工具の劣化は、経年劣化、破損などの突発的な衝撃現象、被削材と切削材との化学的相互作用として起こります。 ここでは、その中でも切削プロセスでの工具の摩耗について説明し、それに対する対策をご紹介します。工具の刃先に摩耗や欠けがあると、加工精度や速度が低下するだけでなく、刃先の高温化によって被切削材が変形・破損し、加工機の故障の原因にもなります。したがって、刃先の状態を観測し把握することは、切削工程の能力に直結します。
工具摩耗には種類があり、摩擦による熱負荷、振動、切粉や摩耗粒子（摩耗粉）との接触など、多くの要因によって引き起こされます。加工時に発生する工具の損傷は、大きく、摩耗型と欠損型に分けられます。
欠損型に分類される現象に、チッピングや欠損があり、摩耗型に分類される代表的な現象には、下記があります。
工具の先端部分に小さなくぼみができ、くぼみの周辺が段差状になる摩耗現象。主に高速回転や高負荷の場合に発生し、切削刃が切削材に対して滑り出しを起こすことで発生するとされています。クレーター磨耗状態で加工を続けてしまうと刃先がチッピング、溶着し、欠損します。
工具の側面に発生する摩耗現象で、工具表面に水平方向に走る線状の傷ができることが特徴です。主に加工条件が悪い場合や、被削材の硬度が高い場合に発生するとされています。
工具の先端と側面の境目に発生する摩耗現象で、切削刃の先端部分が丸くなってしまうことが特徴です。主に加工条件が悪い場合や、被削材の粘性が高い場合に発生するとされています。
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上述の各摩耗の種類それぞれについて、以下のような対策があります。
クレーター摩耗は、工具のすくい面に発生することが多いです。切削速度や送り量等、切削条件の見直しが主な対策となります。また、使用工具や被削材の見直しに加え、切削液の活用で、冷却効果や潤滑効果を得ることも有効です。
逃げ面に発生する摩耗のことを、フランク摩耗と呼びます。適切な加工条件を設定し、クーリング効果のある切削液の使用が必要です。フランク摩耗は、刃先に加わる摩擦熱により刃先が焼けてしまうことが原因です。そのため、適切な切削条件を設定することで、過度な摩擦熱を発生させないようにします。中でも機械角度、工具での加工角度変更をこれらの条件を適切に設定することでフランク磨耗を未然に防ぐことができます。
境界摩耗は、刃先のエッジ部分が被削材に引っかかって削れたり、割れたりすることで発生します。特にすくい加工がされてないような安価な工具を使うと発生確率が上がります。工具の見直しの他、切粉の排出方法を調整したり、刃角を大きくするなどで、切れ味の改善・切削抵抗の抑制をすることが有効です。
切削加工において工具の劣化は避けられない問題ですが、適切な対策を取ることで、劣化の影響を最小限に抑えることができます。機械加工者は、異なる種類の摩耗に対して対処する方法を理解し、適切な対策を実施することで、工具寿命を延ばし、製造生産性を向上させていきましょう。
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