切削加工で発生する切粉とは

金属や樹脂などを削って、希望の形を作り出す切削加工。ものづくりの現場には欠かせない技術ですが、必ず発生してしまうのが「切粉（きりこ）」です。この切粉、ただの削りカスと侮ってはいけません。放置すると、加工精度が落ちたり、工具の寿命が縮んだり、最悪の場合は機械の故障や作業者の怪我につながることも…。

この記事では、切粉とは何か、なぜ問題なのか、そしてどう対策すれば良いのかを、徹底的に解説していきます。

1. 切粉とは？ – 基礎から理解する

切粉とは、切削加工によって材料が削り取られた際に発生する、削りくずのことです。旋盤で金属を削った時に出る、くるくると丸まったものや、ドリルで穴を開けた時に出る、細かい粉のようなもの、これらは全て切粉です。切削加工は、材料を削り取ることで形を作る加工方法なので、切粉の発生は避けられません。

切粉の発生メカニズム

切粉は、工具が材料に食い込み、材料が変形・破壊されることで発生します。材料は、工具によって強い力を受けると、まず「せん断変形」を起こします。これは、材料の内部で、互いにずれるように変形する現象です。さらに力が加わると、「塑性変形」を起こします。これは、力を加えて変形させた後、力を取り除いても元の形に戻らない変形です。そして、最終的に材料が破壊され、切粉となります。

切粉の形状は、材料の硬さや粘り強さ、工具の形状、切削速度、送り量、切り込み深さなど、様々な要因によって変化します。これらの条件を適切にコントロールすることが、良好な切粉処理の第一歩となります。

2. 切粉による影響 – なぜ対策が必要なのか？

切粉は、単なるゴミではありません。放置すると、様々な問題を引き起こし、切削加工の現場に大きな悪影響を及ぼします。

加工精度への悪影響

切粉が工具や材料に絡みつくと、工具が本来の位置からずれたり、振動が発生したりします。その結果、寸法が狂ったり、表面が荒れたりして、加工精度が低下します。

工具寿命の低下

切粉が刃先に付着したり、再切削されたりすると、刃先が摩耗したり、欠けたりしやすくなります。工具の寿命が短くなると、工具の交換頻度が増え、コスト増加につながります。

機械へのダメージ

切粉が機械の隙間に詰まったり、摺動部（こすれ合う部分）に入り込んだりすると、機械の動作不良や故障の原因になります。最悪の場合、機械の修理や交換が必要になり、大きな損失につながります。

作業環境の悪化

切粉が飛散すると、作業者の目に入ったり、皮膚に付着したりして、怪我の原因になります。また、高温の切粉は火災を考慮してリスクが高まるため、十分な注意が必要です。さらに、細かい切粉が空気中に舞い上がると、粉塵爆発の危険性や、作業者の呼吸器系への悪影響も懸念されます。

環境問題

大量に発生する切粉は、産業廃棄物として適切に処理する必要があります。切粉の処理にはコストがかかり、環境負荷も大きくなります。

3. 切粉対策 – 実践的な7つの方法

切粉による問題を解決し、切削加工の効率と安全性を高めるためには、適切な対策が不可欠です。ここでは、現場ですぐに実践できる、7つの効果的な切粉対策を紹介します。

対策1: 最適な工具選定

切粉処理性能の高い工具

切粉を細かく分断し、スムーズに排出するための「ブレーカ」と呼ばれる溝や突起が付いたインサート（刃先交換式工具のチップ）を選びましょう。

被削材に適した工具材種

被削材の材質に合わせて、最適な工具材種を選びましょう。超硬合金、サーメット、CBN（立方晶窒化ホウ素）、PCD（焼結ダイヤモンド）など、様々な材種があります。それぞれの特性を理解し、適切なものを選ぶことが重要です。

コーティングの効果

工具のコーティングは、耐摩耗性や耐熱性を向上させ、工具寿命を延ばす効果があります。被削材や加工条件に合わせて、適切なコーティングを選びましょう。

対策2: 切削条件の最適化

切削速度、送り量、切り込み深さといった切削条件は、切粉の形状や工具への負担に大きく影響します。これらの条件を適切に調整することで、切粉の発生を抑制し、工具寿命を延ばすことができます。

対策3: クーラント（切削油剤）の適切な使用

クーラントは、工具と材料の摩擦を軽減し、冷却効果を向上させるとともに、切粉の排出を助ける役割を果たします。種類は大きく分けて、水溶性クーラントと油性クーラントの２つに分けられます。水溶性タイプは冷却効果に優れ、油性タイプは潤滑性が高いのが特徴です。被軽減材の種類や加工方法に応じて、最適なクーラントを選択することが重要です。