金型・部品加工業専門コンサルティング

金型・部品加工業専門コンサルティング(加工コンサル)は、金型メーカーや、マシニングなどの機械加工業を専門とする経営コンサルタント事務所です。

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ハイス

FAQ

古い加工技術にこそ今使えるノウハウがある

 

私のクライアント企業の中には、加工寸法公差がプラスマイナス0.01ミリといった高精度の部品加工を要求される製造現場があり、それに対応しなくてはならない若手の皆さんは大変苦しんでいます。

 

ワイヤーカットによるセカンドカット、サードカットが使えれば、0.02ミリのレンジへの対応は難しくはないと思いますが(加工歪みの問題は別として)、エンドミルによる切削加工、さらに焼入れ処理された高硬度材が対象となると、非常に厳しいものがあります。

 

使用されている機械や、そもそもの加工形状にもよりますので、一概にバチッと「この手順で」というアドバイスが難しいのが現実なのですが、私のような今主流の超硬エンドミルではなく、ハイス製のエンドミルばかりで加工してた時代も長く経験しているという人間からしますと、それらの工具で泣く泣く加工してきた方法の中に、今こそ使えるノウハウがあると思っています。

 

例えば、先ほど話しに挙がったワイヤーカットですが、熱補正機能なども完備されている最近のマシンにおいては、放電ギャップや径補正、カット回数など、メーカー指定の条件を用いれば、0.02ミリレンジなどの高精度加工はユーザーの技術としてはさほど難易度は高くないものになりました。

 

しかし10年、20年を超える以前からワイヤーカットをやられている加工者の中には、下図にあるように、スタート穴から本来欲しい形状を切り出す反対側に、10ミリ角などのテストピースを切り出し、それをマイクロで測定し、その日の気温や機械の調子などによる精度誤差を確認したうえで、その誤差を補正して高精度の加工に対応するなどの手順を踏んでいました。

(もちろん今でも、厚板加工のタイコ形状確認などで使われています)

ワイヤーカットの事例

これは、ハイスのエンドミルを使った切削加工も同様で、超硬エンドミルが主流になった今でこそ、仕上げ代0.1や0.2ミリを付けた中仕上げ加工の状態から一気に仕上げ寸法を狙う手順が当たり前になっていますが、ハイスのエンドミルを使っていた加工では、どうしても下図のような倒れが出るため、一発で狙い寸法になることはほとんどありませんでした(もちろん狙いの寸法公差によります)。

細いエンドミルで深い立壁を切削加工

しかも、加工ビビリも出やすいため、突き出し長さが長いなど厳しい条件で一発仕上げを狙うと、食い込み寸法になることもありました。

 

そこで、仮で一旦仕上げてみて、その日、その時の傾向を掴み、それを加味したうえで仕上げるという手堅い手順を踏むわけです。

 

具体的には、0.1ミリなど仕上げ代と同じくらいの寸法を残したうえで、一旦「中仕上げ加工→仕上げ加工」のプロセスを踏み、仮の状態で仕上げます。

 

形状や深さによる加工負荷、機械の調子、エンドミルの径・摩耗具合など、そのとき出せる加工精度を認識し、エンドミルの倒れなどで余分に残る取り代を加味したうえで、再度「中仕上げ→仕上げ加工」の手順で仕上げます。

 

この手順は、現在においても、高硬度材をプラスマイナス0.01ミリ精度で仕上げるなど、一発で公差内に仕上げるには厳しいときに使えると思います。

 

こうした厳しい公差の加工は、切り込み深さやゼロカット回数などをパターン化しようとしても、その都度、加工形状や深さ、機械剛性、そのときのエンドミルの状態などにより、加工後寸法の傾向は変わってくるためです。

 

どの方法がベストだと一概には決められませんが、一発で公差内まで狙えない厳しい加工においては、こうした手順もあるということです。

 

もちろん、プラスマイナス0.02ミリの加工公差のときなど、0.04ミリ以上のレンジがあるという加工であれば、剛性のある超硬エンドミルのメリットをフルに活かし、一発で公差内に入れる工程を考えても良いと思います。

 

私も含め、かつて今ほど良くない工具や機械を使っていた現場加工者の皆さんは、何とかあるもので精度を出そうと創意工夫していました。

今の高度になったツールでは必要が無くなったノウハウもあると思いますが、今の若手の皆さんにおいては、こうした経験ができなくなったのも、応用力を育てる観点からは少し物足りない感もあります。

 

社内で加工者の育成カリキュラムを作られている企業におかれましては、あえて整い過ぎた最新の環境ではなく、少し古く精度の出しにくい道具や機械で加工に取り組んでみるというカリキュラムを一部取り入れてみるのはいかがでしょうか。

応用力や危機対応能力の育成につながると思います。

 

もしよろしければ、参考にしてみてください。

 

 

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【マシニング加工のいまさら聞けないシリーズ】リーマの下穴加工について

 

普段当たり前に加工されているリーマの下穴加工ですが、いろんな会社さんを回っておりますと、実は皆さんバラバラな方法をとっていることが多いです。

 

そこで、今回は、リーマの下穴加工についてまとめてみたいと思います。

 

私の拠点であります、ここ中部地方の加工屋さんでは、主に下記の4つ、いずれかの方法で、リーマの下穴加工を行っているようです。

 

例えば、φ10リーマの下穴加工を例にとってみると、

 

  1. φ9.8ハイスドリル→φ10リーマ
  2. φ8ハイスドリル→φ9.8ハイスドリル→φ10リーマ
  3. φ8ハイスドリル→φ9.8エンドミル縦突き加工→φ10リーマ
  4. φ8ハイスドリル→φ9.8仕上げ狙いエンドミル輪郭加工→φ10リーマ

 

上記4.の方法までやっているところは稀ですが、何とか高い位置精度を出したいとき、苦肉の策で何とか対応している加工メーカーを見たことがあります。

 

やはり最も多いのは、上記1.のパターンではないでしょうか。

 

この方法で怖いのは、ハンドリーマよりも切削性の良いブローチリーマを使ったとき、しかも下穴ドリルの穴が曲がって加工されているときに、それに倣いリーマの位置精度がズレて加工されてしまうことです。

 

そのドリル穴の曲がりを矯正するために、上記2.や3.の方法がとられています。

実際に、それを行っている方から、そうした意図だと聞いたこともあります。

 

特に上記3.は、上記2.のように、矯正するためのφ9.8の穴加工を続けてドリルで行ってしまうと、曲がった穴がまっすぐ矯正されず、追従して曲がったまま追加工をするだけになってしまうことを懸念し、切削機能を持つエンドミルの方で追加工するという意図があります。

 

では、下穴の矯正加工をドリルとエンドミルで行うことに違いはあるのでしょうか。

 

近所の公設試に確認したところ、ほとんど違いはないとのことでした。

ただし、ドリルよりもエンドミルの方が、芯の太さが太い分だけ、径方向の加工負荷による工具たわみが少なく、下穴曲がりが少なくなるのではないか、とのことでした。

 

実際には、ハイスドリルの場合118°の先端角があり、軸方向と径方向の負荷をバランスしているドリルと、フラットエンドミルで縦突きして行う穴加工の場合では、切削負荷のかかり方も異なります。

 

直進的な穴加工について、フラットエンドミルによる穴加工は、ドリルよりも直進方向の切削機能は劣ると思いますが、下穴曲がりの矯正という点においては、ドリルよりも縦方向(軸方向)の負荷(背分力)を中心に加工する分、先に加工されている下穴の曲がりに追従していくことは少なくなると思われます。

 

これは、旋盤の内径の中ぐり加工においては、ワークの軸方向に直角な刃先形状で切削したほうが、バイトの倒れ・ビビリが少ないことと同様の考え方だと思います。

(外形旋削のように、45°形状の刃を使うと、背分力が大きくなり、ワークやバイトのビビリが起きやすくなる)

 

 

できるだけ位置精度に配慮したリーマの下穴加工はどのように行うと良いのか、まとめてみますと、

 

  • まず、リーマ径よりも1ミリほど小さい径で、ドリル加工を行う。
  • 次に行う下穴曲がりの矯正のための追加工は、できるだけ芯の太いフラットエンドミルで穴加工を行う。この場合の工具径は、使用するリーマが推奨するものを使う(通常は直径でマイナス0.2~0.5ミリ)。

 

ここで使っているフラットエンドミルは、2枚刃よりも4枚刃のエンドミルの方が、芯は太いので、切りくずの出方、刃が多くなることによる過度な切削抵抗の問題がなければ、下穴曲がりの矯正の点では、優れているということになります。

 

しかし、超硬のドリルがよく使用されるようになった現在、上記2.の工程は、超硬ドリルを使用することで、上記1.の工程に集約できると考えられます。

超硬ドリルのヤング率、巧折力を考えると、ハイスドリルと比較して、圧倒的に下穴曲がりが少なくなると考えられるためです。

 

いきなり上記1.の加工で済ませるということですので、φ10リーマの下穴ということなら、φ9.7もしくはφ9.8の超硬ドリル一発で済むということになります。

 

複数の工具を使わない分、加工時間、段取り時間、マシニングセンターのマガジン数の制約などについて、多くのメリットがあります。

 

 

リーマ加工の品質は、下穴で8割決まると言った工具メーカーの方もおられましたが、実際、特に位置精度については、下穴加工の影響は大きいと思われます。

 

そもそもリーマは、バニッシュ効果や、穴をきれいな形で仕上げる機能を重視しており、下穴の曲がりを切削で直しながら、ガシガシ切削していくものではないと思われます。

ですので、下穴の加工の段階で、しっかり位置精度と穴形状を出しておくことは重要だと思います。

 

もしよろしければ、参考にしてみてください。

 

※ 実際の加工においては、工具材種だけでなく、被削材の物性、機械剛性、工具の消耗状態、被削材のクランプ状態などの外的要因で、如何様にも状態は変化するため、実際の加工においては、自己責任のうえ、充分な確認・検証を行ったうえで、加工してください。

 

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【技術ワンポイント】リーマの選定について

 

「最近とても多くのリーマが販売されていて、どれを使ったらよいかわかりません。

材料の違いによる基準で選んでも、重複しており、よくわかりません。選定方法について教えてください。

マシニングセンターに取り付けて加工することを前提としております。」

 

先日クライアントさまより、このような質問を受けましたので、そのときの回答をアップしたいと思います。

以下、回答文です。

 

リーマの選定について

株式会社 日研工作所のリーマから選択する場合の参考図

油性切削液の場合の被削材と切削速度

http://www.nikken-kosakusho.co.jp/reamer4.htm

リーマダウンロード | 株式会社日研製作所」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

 

この中で、ハイス製のリーマを前提に検討すると下記の選択肢があります。

 

① 通常のブローチリーマ

通常のブローチリーマ

http://www.nikken-kosakusho.co.jp/catalogue_pdf/Reamer_165C_035.pdf

PDFカタログダウンロード | 株式会社日研製作所」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

② NCセンサリーマ

NCセンサリーマ

http://www.nikken-kosakusho.co.jp/catalogue_pdf/Reamer_165C_025.pdf

PDFカタログダウンロード | 株式会社日研製作所」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

 

③ タフカットスキルリーマ

タフカットスキルリーマ

http://www.nikken-kosakusho.co.jp/catalogue_pdf/Reamer_165C_029.pdf

PDFカタログダウンロード | 株式会社日研製作所」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

 

 

まとめ
①~③のリーマは、どれも「右刃左ねじれ」の形状をしており、下記の文献に示すように、ストレート刃と比較して、切削トルクは下がる反面、穴側面をバニシングする際の締め付け力、つまり穴を細らせる力は大きくなるため、特に、SKDなどの合金鋼や、場合によってはS50Cの炭素鋼など、そこそこ硬度が高い材料のリーマ加工に使用すると、穴径が小さくなりやすい傾向にあります。

 

「機械工学全書103 穴加工と穴加工用工具の設計」より

著者 佐久間, 敬三 出版社 ラジオ技術社 出版年 1965 「穴加工と穴加工用工具の設計 (1965年) (機械工学全書〈第103〉)」より

 

ですので、昔からよく、ストレートリーマが使われてきたのですが、ねじれのあるリーマと比較すると、やはりストレートリーマは切削トルクが高くなります。刃長分が同時に切削(バニシング)に関与しますので。

そのため、穴側面が粗くなる傾向にあります。

 

そこで、リーマメーカーとしては、右刃左ねじれでも、穴の細らない、締め付け力が小さくなる刃先特性の工具を模索し販売しているのだと思います。

それらが、NCセンサリーマとか、タフカットスキルリーマです。

 

また、1ページ目の最初の図表に書いてあるのですが、油性切削油向きとなっています。逆に水溶性切削油向きは、下図のように、別のリーマの種類のようです。

水溶性切削液の場合の被削材と切削速度

http://www.nikken-kosakusho.co.jp/reamer4.htm

リーマダウンロード | 株式会社日研製作所」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

 

かなり高い切削速度になっていますので、これらは超硬リーマです。

ですので、最初に挙げた上記①~③のハイスリーマにおいては、超硬リーマに比べると、切削速度が遅い分、面粗さが悪くなりますので、潤滑性の高い油性切削油でないと、穴側面のきれいな面あらさが出せないのだと思います。

また、切削速度が遅いと、溶着しやすくなりますので、面粗さは悪くなります。したがって比較的、抗溶着性の高い油性の切削油の方が、ハイス製のリーマには適しています。

 

ところが、ラジアルボール盤など、手加工でリーマを使う場合には、油性の潤滑油を塗布して加工しますが、マシニングに取り付けて加工する場合は、ほとんどが水溶性の切削油になってしまうため、要注意です。

 

したがいまして、マシニング加工で使う場合は、下記の選択肢でリーマ選定を行なうのが、リスク回避の面で、よろしいかと思います。

 

1. 自動加工の最後に、リーマ加工だけを残して、タッピングオイルなどを手動で塗布して加工する。そのように使うのでしたら、通常のブローチリーマでも対応できますが、もしSKDの加工などにも使うのでしたら、コーティング処理がされているNCセンサリーマの方が、耐久性・潤滑性の点で優れていると思います。私の知り合いにも、ユーザーは多いです。

ほとんど、SS400かS50Cしか加工しないといった加工屋さんは、NCセンサリーマをマシニングにつけ、水溶性切削油で加工しているところが多いです。

 

2. 水溶性切削油のマシニングにも対応できる、タフカットスキルリーマを採用する。

なお、価格ですが、株式会社Misumiのサイトを見ますと、次のような価格帯になっております。

③タフカットスキルリーマ(ストレートシャンク) 型番SRS-10.00 @9,360円
②NCセンサリーマ(ストレートシャンク)型番NCS-10.00 @13,680円
①ブローチリーマ(ストレートシャンク)型番BRS-10.00 @2,490円

http://jp.misumi-ec.com/vona2/fs_machining/T0109000000/T0109020000/

ハイスリーマの選定・通販|MISUMI-VONA【ミスミ】| 「株式会社Misumi」サイトより (最終閲覧日:2016年10月15日)

 

タフカットスキルリーマは、NCセンサリーマよりも安価なので判断しやすいですが、いつも使ってみえるブローチリーマは、1/3以下の価格なので、採用は悩ましいところです。

ただし、タフカットスキルリーマは、粉末ハイスを使っているので、剛性が高く、ビビリに強いので、加工精度は安定すると思います。

現在、穴径不良などがあるようでしたら、採用を検討されてはいかがでしょうか。

 

以上になります。

参考になれば幸いです。

 

※ 実際の加工においては、工具材種だけでなく、被削材の物性、機械剛性、工具の消耗状態、被削材のクランプ状態などの外的要因で、如何様にも状態は変化するため、実際の加工においては、自己責任のうえ、充分な確認・検証を行ったうえで、加工してください。

 

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【プレス金型の抜きパンチ折れの対処方法】間違った対処をしていませんか?

 

「抜きの金型で、ダイス鋼で作ったパンチがどうしても折れてしまうので、ハイスか超硬のパンチに変えたけど、なかなか良い結果が出ません」

 

このように、クライアントさんから相談を受けました。

 

まず重要になるのが、折れたパンチが、引っ張られて折れたのか、それとも、つぶれて折れた、どちらなのか、という点です。

 

もし、引っ張られて折れた場合、それは、板材を抜いた後、板材の中に入り込んだパンチを引き剥がすときに折れた可能性が高いです。ちなみに、そのときにパンチにかかる荷重のことを、「かす取り力」と言います。

 

このかす取り力にパンチの強さが負けて、折れてしまった可能性が高いです。

 

ということは・・・

 

この「引っ張り」の荷重に苦手な金型材料を使うと裏目にでることがあります。

 

例えば、一般的に耐摩耗性に対し、非常に強いといわれる超微粒子系の超硬合金ですが、引っ張りの荷重に対して、苦手な種類のものもあります。

 

むしろ、微粒子系でない超硬合金の方が、引っ張りの荷重に強いものもあります。

 

ですから、「パンチが折れた→もっと硬い金型材料を使う」については、その金型材料が、ただ硬ければ良いというわけではありません。その種類について慎重に選定したほうが良いということです。

 

また、パンチがつぶれて折れた場合については、これは「降伏強さ」の高い金型材料を使いましょう、ということになります。

 

ただ、なぜ折れるほど抜き抵抗が高くなってしまったのか、という問題はありますよね。

 

よく折れたパンチをルーペを使って、しげしげと眺めてみましょう。

側面が痛んだ抜きパンチの様子

 

いや、できれば、折れる前に見ておきたいですよね。10倍に拡大できるルーペで充分です。

 

抜きパンチが折れてしまった場合、まずは「どういう原因で折れたのか」そこから調べましょう。

 

それによって、取るべき対策が変わってきます。

 

とは言いましても、短納期、短納期対応で、なかなかゆっくり調べてる時間もないですよね(^ ^;)

 

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【プレス加工】もう一歩強い抜きパンチを作る方法について

 

丸や四角といった、単純形状ではなく、下図のように、ワイヤーカットで製作するような異形状の抜きパンチを使ってプレス抜きを行う場合、よく折れてしまう。

これは強度的に大丈夫なのか、対策はどうしたら良いのか、といった相談を、よく受けることがよくあります。

異形状パンチの外観

 

さて、こういったパンチの座屈強度、バッキングプレートの必要強度の計算などは、別の機会にするとして、パンチの材質、形状の変更以外に、あと何が対策として打てるでしょうか。

 

確かな実験データはないのですが、ワイヤーカットで材料から切り出す場合、素材ブロックから取る方向を変えてみるという対策もあります。

 

下の図を見てください。

金型材料の切り出し位置

日原 政彦 (監修), 型技術協会型寿命向上研究委員会 (編集), 安齋 正博 著 (2009/3)「金型高品質化のための表面改質」より

 

材料の方向を、L方向、W方向、T方向と呼ぶとすると、L方向、ここでは「鍛造方向」となっておりますが、金型メーカーで馴染みのある言葉でいうと、「圧延方向」といった方がわかりやすいでしょうか。

 

この図の左下の「特性」に書かれているように、折れにくさ(靭性)、耐摩耗性(強さ)は、L方向からとった方が強い、とあります。

 

ただし、注意点もあります。熱処理変寸および、放電ムラは、L方向が最も劣る、とありますので、パンチの作る手順には、注意を払う必要があるかもしれません。

これまでのT方向からとっていた場合よりも、熱処理変寸、放電加工後の変形が起こるかもしれません。

 

プレス抜きではありませんが、文献によると、この切り出し方向を変更することで、金型寿命が伸びたとされる実験データもあるようです。

私が知っているメーカーさんでも、実際にこの方法を使っているところもありました。

 

しかし、技術者の方はおわかりかと思いますが、ちょっと面倒ですよね。

 

さらに、今では当たり前のように使われるコーティングについても、もう一歩進めてみましょう。

下のグラフを見てください。

 複合表面硬化処理したTINの密着評価結果
日原 政彦 (監修), 型技術協会型寿命向上研究委員会 (編集), 安齋 正博 著 (2009/3)「金型高品質化のための表面改質」より

 

このように、PVDコーティングのみの場合と、下地処理として、窒化処理を行った場合とでは、密着性が変わってきます。

 

素地である母材と、コーティング層には、硬度差があり、それが密着性の阻害要因になる場合があるとのこと。

その間に窒化処理を行う、つまり、母材の金型材に窒化処理を行い、そのうえにPVDコーティングを行うことで、中間層としての窒化組織が、密着性を高める効果があるようです。

 

さらに、新しい窒化処理の方法である、ラジカル窒化を行うことで、従来のガス窒化やプラズマ窒化などと比較して、より高い密着性を得ることができます。

 

下のグラフでは、粉末ハイス(HAP40)を使った抜きパンチによる、プレス抜きの耐久性実験の結果です。

ラジカル窒化+TIN 複合表面硬化処理による寿命向上例

日原 政彦 (監修), 型技術協会型寿命向上研究委員会 (編集), 安齋 正博 著 (2009/3)「金型高品質化のための表面改質」より

 

このように、ラジカル窒化による、コーティングの下地処理は、プレス抜きのパンチに使っても、効果を発揮しているようです。

 

ここまで見てきたように、どうしても折れてしまう抜きパンチやその他の金型部品、もう打つ手がないと思っているメーカー様は、もう「ひとあがき」の手段として、参考にされてはいかがでしょうか。

 

※当事務所では、常時、50冊以上の文献を使って、技術調査・指導の資料づくりを行っています。

何か疑問・質問、調査依頼があれば、いつでもお気軽にご連絡ください。

 

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参考文献
日原 政彦 (監修), 型技術協会型寿命向上研究委員会 (編集), 安齋 正博 著 (2009/3)「金型高品質化のための表面改質」日刊工業新聞社

 

 

 

【技術ワンポイント】エンドミルのリード角の強弱の使い分けについて(ハイヘリカル・エンドミルなど)

 

エンドミル側面の刃のねじれの角度のことを、「ねじれ角」とか「リード角」と言います。

また、下図のように、ねじれ角度の強いエンドミルと、弱いエンドミルがあります。

エンドミルのねじれ

http://jp.misumi-ec.com/maker/misumi/fs/tech/monoq/basic/detail/detail29.html

「ものづくりQ&A 基礎編 エンドミル加工 | 株式会社ミスミ」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

ねじれの強いエンドミルを、ハイヘリカル・エンドミルと呼ぶこともあります。

今回は、このねじれ角が違うことにどんな意味があり、どう使い分けるかに触れてみたいと思います。

 

まず、ねじれ角のあるエンドミルのねじれ角度は、30度くらいが一般的です。

そして、ねじれ角度が大きくなると(上の図で言う「強ねじれ」)、大工さんが使うカンナのように、切削の切れ味はどんどん良くなります。

 

その理由は、同じ切削送り量ならば、切りくずの厚みが薄くなることで、切削抵抗が下がるためです。

切削抵抗の影響要因の中で、切りくずの厚みの影響は非常に大きく、その厚みを薄くできることで切削時の抵抗が下がります。

横切れ刃角と切りくず厚みの関係

http://carbide.mmc.co.jp/technical_information/tec_turning_tools/tec_hsk-t/tec_turning_technical/tec_turning_cutting_edge

「横切れ刃角/前切れ刃角/切れ刃傾き角 | 三菱マテリアル株式会社」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

上図の一番左のケースが、ねじれ角度が0°の場合、一番右が30°の場合です。

着目したいのが、hで示されている切りくず厚さであり、0°よりも、30°の方が、hの切りくず厚さが薄くなっています(0.87hとなっているので、0°の場合の87%の厚さになっている)。

 

このねじれ角度がもっと大きくなれば、さらに切りくず厚さは薄くなります。

その最たる例が、数年前に一世を風靡した、下図のような「高送りカッター」です。

http://www.sandvik.coromant.com/ja-jp/knowledge/milling/application_overview/face_milling/high_feed_milling

「切込角が小さなカッター | サンドビック株式会社」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

これら「高送りカッター」などと呼ばれる工具は、横方向の刃の角度を15°など、極端に寝かせ、同じ送り量であっても、ねじれ角度の少ない工具よりも、5倍以上、切りくず厚さを薄くできます。

言い換えると、同じ切りくず厚さであれば、ねじれ角度の少ない工具よりも、5倍以上、送り量を上げることができます。

もし興味があれば、図を描いてみると、よくわかります。

 

さて、エンドミルのねじれ角について、前述したように切れ味、切削性に影響があるわけですが、加工品質にどのような影響があるのでしょうか。

切削性にとても良い影響のある、強ねじれエンドミルですが、加工品質において、一つ注意点があります。

 

0°のものと、下図の「工具」のような、ねじれ角の強いものを比較すると、わかりやすいのですが、強ねじれのエンドミルは、下図のような「側面切削」において、各側面の刃が材料に接触するタイミングに、時間差が生じるので、ねじれが強いほど、うねりが生じやすくなります。

エンドミルの側面切削

http://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110600014060/

「XACシリーズ超硬ハイヘリカルエンドミル 高硬度鋼加工用・多刃・45°ネジレ/レギュラータイプ | 株式会社ミスミ」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

http://jp.misumi-ec.com/maker/misumi/fs/tech/monoq/basic/detail/detail30.html

「ものづくりQ&A 基礎編 エンドミル加工 |  株式会社ミスミ」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

まとめると、ねじれが強い工具は、切削性、切れ味は上がるので、仕上げ面粗さは良くなりますが、例えば、立ち壁の深いポケット切削などの場合、加工面にうねりが出やすくはなりますので、留意したいところです。

 

それと、もう一つ留意点があります。

薄板ワークの加工に使用すると、弱ねじれのエンドミルに比べて、ワークのビビリが発生する可能性があります。

 

下の右図のように、横方向の刃に角度がつくと、切削時に上下方向に力が分散します。

横切れ刃角による力の分散

http://carbide.mmc.co.jp/technical_information/tec_turning_tools/tec_hsk-t/tec_turning_technical/tec_turning_cutting_edge

「横切れ刃角による影響 | 三菱マテリアル株式会社」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

つまり、エンドミルを引き抜いたり、押し込んだり、はたまた、ワークを上下方向に押したり、引き込んだりする力が発生します。

 

昔、ハイス製の太いラフィング・エンドミルの重切削加工において、エンドミルが抜けるというのがよくありましたが、最近はそういった工具の使用も減ってきたので、工具が抜け落ちるというのは少なくなったようですが、ワークに対する影響は考慮しなくてはいけません。

 

まとめると、ハイヘリカル工具などの強ねじれのエンドミルを使用するにおいては、薄板ワークや、剛性の強いクランプの出来ないワークにおいては、ビビリの発生確率が高まります。

 

最後に、刃持ち、工具寿命の影響についてですが、強ねじれのエンドミルの特に、先端部においては、下図のような刃先の先端角度が鋭利になるため、欠損しやすくなります。

エンドミルのシャープコーナー部

http://nachi-tool.jp/blog/index.php?e=37

「ギャッシュランドとシャープコーナの比較 | 株式会社不二越」サイトより (最終閲覧日:2016年4月17日)

 

したがって、基本的には、ねじれの弱いエンドミルよりも、硬い材料には向かないと言えます。

ただし、最近では、靭性を改善し、高硬度用のハイヘリカルエンドミルも販売されているので、全てに当てはまるわけではありません。あくまで原理・原則です。

しかし、工具を使い分ける・使いこなすためには、原理・原則を知っておくことは重要です。

 

ここで、ねじれの強弱によるエンドミルの特性を、各評価指標ごとに比較するとこのようになります。

  • 送り方向の切削抵抗
    • 弱ねじれ<強ねじれ(良)
  • 上下方向の切削抵抗
    • 弱ねじれ(良)>強ねじれ
  • 仕上げ面粗さ
    • 弱ねじれ<強ねじれ(良)
  • 加工面のうねり
    • 弱ねじれ(良)>強ねじれ
  • 刃先先端の欠損リスク
    • 弱ねじれ(良)>強ねじれ

 

加工形状や求める精度、品質、コストなどを勘案し、使い分けたいものです。

 

 

※ 実際の加工においては、工具材種だけでなく、被削材の物性、機械剛性、工具の消耗状態、被削材のクランプ状態などの外的要因で、如何様にも状態は変化するため、実際の加工においては、自己責任のうえ、充分な確認・検証を行ったうえで、加工してください。

 

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具体的にどのラフィングエンドミルを使ったらよいか教えてください

 

具体的に、どのラフィングエンドミルを使ったらよいか教えてください。

前回の「ラフィングエンドミルのメリットと工具特性を教えてください」に引き続き、このような質問をいただきました。

 

具体的には、下記の工具を検討しているとのことです。

  • 三菱マテリアル社:VASFPR (バイオレットファインラフィングエンドミル(S))
  • OSG社:FX-MG-REE

 

それぞれの工具の特徴をみていきます。

 

三菱マテリアル社:VASFPR ですが、メーカーサイトの説明では、「高級粉末ハイスの母材に、新開発のバイオレットコーティングを施したラフィングエンドミルです。」と、書かれていますので、工具材種は、ハイス種となりますので、切削時の発熱により、硬度が低下する温度は、500℃を超えたあたりになります。ただし、コーティングが施されているので、各被削材ごとの推奨条件は、それを前提とした加工条件となっています。

例えば、メーカーのカタログに記載されている、S55C相当の加工条件で見ると、φ10の場合(側面切削)、

  • 主軸回転速度(rpm):1,350回転
  • 送り速度(mm/分):250ミリ

これを、切削速度、回転あたり送り量に換算しますと、

  • 切削速度(m/分):42.39メートル
  • 回転あたり送り量(mm/rev):0.18ミリ

と、なっております。

 

次に、OSG社:FX-MG-REE を、見ていきます。

こちらの工具母材は、超硬合金となっておりますので、一般的には、切削時の発熱により、硬度が低下する温度は、1000℃付近になります。

また、こちらの工具に付与されているFXコーティングは、下記のサイトに紹介されておりますが、酸化開始温度は、850℃となっておりますので、先に紹介した、三菱マテリアル社:VASFPRよりも、高速な加工が期待できます。

http://www.e-ocs.com/service/fx/index.html

 

例えば、メーカーのカタログに記載されている、S55C相当の加工条件で見ると、φ10の場合(側面切削)、

  • 主軸回転速度(rpm):2,500回転
  • 送り速度(mm/分):500ミリ

これを、切削速度、回転あたり送り量に換算しますと、

  • 切削速度(m/分):78.5メートル
  • 回転あたり送り量(mm/rev):0.2ミリ

と、なっております。

 

では、どちらを使うとよいのか、ですが、

加工速度だけで比較すると、超硬母材で作られている、OSG社:FX-MG-REE の方が適していると言えると思います。

 

では、三菱マテリアル社:VASFPR は、どういった場合に適しているかというと、超硬工具よりも、ハイス種の方が靭性は勝っているので、欠損が大きな問題になるような、例えば、長時間の無人運転を仕掛け、かつ加工時間よりもリスク低減の方を優先したいような場合、例えば、夜間や週末の無人運転などに適していると思います。

 

また、OSG社:FX-MG-REE の方の側面切削の条件に記載されているae値は、0.3Dで、三菱マテリアル社:VASFPRは、0.5Dとなっております。

CAMでデータ作成する際には、このあたりにも気をつけたいものです。ただし、この差は、加工時間に大きく影響を与えるものではないと思います。

 

OSG社:FX-MG-REEを使って高速切削をするうえでは、0.3DくらいのXY方向の切り込み量が適しているのだと思います。

 

CAMでデータ作成を行うなど、安定した切り込み量で、加工できるのであれば、超硬母材のラフィングエンドミルを使うことで、効率的に加工できるかと思います。

 

 

※ 実際の加工においては、工具材種だけでなく、被削材の物性、機械剛性、工具の消耗状態、被削材のクランプ状態などの外的要因で、如何様にも状態は変化するため、実際の加工においては、自己責任のうえ、充分な確認・検証を行ったうえで、加工してください。

 

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