スチールやアルミニウム合金と比較して、原材料としてステンレス鋼を使用する CNC 部品の明らかな利点は何ですか?
ステンレス鋼は、その独特の特性により、さまざまな用途に最適です。耐腐食性に優れているため、海洋、航空宇宙、化学産業などの過酷な環境での使用に最適です。鋼やアルミニウム合金とは異なり、ステンレス鋼は錆びたり腐食しにくいため、部品の寿命と信頼性が向上します。
ステンレス鋼はまた、信じられないほど強力で耐久性があり、合金鋼に匹敵し、アルミニウム合金の強度をさえ上回ります。このため、自動車、航空宇宙、建設など、堅牢性と構造的完全性が必要な用途に最適なオプションとなります。
ステンレス鋼のもう 1 つの利点は、高温と低温の両方で機械的特性が維持されることです。この特性により、極端な温度変化に遭遇する用途に適しています。対照的に、アルミニウム合金は高温で強度が低下する可能性があり、鋼は高温で腐食しやすい可能性があります。
ステンレス鋼は本質的に衛生的で、掃除も簡単です。そのため、清潔さが重要な医療、製薬、食品加工業界の用途に最適です。鋼とは異なり、ステンレス鋼は衛生特性を維持するために追加のコーティングや処理を必要としません。
ステンレス鋼には多くの利点がありますが、加工の難しさは無視できません。
ステンレス鋼材料の加工の難しさには、主に次のような側面が含まれます。
1. 高い切削抵抗と高い切削温度
この材料は高い強度と大きな接線方向応力を備えており、切断中に大きな塑性変形を受け、これが大きな切断力につながります。また、材質の熱伝導率が悪いため、切削温度が上昇します。高温は工具の刃先付近の狭い領域に集中することが多く、工具の摩耗が促進されます。
2. 厳しい加工硬化
オーステナイト系ステンレス鋼および一部の高温合金ステンレス鋼は、オーステナイト構造を持っています。これらの材料は、切断中に加工硬化する傾向が高く、通常は通常の炭素鋼の数倍です。その結果、切削工具は加工硬化領域で動作することになり、工具の寿命が短くなります。
3.ナイフにくっつきやすい
オーステナイト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼はどちらも、加工中に強力な切りくずを生成し、高い切削温度を生成するという特徴を共有しています。これにより、接着、溶着、その他の固着現象が発生し、表面粗さが損なわれる可能性があります。機械加工部品.
4. 工具の摩耗の促進
上記の材料には高融点元素が含まれており、展性が高く、高い切断温度が発生します。これらの要因により工具の摩耗が促進され、頻繁な工具の研磨と交換が必要になります。これは生産効率に悪影響を及ぼし、ツールの使用コストが増加します。これに対処するには、切断ラインの速度と送りを下げることをお勧めします。さらに、ステンレス鋼または高温合金の加工用に特別に設計された工具を使用し、穴あけやタップ加工の際には内部冷却を使用することが最善です。
ステンレス部品加工技術
上記の加工の困難さの分析を通じて、ステンレス鋼の加工技術と関連する工具パラメータの設計は、通常の構造用鋼材料とは大きく異なるはずです。具体的な加工技術は以下の通りです。
1. 穴あけ加工
ステンレス材の穴あけの場合、熱伝導率が悪く弾性率が小さいため、穴加工が困難な場合があります。この課題を克服するには、適切な工具材料を選択し、工具の合理的な幾何学的パラメータを決定し、工具の切削量を設定する必要があります。このような種類の材料の穴あけには、W6Mo5Cr4V2Al や W2Mo9Cr4Co8 などの材料で作られたドリル ビットが推奨されます。
高品質の素材で作られたドリルビットにはいくつかの欠点があります。比較的高価であり、購入するのが困難です。一般的に使用されているW18Cr4V規格のハイスドリルビットを使用すると、いくつかの欠点があります。たとえば、頂角が小さすぎる、生成される切りくずの幅が広すぎて時間内に穴から排出できない、切削液がドリルビットを急速に冷却できないなどです。また、ステンレス鋼は熱伝導率が低いため、刃先に切削温度が集中します。これにより、2 つの逃げ面と主刃の焼けや欠けが容易に発生し、ドリルビットの耐用年数が短くなります。
1) 工具幾何パラメータ設計 W18Cr4V で穴あけ加工の場合 通常のハイスドリルビットを使用した場合、切削抵抗と温度は主にドリル先端部に集中します。ドリルの刃先の耐久性を向上させるために、頂角を約135°～140°まで大きくすることができます。これにより、外刃のすくい角も小さくなり、ドリル加工の切りくずが狭くなり、除去しやすくなります。ただし、頂角を大きくするとドリルビットのチゼルエッジが広くなり、切削抵抗が高くなります。したがって、ドリルビットのチゼルエッジを研磨する必要があります。研削後のチゼルエッジのベベル角は47°～55°、すくい角は3°～5°でなければなりません。チゼルエッジを研削する際、チゼルエッジの強度を高めるために、刃先と円筒面の間の角を丸くする必要があります。
ステンレス鋼材料は弾性率が小さいため、チップ層の下の金属は加工中に大きな弾性回復と加工硬化を起こします。逃げ角が小さすぎると、ドリルビット逃げ面の摩耗が促進され、切削温度が上昇し、ドリルビットの寿命が低下します。したがって、適度に逃げ角を大きくする必要がある。ただし、逃げ角が大きすぎるとドリルの主刃が薄くなり、主刃の剛性が低下します。一般に、12°～15°の逃げ角が好ましい。ドリルの切りくずを狭くし、切りくずの除去を容易にするために、ドリルビットの 2 つの逃げ面に千鳥状の切りくず溝を開けることも必要です。
2) 穴あけの切削量を選択する場合、切削に関しては、切削温度を下げることから開始する必要があります。高速切削では切削温度が上昇し、工具の摩耗が悪化します。したがって、切断において最も重要な点は、適切な切断速度を選択することです。一般に、推奨される切断速度は 12 ～ 15m/min です。一方、送り速度は工具寿命にほとんど影響しません。ただし、送り速度が低すぎると硬化層に工具が食い込み、摩耗が悪化します。送り速度が高すぎると面粗度も悪化します。上記 2 つの要素を考慮すると、推奨送り速度は 0.32 ～ 0.50mm/r となります。
3) 切削液の選択: 穴あけ時の切削温度を下げるために、冷却媒体としてエマルジョンを使用できます。
2. リーマ加工
1）ステンレス鋼材のリーマ加工には超硬リーマが一般的に使用されます。リーマの構造および幾何学的パラメータは、通常のリーマとは異なります。リーマ加工中の切りくず詰まりを防ぎ、カッター歯の強度を高めるために、一般にリーマ歯の数は比較的少なく保たれます。リーマのすくい角は通常 8° ～ 12° ですが、場合によっては高速リーミングを実現するために 0° ～ 5° のすくい角を使用することもできます。逃げ角は一般に8°～12°程度です。
主偏角はホールに応じて選択されます。一般的に貫通穴の場合は15°～30°、非貫通穴の場合は45°となります。リーマ加工時に切りくずを前方に排出するために、刃先の傾斜角度を10°～20°程度大きくすることができます。刃幅は0.1～0.15mm程度にしてください。リーマの逆テーパは通常のリーマより大きくする必要があります。超硬リーマのテーパは0.25～0.5mm/100mmが一般的ですが、ハイスリーマのテーパは0.1～0.25mm/100mmです。
リーマの修正部の長さは通常のリーマの65％～80％が一般的です。円筒部の長さは通常のリーマの40％～50％程度が一般的です。
2) リーマ加工の際は、送り量 0.08 ～ 0.4mm/r、切削速度 10 ～ 20m/min を適切に選択することが重要です。粗リーマ代は 0.2 ～ 0.3mm、細かいリーマ代は 0.1 ～ 0.2mm としてください。粗いリーマ加工には超硬工具、細かいリーマ加工には高速度鋼工具を使用することをお勧めします。
3）ステンレス鋼材のリーマ加工用切削油の選定においては、冷却媒体として全損失系油または二硫化モリブデンが使用可能です。
3. ボーリング加工
1) ステンレス鋼部品を加工するための工具材料を選択するときは、高い切削抵抗と温度を考慮することが重要です。 YW超硬やYG超硬など、高強度で熱伝導率の良い超硬を推奨します。仕上げ加工には、YT14 および YT15 超硬インサートも使用できます。セラミック材料ツールをバッチ処理に利用できます。ただし、これらの材料は高い靭性と激しい加工硬化を特徴としており、これにより工具が振動し、ブレードに微細な振動が発生する可能性があることに注意することが重要です。したがって、これらの材料を切断するためのセラミック工具を選択するときは、微細な靭性を考慮する必要があります。現時点では、高温変形や拡散摩耗に対する耐性が優れているため、α/βサイアロン材料がより良い選択肢となります。ニッケル基合金の切断に使用され、その寿命は Al2O3 基セラミックをはるかに上回っています。 SiC ウィスカー強化セラミックスは、ステンレス鋼やニッケル基合金の切断に効果的な工具材料でもあります。
CBN (立方晶窒化ホウ素) ブレードは、これらの材料で作られた焼き入れ部品の加工に推奨されます。 CBNはダイヤモンドに次ぐ硬度で、その硬度は7000～8000HVに達します。耐摩耗性が高く、1200℃までの高い切削温度に耐えることができます。さらに、化学的に不活性であり、1200 ～ 1300℃において鉄族金属と化学的相互作用を起こさないため、ステンレス鋼材料の加工に最適です。その工具寿命は超硬工具やセラミック工具に比べて数十倍も長くなります。
2) 工具の幾何学的パラメータの設計は、効率的な切削性能を達成するために重要です。超硬工具は、スムーズな切削プロセスとより長い工具寿命を保証するために、より大きなすくい角を必要とします。すくい角は荒加工で10°～20°、中仕上げで15°～20°、仕上げ加工で20°～30°程度にしてください。主な偏向角は、プロセス システムの剛性に基づいて選択する必要があります。剛性が良好な場合は 30° ～ 45°、剛性が低い場合は 60° ～ 75°の範囲になります。ワークの長さ対直径の比が10倍を超える場合、主偏向角は90°になることがあります。
セラミック工具を使用してステンレス鋼材料に穴あけ加工を行う場合、通常、-5° ～ -12° の範囲の負のすくい角が切削に使用されます。これによりブレードの強化が図られ、セラミックツールの高い圧縮強度が最大限に活用されます。逃げ角のサイズは工具の摩耗と刃の強度に直接影響し、範囲は 5° ～ 12°です。主たわみ角の変化は、半径方向および軸方向の切削抵抗、切削幅および切削厚さに影響します。振動はセラミック切削工具に悪影響を与える可能性があるため、振動を低減するために主偏向角を選択する必要があり、通常は 30° ～ 75° の範囲内になります。
CBN を工具材料として使用する場合、工具の幾何学的パラメータには、すくい角 0° ～ 10°、逃げ角 12° ～ 20°、主振れ角 45° ～ 90° が含まれている必要があります。
3) すくい面を研ぐときは、粗さの値を小さく保つことが重要です。工具の粗さの値が小さいと、切りくずの流動抵抗が軽減され、切りくずが工具に固着する問題を回避できるためです。粗さの値を小さくするには、工具の前面と背面を慎重に研磨することをお勧めします。これは切りくずがナイフに付着するのを防ぐのにも役立ちます。
4) 加工硬化を軽減するには、工具の刃先を鋭利に保つことが重要です。さらに、工具の寿命に悪影響を与える可能性がある硬化層への工具の食い込みを避けるために、送り量と背面切削の量は適切である必要があります。
5) ステンレス鋼を加工する場合は、チップブレーカの研削加工に注意することが重要です。これらの切りくずは強くて靱性があることで知られているため、工具のすくい面のチップブレーカーを適切に研磨する必要があります。これにより、切断プロセス中の切りくずの破壊、保持、除去が容易になります。
6) ステンレス鋼を切削する場合は、低速、送り量を多くすることをお勧めします。セラミック工具を使用した穴あけの場合、最適なパフォーマンスを得るには、適切な切削量を選択することが重要です。連続切削の場合は、摩耗耐久性と切削量の関係を考慮して切削量を選定してください。断続切削の場合は、工具の折損パターンに応じて適切な切削量を決定してください。
セラミック工具は耐熱性、耐摩耗性に優れているため、超硬工具ほど切削量による工具寿命への影響が大きくありません。一般に、セラミック工具を使用する場合、送り速度が工具破損の最も敏感な要因となります。したがって、ステンレス鋼部品を穴あけする場合は、被削材の材質、工作機械の出力、プロセスシステムの剛性、刃の強度に応じて、高い切削速度、大きなバックカット量、比較的小さな送り量を選択するようにしてください。
7) ステンレス鋼を使用する場合、穴あけを確実に成功させるために適切な切削液を選択することが重要です。ステンレス鋼は固着しやすく放熱性が悪いため、耐固着性と放熱性の高い切削液を選択する必要があります。例えば、塩素含有量の高い切削液を使用することができます。
さらに、H1L-2合成切削液など、冷却、洗浄、防錆、潤滑効果に優れた鉱物油フリー、硝酸塩フリーの水溶液もございます。適切な切削液を使用することで、ステンレス鋼の加工に伴う困難を克服でき、その結果、穴あけ、リーマ、ボーリング時の工具寿命が向上し、工具の研ぎや交換が減り、生産効率が向上し、高品質の穴加工が可能になります。これにより、満足のいく結果を達成しながら、最終的に労働集約性と生産コストを削減できます。
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投稿日時: 2024 年 4 月 24 日