1PM-B02 平成２７年神奈川県ものづくり技術交流会予稿機械加工技術の現状と変化するニーズに対応する将来技術の展望切削油技術研究会前専門委員長東瀬義明（元・横河マニュファクチャリング株式会社）１．はじめに切削油技術研究会は昨年 2014 年に創立 60 周年を迎えた。2008 年のリーマンショック以降円高が進み、生産拠点の海外展開が加速した。2013 年以降円安に転じたが、生産現場に対するニーズは、現在でも、(1)高付加価値製品を生み出すための高精度ならびに複雑形状加工、(2)低コスト・高能率加工、(3)生産ラインに対しては、更なるフレキシブル化とグローバル化、(4)そして CO2 削減を軸とする環境対応と捉えている。研究会創立 10 年ごとの節目を迎えた昨年は、「機械加工技術の現状と、変化するニーズに対応する将来技術の展望」というテーマを掲げ、機械加工技術の 10 年間の変化と課題について調査研究を行ない、技術の方向を探った。２．機械加工技術の 10 年間の変化機械加工技術が 10 年前とどのように変化したかについて、(1)技術への関心度、（2）技術の実施度、（3）技術の定着度と期待度という切り口でアンケート調査を行なった。回答が得られた業種は 6 割が自動車関連企業であった。10 年前も同様の調査を行なったが、特徴的な実施順位として、（1）研削加工から CBN 工具による切削化、（2）複合加工機導入による工程集約、（3）専用機の汎用機化の進展、であった。これらの導入目的として、コスト競争力の激化とグローバル化が背景にあるといえる。をうまく加工する技術が特に求められる例が多い。これらの加工について当研究会の専門委員会社から収集した取み組み事例より、技術的な解説と取り組みの工夫点を述べる。さらに高付加価値な製品実現のための方法として「SE（Simultaneous Engineering）」活動の有効性を紹介する。４．穴加工における穴曲がりを解消するための工夫複雑形状に対する加工事例の中で、ロングドリルを用いた加工事例を紹介した。ロングドリルを用いた深穴加工では、「精度不良」や「工具折損」といった問題が取り上げられ、「穴曲がり」と「切りくずづまり」が主な原因となっている。そこで、原因のひとつである「穴曲がり」に着目し、穴曲がりを解消するための要因を分析（図２）し、比較的対応し易い要因を、工具やツールホルダ、そしてこれらの使用状態に絞り、それぞれのパラメータを変化させ、実験を行なった。ドリル径はφ6、 L/D は 20 とし、アルミ合金と鋳鉄を加工し、深穴加工の工夫点を導き出した。図２図１技術の導入状況３．複雑形状に対する穴加工の取組み技術近年、製品の高付加価値化のために、小型化・複雑化した加工が増えている。加工工程に置き換えると、複雑な形状では、表１に示すように、小径穴、斜め穴、深穴表１穴曲がりを解消するための要因分析５．ニーズに対応した生産ラインの変化生産ラインに対するニーズは年々多様化・高度化しており、当研究会専門委員会社から、対応事例を収集した。主な事例を分類すると、品質向上と低コスト化を目的とし、切りくずに起因する品質不良の発生防止、投資削減のための複合旋盤による工程短縮などに分類できた。これらの事例から課題を整理すると、将来必要とされる技術が明らかになってきた。複雑形状に対応する穴加工図３ニーズの変化による生産ラインを取り巻く環境 1PM-B03 平成２７年神奈川県ものづくり技術交流会予稿高硬度材小径深穴加工の切削化への取り組み株式会社 IHI ○長谷川雅信，大阪電気通信大学嘉戸寛, 大昭和精機株式会社岩村卓, 株式会社牧野フライス製作所植草司陽, 住友電工ハードメタル株式会社川上佑馬, 独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構高度ポリテクセンター宮崎竜一 1. はじめに金型加工などの高硬度焼入れ材への穴加工は放電加工が主体であり，特にアスペクト比の大きい小径穴加工は工具の剛性が低く工作物を焼入れ鋼とする場合，難加工に分類される．近年，工具メーカの開発が進み高硬度材への穴加工適応例も増えつつあるが，まだ放電加工から脱していないのが現状である．以上から，本実験では高硬度材の小径深穴加工の切削化への取り組みとして 70HRC の高速度工具鋼に φ1，L/D=30 のドリル加工を行うことを最終目標として実験を行った．本報告では「ドリル加工先端部の挙動の把握」と「高硬度材（70HRC)の小径深穴ドリル加工への挑戦」について報告を行う． 2．ドリル加工先端部の挙動の把握小径かつ，L/D が大きいような低剛性のドリル加工ではセンタ穴，ガイド穴の使用が推奨されている．しかし，食いつき時に実際に何が生じているのか，具体的な観察などの報告は少ない．そこで，小径深穴ドリル加工において工具が工作物を削り始める時の挙動を捉え，センタ穴との関係性をあらためて整理することを目的として，加工開始時のドリル先端部の挙動を把握する実験を行った．図 1 に実験概要を示す．機械主軸側のコレットホルダに工作物である φ10 棒材を把握して，バイス側のツールホルダにセンタドリルを取り付けてセンタ穴加工をおこなった後，工具側のホルダをドリルに付け替えて加工試験を実施した．評価は真円度測定機による形状計測や，切削抵抗の観察を行った．また，ハイスピードカメラを使用して食いつき時の挙動を可視化した．実験の詳細は発表で報告する．実験結果のまとめを表 1 に示す．加工穴径や真円度などの形状に関しては肩部からの接触とガイド穴が良好であった．さらに，切削動力の観察結果から，ドリルの挙動はガイド穴が最も良好と考えられる．表 1：実験結果のまとめ 3. 高硬度材（70HRC)の小径深穴ドリル加工 70HRC の高硬度材に対して φ1，L/D=30 のドリル加工をおこない，放電加工との比較を行った．図 2 に穴内壁面の観察写真を示す．放電加工の内壁面はドリルに対してかなり荒く，ドリル加工の方が良好な面性状であった．図 3 にドリル加工穴の入り口から深さ約 20mm の範囲の内壁面写真を示す．入り口から深さ約 10mm の位置までは比較的良好な穴が形成されている．しかし，穴深さが深くなるにつれて穴曲りやうねり，内壁面に細かいキズが観察された．本検討でも明らかになったように，高硬度材への小径深穴加工技術はクリアすべき課題は多い．しかし，これらの課題解決を積極的に進め，技術を確立することで，焼き入れ材への直彫り加工工程の確立，マシニングセンタだけで工程を完了できるなど，大幅な短納期化といった高い付加価値を生み出すことが可能となる．図 2: 内壁拡大写真図 1：実験概要図 3:ドリル加工穴内壁写真１PM-B04 平成２７年神奈川県ものづくり技術交流会予稿蒸気用タービンブレード材の生産性向上に関する研究（第１報）－高速ミーリングにおけるチタン合金とステンレス鋼の切削特性の違い－芝浦工業大学澤武一 1.はじめに本研究では蒸気用タービンブレード材の生産性向上を目的として，チタン合金およびステンレス鋼を高速ミーリングした場合の切削特性について実験的に検討したので以下に報告する． 2.実験方法および実験条件切削加工実験で使用したマシニングセンタの主軸回転数は最低 6000min-1，最高 42000min-1 で，切削実験で設定した回転数は主軸特性を考慮して設定した．テーブル駆動はリニアモータで，運動分解能は 0.1m である．図 1 に，切削加工実験の概略を示す．切削実験はマシニングセンタの図1 切削加工実験の概略表 1 切削実験条件テーブルに動力計を設置し，切削抵抗を測定した．また，一定の切削距離においてエンドミルの外周刃逃げ面摩耗，工作物仕上げ面粗さ，切りくずの観察を行った．切削実験は切削油剤の供給は行わず，吐出圧力 0.3Mpa の圧縮エアーのみを供給した．表 1 に切削実験条件の詳細を示す． 3.実験結果および考察 3.1 チタン合金（6Al-4V）の場合図 2 に，切削速度と外周刃逃げ面摩耗の関係を示す．図より，切削速度 300m/min 以下では，いずれの切削距離においても外周刃逃げ面摩耗は大きな変化がなく，おおむね一定の値を示すことが確認できる．一方，切削速度が 300m/min を超えると，急激に外周刃逃げ面摩耗が増大することが認められる．この結果から，チタン合金の場合，今回の切削条件下では切削速度 300m/min と 400m/min の間で切削特性が変異することが示唆できる． 3.2 ステンレス鋼（13Cr）の場合図 3 に，切削速度と外周刃逃げ面摩耗幅の関係を示す．図より，いずれの切削距離においても切削速度が高くなるにともない外周刃逃げ面摩耗幅もほぼ比例して大きくなることが確認できる．図 2 に示したチタン合金では，切削速度図 2 切削速度と外周刃逃げ面摩耗の関係 300m/min 以上で外周刃逃げ面摩耗幅が急激に大きくなる傾向が見られたが，ステンレス合金（13Cr）では同様な傾向は確認することができないことがわかる． 4.おわりに 1）チタン合金（6Al-4V）の場合，今回の実験条件下では切削速度 300m/min 以上で外周刃逃げ面摩耗が急激に増加した．チタン合金（6Al-4V）の高速ミーリングでは切削特性が急変する切削速度が存在することを見出した． 2）ステンレス鋼（13Cr）では，切削速度の上昇にともない逃げ面摩耗がほぼ比例して大きくなることを確認し，高速切削による特徴は確認できなかった．図 3 切削速度と外周刃逃げ面摩耗の関係 1PM-B05 平成２７年神奈川県ものづくり技術交流会予稿混練一体型ダイヤモンドラッピングシートの研磨特性新日産ダイヤモンド工業（株） ○鈴木宏貴、仙場輝明、福屋英孝 APTES 技術研究所愛恭輔 1. 緒言研磨用砥粒を含有し、フィルム状に形成されたシートはラッピングシート(フィルム)と呼ばれ、光ファイバーコネクタの端面研磨、試料片研磨、自動車部品や電子部品の磨き、クリーニング等、幅広い用途で使われている。一般的なラッピングシートは、ポリエステルフィルムのような薄い樹脂の基材上に、バインダーとともに砥粒をコーティングすることで作製される(コーティングタイプ)。これらのラッピングシートは、その使用方法として、長時間使用することを想定して製造されたものではないため、数秒から数十秒の使用で目詰まりや目こぼれを起こし、削れなくなってしまう。製造ラインで使用する場合、削れなくなるたびにシートを交換しなければならず、工程によっては交換作業にかかる工数や使用枚数も莫大ものとなる。今回紹介するダイヤモンドラッピングシートは、基材上に砥粒をコーティングするといった方法ではなく、砥粒と樹脂を混練し、その混練物をシート形状に一体成型することにより製造される（混練一体型）。この方法で作られたラッピングシートは、バインダー樹脂中で砥粒が多層構造を形成しており(図1)、砥粒保持力も強く、シートが擦り切れるまで使い続けることが出来る。シートを形成する樹脂はポリイミドであり、高強度、高剛性で、耐熱性、耐薬品性にも優れ、上記ダイヤモンドラッピングシートの①長寿命、②高い砥粒保持力、③高負荷環境に最適（高荷重、高速回転、高温下、乾式等）、といった優れた特徴を実現できる要因となっている。ポリイミド樹脂が分かる。これは、コーティングタイプの方は砥粒が単層なので、砥粒が脱落した場合に自生が生じないのに対して、混練一体型の方は、砥粒が多層構造を形成しており、新しい砥粒が次々に自生してくるために生じる差である。また、混練一体型の方は、図2中に示すように、 WA砥石によるドレッシングを行うことで研磨能力が回復し、この時点以降、さらに数千分以上研磨することが出来る。図3は、混練一体型ダイヤモンドラッピングシートを用いてサファイアをラッピング加工した場合の研磨特性である。ドレスなしの場合、10分程度でほとんど削れなくなってしまうが、インプロセスでドレスを行った場合、ほぼ一定の研磨レートで安定した加工が出来ていることが分かる。砥粒が均一な多層構造を形成していることから、このように安定したレートで加工が出来、さらにドレッシングにより自生作用を促進することで、通常の加工法ではすぐに研磨力が低下してしまうサファイアのような高硬度材料でも、問題なく磨くことが出来ている。ダイヤモンド砥粒図1：混練一体型ダイヤモンドシートの模式図（左）と断面写真（右） 2. 長時間使用時の研磨特性図2は、ダイヤモンドラッピングシートを用いて超硬合金を10000分近くラッピング加工した場合の研磨特性である。コーティングタイプと混練一体型を比較すると、コーティングタイプの方が研磨レートの低下が早いこと図2：長時間使用時の研磨特性（ワーク：超硬合金）図3：インプロセスドレッシングを行った場合の研磨特性（ワーク：サファイア） 3. ラッピングシートのハンドツール化ポリイミドの高耐熱、高強度、高剛性といった長所を生かすことで、通常のラッピングシートでは不可能な使用方法を実現することが出来る。図 4 左はその例であり、 φ2mm の超硬軸にシートを巻きつけ、通常の焼結法では難しい細長い砥石の代替品を簡単に製作することが出来る。また、図 4 右は、シートを何枚も重ねてフラップホイール状にしたものであり、20000 回転という回転数でもシートがちぎれることなく使用でき、アルミナセラミックスを Ra70nm 程度まで磨き上げることが出来る。図4：混練一体型ダイヤモンドラッピングシートを用いた細穴加工用砥石（左）とフラップホイール（右）１PM-B06 平成２７年神奈川県ものづくり技術交流会予稿ロータリ工具を用いたアルミニウム合金のドライ切削神奈川県産業技術センター機械・材料技術部芝浦工業大学デザイン工学部１. はじめにアルミニウム合金のドライ切削では工具への溶着が生じ加工面性状が悪化することが知られている．これまでの研究で，エンドミル加工などの断続切削で水素フリー DLC である ta-C（tetrahedral amorphous carbon）をコーティングした工具を用いたときに，工具すくい面の摩擦係数が低くなり溶着が抑制されることを見出している．そこで本研究では，断続切削時の DLC コーティングの低摩擦特性を活用して，切削時に受ける力により丸型インサートが回転する従動式ロータリ工具により，ドライにおいて良好な連続切削（外周旋削）ができないかを試みた．２. 実験方法図 1 に，製作した従動式ロータリ工具を示す．直径 20 mmの丸型インサートを回転自在に固定するホルダを製作した．垂直な軸に対してインサートを任意の角度に傾けることができる構造にした．インサートが傾斜していることにより，被削材と接触する切削点で下向きの力を受けてインサートが回転する．ロータリ工具を用いて直径 57 mm の被削材（材質： A5052）の外周旋削を行った．切削条件を切削速度 150 m/min，送り 0.05 mm/rev，切込み 1 mm とした．インサート（超硬 K 種）にはフィルタードアーク蒸着法による ta-C をコーティングした．DLC インサートについては，垂直軸に対する傾き（傾斜角）を 15°～75°まで 15° 刻みで変化させて実験した．超硬インサートについては，傾斜角 30°の場合のみ実験した．較して少なかった．超硬インサートの場合，加工面に大きな傷があり，インサートすくい面，逃げ面とも広範囲に溶着が発生した．被削材の円周方向に測定した加工面粗さは，DLC インサートの場合では Ra 0.40 μm であった．一方，超硬インサートの場合については，深い傷を形成し均一な加工面ではないため，比較できる粗さが得られないと判断し，測定しなかった． DLC インサートの傾斜角違いについては，次の結果であった．15°～60°の場合では，光沢のある加工面であった．しかし 75°の場合には，加工面に細かい傷が認められた．75°の場合を除いて測定した加工面粗さは，30°の場合が最も小さく良好であった．インサートすくい面及び逃げ面への溶着は，15°～60°の場合では比較的少なく，特に 30°，45°の場合の逃げ面にはほとんどなかった．一方 75°の場合には多くの溶着が発生した．以上の結果から， DLC インサートの場合に光沢のある加工面となったのは，丸型インサートが切削中に回転することで切削に関与する切れ刃が断続切削になり，DLC コーティングの低摩擦特性が発揮されたためと考える．４. おわりに本研究では，ドライにおいて従動式ロータリ工具によるアルミニウム合金の良好な連続切削の可能性を調べた． A5052 の外周旋削実験を行ったところ，DLC（ta-C）をコーティングしたインサート付きのロータリ工具により光沢のある加工面を得られた．従って当初の目論見通り，ドライにおいて DLC インサート付きのロータリ工具により良好な連続切削が可能となることを明らかにできた． Ra 0.40 μm 粗さ未測定 200 μm インサート回転軸切削力切削点インサート傾斜角図 1 製作したロータリ工具とインサート回転の原理 200 μm インサート溶着物逃げ面インサート回転方向すくい面工具の送り方向傷加工面面粗さ測定方向３. 実験結果図 2 に，傾斜角 30°における DLC インサートと超硬インサートの場合の加工面と切削後のインサート表面の状態を示す．加工面，インサートへの溶着状況ともに違いが認められた．DLC インサートの場合，光沢のある加工面であり，インサートへの溶着は超硬インサートと比 ○横田知宏，横内正洋澤武一 1 mm 1 mm DLC 30° 超硬 30° 図 2 実験後の加工面とインサート表面の状態（上：加工面，下：インサート）