切りくず形成の説明:図、種類、および影響要因

切りくず形成は、切削操作中に材料がワークピースから機械的に除去され、切りくずが生成されるプロセスです。これらのチップは、連続、不連続、構築されたエッジを備えた連続など、その特性に基づいてさまざまなタイプに分類できます。

この読書では、チップとは何か、チップがどのように形成されるか、チップ形成の図、およびチップの種類について説明します。また、切りくずの形成に影響を与える要因についても学習します。

チップとは何ですか?

切りくずは、フライス、旋盤、鋸などの機器を使用して材料を機械的に切断する際に生じる副産物です。第二次世界大戦と、より速く強力な切削工具、特に金属切削用の高速度鋼カッターの導入により、切りくず形成に関する研究が促進されました。 Franz (1958) と Kivima (1952) は両方とも、この分野で画期的な研究を実施しました。

チップはどのように形成されるのですか?

切削工具 (旋盤、鋸、フライスなど) がワークピースと相互作用すると、工具の刃先が材料を変形させ、材料をせん断して分離させ、その結果、切りくずが形成されます。

チップの種類

機械加工では、生成される切りくずの種類は、被削材の材質、切削速度、送り速度、工具形状などの要因によって異なります。機械加工における切りくずの主な種類は次のとおりです。

連続チップ

連続したチップは同じ厚さのリボン状のコイルを形成します。低炭素鋼、銅、真鍮、アルミニウム合金などの延性のある材料を高い切断速度で切断し、工具の刃先に圧縮およびせん断圧力を加えると、この切りくずが形成されます。これにより、材料がツールのエッジより前に配置されます。切りくずの形成は、鋭い切れ刃と低い工具と切りくずの摩擦によっても促進されます。

刃先の前には主な変形ゾーンがあります。被削材は、工具とチップの接触部での摩擦により二次変形領域で変形します。このゾーンの厚さは摩擦に関係します。軟質金属を低速すくい角で切断すると、表面歪みが発生します。軟金属の加工結果は劣悪になります。

連続した切りくずにより、滑らかな切断と優れた表面品質が得られます。工具寿命を延ばし、電力使用量を削減します。切削工具には切りくず絡みを防止するチップブレーカーが付いています。これは旋回中に頻繁に発生します。

不連続チップ

鋳鉄、青銅、高炭素鋼などの脆性材料は、中程度の速度で加工すると不連続な切りくずが発生します。これらの部分は緩く接続されています。材料は延性を失い、ひずみ中に破損し、切りくずの流れが定期的に破断します。

切削抵抗は切りくず形成中に頻繁に変化します。この切りくずは、高い工具と切りくずの摩擦、大きな送り、および切込み深さによって発生します。不連続な切りくずは、延性材料を切削する際の工具寿命と表面仕上げを低下させます。

不連続な切りくず形成では、切削工具と保持装置の剛性が振動、寸法の不正確さ、表面仕上げの低下、切削工具の損傷を引き起こす可能性があります。不連続チップは長さが短いため、連続チップよりも取り扱いが容易です。使い捨てでもあります。

エッジが構築された連続チップ

切削中、工具とチップの境界面間の高い摩擦により、チップ材料が工具先端の工具すくい面に溶融し、ビルドアップエッジが形成されます。チップがツールに常に接触している場合は、重大な問題が発生する可能性があります。ツールのエッジの延長として考えてください。一時的で不安定なビルドアップ エッジが形成されます。

機械加工によりその破片が除去されます。加工後に切りくずと加工面が部分的に固着する場合があります。表面仕上げ不良の原因となります。ただし、刃先にコーティングを追加することで表面仕上げが悪く、工具の摩耗が減少し、工具の寿命が長くなります。

セグメント化または鋸歯状のチップ

鋸歯状チップの別の用語は、不均質チップです。高せん断ひずみの大きなゾーンとそれに続く低せん断ひずみの小さなゾーンにより、このチップは鋸歯状の外観になります。この周期的なチップの作成により、半連続的なチップの作成が行われます。これらの切りくずは、チタン合金、ニッケル基超合金、オーステナイト ステンレス鋼などの硬質材料を高速で加工するときに形成されます。

チップの分類

1900 年代半ば、アメリカのエンジニア、ノーマン フランツ博士は製造におけるチップを研究し、3 つの主要な分類を特定しました。 Franz 氏によると、ほとんどのチップは次の 3 つの分類のいずれかに分類されます。

タイプ I チップ

タイプ I の切りくずは、材料の垂直引張強度を超える工具の上向きのくさび作用により、材料が刃先よりも先に破損するときに形成されます。これらは、繊維が強いにもかかわらず分離しやすい木材などの繊維素材では非常に重要です。

タイプ I の切りくずは、通常、切削角度が浅い工具で切削するときに形成されます。タイプ I の切りくずのサイズは、切断長さによってのみ制限されます。これは、木材の削りくず、特に口の細かい調整された平面からの削りくずに最適なチップ構造です。

タイプ II チップ

タイプ II の切りくずは、ツール アングル ウェッジがせん断するときに形成されます。材料は工具刃先の頂点から斜め上方前方の短い傾斜面で表面に向かって破壊されます。この線に沿って変形すると、上向きにカールしたチップが生成されます。通常、これらの切りくずは中間の角度で切断することによって作成されます。金属のような延性のある材料は、タイプ II の切りくずを作成する可能性があります。タイプ II チップは連続的な切り粉を生成することもあります。

タイプ III チップ

タイプ III の切りくずは、90° の切断角度より前に材料の圧縮破壊を引き起こします。これにより、弱い材料や延性のない材料では細かい粉塵が発生する可能性がありますが、廃棄物がツールの前に束になっても掃き落とされない場合には、ランダムな「除雪車」効果が発生することがよくあります。

このタイプのチップはルーターによって形成されます。木工用スクレーパーは、適切に研いで使用すると、タイプ II の切りくずのように見える薄いタイプ III の切りくずを生成することがよくあります。薄い廃棄チップにより圧縮破壊体積が減少し、タイプ II の明確に定義されたせん断面と一致します。

切りくず形成に影響を与える要因

チップの形成に影響を与える要因は次のとおりです。

• 材料特性:延性のある材料は連続的な切りくずを形成する傾向がありますが、脆い材料は不連続な切りくずを形成します。
• 切削速度と送り速度:速度と送り速度を高くすると連続的な切りくずが生成される可能性がありますが、速度と送り速度を低くすると不連続な切りくずが発生する可能性があります。
• 工具形状:切削工具の刃先の角度と鋭さは、切りくずの形成に大きな影響を与える可能性があります。
• 潤滑と冷却:潤滑剤と冷却剤を使用すると、摩擦と温度が低下し、切りくずの形成に影響を与える可能性があります。
• ワークピースの温度と硬度:これらの要因も、形成される切りくずの種類に影響を与える可能性があります。
• 工具の材質とコーティング:切削工具に使用される材質の種類とそのコーティングは、切りくずの形成に影響を与える可能性があります。