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硬質合金部品の加工

硬質材料加工の精密シャフト
従来の概念とは異なり、適切な工作機械と適切な工具で焼入れ硬化したワークを5μmに加工することは難しくありません。
現在、工具サプライヤーはこのような加工条件に耐えられる新しい工具を開発しており、工作機械メーカーはこれらの新しい工具に必要な剛性を満たすCNC旋盤も生産しています。 同時に、硬質材料の旋削加工は、次の側面から生産を促進できます。

まず、硬い材料の旋削により、研削と比較して時間を節約
旋削加工の金属切削速度は研削加工よりも速いため、最終的なサイズの仕様は時間がかかりません。 さらに、ワークピースを一度クランプすると、複数のプロセスを処理できます。 オペレーターは、1回のロードとアンロードですべての加工を完了することができるため、ジャストインタイム生産を実現できます。
コストを削減して時間を節約することは、お金を節約します。 さらに、研削盤の代わりに旋盤を使用すると、工作機械への総投資が少なくなります。


高品質の硬質材料の旋削は、寸法精度と表面粗さの点で研削よりもはるかに優れています。 表面粗さRaが0.1μmで、ほとんどの硬質材料を5μmの総公差に加工できます。 もちろん、このような正確な表面品質には特別な対策が必要ですが、Ra0.15μm-Ra0.2μmは簡単です。

硬い材料の旋削加工が少ないため、さまざまな形態の研削、研磨、その他の仕上げ作業が不要になります。 処理コストを節約できるだけでなく、処理を支援するために部品のアウトソーシングを必要としません。

硬くない材料を無駄にせず、旋削加工で無駄がほとんどありません。 使用されるクーラントは通常の旋削加工と同じであるため、クーラントを追加する必要はなく、わずかな無駄が生じます。 さらに、クーラントとワークピースの無駄を避けるため、クーラントなしで乾式旋削を行うことができます。 硬い材料の旋削は、廃棄物残渣の粉砕の問題、つまり、面倒で費用のかかる廃棄物残渣の回収と廃棄の問題も回避できます。

第二に、パワーと剛性の要件

硬質材料の旋削加工で最高の結果を得るには、工作機械と工具の正しい組み合わせが重要です。たとえば、荒削り加工で、セラミックナイフを使用し、0.28 mm / minの切削量と1.9 mmの切削深さを使用する場合、15 kWのモーターでは65%の負荷を出力する必要があります。 旋盤は、急冷された直径50mmの鋼片の一端を約25mmに変え、テーパー面、円弧半径、およびその他の複雑な形状も切り取ります。

切込みの深さを大きくするには高出力が必要ですが、多くのユーザーはこれがほとんどの場合当てはまらないことに気付きます。ほとんどの硬質材料の加工が終了しているためです。一般に、一般的なねじ旋盤で0.25〜0.38mmのマージンを残して荒削りし、熱処理後に硬質材料旋削技術で仕上げます。硬い材料の旋削加工のもう1つの要件は剛性であり、剛性が不足していると、工作機械、工具とワーク、および工作機械の任意の部分に振戦を引き起こす可能性があります。研削と比較して精度と寸法公差を達成するためには、機械はベッドから特に高い剛性を持たなければなりません。従来の鋳鉄製ベッドは、花崗岩ポリマーに比べて硬い材料の旋削には適していません。 花崗岩のポリマーベッドは、鋳鉄の20倍の耐振動性を備えています。 メインシャフトの振動は、鋳鉄製ベッドに取り付けられたメインシャフトの1/3以下です。

オーバーハングの量を減らすことは、振動を減らすもう1つの方法です。 理論的には、ワークピース保持装置はワークピースをスピンドルベアリングに可能な限り近づけ、ツールをカンチレバー状態なしでタレット本体にできるだけ近づける必要があります。 この目的のために、コレットチャックをスピンドルに直接クランプできる旋盤。 コレットホルダーは、ワークピースをスピンドルベアリングから遠ざけます。スピンドルベアリングは、小さなクランプ力を持つだけでなく、振動の可能性も高めます。

第三に、さまざまなツール
セラミックナイフと立方晶窒化ホウ素(CBN)工具で硬質鋼を機械加工するのは良いことです。 これらのツールは短期間で急速に開発され、一部のツールメーカーは次のように主張しています。
機械が正しく使用されている限り、それらのツールは研削よりも時間を300%短縮し、切断精度を向上させることができます。

これらのサプライヤが推奨するセラミックナイフは、負のすくい角と、ツールとワークのインターフェースでのみ圧力を加える大きなT面取りを備えています。 対照的に、CBNは、加工物の特定の条件に応じて、このような不利なT面取りがある場合とない場合があります。 たとえば、断続切削にCBNを使用する場合、振動に耐えるために大きなT面取りが必要です。


セラミックツールの使用は、CBNよりもコストが低く、刃先が大きいため、CBNより一般的になりつつあります。 しかし、それらは熱分解を受けやすくなっています。 また、ブレードが適切に研磨されていない場合、断続切削を実行することはお勧めできません。 CBNはセラミックよりもはるかに高価ですが、切削性能がはるかに高く、加工精度が高く、耐用年数が長くなります。

これらの2つの工具材料を選択することは、ワーク材料、形状、切削速度と送り速度をどのように適合させるかです。 一部のユーザーは通常、1つずつ比較にこだわることはありませんが、ツールの同じ処理のコストと、どれだけの利益を生み出すことができるかという原則にこだわります。 これらのユーザーは、安価なセラミックナイフを使用して、熱処理で残ったスケールとスケールを荒削りします。 次に、より良いCBNツールで仕上げます。 一般に、硬化深さが手入れされる材料の深さよりも大きい場合は、CBNを使用するのが最善です。


第四に、適切な処理方法を選択してください
実用的な観点から、硬質材料の旋削加工は、ワークの特性に密接に関連するプロセスです。 複雑な円弧、角度、半径などの複雑な形状のワークの切断に特に適しています。シングルチッププログラミングの旋削方法を使用すると、この目的で成形ホイールを購入することなく、迅速かつ経済的に加工を完了できます。経験則として、ほとんどの硬質材料の旋削加工は、91〜150 m / minの切削速度と0.05〜0.13 mm / minの送り速度で行われます。切断ナイフの深さは、通常0.08〜0.5mmです。したがって、材料の純度を制御する方法、および旋削前の熱処理、粗加工、および成形プロセスは、この処理によって達成できる精度の決定要因です。ワークピースの硬度が3つのロックウェル硬度値のみを変動する場合(たとえば)、工具の切削圧力は十分に変化し、5μmの寸法精度を保証できなくなります。不安定な剛性と不均一な切込みにより、このプロセスが損傷する可能性があります。したがって、一定の金属除去率を維持し、熱処理硬度が±1または±2 HRC以内であることを保証するために、適格な材料を使用する必要があります。

ワークの直径と長さの比率は、公差の精度を維持する機械の能力にも影響します。典型的な水平旋盤は、長さ対直径の比が5:1〜6:1の柔らかいワークピースに心押し台を使用すると、一般にかなり厳しい精度を達成します。ワークの硬度、工具の負のすくい角、および硬い材料を切断するために必要なT面取りにより、工具にかかる圧力は非常に大きくなります。 したがって、心押し台なしでワークピースをサポートする場合、ワークピースの長さと直径の比率は3:1〜4:1に制限する必要があります。

もちろん、この制限はプロセスのプロセス、つまり、素材、硬度、粗さ、およびワークピースの精度要件によって異なります。 以前に心押し台サポートを使用したことはありません。直径13mm、長さ64mmのワークピースの旋削は非常に精度が低くなります。


心押台は役割を果たすことができますが、すべての問題に対する万能薬です。例えば、先端は、直径25 mm、長さ300 mmのワークピースのチャタリングを防止できません。このタイプのワークでは、研削のみを使用できます。0.005mmよりも厳しい公差を確保するには、研削プロセスを使用することをお勧めします。硬い材料の旋削では、研削を完全に置き換えることはできません。 しかし、かなりの部分を置き換えることができます。 特に、長さと直径の比が小さく、形状が複雑なワークピース。
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