二次元切削における切削抵抗

現在大学の研究で二次元切削における
微小切り込みの研究を行っているのですが
A5052を1μm～30μmまで切削したとき切削抵抗の背分力が
負の向き（工具側）に出るのですがこれは正しいのでしょうか？
そして、チタンを切削したときには1μm切削したときは
背分力が最初は正の向き（被削材側）に出るのですが
徐々に０に近づき30μm切削したときには
背分力が最初は正なのですが0に近づきその後負の値になるという
結果が出たのですがこれは正しいのでしょうか？
いろいろ資料探したのですが詳しく書いてなく
行き詰っている状態なので、どうぞよろしくお願いします。

結論を先に言いますと、正しい現象です。
背分力が工具側に出るのは、熱膨張係数の関係です。切り込みが浅いうちは、切削熱も低く「食い込み勝手」になります。アルミは特に熱膨張係数が高いので、ワークが加工熱で膨張するので工具を押し返します。アルミはよくヒートシンクなどに使われるので、そんなはずはないと思われ勝ちですが、安価で加工がしやすい理由でヒートシンクに使われているだけです。銀や胴の方がヒートシンクには向いています。工具の前逃げ面に接触痕（フランク磨耗）が確認できると思います。このような工具を押し返す力が大きく働く状態で加工することを、「バニシング加工」と呼びます。表面粗さはよくなっていると思います。ただし、大きな残留加工応力が残るので用途によっては、バニシングはNGになることがあります。衝突型加速器トリスタンの部品加工を手掛けたことがありましたが、バニシング加工ですと電子がよく飛びませんでした。チタンの熱膨張係数も調べて見て下さい。チタンは粘りが強く食い込み勝手になりやすいような気もします。

●質問者からのお礼

丁寧な回答ありがとうございます。
現象としては正しいと聞き安心いたしました。
原因としてどのような事が起こっているのかよくわかったのですが
何点かわからないことがあり、お聞きしたいのですが
まず「食い込み勝手」という単語聴いたことがなく
調べたのですがなかったのですが教えてもらえませんでしょうか?
そして、チタンの方が熱膨張係数がA5052より３倍ほど小さかったのですが
これが原因でチタンは切込みを増やすと正から負の方向に
背分力が変わっていくのでしょうか？
あと、このように正から負へと抵抗が変わっていくときは
抵抗値はどこの値を取るのが適切な方法といえるのでしょうか？

わからないことが多く質問が多くなりましたがよろしくお願いいたします。

▼回答者からの追記

＞「食い込み勝手」…は、ワーク内部にバイト刃先が食い込んで行くような挙動を起こすことです。

掬い角を強く取ると、起こり易くなります。チタンの熱伝達係数はどのくらいですか？…多分、切削熱がワーク内部に溜め込まれたところで、チタンの膨張が始まり、最初は背分力がゼロで、食い込み勝手になっていたものが、刃先の前逃げ面が、チタンの膨張で押されるようになり、工具側への背分力が検出されるように変化して行ったのではないでしょうか？

＞抵抗値はどこの値を取るのが適切な方法といえるのでしょうか？

これはちょっと分かりません。そのような実験はしたことがないので、評価の方法が分かりません。温度計（測温抵抗体とか、赤外線センサー）を付けて、温度の上昇変化と背分力がゼロから負に変る瞬間を監視してみたらどうでしょう？あと、構成刃先が生じると、切れが悪くなり、益々加熱して行くかも知れません。構成刃先とは、掬い面にワークの一部が溶けて張り付いてしまう現象です。

●質問者からのお礼

追記ありがとうございます。
それでは、食い込み勝手というのは切削しながらも弾性回復によって
ワークが膨らんでいるから食い込んでいるように見えることでしょうか？
チタンの熱膨張係数はおよそ8.9ｘ10^6になります。ちなみにA5052は23.8ｘ10^-6になります。

たぶん研究室にそのような温度の計測をできるような器具が無いようなので
温度の計測はできないと思われます

それでは、よろしくおねがいいたします。
　

▼回答者からの追記

>それでは、食い込み勝手というのは切削しながらも弾性回復によって
>ワークが膨らんでいるから食い込んでいるように見えることでしょうか？

「ワークが膨らんでいるから食い込んでいるように見える」とはちょっと違うと思います。掬い角を正に強く取ると起こります。掬い角を負にすると生じません。クサビが食い込んで行くような現象かも知れません。

熱伝達係数（熱伝導率？）とも関係していると思います。
銅を、同じ形状のバイトで削っても、背分力はほとんど発生しません。
バイトの前逃げ角にもよります。銅でも、前逃げ角を極端に弱くすると背分力が発生してバニシング加工ができます。チタンの熱膨張係数がアルミに比べて低いので、チタンの加工では背分力が小さかったのだと思います。
構成刃先の有無はどうでしたか？アルミは特に、構成刃先を起こし易いです。

>温度の計測をできるような器具が無いようなので…

白金の針を貼り付けて、その針と同じ値の抵抗３本を用意して
白金と抵抗３本で、ブリッジ回路を作り、電流の変化を監視すれば、
温度変化を監視することはできます。放射温度計（赤外線）を借りてくるのも手かと思います。

●質問者からのお礼

追記ありがとうございます。

「ワークが膨らんでいるから食い込んでいるように見える」とはちょっと違うと思います。掬い角を正に強く取ると起こります。掬い角を負にすると生じません。クサビが食い込んで行くような現象かも知れません。

逃げ角が少ないと起こるということでしょうか？

＞熱伝達係数（熱伝導率？）とも関係していると思います。
銅を、同じ形状のバイトで削っても、背分力はほとんど発生しません。
バイトの前逃げ角にもよります。銅でも、前逃げ角を極端に弱くすると背分力が発生してバニシング加工ができます。チタンの熱膨張係数がアルミに比べて低いので、チタンの加工では背分力が小さかったのだと思います。
構成刃先の有無はどうでしたか？アルミは特に、構成刃先を起こし易いです。

熱伝導率もA5052より3倍程度チタンが少ないのでその影響で背分力が小さくなりそうですね。
アルミの方は凝着が重なってできた切りくずが
出てきてこれを構成刃先と言っていいものかもわからないのですが・・・。

それではよろしくお願いします。

▼回答者からの追記

>逃げ角が少ないと起こるということでしょうか？

そうですね。

>アルミの方は凝着が重なってできた切りくずが
>出てきてこれを構成刃先と言っていいものかもわからないのですが・・・。

加工後のバイトの掬い面を観察したときに、
アルミが溶けて張り付いていれば、構成刃先です。
「凝着が重なってできた切りくず」と言うのは、
かなり怪しいです。構成刃先ができている可能性が高いです。