and The flank wear amount is larger than E. From this result, the contact time and idle time between the cutting tip and the workpiece are optimized by setting the contact time X to 0.2 ⁇ sec to 2 ⁇ sec and X / Y to 0.06 to 0.16. It was confirmed that high-efficiency machining can be realized while significantly reducing the wear rate of the cutting tip.
  • Comparative Example C in which the average particle size of CBN particles is 0.7 ⁇ m, has the same flank wear amount as that of Example F in which the average particle size of CBN particles is 3 ⁇ m or more under the same processing conditions.
  • the cutting tip of Comparative Example C in which the CBN particles are finer than the cutting tip of Example F, has a low thermal conductivity, so that the heat radiation effect of the cutting heat generated during cutting is smaller than that of Example F. It is considered that a thermal crack occurred at the cutting edge because the temperature range of the history became large. From this result, it is confirmed that by setting the average particle size of the CBN particles constituting the cutting tip to 3 ⁇ m or more, the thermal conductivity of the cutting tip can be improved and the occurrence of thermal cracks at the cutting edge can be suppressed.
  • the method of processing difficult-to-cut cast iron of the present invention can be applied particularly advantageously to processing of hard-to-cut cast iron that requires both a longer life of the cutting tip and an improvement in cutting speed.

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Abstract

 難削鋳鉄からなる被加工物(20)の下穴(21)の内部に、先端部に切削チップ(11)が取り付けられた切削工具(10)が挿入され、下穴(21)の壁面が切削加工される。このとき、切削工具(10)は、軸(α)周りに自転するとともに、軸(β)周りに公転することにより、被加工物(20)は、工具(10)によってコンタリング加工される。そして、切削チップ(11)はCBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなっており、かつ切削チップ(11)の熱伝導率は100W/(m・K)以上となっている。

Description

難削鋳鉄の加工方法
 本発明は難削鋳鉄の加工方法に関し、より特定的には、CBN(Cubic Boron Nitride;立方晶窒化硼素)を含む切削チップを用いた難削鋳鉄の切削加工において、切削チップの長寿命化と切削速度の向上とを両立させることを可能とする難削鋳鉄の加工方法に関するものである。
 FC材を除く鋳鉄、すなわち難削鋳鉄であるFCD材、FCV材、CGI材、ADI材などの切削加工においては、超硬コーティングチップを用いた低速加工(切削速度Vが200m/min.以下)が採用されるのが一般的である。また、切削速度を向上させることを目的として、CBNを含む焼結体(CBN焼結体)からなる切削チップが難削鋳鉄の切削加工に採用される場合がある。しかし、CBN焼結体からなる切削チップを用いた場合でも、切削速度を400m/min.以上に高めると、切削チップに急速な摩耗の進展や欠損が発生するため、さらなる高速加工は困難であるという問題があった。
 さらに、FC材(遠心鋳造鋳鉄を除く)の切削加工においては、CBNの含有率が85体積%以上のいわゆる高含有率系のCBN焼結体からなる切削チップを用いることにより、切削速度Vが1000m/min.以上の高速連続加工が一部で実用化されている。しかし、難削鋳鉄の切削加工においては、切削加工時において切削チップの刃先温度が上昇しやすく、鉄との反応性が高いCBNの含有率が高い高含有率系のCBN焼結体からなる切削チップを採用すると、切削チップの摩耗が著しく速く進行する。そのため、難削鋳鉄の切削加工には、高含有率系のCBN焼結体からなる切削チップの採用が難しいという問題がある。そして、このような問題を回避するため、難削鋳鉄の切削加工にはTiC(炭化チタン)、Al(アルミナ)、Si(窒化珪素)、SiAlON(サイアロン)等のセラミックスの焼結体や、これらのセラミックス粉末とCBN粒子とを混合して超高圧焼結したCBN焼結体(いわゆる低含有率CBN焼結体)からなる切削チップが採用されるが、上述のように、切削速度は400m/min.以下に抑えられているのが現状である。
 一方、切削チップを有する切削工具を用いて被加工物を切削加工する際、切削工具が自転しつつ公転することによって、切削チップが被加工物に対して断続的に接触するコンタリング加工が知られている(たとえば特開平11-347803号公報(特許文献1)および特開平8-39321号公報(特許文献2)参照)。
特開平11-347803号公報 特開平8-39321号公報
 しかしながら、上記特許文献に記載されたコンタリング加工方法を採用するのみでは、加工精度等の向上は達成可能であるものの、難削鋳鉄の切削加工における近年の高能率加工や切削チップの長寿命化の要求に対応することは困難である。
 そこで、本発明の目的は、難削鋳鉄の切削加工において、切削チップの長寿命化と加工能率の向上とを両立させることが可能な難削鋳鉄の加工方法を提供することである。
 本発明に従った難削鋳鉄の加工方法は、難削鋳鉄からなる被加工物を準備する工程と、切削チップを有する切削工具を用いて被加工物を切削加工する工程とを備えている。被加工物を切削加工する工程では、切削工具が自転しつつ公転することにより切削チップが被加工物に対して断続的に接触する。上記切削チップは、CBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなっている。そして、切削チップの熱伝導率は100W/(m・K)以上である。
 本発明者は、難削鋳鉄の切削加工において、切削チップの長寿命化と加工能率の向上とを両立させる方策について詳細な検討を行なった。そして、切削速度Vを100m/min.以下の低速に設定した場合、難削鋳鉄の切削加工においても切削チップの摩耗速度が大幅に小さくなるという知見に基づき、熱伝導率の高いCBN焼結体からなる切削チップの採用と、切削工具が自転しつつ公転することにより切削チップが被加工物に対して断続的に接触するコンタリング加工とを組み合わせることにより、切削チップの摩耗速度を著しく低減できることを見出し、本発明に想到した。
 より具体的には、本発明の難削鋳鉄の加工方法においては、切削工具が自転しつつ公転することにより切削チップが被加工物に対して断続的に接触するコンタリング加工が採用される。そのため、切削チップは被加工物に対して接触する状態と、接触することなく空転する状態とを繰り返すこととなる。その結果、被加工物との接触時に加熱された切削チップは、空転時に冷却されるため、加工時の切削チップの温度上昇が抑制される。また、本発明の難削鋳鉄の加工方法では、切削チップの熱伝導率が100W/(m・K)以上という高い値に設定されるため、切削チップからの放熱が効率よく進行し、加工時の切削チップの温度上昇が一層抑制される。その結果、切削チップの温度が限度を超えて上昇する前に冷却され、高い切削速度を採用した場合でも、CBN焼結体からなる切削チップにおいて鉄との反応によって生じる著しい摩耗の進行が回避される。
 一方、本発明の難削鋳鉄の加工方法においては、上述のようにコンタリング加工が採用されるため、断続切削によって切削チップには衝撃が繰り返し作用する。これに対し、CBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなる切削チップが採用されるため、切削チップの強度が向上し、欠損などの損傷の発生が有効に抑制される。
 以上のように、本発明の難削鋳鉄の加工方法によれば、切削チップの長寿命化と加工能率の向上とを両立させることが可能となる。
 なお、上記本発明の難削鋳鉄の加工方法において、切削チップを構成する焼結体のCBNの含有率を85体積%未満とすると、上述の衝撃の繰り返しに対して材料強度が不十分となり、欠損等の損傷が発生するおそれがある。そのため、本発明においてはCBNの含有率を85体積%以上とした。また、上記本発明の難削鋳鉄の加工方法において、切削チップの熱伝導率を100W/(m・K)未満とすると、切削時に発生した切削熱の放熱作用が小さくなる。その結果、熱履歴の温度幅が大きくなり、これに起因して刃先に熱亀裂が発生し、欠損に至るまでの寿命が短くなるおそれがある。そのため、本発明においては、切削チップの熱伝導率を100W/(m・K)以上とした。
 上記難削鋳鉄の加工方法において好ましくは、被加工物を切削加工する工程においては、切削チップと被加工物とが接触している時間である接触時間をX、切削チップが被加工物と離れた状態で空転する時間である空転時間をYとした場合、Xは0.2μsec(マイクロ秒)以上2μsec以下、X/Yは0.06以上0.16以下である。
 切削チップの刃先と被加工物との接触時には、切削熱が蓄積され刃先温度が上昇する一方、空転時には刃先は冷却されてその温度は低下する。ここで、上述のように、切削速度Vを100m/min.以下の低速に設定した場合、難削鋳鉄の切削加工において切削チップの摩耗速度が大幅に小さくなるが、たとえば切削速度Vを20m/min.以下のごく低速にまで落とすと摩耗が増大する。この知見に基づき、摩耗速度が極小となる刃先温度が存在するという仮説から、種々の実験を実施した結果、高能率の加工を実現しつつ最適な刃先温度を維持することが可能な最適な切削チップと被加工物との接触時間および空転時間を見出した。具体的には、本発明者による検討の結果、Xを0.2μsec以上2μsec以下とするとともに、X/Yを0.06以上0.16以下とすることにより、切削チップの摩耗速度を著しく低減しながら高能率加工を実現できることが明らかとなった。
 ここで、本願において「接触時間」とは、切削工具が1回自転する間に切削チップが被加工物に接触している時間を意味している。また、「空転時間」とは、切削工具が1回自転する間に切削チップと被加工物とが離れている時間(接触していない時間)を意味している。
 上記難削鋳鉄の加工方法において好ましくは、切削チップの熱伝導率は120W/(m・K)以上であり、被加工物を切削加工する工程における切削速度は1000m/min.以上である。
 切削チップの熱伝導率を120W/(m・K)以上とすることにより、1000m/min.以上の切削速度を採用した場合でも、切削チップの摩耗を十分に抑制することが可能となる。
 上記難削鋳鉄の加工方法において好ましくは、切削チップを構成するCBN粒子の平均粒径は3μm以上である。CBN粒子の平均粒径を3μm以上とすることにより、切削チップの熱伝導率を容易に向上させることができる。
 以上の説明から明らかなように、本発明の難削鋳鉄の加工方法によれば、難削鋳鉄の切削加工において、切削チップの長寿命化と切削速度の向上とを両立させることができる。
本発明の加工方法を説明するための概略図である。
 以下、難削鋳鉄からなる被加工物に対して穴加工を実施する場合を例に、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。本実施の形態における穴加工においては、まず難削鋳鉄からなる被加工物が準備される。具体的には、たとえば図1に示すように、FCD材、FCV材、CGI材、ADI材などの難削鋳鉄からなり、円筒状の下穴21が形成された被加工物20が準備される。そして、先端部に切削チップ11が取り付けられた切削工具10が、当該下穴21の内部に挿入され、下穴21の壁面が切削加工される。
 このとき、図1を参照して、切削工具10は、軸α周りに、すなわち矢印Aに沿って自転するとともに、下穴21の中心軸に一致する軸β周りに、すなわち矢印Bに沿って公転する。これにより、切削チップ11は、下穴21の壁面に断続的に接触し、当該壁面を切削加工する。つまり、被加工物20は、工具10によってコンタリング加工される。
 ここで、本実施の形態においては、切削チップ11はCBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなっている。さらに、切削チップ11の熱伝導率は100W/(m・K)以上である。
 本実施の形態における穴加工においては、切削工具10が自転しつつ公転することにより、切削チップ11が被加工物20に形成された下穴21の壁面に対して断続的に接触するコンタリング加工が実施される。そのため、切削チップ11は被加工物20に対して接触状態と空転状態とを繰り返す。その結果、被加工物20との接触時に加熱された切削チップ11は、空転時に冷却されるため、加工時の切削チップ11の温度上昇が抑制される。また、本実施の形態の穴加工では、切削チップ11の熱伝導率が100W/(m・K)以上となっているため、切削チップ11からの放熱が効率よく進行し、加工時の切削チップ11の温度上昇が一層抑制される。その結果、切削チップ11の温度が限度を超えて上昇する前に冷却され、高い切削速度を採用した場合でも、CBN焼結体からなる切削チップ11において鉄との反応によって生じる著しい摩耗の進行が回避される。
 一方、本実施の形態の穴加工においては、コンタリング加工が採用されるため、断続切削によって切削チップ11には衝撃が繰り返し作用するが、CBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなる切削チップ11が採用されることにより、切削チップ11の強度が向上し、欠損などの損傷の発生が有効に抑制される。このように、本実施の形態の穴加工では、切削チップの長寿命化と加工能率の向上との両立が達成されている。
 さらに、本実施の形態の穴加工においては、切削チップ11と被加工物20との接触時間をX、空転時間をYとした場合、Xは0.2μsec以上2μsec以下、X/Yは0.06以上0.16以下とすることが好ましい。これにより、切削チップ11の摩耗速度を著しく低減しながら高能率加工を実現できる。
 また、本実施の形態の穴加工においては、切削チップ11の熱伝導率は120W/(m・K)以上であり、切削速度は1000m/min.以上であることが好ましい。切削チップ11の熱伝導率を120W/(m・K)以上とすることにより、1000m/min.以上の切削速度を採用した場合でも、切削チップ11の摩耗が十分に抑制され、加工の高能率化が達成される。
 さらに、本実施の形態の穴加工においては、切削チップ11を構成するCBN粒子の平均粒径は3μm以上であることが好ましい。これにより、切削チップ11の熱伝導率を容易に向上させることができる。
 なお、上述のように切削チップ11の熱伝導率の向上は、たとえば切削チップ11を構成するCBN粒子の粒径を大きくすることにより達成することができるほか、切削チップ11の組成を調整することにより達成することができる。具体的には、切削チップ11において結合相よりも熱伝導率が高いCBN粒子の含有率を高めることが有効であり、CBN粒子の含有率を85体積%以上とすることにより、CBN粒子同士の接触率が高くなり、熱伝導率が向上する。より熱伝導率を向上させるためには、CBN粒子の含有率は90体積%以上であることが好ましい。また、CBN粒子の粒径を大きくすることにより容易に熱伝導率を向上させることが可能であるが、CBNの粒径を過度に大きくすると切削チップ11の強度が低下する。そのため、CBNの粒径は20μm以下とすることが好ましく、切削チップ11の熱伝導率の向上は、強度と熱伝導率とを同時に向上させることが可能なCBN粒子の高含有率化により達成することが好ましい。
 (実施例1)
 以下、実施例1について説明する。CBN焼結体からなる切削チップを用いて、難削鋳鉄であるFCD450からなる被加工物に対してコンタリング内径加工および連続内径加工を実施することにより、切削チップの摩耗量に及ぼす加工方法、切削チップのCBN含有率および切削チップの熱伝導率の影響を調査する実験を行なった。表1にコンタリング内径加工の加工条件、表2に連続内径加工の加工条件を示す。また、切削チップのCBN含有率および熱伝導率、ならびに切削加工により被加工物から除去された切り屑の体積が50cmとなった時点における切削チップの逃げ面摩耗量を表3に示す。なお、切削チップは型番CNGA120408を採用した。また、実施例A~Cおよび比較例AのCBN焼結体を構成する結合材は、WC、Co化合物およびAl化合物を少なくとも含有している。一方、比較例BのCBN焼結体の結合材は、Ti化合物およびAl化合物を少なくとも含有している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3を参照して、同一の切削チップを採用した本発明の実施例Bと本発明の範囲外である比較例Aとを比較すると、加工能率が同じであるにもかかわらず、実施例Bの逃げ面摩耗量は、比較例Aの逃げ面摩耗量に比べて大幅に少なくなっている。これは、コンタリング加工を採用した実施例Bにおいては、被加工物に対する切削チップの刃先の接触時間が数マイクロ秒以下と短かく、刃先の温度が限度を超えて上昇する前に空転により冷却されるため、刃先が連続的に接触する比較例Aに比べて摩耗が抑制されたものと推定される。この結果より、CBN焼結体からなる切削チップを用いた難削鋳鉄の切削加工にコンタリング加工を採用することによって、切削チップの摩耗速度を大幅に低減できることが確認される。
 また、いずれもコンタリング加工を採用した実施例A~Cと比較例Bを比較すると、比較例Bの逃げ面摩耗が多くなっている。これは、比較例Bの熱伝導率が100W/(m・K)未満であるため、刃先温度が上がり易いことに加え、CBN含有率が85体積%未満であることにより材料強度が低く、機械的な摩耗が支配的に発達したことに起因するものと考えられる。このことから、CBN焼結体からなる切削チップを用いた難削鋳鉄の切削加工にコンタリング加工を採用することを前提として、切削チップのCBNの含有率を85体積%以上にするとともに、熱伝導率を100W/(m・K)以上とすることにより、切削チップの摩耗を十分に抑制できることが確認される。
 さらに、実施例A~Cに注目すると、切削チップのCBN含有率が高く、熱伝導率が高い順に逃げ面摩耗量も小さくなっている。これは、熱伝導率が高い程、放熱作用が大きいため刃先温度の上昇が抑制され、かつ、CBN含有率が高い程、材料強度が高いため機械的な摩耗が抑制されるためであると推定される。
 (実施例2)
 次に、実施例2について説明する。CBN焼結体からなる切削チップを用いて、難削鋳鉄であるFC250からなる被加工物に対してコンタリング内径加工を実施することにより、切削チップの摩耗量および熱亀裂の発生に及ぼすCBNの平均粒径および切削チップの熱伝導率、ならびに切削チップと被加工物との接触時間および空転時間の影響を調査する実験を行なった。切削条件等を表4に、切削チップを構成するCBNの平均粒径および切削チップの熱伝導率、ならびに切削加工により被加工物から除去された切り屑の体積が50cmとなった時点におけるの切削チップの逃げ面摩耗量および熱亀裂の本数を表5に示す。なお、刃先の接触時間Xおよび空転時間Yは、使用するカッタ径を調整することにより変更した。また、実施例D~GのCBN焼結体を構成する結合材は、WC(炭化タングステン)、Co(コバルト)化合物、Al(アルミニウム)化合物からなる群から選択される少なくとも1種の物質を含有している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表4および表5を参照して、接触時間Xが0.2μsec以上2μsec以下で、かつ空転時間Yに対する接触時間Xの比であるX/Yが0.06以上0.16以下である実施例Eの逃げ面摩耗量が本実験において最も小さくなっている。一方、接触時間Xが0.2μsec以上2μsec以下であるもののX/Yが0.06以上0.16以下の範囲外となっている実施例Dの逃げ面摩耗量は、上記実施例Eに次いで小さくなっている。さらに、接触時間Xが0.2μsec以上2μsec以下の範囲外であり、かつX/Yが0.06以上0.16以下の範囲外となっている実施例FおよびGは、上記実施例DおよびEよりも逃げ面摩耗量が大きくなっている。この結果から、接触時間Xを0.2μsec以上2μsec以下とし、かつX/Yを0.06以上0.16以下とすることにより、切削チップと被加工物との接触時間および空転時間が最適化され、切削チップの摩耗速度を著しく低減しながら高能率加工を実現できることが確認された。
 また、CBN粒子の平均粒径が0.7μmである比較例Cは、同じ加工条件でCBN粒子の平均粒径が3μm以上である実施例Fと比較して逃げ面摩耗量は同程度であるものの、刃先に熱亀裂が発生している。これは、CBN粒子が実施例Fの切削チップに比べて微粒である比較例Cの切削チップは、熱伝導率が低いため、切削時に発生した切削熱の放熱作用が実施例Fより小さく、熱履歴の温度幅が大きくなったため、刃先に熱亀裂が発生したものと考えられる。この結果から、切削チップを構成するCBN粒子の平均粒径を3μm以上とすることにより、切削チップの熱伝導率を向上させ、刃先における熱亀裂の発生を抑制可能であることが確認される。
 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 本発明の難削鋳鉄の加工方法は、切削チップの長寿命化と切削速度の向上との両立が求められる難削鋳鉄の加工に、特に有利に適用され得る。
 10 切削工具、11 切削チップ、20 被加工物、21 下穴。

Claims (4)

  1.  難削鋳鉄からなる被加工物(20)を準備する工程と、
     切削チップ(11)を有する切削工具(10)を用いて前記被加工物(20)を切削加工する工程とを備え、
     前記被加工物(20)を切削加工する工程では、前記切削工具(10)が自転しつつ公転することにより前記切削チップ(11)が前記被加工物(20)に対して断続的に接触し、
     前記切削チップ(11)はCBNの含有率が85体積%以上の焼結体からなり、
     前記切削チップ(11)の熱伝導率は100W/(m・K)以上である、難削鋳鉄の加工方法。
  2.  前記被加工物(20)を切削加工する工程においては、前記切削チップ(11)と前記被加工物(20)とが接触している時間である接触時間をX、前記切削チップ(11)が前記被加工物(20)と離れた状態で空転する時間である空転時間をYとした場合、Xは0.2μsec以上2μsec以下、X/Yは0.06以上0.16以下であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の難削鋳鉄の加工方法。
  3.  前記切削チップ(11)の熱伝導率は120W/(m・K)以上であり、
     前記被加工物(20)を切削加工する工程における切削速度は1000m/min.以上であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の難削鋳鉄の加工方法。
  4.  前記切削チップ(11)を構成するCBN粒子の平均粒径は3μm以上である、請求の範囲第1項に記載の難削鋳鉄の加工方法。
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