超高速加工：製造業の高度化を実現する強力なツール

数日前、我が国の産業と情報化の10年間の発展通信簿が発表されました。2012年から2021年にかけて、製造業の付加価値は16兆9,800億元から31兆4,000億元に増加し、世界に占める割合は2012年から2021年までに増加します。約20％から30％近くまで増加します。… 目もくらむようなデータと成果のそれぞれの項目は、我が国が「製造大国」から「製造大国」への歴史的な飛躍をもたらしたことを示しています。

主要機器のコアコンポーネントは通常、軽量、高強度、耐高温性、耐食性、耐摩耗性などの特性を備えている必要があり、従来の材料ではその要件を満たすことができません。科学技術の発展に伴い、チタン合金、ニッケル合金、高性能セラミックス、セラミック強化金属マトリックス複合材、繊維強化複合材などの新材料が次々と登場しています。これらの材料はコア部品の性能要件を満たしているものの、加工が非常に難しいという共通の課題となっており、世界中の科学研究機関がその解決に全力を尽くしている問題でもあります。

この問題を解決する革新的な技術として、超高速加工は製造業から大きな期待を集めています。いわゆる超高速加工技術とは、加工速度を高めることで材料の被削性を変化させ、材料除去率、加工精度、加工品位を向上させる新しい加工技術を指します。超高速加工速度は従来の加工の10倍以上であり、超高速加工プロセス中に材料が変形する前に除去されます。南方科技大学の研究チームは、加工速度が時速700キロメートルに達すると、材料の「加工が難しい」特性が消え、材料加工が「困難から容易に変わる」ことを発見した。

チタン合金は「チューインガム」と呼ばれる代表的な「難削材」です。加工中に、チューインガムが歯にくっつくように「ナイフにくっつき」、「欠け腫瘍」が形成されます。しかし、加工速度を限界値まで高めると、チタン合金は「ナイフにくっつく」ことがなくなり、従来の加工でよくあった「ワークの焼け」などの問題も発生しなくなります。また、加工速度の向上により加工ダメージも抑えられ、「ダメージスキン」の効果が得られます。超高速加工技術は、加工効率を向上させるだけでなく、加工品質と精度も向上させます。「材料の脆化」や「肌の損傷」などの超高速加工理論に基づき、臨界加工速度に達すれば材料の難削材特性は消失し、材料加工が可能となります。 「肉片を調理して牛を解く」のと同じくらい簡単です。

現在、超高速加工技術の大きな応用可能性が広く注目を集めています。国際生産工学アカデミーは超高速加工技術を21世紀の中核的な研究方向と位置づけており、日本先端技術研究協会も超高速加工技術を現代製造技術5大技術の一つに挙げています。

現在、新素材が次々と登場しており、超高速加工技術は加工問題を根本的に解決し、超高速加工技術でありながら「難削材」の高品質かつ効率的な加工に革命をもたらすことが期待されています。 ■ブレークスルーとなる「産業用マザーマシン」と呼ばれる高速工作機械 「難加工材」は、加工困難を解決する強力なツールです。今後、これに伴って多くの産業の生態系も変化し、急成長を遂げる新たな分野がいくつか出現し、既存のビジネスモデルが変化し、製造業の高度化が促進されるでしょう。