金沢大学理工研究域機械工学系工作物表面の平滑化と加工硬化ならびに圧縮残留応力の付与を目的としたバニシング加工について検討した．本加工法はフライス加工と同じ形態で，先端に半球形状を有する工具を高速で回転させながら対象面上を定力下で摺動させることにより仕上げ面を得る．本報では，工具にダイヤモンドよりも製造が容易なコーテッド超硬工具を用いた場合の加工特性について報告する.出版者照会後に全文公

Asakawa Naoki

Kozuka Hiroaki

Okada Masato

Otus Masaaki

Shinya Masayoshi

Tachiya Hiroshi

大津 雅亮

小塚 裕明

岡田 将人

新谷 正義

浅川 直紀

立矢 宏

金沢大学高度モビリティ研究所 / 金沢大学理工研究域機械工学系工作物表面の平滑化と加工硬化ならびに圧縮残留応力の付与を目的としたバニシング加工について検討した．本加工法はフライス加工と同じ形態で，先端に半球形状を有する工具を高速で回転させながら対象面上を定力下で摺動させることにより仕上げ面を得る．本報では，工具にダイヤモンドよりも製造が容易なコーテッド超硬工具を用いた場合の加工特性について報告する.出版者照会後に全文公

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工具回転機能を有したバニシング加工の基礎的検討: コーテッド超硬工具の適用著者 新谷 正義, 岡田 将人, 小塚 裕明, 立矢 宏, 浅川直紀, 大津 雅亮著者別表示 Shinya Masayoshi, Okada Masato, KozukaHiroaki, Tachiya Hiroshi, Asakawa Naoki, OtusMasaaki雑誌名 精密工学会学術講演会講演論文集巻 2016 Spring号 H44ページ 613-614発行年 2016URL http://doi.org/10.24517/00050331doi: 10.11522/pscjspe.2016S.0_613Creative Commons : 表示 - 非営利 - 改変禁止http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.jaFig. 1 Spherical 5-DOF hybrid-type parallel mechanism with rotary tool工具回転機能を有したバニシング加工の基礎的検討-コーテッド超硬工具の適用 -金沢大学大学院　〇新谷正義，福井大学　岡田将人金沢大学　小塚裕明，立矢宏，浅川直紀，福井大学　大津雅亮Fundamental Study on Burnishing Process with Rotary Tool- Application of Coated Carbide Tool -Kanazawa University  Masayoshi SHINYA, University of Fukui  Masato OKADAKanazawa University  Hiroaki KOZUKA, Kanazawa University  Hiroshi TACHIYAKanazawa University  Naoki ASAKAWA, University of Fukui  Masaaki OTSUThis study deals with a burnishing process to generate smooth surfaces and enhanced layers. In conventional method which is proposed by the authors, a diamond tipped tool was used. In this investigation, the coated carbide tool was applied as a burnishing tool. A proposed hybrid-type parallel mechanism with spherical 5-degree-of-freedom range and force control was used as a burnishing machine. Non-coated carbide tool, titanium nitride and diamond-like-carbon coated carbide tools were used, and a stainless steel surface was targeted. The fundamental burnishing characteristics of the proposed tool were mainly evaluated by the surface profile and appearance of the burnished surface, and it was clarified that DLC-coated carbide tool was better than non-coated and TiN-coated one to generate smooth surface.1. 緒言　金型のような自由曲面を有する工作物表面の平滑化と加工硬化ならびに圧縮残留応力の付与を目的としたバニシング加工について検討した．著者らはフライス加工の要領で，先端に半球形状を有するダイヤチップを対象面上に定力下で摺動させることで良好な仕上げ面を得ることに成功している 1)．また，ダイヤチップを回転させることで，工作物表面の更なる平滑化や加工硬化層の増加が見込めることも明らかにした 2)．しかしながら，ダイヤチップは製造の困難さから，非常に高価である．そこで本報では，ダイヤチップより安価なコーテッド超硬工具をバニシング加工に適用し，その基礎的な加工特性について平坦面を対象に検討したので報告する．2. 実験方法　本実験で使用する加工機を図 1に示す．本装置は空間 3自由度パラレルメカニズムと， 2軸方向の並進運動を創生する平面案内テーブルを組み合わせた機構であり，全体として 5自由度を有する．したがって本装置は 5軸の工作機械と同等な加工が可能となる．また平面案内テーブル上には 3成分力センサが取り付けられており，加工中に生じる力を方向成分毎に測定し，工具先端の位置を制御することで，定力によるバニシング加工を実現している．本装置の出力節にスピンドルを取り付け，その先端に工具を取り付けた．図 2に示すように一定のクロスフィードを与えて，工具を工作物の正面フライスによる前加工痕に対し直角方向に往復させることにより面状の加工を行い，その仕上げ面を評価した．主な実験条件とコーティング材質の諸特性を表 1，2にそれぞれ示す．工具回転による摺動速度 vs [m/min]は，図 1(c)に示す加工部接触点における理論的な周速度と定義し，工具半径 R [mm]，スピンドル回転数 N [rpm]，工具の傾斜角 α[° ]によって決定され，(1)式より算出した．　　　　　vs = π·R·N sin α / 500    (1)Fig. 2 Tool path(a) Schematic illustrationTable 1 Experimental conditionsWorkpieceBurnishing toolSliding speedFeed rateThrust forceCross feedLubricationStainless steel JIS SUS316 Preliminary surface Ra = approx. 0.25 μmSpherical carbide pin R = 1.5 mm(94.0 HRA, WC: 85-95wt%, Co: 5-8wt% Average grain size 0.5 μm)Non-coated, TiN-coated, DLC-coatedvs = 0, 17 m/min f  = 5 mm/secFt = 20 NCF = 50 μmUP-21KN，Unitech Co.Ltd.(b) Details of arrangement(c) Definition of sliding speed vsTable 2 Properties of coating materials3)Vickers hardness1600-1800 HV2000-2200 HVCoefficient of friction0.50.1Coating thickness2-4 μm1.0-2.0 μmTiNDLC2016 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集Copyright Ⓒ 2016  JSPE－613－H443. 実験結果3.1 コーティングおよび工具回転が仕上げ面外観に及ぼす影響　コーティングが仕上げ面外観に及ぼす影響を検討するため，図3に示す 10 mm角の仕上げ面を作成した．左からノンコート，TiN，DLCの仕上げ面である．図 3(a)より，工具無回転時においてノンコート，TiNを用いた場合の仕上げ面が前加工面よりも悪化しており，DLCを用いた場合は鏡面が得られていることがわかる．図 4に加工対象物と接触する工具先端表面のレーザ顕微鏡観察結果を示す．いずれも加工前の表面状態である．ノンコートは研磨痕が残存しており，TiNはコーティング材質の溶滴により突起やピンホールが散在し，ドロップレットが目立つ．これらの工具では工作物の押しならし作用に加えて，工具表面上の微小凹凸による工作物材料の除去作用が生じたと考えられる．一方，DLCは非常に平滑な表面を有しているため，良好な仕上げ面が得られたと考えられる．図 3(b)より，工具回転時においてはノンコート，TiNを用いた場合の仕上げ面は工具無回転時よりも良好であることがわかる．これは，工具無回転時は工具接触部の微小凹凸形状が転写されるのに対し，工具回転時はそれが平均化されるためと考える．3.2 コーティングおよび工具回転が表面形状に及ぼす影響　コーティングおよび工具回転が表面形状に及ぼす影響を検討するため，仕上げ面付近の表面形状を図 5に示す．表面形状の測定には触針式粗さ計 (Form Talysurf S2 i120, Taylor-Hobson Ltd.) を用いた．ノンコート，TiNに関しては，工具回転による表面性状の変化傾向が仕上げ面外観と同様に認められる．また，DLCの表面形状には工具経路に沿った加工痕が明確に転写されており，工具回転による影響が明確には認められなかった．3.3 仕上げ面の光沢度および断面形状　仕上げ面の光沢を定量的に評価するため，仕上げ面の表面粗さFig. 5 3D-profiles of burnished surfacesと光沢度をそれぞれ粗さ計 (SJ-410, Mitutoyo Ltd)，高光沢グロスチェッカ (IG-410, HORIBA Ltd.)を用いて測定した．その結果を図 6に示す．光沢度とは，表面に光を当てたときの正反射の程度の表す量で，単位は無次元である．本測定装置では，測定対象面への光の入射角が 60°で完全な鏡面反射をした場合に 1000となる．図 6より，工具回転時においてノンコート，TiNを用いた場合，仕上げ面の表面粗さと光沢度共に改善が認められた．また，工具回転時における TiNの仕上げ面表面粗さは DLCと同等であるが，光沢度に差が認められた．図 7に TiNおよび DLCを用いた場合の仕上げ面の断面形状を示す．図より，DLCを用いた場合の仕上げ面の断面形状は TiNを用いた場合よりも規則的で滑らかであることがわかる．このような面は拡散反射の影響が小さいため，光沢度が増したと考えられる 4)．4. 結言(1)コーテッド超硬工具を用いたバニシング加工では，工具接触部の表面性状が仕上げ面に著しく影響を与える．(2)光沢度を評価することにより，DLCコーテッド工具の有意性が認められた．参考文献1) M. Okada, H. Kozuka, H. Tachiya, T. Iwasaki, and Y, Yamashita,Burnishing    process by the spherical 5-degrees hybrid type parallel mechanism with force      control, Int. J. Autom. Technol, Vol. 8, No. 2, pp. 243-252, 2014.2) M. Okada, M. Shinya, K. Watanabe, H. Kozuka, H. Tachiya, M. Otsu, Diamond     burnishing process with rotary tool　(Fundamental considerations of burnishing     characteristics), Proc. LEM21, 2015.3) ㈱北熱，技術資料，コーティング性能比較 - 1508  4)米原牧子，鈴木圭介，木原幸一郎，木嶋彰，磯野宏秋，杉林俊雄，5052    アルミニウム合金の表面凹凸が光沢度に及ぼす影響，軽金属，第 53巻     第 4号 (2003)，163-16810 μm1 mmFeed directionRotation directionRotation directionRotation directionFeed directionFeed directionFeed directionFeed directionFeed direction10 μm10 μm10 μm10 μm10 μm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mm1 mmFig. 7 Surface profiles of burnished surfaces for Y-direction0.75 μm/div0.75 μm/div0.75 μm/div0.75 μm/divFig. 3 Burnished surfaces (Left : Non-coated, Center : TiN, Right : DLC)(b) vs = 17(a) vs = 0(a) Non-coatedFig. 4 Surface apperances of non-coated one coated carbide tools(b) TiN-coated (c) DLC-coatedFig. 6 Surface raughness and grossiness of burnished surfacesGrossinessSuraface roughness Ra [μm]2016 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集Copyright Ⓒ 2016  JSPE－614－H44

工具回転機能を有したバニシング加工の基礎的検討: コーテッド超硬工具の適用

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