イントロダクション
金属加工は、従来の手動による金属切断からレーザーを使用した微細加工へと進歩しました。機械加工は、生産に使用される幅広いプロセスと技術を指す広義の用語です。
金属加工の基礎を学ぶことは、新しいビジネスオーナーや金属部品のサプライヤーを目指す人にとって不可欠です。材料は、機械加工プロセス中にワークピースから除去されます。動力工作機械を使用して金属を希望のデザインに成形し、さまざまな用途の金属部品やコンポーネントを製造します。機械加工は、鍛造品やインベストメント鋳造品などの既存の部品に対しても行うことができます。
この記事では、金属加工プロセスについて詳しく説明します。これにより、製品に最適な製造手順を選択し、顧客のニーズと好みを満たすことができます。
何ですか 金属加工
金属機械加工は、金属部品、工具、機械を製造するための工業技術です。最終製品の適切な形状、穴の直径、サイズ、質感、仕上げを作成するには、多くの手順が必要です。
さらに、工作機械を利用してワークピースを特定の形状に成形することも含まれます。製造プロセス中、すべてではないにしろ、ほとんどのコンポーネントや金属アイテムに何らかの機械加工が必要です。プラスチック、ゴム、木材、紙製品などの他の材料も頻繁に機械加工されます。
加工技術の種類
バーニング加工技術
バーニング加工技術にはいくつかの異なる形式があると言ったらどうでしょうか?焼成および溶接工作機械は、ワークピースを加熱して成形するために使用されます。それらはさまざまな物質を焼き切ることが知られています。
· レーザー切断技術
レーザー カッターは、高エネルギーの細い光線を放射することで材料を溶解、燃焼、または蒸発させます。この方法は、パターンをエッチングしたり、鋼を固体の芸術品に成形したりするのに最適です。レーザー切断には、極端な構成や高品質なサービス仕上げなどの利点があります。
· 酸素燃料切断技術
材料を切断して溶かすために、この種の加工では酸素と燃料ガスの組み合わせが使用されます。プロパン、水素、ガソリン、またはアセチレンの分子は非常に可燃性が高いため、通常はこのプロセスで使用されます。
· プラズマ切断技術
このツールは、プラズマの流れを電気アークに点火することによって機能します。その結果、不活性ガスがプラズマに変化します。もちろん、プラズマを扱っている間は、触れると非常に熱くなります。
エロージョン加工技術
バーニングツールは熱を利用して余分な材料を除去しますが、侵食マシンは電気または水を使用してワークピースから材料を除去します。
· ウォータージェット切断技術
ウォーター ジェット カッターは、高圧の水流を使用してさまざまな材料を切断します。これまでよりも早く材料を分解するには、ある種の研磨砂を水流に混ぜるだけです。ウォーター ジェット カッターは通常、熱にさらされて変形したり損傷した材料に使用されます。
· 放電加工技術
小さなクレーターを作るには、電気アークを放電する放電加工ツールを使用します。これにより、「フルカット」の速度が向上します。放電加工は、複雑な形状を必要とする用途にも使用されます。
放電加工機は難削材の切断にも使用できます。放電加工機は母材に電気を通すことで鉄合金の種類を制限します。
金属加工技術
- ターニング
- フライス加工
- 研削
- 退屈な
- 訓練
- ソーイング
- ブローチ
- ECM/EDM
ターニング
旋削は、ワークピースを回転するプレートまたはマンドレルにしっかりと固定する最も単純な機械操作です。切削工具は、回転するスライドに取り付けられた固定具でワークピースに押し付けられます。スライドは、ワークピースの長さに沿って上下に動かすことができ、中心線に近づけたり遠ざけたりすることもできます。これらの簡単な加工方法は、大量の材料を効率的に除去するのに最適です。テールストックに取り付けられたドリルビットを使用して、ワークピースの中心線に沿って正確な穴を開けることもできます。
丸い物の外周に旋盤を使って同心円状の形状を作ります。スロット、リング溝、段付きショルダー、内ねじ、外ねじ、シリンダー、シャフトなど、多くの円形または円形のフィーチャーが旋盤で製造されます。また、著しく滑らかで均質な表面仕上げを生成することもできます。
フライス加工
フライス加工は旋削とは異なり、切削工具がスピンドル上で回転している間、ワークピースは静止したままになります。多くの場合、ワークは X 方向と Y 方向に移動するマシンバイスに水平に保持されます。スピンドルは X、Y、Z 軸に沿って移動し、さまざまな切削工具を搭載します。
ミルは穴や穴を開けることができますが、より複雑で非対称な部品から素材を除去するのに最も適しています。ミルは、角形/平面、ノッチ、面取り、チャネル、プロファイル、キー溝、および角度に依存するその他の形状を作成するために使用されます。 CNC 工作機械の操作の大部分は、フライス加工と旋削加工を組み合わせて実行されます。切削液は、あらゆる金属加工作業において、ワークピースと切削工具を冷却し、潤滑し、金属粒子を洗い流すために使用されます。
研削
研削は、精密な仕上げを達成するために、研磨砥石を使用してワークピースから少量の材料を除去する機械加工プロセスです。研削は、オブジェクトにテクスチャを付けたり、軽いカットを作成したりするためにも使用できます。
· 表面研削
多くの用途では、金属製品の非常に滑らかな表面が重要であり、これを達成する最良の方法はグラインダーを使用することです。グラインダーは、粗い砥粒で覆われた回転ディスクで構成されています。ワークピースはテーブルに取り付けられ、砥石車の下で横方向に前後に移動するか、砥石車の回転中に静止した状態に保たれます。当然のことながら、この手順は、表面から突き出た突起によって妨げられていない面でのみ使用できます。
研削する材料に応じて、異なるタイプの研磨剤が使用されます。研削プロセスの熱と機械的ストレスによりワークピースが損傷する可能性があるため、ツールの速度と温度を制御することが重要です。
· 円筒研削
このプロセスでは、表面研削と旋盤加工が使用されます。通常、円形または円筒形の研削ホイールは、ワークピースを静止させた状態でワークピースの表面に対して回転します。内径と外径の両方で、円筒形研削盤は、部品の全長にわたって、または部分的な深さで使用できます。
この手順には、非常に滑らかな表面質感を備えた非常に正確で正確な公差が得られるという利点があります。
· 光学研削
このプロセスでは、表面研削と旋盤加工が使用されます。通常、円形または円筒形の研削ホイールは、ワークピースを静止させた状態でワークピースの表面に対して回転します。内径と外径の両方で、円筒形研削盤は、部品の全長にわたって、または部分的な深さで使用できます。
この手順には、非常に滑らかな表面質感を備えた非常に正確で正確な公差が得られるという利点があります。
退屈な
ボーリングは、すでに掘削または鋳造された穴を拡張するプロセスです。ボーリング加工（一点の刃物で穴を大きくして加工するボーリング加工）には、ラインボーリング（両端の片方をボーリングバーで支持する）、バックボーリング（ワークの後ろ半分に穴を開ける）、旋盤ボーリングなどがあります。テーパー穴または角穴)
ボーリングは、ワークピースに以前に開けられた穴を拡大する方法とも呼ばれます。最初の穴をあけるためにドリルを使用できます。ボーリングでは、ドリル加工とは異なり、一点の切削工具を使用します。
訓練
ドリリングとは、ドリルビットを使用して固体材料に円筒形の穴を開ける機械加工方法です。作成された穴は組み立てを容易にするためによく使用されるため、最も重要な機械加工技術の 1 つです。最も一般的に使用されるのはボール盤ですが、旋盤も使用できます。ドリリングは、ほとんどの製造工程における前処理段階であり、完成した穴にタップ、リーマ、穴あけ、またはその他の修正を加えて、ねじ穴を作成したり、穴の寸法を許容範囲内に収めたりします。ドリルビットは、ビットの柔軟性と最小抵抗の経路を探そうとする性質により、通常、公称サイズよりも大きな穴や、必ずしも真っ直ぐまたは円形ではない穴を切ります。その結果、ドリリングは通常、小さめのサイズで指定され、機械加工によって穴を最終サイズにします。
使用したドリル ビットには、シャフトに沿って 2 つのらせん状の溝があります。この溝により、ビットが材料に挿入されたときに破片または削りかすが穴から排出されます。材料の種類ごとに、推奨されるドリル速度と送りがあります。
ソーイング
金属は通常、切断機を使用して棒材、押し出し成形品、その他の材料から短い長さの切断を行います。垂直および水平のバンドソーは、連続した歯付きバンドのループで材料を削り取ります。バンドの速度は材料によって異なりますが、一部の高温合金では 30 fpm の低速で済み、アルミニウムなどの柔らかい材料では 1000 fpm 以上が必要です。その他の切断機の例としては、電動ハックソー、研磨ホイールソー、丸鋸などがあります。
レーザー彫刻
レーザー彫刻は、レーザー技術を使用して永久的なマーキング、柔軟性、迅速なサイクルタイム、生産ラインの統合を実現するため、高精度のラベル付けやマーキングに最適です。金属アイテムにマーキングする低コストの方法です。
レーザー技術により、レーザー彫刻による精密な金属スタンピングが可能になります。金属精密スタンピングを使用すると、金属製品に適切なシリアル番号、識別コード、ブランド名、モデル番号をラベル付けすることを、正確かつ均一に行うことができます。レーザー技術を使用すると、顧客や投資家に好印象を与えることができます。
ブローチ
ブローチ加工は、角穴、キー溝、スプライン穴などを作るために使用されます。ブローチはヤスリのようなパターンで配置された複数の歯で構成されており、各歯はその前の歯よりわずかに大きくなります。ブローチは、準備されたリーダー穴を通して (または表面を越えて) 引っ張られたり押し込まれたりするときに、一連のより深いカットを作成します。縦型プレス機はプッシュブローチ加工によく使用されます。プルブローチ加工は通常、油圧駆動の垂直または水平装置を使用して行われます。高強度金属の切断速度は、軟質金属の場合 5 ～ 50 fpm の範囲です。
ECM/EDM
· ECM
電気化学機械加工は逆電気めっきの一種で、バリのない穴と優れた表面仕上げを実現します。冷間加工技術であるため、ワークピースには熱圧力がかかりません。
· EDM
これらは、腐食性の火花や化学物質を使用する非機械的な材料除去方法です。放電加工では、電極から誘電性流体を介して導電性ワークの表面にスパークを送ります。この技術を使用すると、小径の穴、ダイキャビティ、その他の微細な形状を製造できます。金属の硬度ではなく、熱特性と導電率が放電量に影響します。
CNC 工作機械の切削工具を選択する際には、考慮すべき要素があります
ワークの材質と特徴
ワークの材質は工具の選択に大きな影響を与えます。アルミニウム、ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄鋳物は、Stecker Machine で最も頻繁に機械加工される材料です。それぞれの材質に合わせて、お気に入りのCNC加工金属切削工具を取り揃えております。エンジニアは、リスク、在庫、経費を削減できる、実績のある標準化されたツールから始めることを好みます。
ドリル、ミル、タップはさまざまな形状の加工に使用され、各工具タイプと材料に対応した標準工具が用意されています。たとえば、Stecker は 90 つの基本的な XNUMX° スクエアショルダーフェイスミルを提供しています。XNUMX つはアルミニウムの切断用、もう XNUMX つはダクタイル鋳鉄の加工用、もう XNUMX つはねずみ鋳鉄の加工用です。アルミニウムはこれらの材料の中で最も高い機械加工性を備えているため、アルミニウム工具にはより高い表面フィート/分 (SFM) 基準があり、より高速に動作することができます。
生産量
一般に、大量のプロジェクトには特殊なハイエンドの切削工具が必要ですが、少量のプロジェクトではより経済的なレベルの工具が使用されます。すべては規模の経済に帰着します。生産されるコンポーネントの膨大な量により、ハイエンドの機能固有のツールの高価なコストが正当化されます。
組み合わせの可能性
CNC 加工では、複数の機能を持つツールを使用すると、費用と時間を大幅に節約できます。複数の操作 (3 つ、4 つ、またはそれ以上) を 1 つのツールで実行できる場合、サイクル期間は増加しますが、ツールの切り替え時間は減少します。
たとえば、適切に設計された挿入可能なコンボ ツールは、3,000 つの異なる方法で穴あけと面取りを行うことができ、XNUMX つのツールを使用して XNUMX 回 (XNUMX 回のパス) ではなく XNUMX 回のパスで作業を完了します。確かに、そのカスタムメイドの多機能ツールには XNUMX ドルかかる可能性がありますが、特に大規模プロジェクトの場合、節約額はすぐに積み上がって価格をカバーできます。
機械の能力
ほとんどの切削工具は CNC 機械と互換性があります。ただし、これは、それらのマシンが最も効率的であることを必ずしも意味するわけではありません。エンジニアやオペレーターは、より高い馬力の機械 (より大きなテーパー) を使用すると、多機能のコンボ ツールを使用できることを理解しています。
小型の鋳物ではホイストを使用して移動する必要はありませんが、大型の鋳物ではホイストを使用する必要があります。実際、より大型のマシン上で 2 つまたは 3 つの小さなコンポーネントを同時に実行できる治具を開発すると、効率が向上する可能性があります。これは、巨大な機械が必ずしも大規模な鋳造を意味するわけではないことを示しています。
工具の材質
同じ切削工具をさまざまな材料で製造できますが、その中には他の材料よりも耐久性が高い (したがって高価である) ものもあります。
超硬ソリッドは耐久性に優れた切削工具素材です。一方、PCD チップ工具は別のレベルの耐久性を実現します。現在最も硬い切削工具は PCD、つまり多結晶ダイヤモンドで、ダイヤモンド粒子を金属結合剤で焼結して作られます。
PCD チップの穴あけ工具の工具寿命は超硬ソリッド工具の約 4 倍 (2,500 個に対して 10,000 個) ありますが、25% 高速に動作することもできます。両者のコスト差 (超硬の場合は約 180 ドル、PCD の場合は約 960 ドル) は、生産の違い (スピンドル速度の向上、追加の送り速度、労力、セットアップ、その他の節約) によって相殺されます。
Strategy
エンジニアは、新しいプロジェクトをショップでどのように完了するかを決定する際に、通常、最善のシナリオ (最適なツール、アグレッシブなサイクル タイム、ハイエンドの固定具) と「プラン B」シナリオ (より安価なツール、より低出力のマシンなど) を設計します。より安価なソリューションを選択してコストを抑えたいという誘惑に駆られますが、これは通常、ツールに悪影響を与えることを意味します。
この議論の欠陥は、潜在的なツールの問題を考慮していないことです。この問題は、最初の最良のシナリオと同じくらいコストがかかるだけでなく、プロジェクトに無駄な時間のコストも追加されます。
経験は非常に貴重です
CNC 機械企業の中には、他の企業よりも知識豊富な従業員がいる企業もあります。数十年にわたる成功した CNC 機械プロジェクトから収集された知識に匹敵するものはありません。これらのフロントランナーは、プロジェクトの構想から完了までの管理に経験があり、必要なプロセスと必要なツールの多くを備えています。
では、新人はどのようにして熟練した CNC 機械工場に入るのでしょうか。結局のところ、最高レベルの高等教育機関の CNC プログラムやトレーニング セッションでさえ、ツールの選択について教えていません。この場合、それは部族の知識の一例です。つまり、通常はハイエンドの CNC 機械工場で、エンジニアからエンジニアへと受け継がれるスキルです。
製品概要
これで、関連するさまざまな種類の加工とプロセスについてより深く理解できるようになりました。機械加工には、使用するワークピースや材料、および望ましい製品の結果に応じて、さまざまな装置やプロセスの使用が含まれます。最良の製品設計と機能を実現するために、機械加工プロセスでは、機械的、研磨的、熱的、または化学的な材料除去方法が使用される場合があります。
金属加工を理解することは、初めての起業家であっても、自動車、電子機器、その他の業界向けに金属部品を製造して提供したい人であっても、計画を立てるのに役立ちます。学ぶべきことはたくさんありますが、金属加工の専門家と話すことで、目標を達成するのに役立ちます。
