適切なCNCクーラント選定: 種類、用途、ベストプラクティス

機械技師は、CNC加工プロセス中に切削工具や材料の過熱による影響を軽減するために、CNC工作機械クーラントをよく利用します。これらのクーラントは潤滑剤と冷却機構として効果的であり、チップ除去を助けます。

本記事では、CNCクーラントの仕組みとその供給技術について説明します。また、CNC工作機械におけるクーラントの重要性、種類などについても学びます。始めましょう！

CNCクーラントとは？

CNCクーラントまたは切削液は、金属切削操作で効率向上のために一般的に使用される産業用流体です。CNC加工クーラントは、科学的な化合物濃度で配合された特殊な化学添加剤で構成されます。その主要成分には動物性脂肪、水、石油蒸留物、植物油、その他の原材料が含まれます。

これらのクーラントは、高密度プラスチック、ガラス繊維、金属などの材料を切削するCNC工作機械の能力を向上させ、高温蓄積を低減します。

クーラントシステムの仕組み

CNC工作機械クーラント混合液は、CNC加工操作中に作業領域を流れます。クーラントは洪水のように作業領域からチップと粒子を洗い流します。その後、工作機械底部のタンクに流れ込み、そこからポンプで汲み上げて作業領域に循環させ、継続的に使用します。

クーラントは高速加工時にワークピースを冷やし、低速時に切削工具を潤滑します。したがって、CNCクーラントは切削工具を腐食から保護し、ワークピースを変形から守ることで切削工具の寿命を延ばします。ピーク性能を確保するには、セントラルおよびシングルCNC工作機械クーラントシステムを監視、メンテナンス、調整する必要があります。

しかし、小規模クーラントシステムではオイル分離とろ過に効果の低いコンポーネントを使用するため、濃度レベルの一貫した変化とより大きな変動が生じます。したがって、小規模システムでは切り屑による汚染に弱くないクーラントを使用するのが最適です。

CNC工作機械におけるさまざまなクーラント供給

異なるCNC工作機械は、さまざまな特性と圧力を持つクーラントを使用します。したがって、CNC工作機械の理想的なクーラント供給メカニズムを選択することが不可欠です。適切な量を選ばないとワークショップのリソースが急速に枯渇し、間違った圧力はワークピースやCNC切削工具を損傷させる可能性があります。以下はCNC工作機械における一般的なクーラント供給タイプです：

ミスト冷却機構

このクーラント供給方法は、熱とチップ除去が主な関心事でない操作に適した低圧力を使用します。したがって、高圧が適用されないため、ミスト冷却は工具とワークピースに追加のストレスを与えません。

エア冷却機構

エア冷却技術は潤滑目的には理想的ではありませんが、熱を低減しチップを除去するのに役立ちます。エア冷却供給はオイルまたは水性クーラントを含まないため、効果は劣ります。

さらに、エア冷却機構は、より敏感な材料を扱う際にワークピースとの直接接触に理想的です。しかし、熱衝撃や急速な膨張に弱いプラスチック材料には適しています。直接クーラントは部品の収縮を引き起こすことが多いためです。

最小量潤滑(MQL)機構

各CNCショップの優先事項は、ワークショップ効率の改善、生産増加、コスト削減によって競争優位性を達成することです。その結果、CNCショップは環境メリットのためにMQLに頼ることがよくあります。

MQL機構は、必要な量のクーラントのみを使用することでコストと材料廃棄を削減します。通常、非常に微細なミストまたはエアロゾル形態で、定義された操作を効果的に実行するための適切なクーラントを提供します。

高圧機構

高圧CNC工作機械クーラント供給は、1,000 psiを超える圧力を使用して加工操作中にチップを除去します。この方法はチップを材料から吹き飛ばすため、チップの抽出と排出に最適です。

この方法で使用される圧力は、マイクロ径工具を損傷する可能性がありますが、部品を迅速かつ効果的に冷却できます。したがって、この方法はCNCドリル加工や深いキャビティ操作と互換性があり、クーラントまたは内蔵クーラントタンクを使用して容易に輸送できます。

機械加工クーラントはそれぞれの配合を持つ4つの主要カテゴリに分類されます。しかし、材料と関与する機械加工プロセスを考慮して、効率と包括的な性能に基づいてクーラントを選択することが重要です。以下は一般的な工作機械クーラントの種類です。

合成クーラント

これらのクーラントは石油や鉱油を含まないため最もクリーンです。合成クーラントは水で分解する防錆剤と化学潤滑剤で構成されます。これらの流体は水と混合して金属加工液を生成します。したがって、これらのCNCクーラントは高冷却能力、防食、容易なメンテナンス、潤滑性を持ちます。

さらに、合成クーラントは優れた冷却能力があるため、表面研削などの高熱・高速機械加工プロセスで主に採用されます。重切削用合成クーラントはいくつかの機械加工操作の処理に最適です。

合成クーラントは組成によって単純合成と複合合成(乳化可能合成)に分類されます。単純合成または真の溶液は一般的に軽切削研削に使用されます。一方、複合合成濃縮液は中〜重切削機械加工手順に適した合成流体を含みます。より重要なのは、複合合成潤滑剤が機械加工操作で高速と高送りを可能にすることです。

メリット

• 合成クーラントは高い微生物制御と優れた防腐性を示します。
• これらの潤滑剤は優れた防食性と高い冷却能力を提供します。
• 水と混合後の安定性が高いです。
• 合成クーラントはクリーンでさまざまな機械加工操作に適しているため、メンテナンスが容易です。

デメリット

• 潤滑油などの工作機械流体が合成クーラントを容易に汚染する可能性があります。したがって、これらの流体を効果的に管理・維持する必要があります。
• 合成クーラントは中〜高撹拌条件下で微細なミストや泡を生成します。オイルベース流体関連の問題には比較的脆弱ではありませんが。

半合成クーラント

半合成クーラントは合成(ポリマー)と水溶性オイルのハイブリッドです。これらの流体は、水希釈可能な濃度で約2〜30%の鉱油または石油を含みます。半合成流体の残りの割合は水と乳化剤で構成されます。濃縮液の他の要素には殺菌剤添加剤、濡れ剤、防食剤が含まれます。水が主要成分で、生産時に濃縮液と乳化するため、一般的に調製化学乳化液と呼ばれます。

これらの半合成流体は通常半透明です。しかし、その特性はわずかに半透明から不透明まで変化します。さらに、これらの半合成の多くは良好な熱感度を持ちます。したがって、半合成オイル分子が切削工具を包み込み、より良い潤滑性を確保します。

メリット

• 中〜重切削用途に優れた潤滑剤です。
• 半合成流体は、優れた濡れと冷却特性により、より高速な送り速度とより高い切削速度での切削を可能にします。
• これらの流体は低粘度を持ち、より良好な沈殿と洗浄特性を可能にします。

デメリット

• 水の硬度が半合成流体の安定性を損ない、硬水スカム沈殿を引き起こします。
• これらの流体は泡立ちやすいです。洗浄添加剤が水溶性オイルより潤滑性が低いためです。

ストレートオイル(不水溶性切削油)

これらのオイルは石油、鉱油、動物性、植物性、脂肪などの化合物から得られます。これらのストレートオイルには、リン、硫黄、塩素添加剤などの他の成分が含まれることもあります。ストレートオイルは通常水に不溶で、最高の潤滑性、防錆、より良いタンク寿命、容易なメンテナンスを提供します。

バクテリアは水分を含む流体でのみ繁殖するため、ストレートオイルは腐敗しません。これらのオイルは切削工具が材料を切削する際に発生する力を軽減し、クリーンな切削でワークピースに滑らかな表面仕上げを確保します。

メリット

• ストレートオイルは良好な潤滑性を提供し、機械加工操作での摩擦を低減します。
• 優れた仕上げを確保し、工具摩耗を最小限に抑えます。
• これらのオイルは多くの場合安価で、機械装置で一般的に使用される青銅、鋼、鉄などのいくつかの材料と高い互換性があります。

デメリット

• ストレートオイルは冷却性能が劣ります。
• 高い劣化特性により、通常より高いメンテナンスとオイル交換が必要です。
• これらのオイルは特定の高性能用途には理想的ではありません。
• 適切に廃棄しない場合、ストレートオイルは悪影響を環境に与えます。

水溶性切削油(エマルション)

水溶性切削油は、エマルションまたは水溶性オイルとしても知られ、一般的な機械加工目的の優れたクーラント選択肢であり、水溶性切削液の中で最も一般的に使用されています。水溶性オイルは水と混合するとエマルションを形成します。混合結果はベース鉱油とエマルションで構成され、金属加工液を作成します。希釈形態で良好に機能し、優れた潤滑性と熱伝達性能を提供します。

水溶性切削油は安価で金属加工業界で一般的に使用されています。石油、乳化剤、または鉱油の60〜90%で構成され、加工中にワークピースに付着します。潤滑に最適で、特定量の防錆剤と混合すると優れた防錆性を提供します。

メリット

• 水とオイルのブレンドにより、より良い冷却と潤滑を促進します。
• 水溶性切削油は多目的で、さまざまな鉄系・非鉄系用途を含む軽・中切削操作に最適です。
• ストレートオイルで処理されるタッピングやブローチングなどの操作を重切削用水溶性切削油で伴うことができます。

デメリット

• クーラントタンクが適切にメンテナンスされていない場合、バクテリアとカビの微生物増殖を助長します。
• 混合物中のオイルが防錆問題、蒸発損失、フローティングオイル汚染を引き起こします。

CNC工作機械クーラント濃度の理解

CNC工作機械に間違ったクーラント濃度を適用すると、いくつかの問題を引き起こす可能性があります。したがって、最高の結果を得るために適切なCNC工作機械クーラント比率の使用方法を理解することが不可欠です。CNC工作機械の最小要件より低いクーラント濃度を適用することに関連するリスクには：

• 微生物増殖
• 切削工具の早期摩耗
• 部品と機械の腐食

一方、過剰なクーラント濃度によるリスクには：

• 泡立ち
• 毒性
• 濃縮廃棄物
• 熱伝導低下
• 潤滑不良
• 機械と加工部品の変色
• 残留物蓄積による工具劣化

CNCクーラント濃度チャート

以下は、CNCクーラント濃度レベルの変動を含むクーラント濃度チャートです：

材料	フライス	旋削	ドリル	タッピング
銅	水溶性切削油	水溶性切削油	水溶性切削油	水溶性切削油
アルミニウム	鉱油または水溶性切削油(水96%)	水溶性切削油入り鉱油(または)10%脂肪	水溶性切削油(水70-90%)	ベースオイル25%混合鉱油
青銅	水溶性切削油	水溶性切削油	水溶性切削油	ラード30%入り鉱油
低炭素鋼と工具鋼	水溶性切削油	ラードオイル25%入り鉱油75%	水溶性切削油	ラードオイル25-40%入り鉱油
可鍛鋳鉄	水溶性切削油	水溶性切削油	水溶性切削油	水溶性切削油
合金鋼	ラードオイル10%入り鉱油90%	硫黄ベースオイル25%入り鉱油75%	水溶性切削油	ラードオイル30%入り鉱油70%
真鍮	水溶性切削油(水分96%)	脂肪10%入り鉱油	水溶性切削油	ラードオイル10-20%入り鉱油
鋳鉄	ドライ	ドライ	ドライ	ラードオイル25%入り鉱油80%またはドライ

水性切削液 vs 高圧CNCクーラント

水性切削液と高圧CNC工作機械クーラントは金属加工プロセスで一般的です。これらの流体は切削工具と材料の潤滑に効率的です。

水性流体は優れた放熱特性と潤滑性を持ちます。一般的に環境に優しく、高圧工作機械クーラントのコスト効率の良い代替案です。しかし、水性クーラントはバクテリア増殖に弱く、特定の金属で腐食を助長する可能性があります。

一方、工作機械が高圧CNCクーラントで動作する場合、切削速度と送りを増やし、工具寿命を向上させ、チップ制御の問題を防ぐシステムへの投資が役立ちます。その結果、高圧CNCクーラントは生産性を大幅に向上させます。タッピングと深穴ドリル操作に不可欠な1,000 psi以上の圧力を体験できます。

しかし、高圧CNCクーラントは高コストで、最適な機能を確保するために高いメンテナンスを必要とします。さらに、これらのシステムは安全で効率的な操作を保証するスキルを必要とします。

結論

CNC工作機械用クーラントは、CNCショップでの最適な効率達成に役立ちます。これらのクーラントは熱蓄積の低減、切削工具の潤滑、CNCフライス、旋削、ドリルなどの機械加工プロセスでの変色と失敗防止に役立ちます。

CNC工作機械の理想的な潤滑剤タイプと圧力の決定にプロフェッショナルの助けが必要な場合は、WayKenまでご遠慮なくお問い合わせください。私たちはあらゆる製造ニーズに対応するワンストップCNCショップであり、信頼性が高くプロフェッショナルなCNC加工サービスを提供します。

よくある質問

CNC工作機械クーラントを交換する適切な時期はいつですか？

機械クーラントの交換間隔にはさまざまな要因が影響します。加工材料、クーラントタイプ、CNC工作機械の稼働状態を考慮する必要があります。しかし、ほとんどのCNC工作機械メーカーは一般的な経験則として6〜12ヶ月ごとを推奨しています。

CNC加工クーラントのバクテリアを殺すにはどうすればいいですか？

オゾンを直接クーラントに注入することで、CNC工作機械用クーラントのバクテリア増殖を防止または停止できます。ウイルス、酵母、バクテリア、カビを殺菌し、クーラントタンクの臭いを除去します。

CNCクーラントの泡立ちの原因は何ですか？

水道水のミネラル不足がクーラントの泡立ちの主な原因です。ただし、硬度試験スティックで水の硬度を確認することをお勧めします。