超音波振動付加による超耐熱合金の被削性向上と切削機構解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650116
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 鬼鞍 宏猷 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (90108655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 甲木 昭雄 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20038095) ; 大西 修 九州大学, 大学院・工学研究院, 講師 (50315107)
• Keywords: 超耐熱合金インコネル718 / 仕上げ旋削 / 超音波振動 / 凝着 / 切削温度の低下 / 工具破損 / 工具台の剛性 / 振動方向

Research Abstract

ニッケル基合金インコネル718の仕上げ旋削において、作業環境向上も考慮しながら、特に切れ刃への凝着性の抑制、切削温度の低下および工具寿命の向上を図ることを目的として、切れ刃に切削方向超音波振動を付加した実験を試みた。旋削では背分力方向剛性が高いことが必要であるので、ねじり振動型超音波振動切削装置を使用した。
予備実験では、まず切削箇所に冷風を供給したが、構成刃先の脱落と思われる表面粗さの劣化が見られたので使用を断念した。次いで少量の切削油剤をオイラにより供給したが摩耗の抑制にほとんど寄与しなかったので、これも採用しないこととした。結局、本実験では、約2気圧の圧縮空気をすくい面側から切削箇所に供給する方法をとった。
その結果、超音波振動を付加しない場合には、切れ刃への被削材の凝着とコーティング膜の剥離とともに、逃げ面摩耗、前逃げ面境界摩耗および横逃げ面境界摩耗が見られた。境界摩耗の発生は、インコネルの激しい加工硬化の結果と考えられる。超音波振動を付加した場合には、摩耗の進行とともに、チッピング、クラックまたは破壊を引起こし、振幅が増すとその程度は増した。これは、工具台保持部と切れ刃の間の距離が大きいために工具保持剛性が低くなっていること、および切削方向と振動方向が同一であることによる工具逃げ面と仕上げ面との干渉の増大が原因と考えた。現在、工具の高い保持剛性を有し、振動方向を切削方向に対し20°〜30°傾けた新型の工具台を製作中である。一方、摩耗は、特に前逃げ面境界摩耗の進行が顕著であるため、切削仕上げ面への悪影響が懸念されたが、超音波振動の有無にかかわらずほぼ理論表面粗さ(Ry=1.56μm)に近い粗さを示すことが多かったが、超音波振動付加時に粗さが6μm程度の値になることがあること、およびうねりを生じることがあった。