金属切削におけるチップの種類：分類、原因、影響を理解する

チップとは何か

金属切削および機械加工プロセスにおいて、チップの発生は避けられません。これらのチップはさまざまな形状とサイズをとり、それらを分類することが可能です。切削加工中に生成されるチップの種類には多くの要因が影響しますが、本記事ではそれらについて詳しく解説します。

チップの定義

チップとは、工具を用いてワークピースから除去される材料のことです。せん断作用によって生成され、機械加工の際に発生します。機械に取り付けられた切削工具の前方にある材料は、ワークピースと接触すると大きな圧力の下でせん断変形します。この変形した材料は破壊し、応力状態を解消するために工具の上をチップとして流れます。

一部のチップは商業的用途があります。例えば、ステンレス鋼のコイル状チップは家庭用品の磨きや洗浄に使用されます。

チップの種類を決定する要因

機械加工プロセスにおいて生成されるチップの種類を決定する主な要因は以下の通りです：

• 切削工具の材質
• 工具の寸法
• ワークピースの材質
• 切削速度
• 切削時に加わる力
• 工具とワークピース間の摩擦
• 温度などの切削環境

チップの種類

金属切削または機械加工プロセスにおける主なチップの種類は以下の通りです：

不連続チップ

これらは互いに緩く付着した小さなセグメントで、やや大きな長さを形成します。チップが受ける変形量が繰り返し破壊によって制限されるときに形成されます。セグメントは、工具前方の金属が破裂することにより規則正しく形成されます。

延性材料における不連続チップは、切削刃付近の静水圧が引張り応力であるか、せん断エネルギーが臨界レベルに達したときに生成されます。脆性材料ではこのチップの形成により良好な仕上げ面、工具寿命の延長、消費電力の低減が得られます。一方、延性材料では仕上げ面が悪化し、過度な工具摩耗を引き起こす可能性があります。ただし、小さなチップは処分しやすいという利点があります。

青銅、黄銅、鋳鉄などの硬く脆い金属を加工する際に不連続チップが得られます。また、延性金属を非常に低い送り、小さなすくい角、高速、チップ・工具界面での高い摩擦力で切削する場合にも発生します。

不連続チップの利点と欠点

利点（脆性材料の場合）：

• 工具寿命の延長
• 良好な仕上げ面
• 消費電力の低減

欠点（延性材料の場合）：

• 仕上げ面の悪化
• 工具の過度な摩耗

連続チップ

連続チップ形成では、ワークピースへの圧力が上昇し、材料がすべり面に沿って滑ることで破壊します。このタイプでは、切削中にセグメントなしで、つまり破壊なしで金属チップが生成されます。延性材料を高切削速度で、チップと工具逃げ面間の摩擦を最小限に抑えて加工すると発生します。軟鋼などの延性材料での使用が適しています。

連続チップの利点

• 延性材料に良好な仕上げ面を提供
• 低消費電力
• チップと工具逃げ面間の摩擦を最小限に抑えることで発熱を低減
• 摩耗が少なく、工具寿命が延長

ビルトアップエッジを伴う連続チップ

延性材料をチップ・工具界面での高摩擦で加工すると、ビルトアップエッジを伴う連続チップが形成されます。これらは連続チップに似ていますが、ビルトアップエッジのため滑らかさが劣ります。

ビルトアップエッジは、チップが上方に流れ、チップと工具の界面に高摩擦が存在するときに形成されます。この高摩擦により工具先端で激しい発熱が生じ、工具先端に隣接する圧縮金属が溶着します。この工具先端に溶着した圧縮金属をビルトアップエッジと呼びます。

過大な送り速度、工具の小さなすくい角、低切削速度、切削液の不足によりチップ・工具界面の摩擦が増加すると、ビルトアップエッジを伴う連続チップが発生します。

ビルトアップエッジを伴う連続チップの利点と欠点

利点：

• 工具がプロセス中に発生する高摩擦と高温から保護される
• 工具寿命が延長される

欠点：

• 粗い仕上げ面になる
• すくい角と切削力が変化する

結論

チップは工具の助けを借りてワークピースから除去される材料です。これらは再処理されて他の用途に活用されます。本記事では、チップのさまざまな種類とその利点・欠点について説明しました。

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