CNC 加工用の最高品質の部品を作成するために表面粗さを正確に選択するにはどうすればよいですか?

CNC 加工技術は高度な精度と精度を備えており、公差 0.025 mm 程度の微細な部品を製造できます。この加工方法はサブトラクティブマニュファクチャリングのカテゴリーに属し、加工プロセス中に材料を除去して必要な部品を形成することを意味します。そのため、完成品の表面には微細な切削痕が残り、ある程度の表面粗さが生じます。

表面粗さとは何ですか?

得られる部品の表面粗さCNC加工表面の質感の平均的な細かさを示す指標です。この特性を定量化するために、さまざまなパラメータを使用して定義しますが、その中で最も一般的に使用されるパラメータは Ra (算術平均粗さ) です。これは、通常は顕微鏡でミクロン単位で測定される、表面の高さのわずかな違いと小さな変動に基づいて計算されます。表面粗さと表面仕上げは 2 つの異なる概念であることに注意してください。高精度の機械加工技術により部品の表面の平滑性は向上しますが、表面粗さは特に機械加工後の部品の表面の質感特性を指します。

 

異なる表面粗さを実現するにはどうすればよいですか?

機械加工後の部品の表面粗さはランダムに生成されるのではなく、特定の基準値になるように厳密に管理されます。この基準値は予め定められているが、任意に設定できるものではない。代わりに、製造業界で広く認知されている Ra 値の基準に従う必要があります。たとえば、ISO 4287 によれば、CNC加工プロセスRa 値の範囲は、さまざまな用途要件に合わせて、粗い 25 ミクロンから非常に細かい 0.025 ミクロンまで明確に指定できます。

当社では 4 つの表面粗さグレードを提供しています。これらは CNC 機械加工アプリケーションの一般的な値でもあります。

3.2μmRa

Ra1.6μm Ra

Ra0.8μm Ra

Ra0.4μm Ra

さまざまな機械加工プロセスには、部品の表面粗さに対するさまざまな要件があります。特定のアプリケーション要件が指定されている場合にのみ、より低い粗さ値が指定されます。これは、より低い Ra 値を達成するには、より多くの機械加工作業とより厳格な品質管理措置が必要となり、多くの場合コストと時間が増加するためです。したがって、特定の粗さが必要な場合、後処理プロセスは正確に制御することが難しく、部品の寸法公差に悪影響を与える可能性があるため、通常は最初に後処理操作が選択されません。

一部の機械加工プロセスでは、部品の表面粗さがその機能、性能、耐久性に大きな影響を与えます。これは、部品の摩擦係数、騒音レベル、摩耗、発熱、接着性能に直接関係します。ただし、これらの要素の重要性は、特定のアプリケーション シナリオによって異なります。したがって、場合によっては、表面粗さは重要な要素ではありませんが、高張力、高応力、高振動環境や、正確なフィット感、スムーズな動き、高速回転が必要な場合、または医療用インプラントとしての場合などは、重要な要素ではありません。部品では表面粗さが重要です。つまり、使用条件が異なれば、部品の表面粗さに対する要件も異なります。

次に、粗さグレードについてさらに詳しく説明し、アプリケーションに適切な Ra 値を選択する際に知っておく必要があるすべての情報を提供します。

3.2μmRa

これは広く使用されている表面処理パラメータであり、多くの部品に適しており、十分な滑らかさを提供しながらも、明らかな切断痕が残ります。特別な指示がない場合、通常はこの表面粗さの基準がデフォルトで採用されます。

 

3.2μm Ra加工マーク

応力、荷重、振動に耐える必要がある部品の場合、推奨される最大表面粗さの値は 3.2 ミクロン Ra です。負荷が軽く、移動速度が遅い条件では、この粗さの値を移動面に合わせるために使用することもできます。この粗さを実現するには、加工時に高速切削と微小な送り、そしてわずかな切削抵抗が必要となります。

1.6μmRa

通常、このオプションを選択すると、パーツ上のカット マークは非常に薄くなり、目立たなくなります。この Ra 値は、しっかりと取り付けられた部品、応力がかかる部品、ゆっくりと動き、負荷が軽い表面に適しています。ただし、回転の速い部品や振動の激しい部品には適しません。この表面粗さは、厳密に制御された条件下で、高い切削速度、微細な送り、軽い切削を使用することによって達成されます。

コストの点では、標準アルミニウム合金 (3.1645 など) の場合、このオプションを選択すると、製造コストが約 2.5% 増加します。そして、部品の複雑さが増すと、それに応じてコストも増加します。

 

0.8μmRa

この高レベルの表面仕上げを達成するには、製造時に非常に厳密な制御が必要となるため、比較的高価になります。この仕上げは、応力が集中する部品によく使用され、動きや負荷が時々軽いベアリングに使用されることもあります。

コストの点では、この高レベルの仕上げを選択すると、3.1645 などの標準アルミニウム合金の製造コストが約 5% 増加し、部品がより複雑になるにつれてこのコストはさらに増加し​​ます。

 

 

0.4μmRa

このより細かい (または「滑らかな」) 表面仕上げは、高品質の表面仕上げを示しており、高い張力や応力にさらされる部品や、ベアリングやシャフトなどの高速回転部品に適しています。この表面仕上げを行うプロセスは比較的複雑であるため、平滑性が重要な要素である場合にのみ選択されます。

コストの観点から言えば、標準的なアルミニウム合金 (3.1645 など) の場合、この微細な表面粗さを選択すると、製造コストが約 11 ～ 15% 増加します。そして、部品の複雑さが増すにつれて、必要なコストはさらに上昇します。