製造プロセス中のアルミニウム部品の歪みには、材料特性、部品の形状、製造パラメータなどのさまざまな要因が関与します。
主な要因としては、素材内の内部応力、加工力や熱による歪み、クランプ圧力による変形などが挙げられます。
1. 加工変形を低減するための加工対策
1. ブランクの内部応力を軽減する
原材料の内部張力は、自然または人工の老化および振動手順によっていくらか緩和できます。予備処理も有効な方法です。オーバーハングや突起が大きい素材の場合、後処理後の歪みも大きくなります。
原材料の余剰部分を事前に処理し、各セクションの張り出しを小さくすることで、後続の工程での加工歪みを軽減できるだけでなく、予備加工後に一定期間保管しておくことができるため、さらに歪みを軽減することができます。内部の緊張。
2. 工具の切削能力の向上
加工時の切削抵抗と切削熱は、材質の成分や工具の形状に大きく影響されます。部品加工中の歪みを最小限に抑えるには、適切なツールを選択することが重要です。
1) 工具の幾何学的パラメータを合理的に選択します。
①すくい角は切削加工において重要な役割を果たします。ブレードの強度を確保しながら、より大きなすくい角を慎重に選択することが重要です。すくい角を大きくすると、より鋭い切れ刃が得られるだけでなく、切削歪みが最小限に抑えられ、効率的な切りくず除去が容易になり、切削抵抗と切削温度が低減されます。負のすくい角の工具は絶対に避けてください。
②逃げ角：逃げ角の大きさは逃げ面の摩耗や加工面の品位に大きく影響します。逃げ角の選択は、カットの厚さに応じて異なります。かなりの送り速度、重い切削負荷、および高い発熱が発生する荒フライス加工では、工具からの最適な熱放散を確保することが重要です。したがって、より小さい逃げ角を選択する必要があります。逆に、精密フライス加工の場合は、逃げ面と加工面の間の摩擦を最小限に抑え、弾性変形を抑えるために鋭い切れ刃が必要です。したがって、より大きな逃げ角を推奨します。
③ねじれ角：切削をスムーズにし、切削抵抗を軽減するには、ねじれ角をできるだけ大きくする必要があります。
④ 主偏向角：主偏向角を適切に小さくすると、放熱状態が改善され、加工エリアの平均温度を下げることができます。
2) ツール構造を改善します。
①切りくず排出性を良くするには、フライスの刃数を減らし、切りくずスペースを大きくすることが重要です。アルミニウム部品は可塑性が高いため、加工中の切削変形が大きくなり、より大きなチップスペースが必要になります。そのため、チップ溝の底半径を大きくし、フライスの歯数を減らすことが推奨されます。
②刃先の粗さ値がRa=0.4um以下になるように刃先を精密研削します。新しいナイフを使用するときは、細かいオイルストーンを使用して歯の表と裏の両方を軽く研ぎ、研いだことによって生じたバリや小さな凹凸を取り除くことをお勧めします。このプロセスにより、切削熱が低減されるだけでなく、切削変形も最小限に抑えられます。
③切削工具の摩耗基準を注意深く監視することが不可欠です。工具が摩耗すると、ワークの表面粗さの値が上昇し、切削温度が上昇し、ワークの変形が顕著になります。耐摩耗性に優れた切削工具材料を選択することに加えて、構成刃先の発生を防ぐために、最大工具摩耗限界 0.2 mm を遵守することが重要です。切断作業中は、変形を防ぐためにワークピースの温度を 100°C 以下に維持することをお勧めします。
3. ワークのクランプ方法の改善
剛性の低い薄肉アルミニウムワークの場合は、次のクランプ方法を使用して変形を軽減できます。
①薄肉のブッシュ部品を加工する場合、三爪セルフセンタリングチャックやスプリングチャックなどで放射状にクランプすると、加工後に緩んだ際にワークが変形する可能性があります。このような場合には、より強力な軸方向端面圧縮方法を採用することをお勧めします。まず、部品の内側の穴を見つけ、カスタムのねじ付きマンドレルを作成し、それを内側の穴に挿入します。カバープレートを利用して端面を加圧し、ナットで固定します。これにより、外周加工時のクランプ変形を防止し、加工精度の向上につながります。
②薄肉の板金部品を扱う場合は、より細かい切断パラメータと組み合わせて均一なクランプ力を実現するために、磁気クランプ技術を利用することをお勧めします。このアプローチは、加工中のワークピースの変形のリスクを効果的に軽減します。代わりに、内部サポートを実装して、薄肉コンポーネントの安定性を高めることができます。
3% ～ 6% の硝酸カリウムを含む尿素溶液などの支持媒体をワークピースに注入することにより、クランプ中や切断中の変形の可能性を最小限に抑えることができます。このフィラーは、後処理としてワークピースを水またはアルコールに浸すことで溶解して除去できます。
4. プロセスを合理的にアレンジする
高速切削では、取り代が大きく断続切削となるため、ミーリング加工では振動が発生しやすく、加工精度や面粗さに悪影響を及ぼします。したがって、CNC 高速切削手順には通常、特に荒加工、中仕上げ、コーナー洗浄、仕上げなどのさまざまな段階が含まれます。
部品に高い精度が要求される場合には、二次中仕上げを行った後に仕上げを行う必要がある場合があります。粗加工の後に部品を自然冷却させて、粗加工によって引き起こされる内部応力を緩和し、変形を最小限に抑えることが有益です。荒加工後に残されるマージンは、変形レベルを超える必要があり、通常は 1 ～ 2 mm の範囲です。
さらに、仕上げ加工を行う場合、部品の仕上げ面に一定の加工代 (通常は 0.2 ～ 0.5mm の範囲) を確保することが不可欠です。これにより、加工中に工具が安定した状態に保たれるため、切削変形が大幅に軽減され、優れた表面加工品質が達成され、製品精度が維持されます。
2. 加工変形を軽減する操作スキル
で作られた部品CNC機械加工されたアルミニウム部品加工中に変形してしまいます。上記の理由に加えて、実際の運用においては操作方法も非常に重要です。
1. 加工代が大きい部品の場合、加工中の熱放散を高め、熱の集中を防ぐために対称加工技術を採用することが不可欠です。たとえば、厚さ 90 mm のシートを 60 mm に縮小する場合、片面をフライス加工し、すぐにもう一方の面をフライス加工し、その後 1 回の最終サイジング プロセスを行うと、平坦度は 5 mm になります。対照的に、各面を2段階でフライス加工する対称加工を繰り返すことにより、平面度0.3mmの最終サイズを確保します。
2. プレートコンポーネントに複数のくぼみがある場合、個々のくぼみごとに段階的に処理する方法を採用することはお勧めできません。これにより、応力が不規則に分布し、コンポーネントが変形する可能性があります。代わりに、次の層に進む前に、各層ですべてのくぼみを同時に加工する層状処理の実装を検討してください。これにより、応力が均一に分散され、変形が最小限に抑えられます。
3. 切削抵抗と熱を軽減するために、切削量を調整できます。切削量要因の中で、背面切削量は切削抵抗に大きな影響を与えます。過剰な加工代と切削抵抗は、部品の変形を引き起こし、工作機械の主軸の剛性を損ない、工具の耐久性を低下させる可能性があります。バックカット量の減少は生産効率を大幅に低下させる可能性があります。それにもかかわらず、CNC 加工における高速フライス加工により、この問題を解決できます。バックカット量を減らし、送り速度と工作機械の速度を上げると同時に、加工効率を維持しながら切削抵抗を低減できます。
4. 切断の順序にも注意を払う必要があります。荒加工では、加工効率を高め、単位時間あたりの材料除去量を最大化することに重点が置かれます。一般に、アップミリングが好ましい。これは、仕上げに必要な幾何学的輪郭を確立するために、ワークピースの表面上の余分な材料が可能な限り高速かつ最短時間で除去されることを意味します。一方、仕上げ加工は高精度・高品質を優先するため、ダウンミーリングを推奨します。ダウンミリング中に工具の切削厚さが最大からゼロまで徐々に減少するため、加工硬化が大幅に軽減され、部品の変形が最小限に抑えられます。
5. 薄肉ワークの加工時のクランプによる変形は、完成後も避けられない問題です。ワークの変形を最小限に抑えるために、最終寸法に仕上げる前に圧力を解放することをお勧めします。これにより、ワークピースは自然に元の形状に戻ります。その後、ワークピースが完全にクランプされるまで圧力を慎重に強めて、目的の加工効果を達成します。理想的には、クランプ力はワークピースの剛性に合わせて支持面に適用される必要があります。ワークピースを確実に固定しながら、最小限のクランプ力を使用することが望ましいです。
6. 中空スペースのある部品を加工する場合、加工中にフライスがドリルのように部品に直接突き刺さることを避けることをお勧めします。これにより、フライス用の切りくずスペースが制限され、切りくず排出が妨げられ、その結果として部品が過熱、膨張、劣化する可能性があります。歪みや工具の破損などの不具合が発生する可能性があります。最初にフライスと同じサイズかわずかに大きいドリルビットを使用して穴を開け、その後フライスを使用して加工することをお勧めします。あるいは、CAM ソフトウェアを使用してスパイラル切断プログラムを生成することもできます。
アルミニウム部品の製造精度と表面仕上げの品質に影響を与える主な課題は、これらの部品が加工中に歪みやすいことです。そのため、オペレーターには一定レベルの操作の専門知識と熟練度が必要です。
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投稿時刻: 2024 年 2 月 2 日