加工における基本的な摩耗パターンの概要
これは、切削工具で最もよく見られる摩耗パターンの概要。具体的には、フランク摩耗、クレータ摩耗、構成刃先、チッピング、熱クラック、塑性変形、ノッチ摩耗、チップハンマリング、エッジブレイクなどである。 これらの各摩耗パターンについて、加工プロセスへの影響を回避または最小限に抑えるためのカウンタ測定値がいくつか用意されています。
フランク摩耗は、側面摩耗と達成可能な工具寿命の間に明確な関係を提供しながら、予測可能で信頼性の高い摩耗条件として最も望ましい状態です。しかし、従来のフランク摩耗に似ているが、非常に短期間で発生するフランク摩耗は問題となる場合があります。
切削速度が遅い場合、フランク摩耗の主な原因は摩耗と浸食です。切削工具に切り込まれた炭化物やひずみ硬化した被削材粒子の硬い微小な介在物。コーティングの小さな部分が切断され、工具の表面にカットされます。コバルトはやがて母体からすり減る。これにより、カーバイド粒子の接着性が低下し、また破壊されます。切削速度が速くなると，刃先の温度が高くなり，拡散が起こりやすい条件が整うため，拡散摩耗が逃げ面摩耗の主な原因となる。
フランク摩耗は、工具の切削エッジに沿った比較的均一な摩耗に似ています。時には、ワークの金属が切れ刃に付着し、摩耗痕が誇張されることがあります。刃先の摩耗はすべての材料で起こり、他の摩耗が先に起こらなければ、通常、刃先の摩耗が原因で破損する。
切れ刃の摩耗を最小限に抑えるための対策としては、切削速度を下げる（場合によっては送りを大きくする）、より耐摩耗性の高い硬い材種を選択する、クーラントを正しく塗布するなどがある。
図1 工具摩耗–フランク摩耗です。
クレーター摩耗は、拡散・分解（切削速度が速い）と砥粒摩耗（切削速度が遅い）の組み合わせである。ワークの切りくずの熱で基体の超硬合金が分解され、切りくずの中に炭素が溶け込み（拡散）、チップのすくい面に「クレーター」ができる。そのクレーターは次第に大きくなり、いずれチッピングや急速なフランク摩耗の原因となります。
クレーター摩耗は、インサートのすくい面にクレーターやピットのような形状で発生する。クレーター摩耗は、主に摩耗性の高い部材や硬い表面の材料を加工する場合に発生します。
クレータの摩耗を最小限に抑えるには、酸化アルミニウムの厚い層を含むコーティングを使用し、クーラントを塗布し、熱を抑えるフリーカット形状を使用し、切削速度と送りを低くすることが最適です。
図2 ツールの摩耗–クレーターの摩耗
構成刃先（BUE）は、被削材の一部の加工硬化により切削切れ刃にたい積凝着した状態。これは、切断部に化学的親和性、高圧力、十分な温度がある場合に発生する。最終的には、構成刃先が分断され、カッティングエッジの一部が切断されて、チッピングと早期のフランク摩耗につながります。
構成刃先は、切れ刃の上面または側面に光沢のある材料部分のように見え、工具のすくい面に小さなピットまたはクレーターができ、最終的には切れ刃のチッピングにつながる。一般に、構成刃先は、非鉄材料、超合金、ステンレス鋼などのグミ材や、低速の切削速度や送り速度を伴う作業中に発生します。
刃先の構成刃先を防ぐには、切削速度と送り速度を上げ、よりシャープな形状と滑らかなすくい面を持つチップを選択し、クーラントを高濃度で正しく塗布します。
図3 ツールの摩耗–構成刃先(BUE)。
ヒッピングは、機械的な不安定さや切削材料のクラックが原因で発生します。切削エッジのチッピングは、多くの場合、ワークピースまたは工作機械または工具自体の振動によるものです。被削材表面の硬い介在物や断続的な切り込みは、局所的な応力の集中を招き、クラックやチッピングの原因となる。チッピングは、刃先の小さな破片が折れたように見えるもので、非剛性の場合によく見られます。また、硬い粒子（たとえば、沈殿硬化加工部材の材料）を含む部材も、カッティングエッジのチッピングの原因となります。
改善策としては、工作機械の適切なセットアップとたわみの最小化、より強靭な超硬グレードとより強い刃先形状の使用、送りの低減（特に切り口の入口または出口）、切削速度の向上などがあります。（「構成刃先の改善策」も参照してください）。
図4 ツールの摩耗–チッピング
サーマルサイクル（カッティングエッジの温度変化）、熱荷重（カッティングエッジの温間ゾーンと冷間ゾーンの温度差）、および機械的衝撃の組み合わせにより、熱亀裂が発生します。刃先にストレスクラックが発生し、やがて超硬合金の一部が抜け、刃先が欠ける。サーマル・クラックは主にフライス加工や断続切削加工で観察され、クーラントの断続的な流れもサーマル・クラックの原因になることがある。
修正方法としては、クーラントを正しく塗布する、靭性の高い超硬材種を選択する、切削速度と送りを下げる、熱を抑えるフリーカット形状を使用する、別の加工方法（切削時間／切削不能時間の比率）を検討する、などがある。
図5 ：工具の摩耗–熱亀裂
熱による過負荷は、塑性変形の主な原因である。過度の熱は、炭化物の結合材（コバルト）を軟化させます。そして、機械的な過負荷により、刃先にかかる圧力で刃先が変形したり、たわんだりして、最終的に折れたり、刃先の摩耗が急速に進むのです。
塑性変形は、変形したカッティングエッジのように見えます。塑性変形は、刃先の逃げ面摩耗とよく似ているため、注意深く観察する必要がある。
切削温度が高い場合（切削速度や送りが速い場合）、被削材がもともと高強度である場合（硬鋼やひずみ硬化面、超合金など）は、塑性変形が予想されます。
クーラント液の適切な塗布、切削速度と送り速度の低減、ノーズ半径の大きなチップの使用、硬度が高く耐摩耗性の高い超硬合金グレードの選択などが、その対策となる。
図6 工具の摩耗–塑性変形
ノッチ摩耗は、ワークの表面がその下の材料よりも硬い、あるいは摩耗しやすい場合に起こる。これは、前回の切削時の表面硬化（ステンレス鋼や超合金などのひずみ硬化材料）、または表面スケールの鍛造または鋳造サーフェスが原因である可能性があります。 これらすべてが、カッティングエッジがハードレイヤーに接触するポイントで、カッティングエッジの摩耗が速くなります。このように局所的に集中した応力は、ノッチ摩耗につながることもあります。このとき、被削材と接触している刃先には圧縮応力が発生するが、接触していない刃先には圧縮応力が発生しない。そのため、両者が直接接触する部分（切込線）で切れ刃に大きなストレスがかかる。 部材に硬いマイクロ封入物が含まれたり、わずかな中断が生じたりするなど、あらゆる種類の衝撃によってノッチが摩耗することもあります。
修正方法としては、マルチパスを使用する場合は送り速度を下げて切り込み深さを変える、高温合金を加工する場合は切削速度を上げる（これは逃げ面摩耗が大きくなる）、靭性の高い超硬合金を選ぶ、特にステンレスや耐熱合金で刃の蓄積を防ぐために高送りでチップブレーキング形状を使用する、などがある。
図7 ツールの摩耗-ノッチ摩耗
チップハンマリングは、切り屑が巻き戻され、カッティングエッジの未使用部分に衝突することによって生じる現象です。未使用のカッティングエッジ（またはカッティングエッジの一部）の破損が発生します。高送りと深い切込みの組み合わせの加工では、このリスクが大きくなります。
チップハンマリングを修正するには、送り速度と切削深さを変更し、異なる切削エッジ角度を選択し、異なるチップブレーカを使用して、より靭性のある材種を使用します。
図8ツールの摩耗–チップハンマリング 。
基本的な摩耗パターンの概要には、切れ刃の破損も含める必要があります。刃先の致命的な破損は、摩耗パターンではなく、工具の使い方が間違っているために起こる好ましくない危険な現象である。切刃が折れるということは、切削条件の選択によって、切刃に作用する機械的負荷が大きくなり、それに耐えられなくなったということである。切削条件（主に切り込みと送り）を低い値から始めるか、より強い切れ刃（より強い超硬合金等級またはより強い形状）を選択することです。また、前述した摩耗パターンのいずれかが拡大し、刃先が弱くなって、刃先にかかる荷重に耐えられなくなった可能性もあります。このような場合、先に新しい切れ刃に変更すると、破損を防止できます。
図9 ツールの摩耗–切れ刃の破損
摩耗の説明は、工具の摩耗の視覚的な側面に重点を置いています。そのほかにも、刃先が摩耗することで見られる現象があります。これらは、工具が摩耗し、交換の時期が来ていることを示しています。
- 切削工具の突然の破損これは、切削工具の交換時期を知らせる非常に不快な方法です。刃先の劣化にはさまざまな要素があり、すべてを考慮することは不可能で、場合によっては刃先の破損につながることもあります。工具の破損が継続的に発生する場合は、操作を停止して十分に評価する必要があります。継続的な工具の破損は、切れ刃に作用する荷重と工具の耐荷重の間にアンバランスがあることを示す。切削力を下げるか、より強い切れ刃を選択する必要があります。
- 爪によるテストは、刃先の状態を評価する最も簡単なテストの一つです。刃先の構成刃先やマイクロチッピングの有無は、肉眼では見えなくても、爪で確実に感じることができます。加工中は、構成刃先とチッピングを最小限に抑える必要があります。
- 加工中のノイズレベルの変化は、工具が摩耗していることを示している場合があります。鋭い高周波ノイズは、切削条件が悪いことを示します。
- また、加工中に形や形状、色が変化する切り屑も、工具の摩耗が進むなどして刃先の形状が変化していることを示している。
- また、加工面の面粗度が低下した場合は、切れ刃の交換時期（工具寿命）の合図でもあります。
- 消費電力や振動の傾向が大きくなる。
工具の劣化とは、切削工具の状態が次第に悪くなり、期待通りの性能を発揮できなくなることである。 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る。
経年劣化とは、固体状態で接触している2つの固体表面の一方または両方から材料が除去される表面損傷が進行するプロセスであり、これらの2つの固体表面が圧力と温度の環境条件下で摺動または転がり運動で接触しているときに発生します。
この基本的な摩耗パターンの概要は、機械加工者が開発の形またはペースで許容できない工具摩耗を処理するための基本的な対処を提供します。
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