ツールマークと切削加工【ツールマークを出さない方法はある？】

ツールマーク（あるいはカッターマークとも呼ぶ）と切削加工は、精密機械加工において極めて重要な要素です。ツールマークは加工面に微細な痕跡を残し、最終的な製品の品質や性能に大きな影響を与える可能性があります。このため、ツールマークの原因を理解し、適切な対策を講じることが必要です。

この記事では、ツールマークの詳細な分析、切削加工における対策方法、最新の技術動向について掘り下げ、効果的な加工精度向上のための具体的なアプローチを提供します。

ツールマークとは？その原因と影響

ツールマークは、切削加工中に工具の接触面で材料に残る微細な痕跡であり、加工面に線状の跡が現れる現象です。

ツールマークは主に工具の接触パターンによって形成され、加工面の表面粗さに直接影響を及ぼします。例えば、旋盤やフライス盤での切削時に、工具の刃先が材料表面を削ることで、目に見える痕跡が残ります。

この現象は、加工後の表面仕上げや機能性に影響を与えるため、精密加工において重要な要素とされています。

ツールマークの発生にはいくつかの主な原因があります。

工具の刃先が鋭利でなくなることにより、材料の削り方が均一でなくなり、痕跡が残る原因となります。

例えば切削速度が過剰であったり、送り速度が不適切である場合も、ツールマークの発生に寄与します。

異なる材料が異なる応力を受け、異なる種類のツールマークを形成することがあります。例えば、硬度が高い材料はより明確なマークを残しやすいです。

加工品をどのようにクランプするか、固定するかは切削加工をするうえで重要です。ビビりの発生がツールマークを発生させてしまいます。

切削加工におけるツールマーク対策について、以下にいくつか挙げてみます。

ツールマーク対策の１つとして、ツール（切削工具）選定が挙げられます。

適切な工具を選定することで、切削性能を最大化し、ツールマークの発生を最小限に抑えることができます。工具の素材やコーティングの選択は、切削中の摩耗や摩擦を低減するために重要です。

例えば、超硬合金製の工具や、TiAlNコーティングが施された工具は、耐摩耗性が高く、ツールマークの発生を抑えるのに効果的です。また、工具の形状や刃先の設計も、加工面の仕上がりに大きな影響を与えます。

切削条件の最適化は、ツールマークを最小限に抑えるための重要な要素です。切削速度や送り速度、切削深さなどの条件を適切に設定することで、加工中の熱や応力を均一に分散させ、ツールマークの発生を抑えることができます。

例えば、切削速度が高すぎると、工具が過度に熱を持ち、加工面にマークが残りやすくなります。逆に、低すぎると加工効率が低下し、仕上がりが不均一になる可能性があります。適切な設定には、試験加工や材料の特性に応じた調整が必要です。

実際にどのような条件で加工するとツールマークが出にくいのかということについては、工具カタログの条件数値を基準として変えていくしかありません。

意外と盲点となるのが切削液です。油性切削液は粘性と潤滑性がよいため、エマルジョンタイプの水溶性切削液に比べるとツールマークが抑えられる傾向にあります。

特にバニシングなどの押しつぶすような加工では、切削液の影響はかなり大きいです。

ツールマークの発生原因の１つとして、工具選定や切削条件よりも最も大事なことが「ビビり」です。ビビりとは、切削加工中に製品が振動したり、切削工具が切削抵抗に負けて振動してしまうことです。

ビビりが発生すると、切削加工中に切削面が波打ったように削れてしまいます。そのため、切削加工においては常にビビりの発生をどのように抑えるかが重要になります。

ツールの選定や切削条件の見直しをしたところで、結局はツールマークの発生を100%抑えることは難しいのが現実です。

従って、多くの場合はツールマークを消すために研磨をしたり、バフやラップなどのポリッシング処理を行うことになります。加工コストは上がってしまいますが、やはり製品に求められているクオリティを満足するためには致し方無いでしょう。

ツールマークは単なる視覚的な問題に留まらず、製品の機能性や耐久性にも影響を及ぼす可能性があります。

具体的には、ツールマーク（カッターマーク）があるということは、切削表面にわずかながらも凹凸が形成されているということになりますね。そうすると、部品同士の摩擦が増加したり密着性が必要な部品だとNGになってしまう可能性もあります。

他にも、ツールマークが見た目の問題を引き起こすと、製品の外観や品質が低下し、市場での評価にも影響を与える可能性があります。特に高精度が求められる部品では、ツールマークの影響が顕著に現れますので、ツールマーク対策が課題になることは少なくないでしょう。

今回の記事が、ツールマークの悩みの解決の一助となることを願います。