金属材料の切削加工を行う際、加工によって金属の硬度や強度が変化する「加工硬化」についてあらかじめ備えておくことが欠かせません。このページでは加工硬化の仕組みや注意点、硬化時の対策などをまとめましたので参考にしてください。
加工硬化とは、金属加工の過程において発生する現象であり、例えば素材となる金属に圧延や鍛造といった加工を施した際に、金属素材の硬さや強度が向上するというものです。加工硬化はそもそも想定している金属の性質よりも硬度を高めてしまうため、加工硬化が進行するほど切物理的作用による加工が難しくなってしまうといった課題があります。
加工硬化が発生する仕組みとして、金属を構成している金属原子の配列が加工によって動くことにあります。
金属原子の並び方として一般的に理想とされる状態は、規則的な格子状を形成しているパターンです。しかし実際には金属内部の所々で「転位」と呼ばれる配列がズレた箇所があります。
切削加工などによって金属材料に圧力や衝撃が加わると、転位部分に原子の滑りが発生し全体の配列が動き、塑性変形を生じさせます。そして塑性変形が進むほど金属原子の配列が複雑化して絡み合っていき、徐々に全体が動きづらくなっていきます。
金属原子が動きづらいということは固体として変形しづらいということであり、この変化が加工硬化です。
加工硬化によって金属材料の強度や硬度が増してしまうと、加工するためにより大きなエネルギーが必要になります。加工に際して大きなエネルギーを使うということは、必然的に加工に使用する工具や設備に対しても大きなダメージを与えやすくなるということです。
そのため加工硬化が進むほど、切削加工に使用する工具の損耗や破損のリスクが高まります。
加工硬化が生じ、想定以上に固くなってしまうと、正確な寸法での加工や微少な部位の加工が難しくなります。その結果、加工品質の低下や寸法精度を維持しにくくなることが課題です。
加工硬化は金属内部の原子の移動によって発生するものであり、物理現象として完全に抑制することはできません。そのため、最初から加工硬化による影響などを考慮して、適切な加工工具を選定することが大切です。
また、加工硬化の程度に応じて工具の使い分けや状態確認を行い、定期的なメンテナンスで加工不良を避けることも必要です。
切削加工によって加工硬化が発生する場合、どのような順序や加工方法によって最終的な形状を生産するのか、切削手順や切削量などの切削条件をあらかじめ適正化しておくことも欠かせません。
また加工硬化は高温によっても促進されるため、温度上昇を防ぐ取り組みなども有効です。
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