切削温度とは

切削温度とは？

切削加工は、金属などの材料を工具で削り取り、目的の形状に仕上げる加工方法です。この過程で、工具と被削材（加工される材料）が接触し、摩擦や塑性変形によって熱が発生します。この熱が「切削温度」です。

切削温度は、加工の精度、工具の寿命、加工品の品質に大きな影響を与えるため、適切に管理することが重要です。

切削温度の発生メカニズム

切削温度は、主に以下の3つの要因によって発生します。

工具と被削材の摩擦

工具が被削材に切り込む際、両者の間に摩擦が生じます。この摩擦によって熱が発生し、切削温度が上昇します。

被削材の塑性変形

被削材は、工具によって切り取られる際に、塑性変形（力を加えると変形し、力を取り除いても元の形に戻らない性質）を起こします。この変形エネルギーの一部が熱に変換され、切削温度を上昇させます。

切りくずの生成と排出

切りくずが生成される際にも、せん断変形による発熱が生じます。また、切りくずが工具や被削材と接触しながら排出される際にも、摩擦熱が発生します。

切削温度が高いとどうなる？：加工トラブルとその原因

切削温度が過度に高くなると、以下のような様々な問題が発生し、加工の品質や効率を著しく低下させる可能性があります。

工具寿命の低下

高温にさらされた工具は、摩耗が加速し、寿命が短くなります。特に、高温硬さ（高温下での硬さ）が低い工具材質は、この影響を受けやすいです。

加工精度の低下

被削材や工具が熱膨張することで、寸法精度や表面粗さが悪化します。特に、熱膨張係数の大きい材料を加工する場合には注意が必要です。

加工品の品質低下

高温により、被削材の表面が酸化したり、変質したりすることがあります。また、残留応力が発生し、強度や耐久性が低下する可能性もあります。

溶着

切削温度が非常に高くなると、被削材の一部が溶融し、工具に付着してしまう現象です。溶着が発生すると、工具の切れ味が著しく低下し、加工が困難になります。

構成刃先

切りくずの一部が工具の刃先に付着し、これが切れ刃の役割をしてしまう現象です。構成刃先は、加工精度を悪化させ、工具寿命を短縮させる原因となります。

熱亀裂

急激な温度変化（加熱と冷却の繰り返し）によって、工具に微小な亀裂が発生することがあります。熱亀裂は、工具の破損につながる可能性があります。

切削温度を下げる方法は？

切削温度を適切に管理し、上記の問題を防ぐためには、以下の対策が有効です。

切削油剤の活用

切削油剤は、潤滑作用と冷却作用により、摩擦熱を低減し、切削温度を抑制します。油剤の種類（水溶性、不水溶性）、供給方法（外部給油、内部給油）、濃度などを適切に選択することが重要です。

切削条件の最適化

切削速度、送り速度、切り込み深さを適切に調整することで、発熱量をコントロールできます。一般的に、低速・低送り・浅い切り込みは、切削温度を低く抑えることができますが、加工効率とのバランスを考慮する必要があります。

工具の選定とコーティング

耐熱性や耐摩耗性に優れた工具材質（超硬合金、サーメット、セラミック、CBN、ダイヤモンドなど）を選択します。さらに、工具表面に耐熱性・耐摩耗性の高い膜（TiN、TiAlN、AlCrNなど）をコーティングすることで、工具寿命を延ばし、切削温度上昇を抑制できます。

内部給油（MQL: Minimum Quantity Lubrication）

工具の内部から切削油剤を微少量供給する方式です。従来の外部給油に比べて、油剤の使用量を大幅に削減できるため、環境負荷低減やコスト削減に貢献します。また、切削点に直接油剤を供給できるため、冷却効果も高くなります。

低温切削（クライオジェニック切削）

液体窒素などの極低温冷却剤を使用し、切削点を冷却する加工方法です。非常に高い冷却効果が得られ、難削材の加工や工具寿命の飛躍的な向上に有効ですが、設備コストが高いというデメリットもあります。

工具形状の工夫

切れ刃の形状や逃げ角などを工夫することで、切りくずの排出性を向上させたり、摩擦熱を低減したりすることができます。

まとめ：切削温度管理で加工品質と効率を向上

切削温度は、切削加工における重要な要素であり、加工の品質、工具寿命、加工効率に大きな影響を与えます。切削温度を適切に管理することで、加工トラブルを未然に防ぎ、生産性向上に繋げることができます。