計測事例｜切削点の非接触 温度解析

日本のものづくりを支える高度技術の一つに「金属加工」があげられます。

例えば、航空宇宙や原子力産業で使われる産業用タービン・各種エンジンの部品には、過酷な使用環境に耐えられるような超耐熱合金が使われています。
これらの合金は耐熱性・耐腐食性などの高温特性に優れる反面、熱伝導率の低さ故に局所的な切削熱が発生し、工具刃先に熱が集中しやすいという特性があり、刃先が摩耗しやすい「難削材」としても知られています。また、これら超耐熱合金を加工するにも、同様の合金を使用した刃物・加工チップが使用されます。

このような金属加工において、加工条件の最適化は長年の課題です。
なぜならば、切削熱が局所的に集中しやすい状況下では、切削工具材料との化学反応や凝着物の付着が発生し、切れ刃摩耗やチッピングなどの工具寿命の低下や、加工面の品質低下に繋がります。従って、加工条件の設定では熱をこもらせない工夫が必要となりますが、切削点の温度条件は測定が難しく、回転数と切削点温度との関係を定量的に評価することは困難でした。

このような背景を受けて、切削工具メーカーでは「冷却式赤外線カメラによって、切削点の温度を非接触・高速に解析する」という試みがスタートされており、そこには我々の製品が使われています。

サンプル動画

この計測では、中赤外線カメラ X6901sc が使用されています。観察範囲は加工チップ１つ程度の小さな領域であり、赤外線を透過する窓材越しに、超耐熱合金の放射率を考慮した温度値が出力・記録されます。撮影速度は１秒間に5,000枚、露光時間に相当する積分時間はさらに短い時間であるため、ブレの少ない明瞭な温度画像が得られます。このような計測は、切削加工以外にも、金属溶接における溶融池温度の可視化などにも応用されています。

この計測結果により、従来では検討が不可能に近く、属人性の高い工程で合った加工条件の最適化を、より定量的な視点から検討することが可能になりました。