切削油剤の役割と用途を理解する

金属切削プロセスにおいて、切削効率を高め、ワークの精度を向上させ、表面粗さを低減し、工具寿命を延ばし、最適な経済的成果を達成するためには、工具とワーク、および工具と切りくずの間の摩擦を最小限に抑えることが不可欠です。

さらに、切断ゾーンで材料の変形から発生する熱を速やかに放散させることも重要だ。

これらの目標を達成するために、一方では、高硬度、高温耐性の工具材料の開発や工具形状の改良が進められてきた。

炭素鋼、高速度鋼、タングステンカーバイド、セラミックなどの材料の導入や、刃先交換式工具の使用により、この技術は大幅に加速された。 金属切断 レートを設定している。

一方、高性能切削油剤を使用すると、切削効率が大幅に向上し、切削速度が低下することがよくあります。 表面粗さまた、工具の寿命を延ばし、優れた費用対効果をもたらします。機能 切削油剤 を含む：

I. 冷却効果

冷却効果は、固形物（工具、ワーク、切り屑）から熱を取り除く切削油剤の対流熱伝達と気化に依存し、それによって切削領域の温度を下げ、ワークの歪みを減らし、工具の硬度とサイズを維持する。

この冷却効果の効率は、流体の熱特性、特に比熱容量と熱伝導率に依存する。

さらに、流体の流動条件と熱交換係数が極めて重要な役割を果たす。熱交換係数は、表面活性物質や潜熱を調整することで高めることができる。

高い比熱容量と優れた熱伝導率を持つ水は、切削性能の点で油性切削油剤よりも優れている。流速や流量を増やすなど、流動条件を変更することで、切削油剤の冷却効果を効果的に高めることができる。

この方法は、冷却効果の劣る油性切削油剤に特に有効である。深穴ガンドリルや高速 歯車加工流体の供給圧力と供給量を増加させることで、改善が見られた。

液体の気化を容易にするスプレー冷却も、冷却効果を著しく高める。

切削油剤の冷却効果は、その浸透性に影響される。浸透性の良い切削油剤は、刃先を速く冷却する。切削油剤の浸透性は粘度と濡れ性に関係する。低粘度の流体は高粘度の流体よりも浸透性が良い。

油性切削油剤は水性切削油剤よりも浸透性が良い傾向があるが、界面活性剤を含む水性切削油剤は浸透性が著しく向上する。

切削油剤の濡れ性は、その表面張力に関係している。液体の表面張力が高いと、固体表面に液滴を形成しやすくなり、浸透性が悪くなる。

逆に、液体の表面張力が低いと、液体は固体上に広がり、固体-液体-気体の接触角は最小、あるいはゼロになる。このため浸透性に優れ、工具がワークや切り屑と接触する隙間に液体が素早く流れ込み、冷却効果を高めることができる。

冷却効果の質は、発泡とも関連している。発泡は主に熱伝導率の低い空気で構成されているため、過度の発泡を伴う切削油剤は冷却性能が低下する。

このため、界面活性剤を含む合成切削油剤には通常、消泡剤として乳化シリコーンオイルが少量含まれている。

最近の研究では、イオン水ベースの切削油剤は、激しい摩擦によって切削や研削中に発生する静電気を速やかに中和し、工作物の過熱を防ぎ、卓越した冷却効果を発揮することが示されている。

このようなイオン性切削油剤は現在、高速研削やアグレッシブな研削加工用の冷却潤滑油として広く使用されている。

II.潤滑の役割

加工中、摩擦は 切削工具 と切屑の間、工具とワーク表面の間に生じる。切削油剤は、この摩擦を減らすための潤滑油として機能する。

切削工具は、加工中に逃げ角が与えられると、主切削面よりも被削材との接触が少なくなり、その結果、接触圧力が低下する。

リリーフ面の摩擦潤滑状態は、境界潤滑状態に近づく。せん断強度が低下した油性剤や極圧剤（EP剤）のような吸着性の強い物質は、この摩擦を効果的に減少させる。

一次切削面の状況は異なり、変形した切り屑が工具の圧力によって押し出されると、接触圧が上昇し、塑性変形した切り屑が加熱される。

切削油剤の塗布後、切屑は冷却により急激に収縮し、一次切削面における切屑の接触長さが短くなり、切屑と工具の金属接触面積が減少する。

これにより、平均せん断応力も低下し、せん断角が大きくなり、切削抵抗が減少するため、被削材の加工性が向上する。

研削中に研削液を加えると、研削砥粒、工作物、切りくずの間に潤滑膜が形成されます。この潤滑層が摩擦を減らし、砥粒の磨耗を防ぎ、仕上げ面を向上させます。

一般に、油性切削油剤は水性切削油剤よりも優れており、油性添加剤とEP添加剤を含む油性油剤が最も良い結果をもたらす。これらの油性添加剤は通常、脂肪酸、アルコール、植物性または動物性脂肪などの極性基を持つ長鎖有機化合物である。

金属表面に潤滑層を形成し、工具と被削材および切りくずとの摩擦を低減することで、切削抵抗の低減、工具寿命の延長、仕上げ面の改善を目指す。

油性添加剤は低い温度で最も効果を発揮する。200℃を超えると吸着層が損なわれ、潤滑特性が失われる。したがって、低速で精密な切削加工には含油切削油剤が使用され、高速で高負荷の切削加工にはEP添加剤を使用した切削油剤が必要となる。

EP添加剤には硫黄、リン、塩素などの元素が含まれており、これらは高温で金属と化学反応して硫化鉄、リン酸鉄、塩化鉄などの化合物を形成するが、いずれもせん断強度は低い。

これにより、切削抵抗と工具、被削材、切りくず間の摩擦が減少し、切削工程が容易になる。また、EP含有切削油剤は切りくずの堆積を防ぎ、仕上げ面粗さを向上させます。

塩化鉄は層状の結晶構造を持ち、せん断強度が最も低い。硫化鉄に比べて融点が低く、400℃付近で潤滑特性を失う。

リン酸鉄は、塩化鉄と硫化鉄の中間の性質を持つ。硫化鉄は700℃までの温度に耐え、一般的に重切削や難削材の加工用の切削油剤に使用される。

EP添加剤は、鋼鉄や鉄のような鉄系金属に低せん断潤滑層を形成するだけでなく、次のような非鉄金属にもこの機能を果たします。 銅とアルミニウム.しかし、非鉄金属の切断では、ワークピースの腐食を防ぐため、反応性EP添加剤は避けるべきである。

切削油剤の潤滑効果は、その浸透性にも関連している。浸透性の良い潤滑油剤は、切り屑、工具、被削材の界面に素早くアクセスし、摩擦係数と切削抵抗を低減する潤滑膜を形成する。

最近の研究では、前述の潤滑効果に加えて、切削油剤が金属表面の微細なクラックに浸透し、加工材料の物理的特性を変化させることで、切削抵抗を低減し、加工プロセスを容易にすることが示唆されている。

III.洗浄行為

金属の切削加工では、切り屑、金属粉、研削屑、油滓がワーク、切削工具、研削砥石の表面に付着しやすい。これは切削性能に影響し、工作物と工作機械の両方を汚します。

そのため、切削油剤には優れた洗浄性が求められる。油性切削油剤の場合、粘度が低いほど洗浄力は強くなる。軽油や灯油のような軽質成分を含む切削油剤は、浸透性と洗浄性に優れています。

界面活性剤を含む水性切削油剤は、より良い洗浄結果をもたらす。

一方、界面活性剤は、様々な粒子や油性スラッジを吸着し、ワーク表面に吸着膜を形成し、ワーク、工具、砥石への付着を防止することができる。

一方、パーティクルとオイル残渣が付着している界面に入り込み、切削液でパーティクルとオイル残渣を分離・除去することもできる。

切削油剤の洗浄能力は、切削屑、研削屑、金属粉、オイル残渣を効果的に分離・沈降させることにおいても明らかでなければならない。

リサイクル切削油剤は、冷却タンクに戻った後、金属片、粉体、研削屑、微小粒子などの粒子を容器の底に速やかに沈殿させ、油残渣は表面に浮遊させる。

これにより、繰り返し使用しても切削液が清浄に保たれるため、加工品質が保証され、耐用年数も延びます。

IV.防錆

加工工程中、水や切削油の分解や酸化によって発生する腐食性物質、例えば硫黄、二酸化硫黄、塩化物イオン、酸、硫化水素、アルカリなどとワークが接触すると、腐食しやすくなる。

切削油剤と接触する機械部品も腐食する可能性がある。切削油剤に防錆機能がない場合、加工後の保管中や加工と加工の間に、空気中の水分や腐食性物質による化学的・電気化学的腐食を受け、発錆する可能性があります。

そのため、切削油剤には優れた防錆性が求められ、これが基本的な特性のひとつとなっている。

一般的に切削油にはある程度の防錆効果があります。作業と作業の間の保管期間が長くなければ、防錆剤を加える必要はない。バリウム石油スルホネートなどの防錆剤を切削油に添加すると、耐摩耗性が低下する可能性がある。