コールドソー：コールドソーとは何か？

金属切断用コールドソーとしても知られるコールドソーは、効率的で正確な材料加工のために丸刃を利用する精密金属切断工具である。この切断方法は、作業中のユニークな熱管理特性からその名がつきました。鋸刃の歯が被加工物に噛み合うと、発生した熱の大部分は、被加工物や鋸刃自体に吸収されるのではなく、金属の切り屑（機械加工用語では切り屑と呼ばれることが多い）に効率的に伝達される。

この放熱機構にはいくつかの利点がある：

1. 温度制御：ワークピースとブレードの温度を低く保つことで、コールドソープロセスは熱歪みを最小限に抑え、寸法精度を保証します。
2. 工具寿命の延長：ブレードへの熱応力が軽減されるため、従来の切削方法に比べて大幅に寿命が延びます。
3. 表面仕上げの向上：制御された切削環境は、二次的な仕上げ作業の必要性を最小限に抑え、よりクリーンでバリのない切削を実現します。
4. ドライカット機能：多くの用途で、コールドソーはクーラントなしで稼働できるため、環境への影響を低減し、切断工程を簡素化できます。

コールドソーの種類

コールドソーの刃は、主に 2 つのタイプに分類されます：高速度鋼（HSS）ブレードとタングステンカーバイトチップ（TCT）合金ブレードです。それぞれのタイプは、様々な切断用途に対して明確な利点を提供します。

高速度鋼（HSS）ブレード

HSSブレードは通常、M2またはM35グレードの鋼から製造される。切断速度は毎分10～150メートルで、被削材の材質と寸法によって異なります。高度なコーティングを施したHSSブレードは、最高毎分250メートルの切断速度を達成し、より優れた性能を発揮します。

HSSブレードの歯送り速度は、1歯当たり0.03～0.15ミリで、鋸切断機のパワー、トルク、全体的な品質によって異なります。HSSブレードの外径は50～650mmで、標準硬度はHRC 65です。

HSSブレードの主な利点は、再研磨が可能なことで、通常、ワークピースの仕様に応じて15～20回の研ぎ直しが可能です。HSSブレードの仕様が大きい場合、切断寿命は切断端面の面積で0.3～1平方メートルまで延びます。

直径2000ミリを超えるブレードでは、複合構造が採用されることが多い。この場合、鋸歯にはハイス鋼のインレーが使用され、ブレード本体はバナジウム鋼またはマンガン鋼で構成され、性能と耐久性が最適化されます。

タングステンカーバイトチップ（TCT）合金ブレード

TCTブレードは、卓越した硬度と耐摩耗性で知られる炭化タングステンから作られた切れ刃が特徴です。これらのブレードは、毎分60～380メートルの切断速度で動作し、さまざまなワークピースの材質や寸法に適応します。TCTブレードの歯送り速度は、1歯当たり0.04～0.08ミリメートルです。

TCTブレードは、一般的に250～780ミリメートルの直径で入手可能です。鉄系材料の切断には、2つの異なるTCTブレード設計が普及しています：

1.高速、細かい歯のブレード：

• 小さな歯と薄いブレードプロファイルが特徴
• 高速切断が可能
• 刃の寿命が長く、15～50平方メートルを切断可能
• 使い捨てブレードとして設計されており、再研磨は意図されていません。

2.頑丈な粗い歯のブレード：

• より大きな歯と厚いブレードプロファイルが特徴
• 低速切断が可能
• 大型ワークの切断に最適
• 2000mmを超える直径に対応
• 標準的な切断寿命は約8平方メートル
• 5～10回の研ぎ直しが可能で、性能と寿命のバランスがとれている。

HSSブレードとTCTブレードの選択、および各カテゴリー内の特定のブレードデザインは、被削材、サイズ、切削速度要件、初期コストと長期的な効率性の望ましいバランスなどの要因によって決まります。

比較

(マンガン鋼フライングソーとの比較）

冷間鋸切断と摩擦鋸切断は、その切断メカニズムと結果として生じる効果において大きく異なる：

マンガン鋼フライングソー：この方法は、高速回転するマンガン鋼ブレードを使用し、ワークピースと大きな摩擦を発生させる。接触点で発生する高熱が、局部的な溶融と、それに続く溶接管の剥離を引き起こす。このプロセスは、本質的に制御されたバーンスルーであり、切断面に目に見える焦げ跡と、熱影響部における潜在的な微細構造の変化が特徴である。

高速度鋼コールドカットソー：対照的に、この技術では、回転速度の遅い高速度鋼ブレードを使用し、溶接されたパイプをフライス削りのように切断します。制御された切断速度と高速度鋼ブレードの優れた刃先保持力により、バリの発生を最小限に抑えた滑らかで精密な切断が実現します。この方法では、熱の発生が大幅に減少するため、切断部付近の材料の微細構造と機械的特性が維持されます。さらに、冷間切断工程は、摩擦鋸切断に比べて騒音レベルが著しく低減されます。

これらの方法の選択は、材料の特性、希望する切断品質、生産速度の要件、下流工程のニーズなどの要因によって決まる。一般的に、冷間鋸切断は優れた切断品質と厳しい公差を提供するため、高精度が要求される用途や、切断後の仕上げ加工を最小限に抑える必要がある場合に適しています。

メリット

高速スチールコールドカットソーは、金属パイプの切断において大きな利点を提供します：

切断効率：最適な切断速度を実現し、高い作業効率と生産性を実現します。

精度と品質：ブレードは最小限の偏差を示し、鋼管表面にごくわずかなバリのあるカットを生成します。これにより、ワークの切断精度が向上し、ブレードの寿命が最大限に延びます。

熱安定性：冷間フライス加工と切断方法を利用し、熱の発生を最小限に抑えます。これにより、切断部の内部応力分布と材料構造が維持され、望ましくない変化が回避されます。ブレードが鋼管に与える圧力は最小限に抑えられ、鋼管壁や口部の変形を防ぎます。

優れた端面品質：

• 内外バリのない高精度切断部
• 切断面が平らで滑らかなため、その後の加工（面取りなど）が不要。
• 低発熱による材料特性の維持
• 加工工程と原材料の無駄を削減

オペレーターの人間工学：このプロセスはオペレーターの疲労を軽減し、長時間にわたって切断効率を持続させる。

環境と安全の利点：切断工程では、火花、粉塵、過度の騒音が発生しないため、環境にやさしく、エネルギー効率に優れています。

コストパフォーマンスと寿命：専用の研磨機で繰り返し研ぐことができ、新品と同等の性能を維持します。この機能により、生産効率が大幅に向上し、運用コストを削減できます。

応用技術

ワークの材料特性と仕様に基づき、ソーイングパラメータを最適化します：

1. ブレードの選択：
   - 歯のピッチ：材料の厚さと硬さに基づいて、適切な歯数/インチ（TPI）を選択する。
   - 歯の形状：材料に最適な歯形（スキップ、フック、ストレートなど）を選択します。
   - すくい角と逃げ角フロント（すくい角）とバック（逃げ角）を調整し、切断効率と切りくず排出を最適化。
   - 刃の厚さ：材料の硬さと必要な切断精度に基づいて決定する。
   - ブレードの直径：ワークの寸法と機械の能力に応じて選択する。
2. 切断速度：
   - 材料の種類と硬さに基づいて、最適な表面粗さフィート/分（SFM）またはメートル/分（m/分）を設定します。
   - ブレードの早期摩耗やワークピースの損傷を防ぐため、特定の合金や熱処理された材料に合わせて調整します。
3. フィードレート：
   - 適切な歯当たりインチ（IPT）または歯当たりミリメートル（mm/歯）の送り速度を決定する。
   - 送り速度と切削速度のバランスをとり、望ましい切屑量と切削力を得る。
4. クーラントの選択：
   - 材料と切削条件に基づいて、適切な切削油剤またはクーラントを選択してください。
   - 効率的な切り屑除去と放熱のために、クーラントの供給方法と圧力を最適化する。
5. ワークのクランプ：
   - 振動を最小限に抑え、切断精度を維持するために、ワークピースを適切に固定すること。
6. モニタリングと調整：
   - 可能であれば、切削力、振動、温度をリアルタイムで監視する。
   - 観察された切りくずの形成、切断品質、ブレードの摩耗パターンに基づいてパラメータを微調整。

問題の存在とその治療

振動問題とその治療

切削加工中は振動が発生しやすく、切削効果の低下、設備のダウンタイムの長期化、切削加工中の刃物の破損、あるいはスピンドルにかかる圧力が不均一になることによるベアリングの焼けなどの原因になります。鋸で切断された鋼材の表面サイズとバリが許容範囲外である。

対策を講じた：

(1) 従来方式：設置工程ではレベリング（基準点をもとに上部スライドサポートと下部アイドラーホイールの水平位置を設定）を採用し、アイドラーホイールが均一な高さで同一直線上になるようにV字型ホイールを伸線工法で一直線上に並べる。上部スライドサポートの力解析に基づき、鋸カバー部分にカウンターウェイトを追加し、力のバランスをとり、安定した動作を確保します。

鋼材のスタッキング問題とその処理

切断中、応力が不均一になると、特に小さなサイズの鋼材を切断する場合、鋼材が積み重なることがあり、鋸刃や設備に損傷を与える可能性がある。

対策を講じた：

(1) 空気圧駆動トルク 締め付け 装置は、スタッキング現象を排除し、鋸刃を保護し、鋸刃に作用する半径方向の力の下で鋼の変形によって生成された反力を低減するために切断ポートにインストールされています。

(2）サポートローラーは、切断口に追加され、サポートローラーを増加させた後、切断前に鋼を加圧するためにクランプ装置と一緒に動作します。これにより、鋸の切断面の品質が大幅に向上し、鋸刃の損傷率が大幅に減少する。

散水面積が大きい問題とその処理

コールドソーに入る時、丸鋼は320℃前後になっており、切断・引き抜き工程で鋸刃を冷却するために水を噴射する。実際の生産では、散水面積が大きすぎるため、鋼材の表面品質が低下し、水の無駄が発生する。

対策を講じた：

(1) 元の散水管をスプレー管に交換。ノズルを増やし、切断箇所の重点散布に霧吹き方式を採用。ノズルの先端が円弧状の凹面になっているため、霧状の水を噴霧することができ、噴霧が均一である。

(2) 周囲を冷却する方法で鋸カバーを冷却し、切断口と切断歯を主要部分に狙いを定めてスプレー冷却する。

 (3)製材時の送り出しはスプレーバルブを使用し、噴射圧を上げる。引き抜き時はスプレーバルブを閉じる。

鋸カバーと鋸刃の間の摩擦問題とその処置

鋸カバーと鋸刃の摩擦により、上部スライドサポートが全体的に振動し、モーター接地ボルトが緩み、これが長時間続くとベアリング焼けやモーター焼けの原因に直結します。

対策を講じた：

 (1)元のソーカバースピンドルの接続方法は不合理で、ソーカバーピンシャフトの応力点は上部スライドサポートの片側のサイドプレートにあり、サイドプレートが容易に変形し、ソーカバーが傾く原因となっていた。ピンシャフトを長くして応力点を増やし、サイドプレートを支点として使用し、上部スライドサポートの内部パネルを本当の応力点にすることで、ソーカバーの構造はより合理的になり、同様の事故を避けることができました。

(2) 鋸刃を交換する際、クレーンを使って鋸カバーを持ち上げる本来の方法では、カバーが簡単に変形してしまいます。そこで 油圧シリンダー ノコギリカバーを持ち上げるためにクッションパッドを使用し、ノコギリカバーを反転させた後にカバーとスチールが接触する部分にクッションパッドを追加することで、この問題を効果的に解決している。