構成刃先を有する切りくずの三次元構造に関する研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04208
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 關谷 克彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (80226662)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 構成刃先 / 凝着 / 切りくず / 切削加工

Outline of Annual Research Achievements

金属材料の切削加工における凝着物生成および切りくず生成過程を明らかにすることを目的とし，切削時に生じる凝着物や構成刃先の3次元形状と切りくず幅方向の材料流出を含めた切削工具切れ刃稜線周辺部の材料変形及び流出挙動を把握するため，断続旋削加工時に生成された切りくずの末端部の断面観察と硬さ測定を実施した．
初年度である2020年度は，硬さ測定のためのマイクロビッカース硬さ試験機を導入し，これまで構成刃先について最も多く報告がある中炭素鋼(S45C)の断続旋削で生じた切りくず端部を調査の対象とした．
断続旋削では，切削力により切削終了端近傍では材料（S45C）の変形やばり(burr）の生成によって意図通りの切削急停止状態が得られない可能性があるため，出口近傍に端部を支える板（真鍮）を設置することにした．必要な板の厚さを有限要素弾性解析と切削力測定実験から決定し，この板の有無による切りくず端部形状，断面の変化を調査し，端部への板の設置が有効であることを確認した．
切削端部に切削力を支える真鍮板を設置し，S45Cの断続旋削を行って得られた切りくず端部に対して，断面組織の観察と硬さ測定を実施した結果，工具接触部付近は被削材母材（切削前）の硬さの3倍程度の硬さを生じており，構成刃先が生じていることが判明し，低切削速度域では特に厚く規模の大きい構成刃先が従来の様々な研究結果と同様確認された．しかしながら，切削速度が十分速く従来構成刃先が消失すると言われていた切削速度域においても，構成刃先は縮小するものの低速度領域の構成刃先と同様の硬さ分布を保ち，構成刃先が消失することはなかった．
切削端部近傍の幅方向断面組織を観察したところ，幅方向中央部では構成刃先は両端より厚く形成され，幅方向端部付近では外側への切りくず組織の流れとこの流れによって構成刃先が薄くなる様子が観察された．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

断続切削終了時に生成される切りくず端部が切削力と切削熱による材料軟化との影響と思われる引張変形が認められ，意図した切削現象の凍結が実施されていない懸念が生じた．このため，切削終了端に被削材の変形を防止する板材料の設置が必要と判断し，十分な板厚を決定する必要が研究遂行上新たに生じた．
また，当初より作業の煩雑さから十分な量のデータ取得に対し懸念があった．例えば，硬さ測定は切りくず一断面につき数十か所測定しなければ十分な分解能（測定箇所数）で切りくずの様子を把握し難いが，これには2時間程度の時間が最低でも必要となり，このことが予期していた以上に研究の遅れを生じさせている．

Strategy for Future Research Activity

現在のS45Cに対する調査（切削速度に対する影響）を重点的に進め，工具すくい角やコーナ半径の影響，潤滑状態の影響については，研究期間後半（2022年度以降）に実施することとしたい．