切削加工における残留応力とは？

切削加工では、材料内部に「残留応力」が生じる場合があります。残留応力は製品の品質や性能を左右するため、対策が重要です。この記事では、切削加工における残留応力について解説します。

残留応力とは？

残留応力は、外からの力がなくなった後も材料内部に残る応力のことです。通常、材料に力を加えると応力が発生しますが、力がなくなると解消されます。しかし、何らかの原因で材料内部に不均一な変形が起こると、力がなくなっても応力が残ります。これが残留応力です。

残留応力は、引張応力と圧縮応力の2種類に分けられます。

残留応力は、材料の強度、耐久性、腐食への強さなどに影響を与える可能性があります。

切削加工で発生する残留応力は、製品の品質や性能に様々な影響を与えます。主な影響は以下の通りです。

これらの影響は、製品の信頼性や寿命を悪くする可能性があります。そのため、切削加工での残留応力をできるだけ抑える対策が重要です。

残留応力をできるだけ抑えるためには、様々な対策を行う必要があります。主な対策は以下の通りです。

適切な切削速度を設定することで、切削時に発生する摩擦熱を軽減し、熱による残留応力の発生を抑えられます。一般的に、低速での切削は残留応力を低減しやすいですが、生産性が低下するため、最適なバランスを見極めることが重要です。

送り速度の調整によって、切削工具の刃の当たり方が変わり、材料表面にかかる力を分散できます。過度に速い送り速度は切削抵抗を増加させ、残留応力の発生リスクを高める要因となります。

適切な切込み量を設定することで、切削工具が材料に接触する面積を最適化し、表面にかかる負荷を調整できます。過大な切込み量は切削抵抗を増し、残留応力の発生しやすい状態を引き起こす可能性があります。

適切な切削油剤を使用すると、切削工具と材料の摩擦が軽減され、切削熱の発生を抑えることが可能です。また、切削油剤には冷却や潤滑、洗浄といった機能が備わっており、残留応力の低減にも貢献します。

切削工具の材質は、切削性能や摩耗への強さに影響を与えます。一般的に、超硬合金やセラミックなど硬い材質の工具を使うことで、切削抵抗を減らし、残留応力の発生を抑制できます。

切削工具の形状は、切削抵抗や切屑の排出に大きく影響します。適切な形状の工具を使うことで、切削抵抗を減らし、残留応力の発生を抑えることが可能です。例えば、すくい角の大きい工具を使うと、切削抵抗の低減と残留応力の抑制が期待できます。

切削工具に適切なコーティングをすることで、摩耗への強さや滑りやすさを向上させることができます。コーティングの種類によっては、切削工具と材料の摩擦を減らし、切削熱の発生を抑える効果も期待できます。

1回の切削で目的の形に仕上げるのではなく、何回かに分けて切削することで、切削工具が材料にかける力を分散できます。多段切削を行うことで、材料表面にかかる力を分散させ、残留応力の発生を抑制できます。

粗い加工の後に仕上げ加工を行うことで、表面の残留応力を取り除くことができます。仕上げ加工には、研削やラッピング、ポリッシングなどの方法があります。

低ひずみ加工は、切削工具が材料にかける力を最小限に抑える加工方法です。低ひずみ加工を行うことで、材料内部に発生する変形を抑え、残留応力の発生を抑制できます。

熱処理を行うことで、残留応力を和らげることができます。熱処理には、焼鈍や焼戻しなどの方法があります。

表面改質は、材料表面の性質を変える加工方法です。表面改質を行うことで、摩耗への強さや腐食への強さを向上させることができます。表面改質には、浸炭や窒化、メッキなどの方法があります。

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