機(jī)械加工プロセスでは、切りくずの形成と排出は、機(jī)械、工具、ワークピースに損傷を與えることなく切削プロセスをスムーズに進(jìn)めると同時(shí)に、オペレーターの安全も確保するため、非常に重要です。切りくずの形成は、機(jī)械加工技術(shù)の分野で他のどのトピックよりも科學(xué)的な注目を集めていますが、これらの科學(xué)的発見(jiàn)を?qū)g用的で使用可能なモデルに変換することは困難であることが判明しています。ここでは、実用的な観點(diǎn)からチップ形成を検討します。

機(jī)械加工における理想的な切りくず生成とは何ですか? 2

図 1: チップ形成の簡(jiǎn)略化されたモデル

機(jī)械加工プロセス中、除去された材料はせん斷面內(nèi)で塑性変形とせん斷を受け、被加工材料の特性に応じて長(zhǎng)いまたは短い切りくずの形で排出されます。機(jī)械加工プロセスのせん斷領(lǐng)域では、かなりの量のエネルギーが消費(fèi)されます。非圧縮性材料を加工する場(chǎng)合、せん斷面內(nèi)で材料が変形してもその體積は変化しません。変形が単純なせん斷であると仮定し、材料層のスタックをせん斷面に平行に配置すると、切りくずの形成はこれらの材料層のせん斷プロセスと見(jiàn)なすことができます。

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1 材料特性と切りくず形成

2 切りくずの形態(tài)と形狀の分類(lèi)

2.1 理想的な切りくず形成、ショートヘリカルタイプ

2.2 非常に短い切りくずを避ける

2.3 長(zhǎng)いリボン狀の切りくずを避ける

材料特性と切りくず形成

多くの要因が切りくずの形成、特にワーク材料の特性に影響を與えます。金屬の切斷プロセスでは、被削材の塑性変形とそれに続くせん斷加工が行われます。弾性および塑性材料の挙動(dòng)は、このプロセスにおいて決定的な役割を果たします。ワークピースの材質(zhì)が異なれば、せん斷強(qiáng)度と延性の組み合わせも異なります。被削材の延性とは、破斷する前に変形できる程度を指します (図 2 を參照)。被削材の延性が高いほど、切りくずは長(zhǎng)くなります。経験則として、材料の延性が約 25% を超えると、切りくずは長(zhǎng)いものから非常に長(zhǎng)いものまで変化します。

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図 2: 切りくず形成に対するワーク材料の塑性および弾性特性の影響。

ワーク材質(zhì)によっては長(zhǎng)い切りくずが発生する場(chǎng)合があります。長(zhǎng)く延性のある切りくずを生成するものもあれば、短い切りくずを生成するものもあります。この方法は、さまざまな種類(lèi)のワーク材料を分類(lèi)するために ISO システムでも使用されます。各 ISO グループ (P、M、K、N、S、H) は予測(cè)可能な切りくずを生成するため、工具と切削條件の選択は材料の挙動(dòng)に一致する必要があります。 ISO グループ P (鋼) は、延性が比較的高く、長(zhǎng)い切りくずを形成する傾向がある材料で構(gòu)成されています。チップの許容可能な形狀と長(zhǎng)さを維持するには、適切な予防措置を講じる必要があります。

ISO グループ K (鋳造材料) および H (焼き入れ鋼) には、短い切りくずを生成する延性の低い材料が含まれています。これにより、切りくず制御が簡(jiǎn)素化されます。 ISO グループ M (ステンレス鋼)、S (超合金)、および N (非鉄材料) には、延性が比較的低いが粘性が顕著な材料が含まれています。これらの材料は、いわゆる「ビルトアップエッジ」チップを形成します。

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図 3: 切りくずの形態(tài)と形狀の分類(lèi)。

切りくずの形態(tài)と形狀の分類(lèi)

チップは非常に長(zhǎng)いものから非常に短いものまで分類(lèi)でき、理想的なチップは極端なものを避けます。切りくずが短すぎると加工が斷続的になり、早期の工具刃欠けや工具壽命の短縮につながる可能性があります。工具壽命の観點(diǎn)からは、切りくずは長(zhǎng)い方が好ましい。長(zhǎng)く滑らかな形狀の切りくずにより、加工プロセス中の微振動(dòng)が少なくなり、表面品質(zhì)が向上します。ただし、切削プロセス自體の観點(diǎn)からすると、長(zhǎng)い切りくずは理想的ではありません。それらは機(jī)械、ワークピース、工具を損傷し、オペレーターにとって危険な狀態(tài)を引き起こす可能性があります。また、チップコンベアで排出の問(wèn)題を引き起こす可能性があり、生産のダウンタイムが増加します。

図 4: ロングからショートまでのチップの分類(lèi)。左から右へ: リボン、タングルド、ヘリカル、ロングヘリカル、ヘリックス、アイデアルヘリックス、ヘリカルパイプ、ロングコンマ、ショートコンマチップ。

切りくずが短いと排出の問(wèn)題は解消されますが、斷続的な切削を示し、工具壽命の短縮 (工具エッジのチッピングによる) や表面品質(zhì)を低下させる微振動(dòng)につながる可能性があります。らせん狀の切りくずは長(zhǎng)すぎず、短すぎず、理想的な狀態(tài)を表しており、最適な切削作業(yè)を行うのに最適な機(jī)會(huì)となります。