CNC加工における切削液の使用について理解する

CNC 加工は、精密で効率的、かつ自動化された加工プロセスを提供することで、製造業界に革命をもたらしました。CNC 加工では、切削液が最終製品の品質を確保し、工具寿命を延ばし、加工効率を高める上で重要な役割を果たします。この記事では、CNC 加工における切削液の重要性、種類、用途について詳しく説明します。

切削液とは何ですか?

切削液の命名法はさまざまで、切削油、切削化合物、冷却剤、潤滑剤などの用語は、特定の状況や議論されている流体の種類に応じて互換的に使用されます。切削液は、金属切削作業の効率と品質を高めるために機械加工プロセスで使用される物質です。フライス加工、旋削、穴あけ、研削などの機械加工プロセス中に、切削工具とワークピースに直接塗布されます。

ほとんどの場合、切削液を使用すると、特にワークピースの材質によっては、金属加工や機械加工のプロセスで有利になります。ただし、鋳鉄や真鍮などの例外もあり、これらは乾式で機械加工できる場合が多いです。真鍮の中には切削液なしで機械加工できるものもありますが、ほとんどの真鍮の組成では、機械加工中に切削液を使用することでメリットが得られることに留意してください。

切削液の特性

以下は、 切削液の特性 すべきだった。

プロパティ	説明
熱伝導率	切削液がワークピースと工具から熱をどれだけ伝導できるかを測定します。
熱容量	切削液が熱くなったり沸騰したりする前に熱を吸収する能力。冷却能力に影響します。
	流体の流れに対する抵抗。粘度が低いため流れやすくなり、スラッジの形成を防ぎます。
腐食性	切削液はワークピースや工具を腐食したり攻撃したりしてはなりません。
耐食性	部品の腐食を防ぎ、工具とワークピースの寿命を延ばす能力。
耐酸化性	表面の酸化を防ぎ、部品の完全性を維持する機能。
無毒性	切削液は人体や環境に健康被害を及ぼしてはなりません。
化学的不活性性	表面と化学反応を起こさず、コンポーネントの損傷や流体の劣化を防ぎます。
無臭の	職場での不快な臭いを避けるために、強い臭いがないこと。
透明性	流体の透明度が高く、加工中にワークピースの視界を妨げないことを保証します。
安定性	経年劣化に強く、使用中および保管中の性能を維持します。
潤滑特性	工具とワークピース間の摩擦を低減し、よりスムーズな加工と工具の寿命の延長を実現します。

切削油剤の基本的な種類

CNC 加工では、切削液は加工効率と作業環境を大幅に改善できるため不可欠です。切削液にはそれぞれ独自の特性と適用可能なシナリオがあります。

エマルジョン（水性切削液）

エマルジョンは、水、乳化油、およびさまざまな添加剤で構成される一般的なタイプの切削液です。このタイプの切削液の利点は、低コストと優れた冷却性能であり、特に大幅な放熱を必要とする作業に適しています。ただし、エマルジョンは細菌が増殖しやすく、ある程度の腐食性があるため、使用中は希釈率の厳密な管理と定期的なメンテナンスが必要です。

合成流体

合成油は石油系油脂を含まず、主に各種化学添加剤で構成された切削油です。優れた冷却・潤滑性能、耐細菌性などが主な特長で、精密部品製造などクリーンな加工環境が求められる用途で広く使用されています。ただし、合成油は比較的高価であり、化学成分によっては機械を腐食させる恐れがあるため、選定には十分な検討が必要です。

半合成流体

半合成油はエマルジョンと合成油の中間に位置し、一定の割合の石油ベースと水を含んでいます。このタイプの切削液は、エマルジョンの冷却効果と合成油の潤滑特性を組み合わせ、両者の利点のバランスを取ろうとしています。一般的な加工シナリオでは、半合成油は優れた性能を発揮しますが、さまざまな加工環境での適用性を確保するには、生物学的安定性と腐食性のバランスに注意を払う必要があります。

ストレートオイル（油性切削液）

鉱物油または植物油から作られたストレートオイルには、水がまったく含まれていません。優れた潤滑性能があり、ワークピースに錆を発生させないため、旋削やボーリングなど、潤滑の必要性が高い加工作業に特に適しています。ただし、ストレートオイルは熱容量が低く、水ベースの切削液ほど効率的に冷却されないため、高速または高温加工では制限となる場合があります。

水溶性オイル

可溶性油はエマルジョンとも呼ばれ、鉱油と水を特定の割合（通常、油と水の比率は 1 ～ 20%）で混合して形成される安定したエマルジョンです。機械加工で使用される切削液の中で、最も安価で最も一般的なタイプの XNUMX つです。可溶性油は優れた冷却性能と平均的な潤滑特性を備えているため、軽度の切削作業に最適です。油性切削液と水性切削液の混合物として、水を加えるとエマルジョンが形成されます。優れた潤滑性能と冷却性能の両方を備えており、さまざまな機械加工のニーズに適しています。ただし、可溶性油を使用する場合は、腐食や細菌の増殖を防ぐために希釈率と水質を厳密に管理する必要があり、機械加工プロセスの安全性と効率を確保する必要があります。

適切な切削液を選択する

切削液の選択は、切削工具、材料、加工作業など、多くの要因によって異なります。

さまざまな材料に適した切削液の選択

加工されるワークピースの材質は、加工特性や材質の適合性が異なるため、切削液の選択に影響します。

• 鋼: 潤滑添加剤を含む鉱油は鋼の加工に適しています。
• 合金鋼: 合金鋼の加工には硫黄黄銅油または鉱油が推奨されます。
• アルミニウム: アルミニウムの加工では、汚れを防ぐために、活性硫黄を含まない可溶性オイルまたは鉱油が推奨されます。
• 銅: 溶解性油は銅の加工に適しています。
• ステンレス鋼: ステンレス鋼の加工には、優れた極圧添加剤を含んだ鉱油が推奨されます。
• 鋳鉄: 一般的に、鋳鉄の加工には切削液は必要ありません。

切削工具の種類に応じた切削液の選択

切削工具の種類によって発熱率や熱衝撃に対する感受性が異なります。効率的な加工には、工具の種類に応じて適切な切削液を選択することが不可欠です。

• 超硬工具: 超硬工具は大量の熱を発生するため、熱衝撃を防ぐために高い冷却能力を持つ切削液が必要です。超硬工​​具には、優れた冷却特性を持つ合成切削液が推奨されます。
• 高速度鋼: 高速度鋼も熱を発生しますが、超硬工具に比べると熱衝撃の影響を受けにくくなっています。溶解性オイルと半合成流体は、高速度鋼工具に適しています。

さまざまな加工作業に適した切削液の選択

旋削、フライス加工、穴あけ、ブローチ加工など、実行される特定の加工操作も、切削液の選択に影響します。

• 簡単な機械加工操作（旋削、フライス加工など）：高速操作には、高い冷却能力を持つ合成油が適しています。可溶性油も使用できます。
• 困難な機械加工作業（例：ブローチ加工、 糸 切削): これらの操作では、低速かつ高圧のため、良好な潤滑が必要です。極圧添加剤を含む鉱油は、このような操作に最適です。

切削油剤の製造工程と手順

1. 原料の準備: 切削液の特定の配合に従って、ベース液（水、鉱油、合成エステルなど）、乳化剤、防錆剤、潤滑剤、極圧添加剤、腐食防止剤、殺生物剤、消泡剤、香料、その他の機能性添加剤など、必要な原材料をすべて事前に準備します。
2. 前処理:
   • 水性切削液: 最初に脱イオン水または軟水を使用して水を処理し、ミネラル含有量と硬度を減らして、高い水質を確保します。
   • 油性切削液: ベースオイルから脱水して​​不純物を取り除き、オイルの純度を確保します。
3. 初期混合: 処理済みの水またはベースオイルを反応釜または混合タンクに追加します。特定の順序と温度条件に従って、さまざまな添加剤を順次追加します。たとえば、配合によっては、防錆剤、潤滑剤、その他の添加剤を追加する前に、最初に乳化剤または分散剤を追加して完全に混合する必要があります。
4. 反応相: 特定の温度 (例: 70 ～ 90°C) で反応を行います。トリエタノールアミン、セバシン酸、防錆剤など、一部の成分は完全に溶解するか、特定の温度で反応する必要があります。必要に応じて炭酸ナトリウムや酸などの物質を使用して pH レベルを調整し、切削液の安定性と有効性を確保します。
5. 徹底した撹拌と混合: すべての成分が均一に混ざり、安定したエマルジョンまたは溶液が形成されるように、長時間均一に混合するために専門の撹拌装置を使用してください。
6. 冷却と濾過反応が完了したら、混合物を徐々に保管および使用に適した温度（通常は 40°C 未満）まで冷却します。混合物を濾過して、溶解していない固体粒子や不純物を取り除き、切削液が透明で沈殿物がないことを確認します。
7. 品質検査完成品は、pH値、濃度、冷却性能、潤滑性能、防錆性能、安定性、微生物含有量など、さまざまな性能試験を受ける必要があります。
8. 機能コンポーネントの追加: 検査結果に基づいて、殺菌剤やカビ防止剤などの必要な成分を追加し、切削液の寿命と安全性をさらに向上させます。
9. 充填と包装: 適格な切削液を、IBC トートや小型ドラムなどの専用の梱包容器に充填します。製品名、仕様、バッチ番号、有効期限、その他の関連情報を記載したラベルを容器に貼ります。
10. 保管と輸送: 切削液は直射日光や凍結を避け、涼しく換気の良い場所に保管してください。輸送中は、化学物質の輸送規制に従って、製品が安全に顧客に届けられるようにしてください。

CNC加工における切削液の主な機能

切削液の特定の機能を理解することで、さまざまな加工タスクに適したタイプを選択できるようになり、パフォーマンスの向上と工具寿命の延長につながります。以下は、CNC 加工プロセスにおける切削液の主な機能です。

冷却

金属切削プロセスでは、切削工具とワークピース表面の摩擦により、ワークピース、チップ、切削工具にかなりの熱が発生します。さらに、せん断領域での金属の塑性変形によっても熱が発生します。この熱は、熱膨張、酸化などの化学反応、表面の溶接などの望ましくない影響を引き起こす可能性があります。

潤滑

機械加工中に熱が発生する主な原因は摩擦であり、熱と摩擦の組み合わせにより表面が溶着することがあります。切削液は、チップと工具の間に薄い潤滑層を形成して摩擦を減らし、接触を減らします。この潤滑により、切削工具の摩耗が最小限に抑えられ、機械加工プロセスのエネルギー消費が削減されます。また、摩擦を減らすことで、切削液はよりスムーズな切削動作にも貢献し、機械加工部品の表面仕上げを改善できます。

腐食の防止

切削液に含まれる防錆剤と腐食防止剤は、機械部品と加工面を腐食から保護します。鉱油ベースの切削液は、露出面に非常に薄い保護層を形成することで酸化を防止します。この保護層は、湿気の多い環境や、酸化しやすい反応性金属を加工する場合に特に重要です。腐食を防止することで、工作機械の寿命が長くなり、加工部品の完全性と外観が維持されます。

工具寿命の向上

切削液は、熱を放散し、摩擦と磨耗を減らし、腐食と錆を防ぐことで、工具の摩耗を大幅に減らします。切削液は、切削界面の温度を低く保つことで、工具材料の熱劣化を防ぎます。摩擦が減ることで機械的摩耗が最小限に抑えられ、腐食防止剤が工具を化学的損傷から保護します。その結果、工具全体の寿命が延び、工具交換の頻度とダウンタイムが減り、加工プロセスのコスト効率が向上します。

切りくずの除去

フライス加工や穴あけ加工などの機械加工プロセスでは、切削ゾーンの周囲に切りくずが蓄積し、切削効率を低下させたり、ワークピースの表面を損傷したりする可能性があります。切削液は切削領域から切りくずを洗い流し、切削ゾーンを妨げないようにするのに役立ちます。この切りくずの除去は、機械加工された表面の品質を維持し、表面の欠陥や工具の損傷につながる可能性のある切りくずの再切削を防ぐために重要です。

表面仕上げの向上

切削液は、ワークピースの熱膨張と特性変化を防ぐことで、機械加工部品の表面仕上げを良好に保ちます。一貫した冷却により、ワークピースの寸法を厳しい許容範囲内に維持し、潤滑により微小亀裂や表面の凹凸の形成を減らします。その結果、必要な仕様を満たす、より滑らかで精密な表面が得られ、追加の仕上げ工程の必要性が減ります。

ビルドアップエッジ形成の低減

切削液は、切削工具のエッジの堆積を減らすのに役立ちます。この現象は、材料が刃先に付着したときに発生し、表面仕上げが悪くなり、工具の摩耗が増加します。切削液は付着を最小限に抑えることで、刃先の完全性を維持し、加工精度を向上させます。エッジの堆積を減らすことで、切削性能の一貫性も向上し、工具のメンテナンス間隔も長くなります。

粒子状物質排出の制御

切削液は、機械加工中に発生する粒子状物質の排出を抑制するのに役立ちます。これらの粒子状物質には、吸入したり、表面や機械に付着したりすると有害な微細な金属粉塵やその他の破片が含まれます。切削液はこれらの粒子状物質を捕らえて洗い流すのに役立ち、作業環境をより清潔に保ち、作業者の吸入リスクを軽減します。

CNC加工プロセスにおける切削液の適用

切削液の塗布方法は機械加工作業ごとに異なり、それぞれプロセスの特定の要件と課題に合わせて調整されます。

CNCフライス

In CNCフライス盤 切削工具が動いている間にワークピースが静止している加工作業では、切削液の塗布方法としてフラッディングが一般的です。切削液は加工エリアに連続的にポンプで送り込まれ、熱を放散し、切削動作を潤滑し、切りくずを洗い流すのに役立つ流体の洪水を作り出します。この方法により、フライス加工プロセス全体にわたって一貫した冷却と潤滑が保証され、工具寿命と表面仕上げが向上します。

CNCドリル

CNC ドリル加工では、切削液の主な目的は、チップの除去と冷却です。ドリル加工の性質上、構成刃先が形成されるリスクが低いため、通常は潤滑は必要ありません。代わりに、切削液の方向性のある流れをドリル加工領域に正確に向けるジェット塗布法がよく使用されます。このターゲットを絞った塗布により、チップが効率的に除去され、切削工具とワークピースが冷却されるため、ドリル加工の効率​​と精度が向上します。

CNC旋盤

CNC旋盤 加工物の高速回転を伴うため、冷却はプロセスの重要な要素となります。切削液のジェット噴射は、CNC 旋削加工に最適です。切削液の流れが切削領域に向けられ、切削工具と加工物を効果的に冷却します。この方法は、過熱を防ぎ、工具の摩耗を減らし、高速旋削加工中の寸法精度を維持するのに役立ちます。

CNC研削

精度と表面仕上げが重要な CNC 研削では、切削液のミスト塗布が一般的に採用されています。切削液は微細なミスト粒子に霧化され、研削ホイールとワークピースに向けられます。この方法は、流体の消費と無駄を最小限に抑えながら、効果的な冷却と潤滑を実現します。ミストは、空気中の粒子を制御し、機械オペレーターが吸入するリスクを軽減するのにも役立ちます。

CNC 放電加工 (EDM)

CNC EDM では、放電によって材料が除去されますが、切削液の塗布には浸漬法がよく使用されます。ワークピースと電極は、冷却剤と電気絶縁体の両方の役割を果たす誘電液に浸漬されます。この浸漬により、効率的な熱放散が保証され、アーク放電が防止され、破片が洗い流されるため、材料の除去が正確かつ制御されて可能になります。

CNCレーザー切断

CNC レーザー切断では、レーザー ビームを使用して材料を溶かしたり気化させたりするために、ノズルから切削液を噴射します。切削液の細い流れがノズルから切断領域に噴射され、冷却効果をもたらし、材料の過熱や燃焼を防ぎます。この方法は、溶融した材料を除去し、プロセス全体にわたって一貫した切断品質を維持するのにも役立ちます。

これらの切削液塗布方法は、各 CNC 加工プロセスの特定の要件と課題に合わせて調整されており、金属加工作業における最適なパフォーマンス、効率、品質を保証します。

切削液の利点と欠点

Advantages	デメリット
切断効率を向上	環境汚染
冷却と潤滑を提供します	皮膚アレルギーの可能性
ツールの寿命を延ばす	液体がこぼれると滑って危険が生じる可能性があります
ワークピースの変形を軽減	使用コストが高い
切断温度を下げる	廃液の特別な処理が必要
加工面品質の向上	オペレーターの潜在的な健康被害

切削液使用上の注意

切削液を選択して使用する場合、コスト効率を最大化するために、その性能、安全性、環境への影響を考慮することが重要です。

考慮すべきいくつかの重要なポイントは次のとおりです。

1. 環境への配慮: 環境に優しい切削液は生分解性材料から作られており、汚染を軽減します。これらの切削液には通常、硫酸塩や塩化物などの有害な化学物質が含まれておらず、使用中の環境への影響を最小限に抑えます。環境に優しい切削液を選択すると、企業は社会的責任を果たし、グリーン生産の意識を高めることができます。
2. 安全性： 従来の切削液には、揮発性有機化合物や重金属などの有害な化学物質が含まれている場合があり、皮膚の炎症、呼吸器系の問題、その他の健康上の問題を引き起こす可能性があります。したがって、低毒性または無毒性の切削液を選択することが重要です。切削液が関連する安全基準を満たしていることを確認し、安全な作業環境を提供することは、従業員の健康にとって不可欠です。
3. 費用対効果： 切削液のコスト効率も、企業にとって重要な考慮事項です。環境に優しく高性能な切削液は初期コストが高くなる場合がありますが、工具の摩耗を減らし、機械の効率を高め、廃棄物処理料金を下げることで、長期的にはコストを節約できます。高品質の切削液を選択すると、機器の寿命が延び、生産停止時間が短縮され、生産コストがさらに最適化されます。
4. 適用範囲： 切削液は、加工材料や加工プロセスによって異なります。切削液を選択する際は、最適な加工性能を確保するために、その適用性を考慮することが重要です。切削液の中には、鋼やアルミニウム合金などの特定の材料の加工に特に適したものもあれば、穴あけ、フライス加工などの特定の加工プロセスに適したものもあります。

切削油剤の問題への対処

切削液は、冷却、潤滑、洗浄、腐食防止など、その多機能特性から金属切削プロセスで広く使用されています。しかし、使用中に不快な臭い、腐食、発泡、アレルギー反応などの問題が発生する可能性があります。弊社は実際の経験から、切削液の用途で発生する一般的な問題に対処し、軽減するための効果的な戦略を提案します。

1. 切削液の臭気と劣化

原因：

• 切削液中に好気性菌株や嫌気性菌株などの細菌が存在すると、劣化や悪臭が発生します。
• 液体の調製、輸送、または不適切な保管や取り扱いによる汚染。
• 加工環境および設備の清潔さが不十分。

予防措置：

• 細菌の増殖を最小限に抑えるために、高品質で安定した切削液を使用します。
• 微生物汚染を減らすために、液体の調製には蒸留水を使用してください。
• 細菌の増殖を防ぐために、切削液の推奨濃度レベルを維持してください。
• 定期的に pH レベルを監視し、必要に応じて調整して細菌の増殖を抑制します。
• 汚染を防ぐために、加工環境と設備の清潔さを確保します。

2. 腐食の問題

原因：

• 切削液の pH レベルが不適切です。
• 異種金属間の接触。
• 不適切な保管や取り扱いにより液体が汚染される可能性があります。
• 作業環境の湿度レベルが上昇します。

予防措置：

• 切削液の pH を特定の金属の種類ごとに推奨範囲内に維持します。
• 必要に応じて防錆剤や耐腐食性液体を使用してください。
• 作業環境の湿度レベルを制御して、腐食のリスクを最小限に抑えます。
• 異種金属間の接触を防ぎ、ガルバニック腐食を防ぎます。
• 汚染を防ぐために、適切な液体の保管および取り扱い手順を確認してください。

3. 発泡現象

原因：

• サンプ内の液体レベルが不十分です。
• 流量が多すぎると空気が閉じ込められる。
• 鋭角または不適切なバッフルによるサンプの設計が不適切です。

予防措置：

• 泡立ちを最小限に抑えるために、サンプ内の液体レベルを適切に保ちます。
• 過剰な通気を防ぐために流量を調節します。
• 泡立ちを抑えるために、角を丸くし、適切なバッフルを備えたサンプを設計します。
• 必要に応じて、製造元の推奨に従って消泡剤を使用してください。

4. オペレーターの皮膚の敏感性

原因：

• 切削液の pH レベルまたは化学組成が高い。
• 機械加工に使用される不溶性金属または油との接触。
• 切削液の濃度が正しくないか、汚染物質が存在します。
• 保護表面層または残留物の形成。

予防措置：

• 皮膚の露出を最小限に抑えるために、作業者に手袋や作業服などの保護具を提供します。
• 皮膚の過敏症を軽減するために、推奨される濃度レベルと液体仕様を遵守してください。
• 微生物の増殖を抑制するために、推奨用量に従って殺生物剤を使用してください。
• 流体による変形を最小限に抑えるには、機械部品にフッ素ゴムまたはニトリルゴムのシールを選択してください。

切削油剤の成長見通しと市場規模

切削液は、金属切削プロセスで使用される工業用液体で、工具とワークピースの界面を潤滑し、切削温度を下げ、切りくずを洗い流し、ワークピースの腐食を防ぎます。切削液は、加工精度の向上、工具寿命の延長、生産効率の向上、加工中の表面品質とワークピースの完全性を確保するように設計されています。

世界的に見ると、切削液市場の見通しと規模は、特に中国のような製造大国において、安定したプラス成長傾向を維持しています。強力な製造基盤と高度な製造に対する需要の高まりにより、中国は切削液市場で大きな成長の可能性を秘めています。

2024年現在、世界の切削液市場規模は約3.622億4.31万ドルに達しています。2026年までに約4.969%の複合年間成長率（CAGR）で成長し、推定市場規模は約XNUMX億XNUMX万ドルに達すると予測されています。この成長は主に、自動車製造、航空宇宙、機械製造、金型加工、造船、電子機器製造など、さまざまな分野での持続的な開発とアップグレードによるものです。これらの業界では、金属切削液の需要が高まっている一方で、切削液の性能基準も引き上げられており、市場の成長を牽引しています。

まとめ

CNC 加工では、最適なパフォーマンスの実現、工具寿命の延長、部品の品質維持のために切削液の使用が不可欠です。切削液の役割を理解し、適切なタイプの切削液を選択することが、加工作業を成功させる上で重要です。

CNC 加工プロセスに最適な切削液を選択する場合、正しい選択を行うことで生産の効率と品質に大きく影響します。BOYI では、お客様の特定の製造ニーズに最適な切削液を選択する際の複雑さを理解しています。当社の専門技術者チームが、専門的なガイダンスとサポートを提供します。

難しい材料、複雑なデザイン、特定のパフォーマンス要件など、 ボーイ カスタマイズされたオファー CNC機械加工サービス お客様の独自の要求に応える製品です。機械加工の成功を偶然に任せず、BOYI に今すぐご連絡いただき、当社の知識豊富な専門家にご相談ください。適切な切削液ソリューションで、機械加工作業の強化、工具寿命の向上、優れた表面仕上げの実現をお手伝いします。

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Q＆A

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