【徹底解説】チッピングとは？発生要因とメカニズム、対策を紹介

　 　 　

切削加工では、工具がワークの金属内に入り込むために薄くて硬い金属を用いる必要がありますが、薄いがゆえに摩耗やチッピングのような損傷がもたらされやすくなります。
ある程度の摩耗やチッピングの発生は仕方のないことですが、使い続けるほどに損傷は大きくなり、そのまま削り続けていけば工具の破損に至ることは容易に予想できます。
そのため加工に携わる人には、工具寿命を長く、しかも加工精度が維持できる加工方法を考え・実験して最適な方法を見つけ、さらにもっと良い方法を検討・改良し続けることが求められます。

このコラムでは、工具を損傷させるチッピングについて解説し、工具の損傷を軽減するための方法等を紹介します。

チッピングとは

ここではチッピングとは何かについて、イメージ図を交えてご紹介します。さらに、工具の材料とその機械的性質や、チッピングが発生しやすい材質とその特徴を解説します。

切削工具の刃先のさまざまな不具合

チッピングとは、切削刃の微小な欠けのことをいいます。
切削を行うと、切削する刃にはチッピングも含め次のような不具合が起こります。

切削は、工具の金属とワークの金属が接触しながらワーク金属を除去していくため、摩耗は必ず起こります。
問題は加工条件の変化などで摩耗が急激に増えたり異常摩耗が起こったりすることで、これらは管理を徹底することで避けられます。
チッピングの発生は、切削条件や切りくずが安定していないことなどからある程度予想できます。
そしてチッピングを放置すると、欠けや破断のような異常へ進行します。これらも、管理の徹底により避けることが可能です。

チッピング

チッピングは、「切削によって切れ刃に生じた小さな欠け」とJISで規定されています。いわゆる「ギザギザ」が、切れ刃に生じたものです。
一方、欠損は「切削によって切れ刃に生じた大きな欠け。通常、欠損が生じると切削が困難となる」とJISで規定しています。
図1はチッピングや欠けのイメージです。

切削工具の機械的性質

チッピングは、切削工具とワークの硬度と靭性の大きさがひとつの要因です。靭性とは、「もろさ」のことです。
別の要因としては、切りくず粉が刃面に高温の切削熱で融着し、それが剥がれたときに刃の微小部分も剥がれることなどがあげられます。
図2は切削工具の材料と機械的性質についてまとめました。
工具で最も良く使用されるハイス（高速度工具鋼）と超硬合金の他に、超硬合金のサーメット、セラミックス、ダイヤモンド焼結体を比較しています。

これらの材料の特徴は、次の表1のようにまとめられます。

表から、ハイスと超硬合金は、通常の切削加工では、チッピングは起きにくいことが分かります。

チッピングの発生要因

チッピングが起こるとワークにどのような影響が出るかを紹介します。またチッピングが発生するメカニズムをイメージ図で概説し、チッピングの発生要因について解説します。

チッピングの影響とその予防

刃先の問題である摩耗・チッピングによって、ワーク側には加工精度が悪くなるという影響が出ます。
しかし、事前に次のような予兆が生じるため、それらを管理することで影響を小さくできます。

チッピングが起こるメカニズム概要

切削のイメージを、図3に紹介します。

工具に掛かる力は、次の力に対する切削抵抗力です。

• 切削力
• すくい面から切りくずが流れる摩擦力
• 逃げ面と切削面の間の摩擦力
• 切削による加熱温度による抵抗力

上記のような抵抗力がワークに発生し、さらに機械衝動などが加わると刃先にチッピングが生じ易くなります。
また刃先は切削熱によって高温になるため、切りくず粉が刃先に融着しやすくなります。そして融着したものが刃先から剥がれる際にもチッピングが生じます。

チッピングが生じる要因には、工具の材質や不具合による切削抵抗だけでなく、

• 切削機械の調整不足
• ワーク固定状況不足
• 切削条件の不適合

などにより、切削抵抗がより大きくなることも要因となります。

チッピング発生要因

以下にチッピングが起こる要因を列挙します。

チッピングが起こる要因を整理すると、表2のようになります。
※表中の「対応する解説」は上記のa~jが対応します。

チッピング対策

チッピングの発生要因をもとに、チッピングを発生させないための対応について説明します。

チッピングの防止

チッピングの要因 a） ～ j）への対応は、それぞれ以下の通りです。

※注　ホーニングについて図4で紹介します。

ホーニングは、鋭利な刃先から刃先に強度を持たせた刃先の面取りです。面取りには、角ばったチャンファーホーニングと、丸くした丸ホーニングがあります。
ホーニングの量が多いと、切れ味が悪くなるため、切削抵抗とワークの状態から、ホーニング量を決めます。

チッピング要因ごとの対応

チッピング状況別の対応を以下に示します。

①衝撃性チッピングの対応

• 靭性の高い工具を使う
• ホーニングを施す
• 送り量の調整による切削条件変更

②溶着性チッピングの対応

• コーティングの効果が大きい
• 切削速度を遅くする
• 切削油を幾分多めにかける。

③振動・衝撃によるチッピングの対応

• 靭性の高い工具材を使用する
• 剛性の高いホルダを使用する
• 送りを低下させる切削条件の調整
• 切込みを小さくする切削条件の変更

チッピング対応

図5は、チッピングの対応についてのまとめです。

この記事では、チッピングの要因に対する代表的な対応策をご紹介しました。
切削工具には、ドリル、リーマ、エンドミル、バイトなどがあり、使用する工具の形状やそれらを駆動する機械も様々です。
またワークの素材やワークの加工方法も異なり、加工条件も異なります。
そのためチッピングが発生するメカニズムは個々の加工ごとにそれぞれ違っているはずで、対応も当然みな違ってきます。

ここで解説したチッピングが発生する基本的な要因やその対策をヒントに、加工ごとに当てはめていくことで、チッピングや摩耗、欠けといった不具合を避けることができ、工具の寿命を長くし、精度の良い加工が可能になるでしょう。