アルミニウムとその合金は、輸送、一般工学、電気、構造、建設分野などのさまざまな分野で数多くの用途があります。国産製品の製造や化学・食品分野の包装にも役立ちます。アルミニウムは他の金属に比べて硬度が低く、熱膨張率が高いです。このため、アルミニウム精密部品の製造では製品の変形が発生しやすくなります。
アルミニウム合金精密部品の変形にはさまざまな要因が影響します。これらの要因には、材質、製造環境、部品の形状、切削液の性能などが含まれます。 CNC 加工中のアルミニウム合金コンポーネントの歪みを軽減する方法は次のとおりです。
1. アルミ材の内部応力を軽減
応力は、物質内の粒子が互いに圧力をかけることによって生じる内部力の測定値として定義されます。ひずみは、物質の内部張力によって生じる変形の度合いを反映する応力の測定値です。物質のひずみは、内部力または外部力によって生じます。外部力は、物質の質量 (例: 重力) または表面 (例: 接触力、外部圧力、摩擦) に応力を加えます。
残留応力は、製造プロセスで一般に残る応力の一般的な形式です。残留応力は、薄いコンポーネントで最も大きな歪みを引き起こします。
アルミニウムの張力を解放する最も一般的な方法は次のとおりです。
- コンポーネントが完成サイズに近づくにつれて、一連の穏やかなカットを行います。荒加工と仕上げ加工の間で部品の応力を緩和すると、加工応力によって生じる歪みを軽減または除去することもできます。
- 振動応力解放 (VSR) も、応力緩和の一般的な方法です。VSR では、発生した応力と残留応力を結合するのに十分な振幅で金属を曲げます。その結果、塑性流動が発生し、張力が緩和されます。応力緩和の量を最適化するために、VSR は金属の共振周波数をターゲットにします。この非熱応力緩和方法は、金属加工で寸法安定性と機械的完全性を向上させるために使用されます。特に、鋳造、鍛造、溶接されたアルミニウムに使用されます。VSR は、非常に厳しい寸法公差または形状公差を持つ精密部品によく使用されます。
- 極低温は、耐摩耗性と耐食性を向上させるとともに残留張力を軽減する応力除去のもう 300 つの方法です。アルミニウム製品を特定のタンクに入れ、液体窒素にさらします。合金の種類と厚さに応じて、温度は-XNUMX°Fまで下がり、金属はそこに一定時間放置されます。次いで、温度を徐々に室温まで上昇させる。極低温法は、より一般的な熱処理技術のオプションです。この方法で処理されたアルミニウムは変形する可能性が少なく、より強くて耐久性があります。その他の利点としては、応力亀裂の減少、摩擦係数の低下、耐衝撃性の向上などが挙げられます。この方法で取り扱われる部品は機械加工や修正が容易になり、完成した部品の寿命が長くなります。
- アルミニウムの熱処理方法
- アニーリング。アルミニウム合金は、製造サイクルの初期段階で加工硬化されることがよくあります。ワークピースの意図的な塑性変形は、ひずみ硬化と呼ばれることがよくあります。ひずみ硬化により金属内部の結晶構造が変化し、その後アニーリングによってリセットされます。金属は 570°F ～ 770°F の温度で最大 XNUMX 時間加熱されます。これにより、加工硬化プロセスによって生じる張力が軽減され、反りやその他の問題の解決に役立ちます。
- 溶体化熱処理も熱処理の一種です。金属は高温 (825°F ～ 980°F) の溶液に浸漬され、その後急冷されて物質を急速に冷却します。これにより溶解した成分が捕捉され、沈殿して時効硬化効果が生じます。焼き入れ直後は加工しやすい金属ですが、時間が経つと硬くなり加工が難しくなります。
2. ツールの切削効率を高める.
部品の加工変形を軽減するには、適切な切削工具を選択することが重要です。切削工具の材質と幾何学的要因は、切削抵抗と熱に大きな影響を与えます。
工具の効率に影響を与える幾何学的要因は次のとおりです。
i. フロントアングル
刃の強度を保つために、フロントアングルを慎重に設定する必要があります。そうしないと、鋭い刃先が劣化します。刃先の強度を保つために、すくい角は適切に大きくする必要があります。一方で、すくい角は刃先を鋭くするために使用できます。また、切削歪みを減らし、スムーズな切りくずの除去を確保し、切削力と温度を下げることもできます。負のすくい角の工具の使用はお勧めしません。
II。 リアアングル
後角は側面摩耗と加工品質に大きな影響を与えます。後角を決定する際、切断厚さは考慮すべき重要な要素です。使用する工具は適切な放熱条件を備えている必要があるため、より低い逃げ角を使用する必要があります。これは、荒加工時の送り速度が高く、切削負荷が高く、発熱が高いためです。精密フライス加工では、側面と加工面の間の摩擦や弾性変形を軽減するために鋭いエッジが必要です。したがって、より広い逃げ角を選択する必要があります。
III。 らせん角
滑らかなフライス加工と低いフライス力を実現するには、ねじれ角をできるだけ大きくする必要があります。
IV。 主偏角
一次偏向角を適切に下げることで、放熱条件が向上し、処理領域の平均温度を下げることができます。
3. ワークのクランプ技術を改善する必要がある
剛性の低い特定の薄肉アルミニウム部品では、以下に説明するクランプ方法を利用して変形を軽減できます。
3爪セルフセンタリングチャック
- 3爪セルフセンタリングチャックやスプリングチャックを使用して薄肉CNC加工ブッシュ部品を半径方向からクランプすると、加工後にワークを離すと必ずワークが歪んでしまいます。
剛性の良い軸方向端面を押さえる方法を採用し、部品の内穴の位置に基づいて部品の内穴を見つけるためにねじ付きマンドレルを製造し、部品の内穴に挿入します。端面をカバープレートで圧縮し、ナットを後方に締め付けることで、外円を加工する際のアンクランプ変形を防ぎ、加工精度を実現できます。
- 薄肉のプレート部品を加工する場合を除き、クランプ力をより均一に分散させるために真空吸着カップを使用し、部品の変形を避けるために少ない切削量で加工することをお勧めします。
あるいは、充填手順を使用することもできます。薄肉ワークピースのプロセス剛性を高めるために、メディアをワークピースに導入して、クランプおよび切断中のワークピースの変形を軽減することができます。たとえば、3% ～ 6% の硝酸カリウムを含む尿素溶融物をワークピースに注ぐことができます。加工後は水またはアルコールに浸し、フィラーを溶解除去してください。
4. 切削工具の設計を改善する
切削工具
- フライス刃の歯数を減らし、切りくず保持スペースを増やします。
アルミニウム材料の可塑性が高く、加工時の切削変形が大きいため、より大きな切りくず面積が必要になります。
したがって、チップフルートの底の半径は大きくする必要がありますが、フライスカッターの歯の数は少なくする必要があります。タンクの底の半径を大きくし、フライスカッターの歯の数を減らします。チップの詰まりによるアルミニウム合金の薄肉部品の歪みを最小限に抑えるために、20 mm以下のフライスカッターでは30つの切削歯を使用し、60〜XNUMX mmのフライスカッターではXNUMXつの切削歯を使用します。
- 歯を細かく研ぎます。
刃先の粗さはRa=0.4um以下です。新しい切削工具を使用する前に、カッターの歯の前後を細かいアスファルトで数回軽くこすり、工具の歯を研削した後に残っているバリや小さな鋸歯状の跡を取り除く必要があります。この方法により切削熱が低減され、切削歪みが最小限に抑えられます。
- ツールの摩耗基準を可能な限り厳密に管理します。
工具が摩耗するにつれて、ワークピースの表面粗さが上昇し、切削温度とワークピースの変形も増加します。そのため、耐摩耗性の強い工具材料を選択するだけでなく、工具の摩耗基準は 0.2 mm を超えないようにする必要があります。そうしないと、チップエッジが発生しやすくなります。歪みを避けるために、CNC フライス加工または CNC 旋削加工で切削する際、処理されたワークピースの温度は 100 °C を超えないようにしてください。
5. 生産プロセスを適切に組織する
加工代が広く断続切削のため、高速切削ではミーリング中に振動が頻繁に発生します。加工精度や面粗さに影響します。その結果、CNC高速切削加工は、荒加工～中仕上げ加工～コーナー仕上げ加工～仕上げ加工に大別されます。高レベルの精度が必要なアイテムの場合、仕上げ前に 2 回目の中仕上げ工程を行うことが不可欠な場合があります。内部張力と変形を軽減するために、荒加工後に部品を自然冷却させます。
荒加工後の残留マージンは歪みよりも大きく、通常は 1 ～ 2 mm である必要があります。部品の表面は仕上げ全体にわたって均一である必要があります。
一般に、仕上げ加工中に工具を 0.2 ～ 0.5 mm で安定させておくことは、切削変形を軽減し、高い表面加工品質を達成し、製品の精度を維持するための最良の技術です。
上記の理由とは別に、実際の操作では操作技術も重要であり、適切な操作方法によりアルミニウム合金部品の曲がりを大幅に最小限に抑えることができます。
6. 対称加工
熱放散を改善し、大きな加工代を備えた CNC アルミニウム機械加工部品の熱変形を防ぐには、極度の熱集中を回避する必要があります。対称処理は、これを行うために使用できる技術です。
90mm厚の金属板を60mm厚に削る場合を考えてみましょう。各面が最終サイズに加工され、連続加工代がかなりあるとしても、フライス加工面が瞬時に反対側に移動する場合には、熱集中が問題となり、合金板の平坦度はわずか5mmになります。
ただし、対称加工技術を両面に実行する場合、最終的なサイズに達するまで各表面を少なくとも 0.3 回以上処理することができ、放熱に有利であり、平坦度を XNUMX mm に調整できます。
7. 適切な切削パラメータの選択
適切な切削パラメータを使用することで、切削力とそれに伴う切削熱を減らすことができます。機械加工プロセスで切削パラメータが通常よりも大きい場合、切削力が過剰になります。切削力が過剰になると、部品が変形しやすくなり、スピンドルの剛性と工具の寿命にも影響します。
切削パラメータの中で、バックカットの深さは切削力に最も大きな影響を与えます。ピースが歪まないようにするには、切削工具の数を減らすことが重要です。しかし、これは加工効率の低下につながります。この課題は、数値制御加工の高速フライス加工で解決できます。
機械加工では、背面の切り込み量を減らし、送りを増やし、機械速度を上げることで、切削抵抗を低減し、加工効率を確保できます。
8. 切削工具の歩行パスのシーケンスに注意してください
荒加工と仕上げの切断シーケンスは明確である必要があります。
荒加工では、加工効率と単位時間当たりの除去率の目標を優先します。ほとんどの場合、リバースミリングを使用できます。 （リバースミルとは、圧延機の一種で、一対のロールの間でワークを前後に動かし、鋼材をローラー間で往復させ、徐々に板厚を薄くしていくことから名付けられました）パスごとに)
つまり、ブランク表面の余分な材料が可能な限り迅速かつ効率的に除去され、仕上げに必要な幾何学的輪郭が本質的に生成されます。
仕上げに関しては、精度と品質を重視し、ダウンミーリングを使用する必要があります。ダウンミリング中、カッター歯の切削厚さは最大値からゼロまで着実に減少するため、加工硬化の程度は大幅に減少し、部品の変形の程度も減少します。
9. 薄肉部品の2倍圧縮
CNC アルミニウム機械加工部品を加工する際、クランプ力により変形が発生します。最終的なサイズに達する前に、プレスされたピースを解放し、圧力を下げて最初の形状に戻す必要があります。次に、クランプによって生じるワークピースの変形を軽減するために、2 番目の圧力を適用する必要があります。
サポート面は 2 番目の加圧点に最適な場所であり、クランプ力は剛性が最大になる方向に適用する必要があります。
すべてが正常であれば、圧縮力はワークピースが緩まない程度に十分である必要があります。
この手順には熟練したオペレーターの使用が必要ですが、これにより、加工された CNC アルミニウム機械加工コンポーネントの変形を最小限に抑えることができます。
10. 穴あけとフライス加工
CNC アルミニウム加工部品のキャビティ加工には、独自の課題があります。フライスカッターを部品に直接使用すると、フライスカッターの断片化スペースが不足しているため、切削チップは滑らかになりません。これにより、大量の切削熱が蓄積され、CNC アルミニウム加工部品が膨張して変形し、部品やツールが損傷する原因になります。
この問題を解決するには、最初にドリル加工を行ってからフライス加工を行うのが最善の方法です。
これには、フライスを穴に配置してフライス加工を開始する前に、フライスと同じ大きさの工具で穴を開ける必要があります。
11. 特殊アルミニウム合金切削油を使用
特殊な切削油は、潤滑、冷却、洗浄のために CNC 切削プロセス全体で使用する必要がある液体の一種です。
アルミニウムを加工する際には、数種類のクーラントを使用できます。
水溶性混合物を利用すると、荒加工中に熱を発生させるのに十分な研磨材の除去で熱を分散させることができます。
ストレート ミネラル シール オイル、ミネラル シール オイルと灯油の 50 対 50 のブレンド、10% のラード油と 90% の灯油の混合物、ミネラル シール オイルまたは灯油を使用した 100 秒のミネラル オイル カット バックなど、その他のオイルも使用できます。助言されます。
新しい切削油は通常、中核成分として硫化極圧耐摩耗添加剤を使用します。これは、高速切削工具、装置、プロセスの継続的な改善によるものです。これにより、超高速切削加工において工具を保護し、加工精度と切削効率を向上させることができます。
