アルミ加工時の変形を抑える工程対策と作業スキル！ 機械加工の超実践知識！

アルミニウム部品が加工中に変形する原因は、材質、部品形状、製造条件などに大きく関係します。主に、ブランクの内部応力による変形、切削力や切削による変形などが考えられます。熱やクランプ力による変形が発生します。
1、加工変形を軽減するための加工対策
1. ブランクの内部応力を軽減する
自然または人工の時効処理と振動処理により、ブランクの内部応力を部分的に除去できます。 前処理も有効な処理方法です。 余白が大きいため、太い頭や大きな耳などの粗い部分は加工後の変形も大きくなります。 ブランク材の余剰部分を前処理して各部の余剰部分を少なくすると、後工程での加工変形を軽減できるだけでなく、前処理後に一定時間放置した後の内部応力をある程度解放することができます。
2. 切削工具の切削能力の向上
切削工具の材質と幾何学的パラメータは、切削力と切削熱に重要な影響を与えます。 部品の加工変形を軽減するには、切削工具を正しく選択することが重要です。
1) 切削工具の幾何学的パラメータを合理的に選択します。
① 前角：刃先の強度を維持しつつ、前角を大きくすることで切れ味が良くなるだけでなく、切削変形が少なく切りくず排出がスムーズになり、切削抵抗や切削温度の低減にもつながります。 負のすくい角の切削工具の使用は避けてください。
②バックアングル：バックアングルの大きさは、バック切削面の摩耗と加工面の品位に直接影響します。 バックアングルを選択する場合、切断厚さは重要な条件となります。 荒加工では、送り速度が大きく、切削負荷が大きく、発熱も大きいため、工具の放熱状態が良好であることが求められます。 したがって、より小さいバックアングルを選択する必要があります。 精密フライス加工では、裏面切削面と加工面との摩擦を低減し、弾性変形を低減するために鋭い刃先が求められます。 したがって、より大きなバックアングルを選択する必要があります。
③ ねじれ角：スムーズな加工を確保し、加工力を軽減するには、ねじれ角をできるだけ大きくする必要があります。
④ 主偏角：主偏角を適切に小さくすると、放熱状態が改善され、加工領域の平均温度を下げることができます。
2) ツール構造を改善します。
① フライスの刃数を減らし、切りくず保持スペースを増やします。 アルミニウム材料は可塑性が高いため、加工中に切削変形が大きくなり、より大きな切りくず保持スペースが必要になります。 したがって、切りくず保持溝の底半径を大きくし、フライス刃の数を少なくすることが推奨されます。
②刃先の精密研磨。 カッター歯の刃先の粗さの値は Ra=0.4um 未満である必要があります。 新しいナイフを使用する前に、細かいオイルストーンを使用してブレードの歯の表と裏を数回優しく研ぎ、ブレードの歯を研ぐときに残ったバリやわずかな鋸歯を除去する必要があります。 これにより、切削熱が低減されるだけでなく、切削変形も比較的小さくなります。
③ 切削工具の摩耗基準を厳格に管理する。 工具が摩耗すると、ワークの表面粗さ値が増加し、切削温度が上昇し、それに伴ってワークの変形も増加します。 したがって、耐摩耗性に優れた工具材料を選択することに加えて、工具摩耗基準は 0.2mm を超えてはなりません。そうしないと、切りくずの堆積が発生しやすくなります。 切断中は、変形を防ぐために、通常、ワークピースの温度が 100 度を超えないようにしてください。
3. ワークのクランプ方法の改善
剛性の低い薄肉アルミニウム部品の場合は、次のクランプ方法を使用して変形を軽減できます。
① 薄肉のライナー部品の場合、三爪セルフセンタリングチャックやスプリングチャックでラジアル方向にクランプすると、加工後に緩めるとワークの変形が避けられません。 この際、軸方向端面を剛性よく圧縮する方法を採用する必要がある。 部品の内穴を位置決めに使用し、貫通シャフトをねじ加工し、部品の内穴に挿入します。 カバープレートを使用して端面をしっかりと押さえ、ナットで締め付けてください。 外円加工時のクランプ変形を回避し、良好な加工精度を実現します。
② 薄肉の薄板ワークを加工する場合は、真空吸着カップを使用してクランプ力を均一に分散させ、少ない切削量で加工するとワークの変形を効果的に防止できます。
また、スタッフィング法を用いることもできる。 薄肉ワークのプロセス剛性を高めるために、ワークピースの内側にメディアを充填して、クランプおよび切断プロセス中の変形を軽減することができます。 例えば、硝酸カリウムを3～6％含む尿素溶融液をワークに注入し、加工後、水やアルコールに浸漬することでフィラーを溶解・流し出すことができます。
4. プロセスを合理的に調整する
高速切削では、取り代が大きく断続切削となるため、ミーリング加工時に振動が発生しやすく、加工精度や面粗さに影響を与えます。 したがって、CNC高速切削プロセスは一般に、荒加工、準精密加工、コーナークリーニング加工、精密加工などのプロセスに分けることができます。 高精度が要求される部品の場合、二次的な半精密機械加工が必要な場合があり、その後に精密機械加工が続きます。 荒加工後に部品を自然冷却することで、荒加工によって発生した内部応力を除去し、変形を軽減します。 荒加工後に残されるマージンは、変形よりも大きくなければなりません (通常は 1-2mm)。 精密加工中、部品の表面は、加工中に切削工具を安定した状態に保つために、一般に 0.2 ～ 0.5mm の範囲の均一な加工代を維持する必要があります。 これにより、切削変形を大幅に低減し、良好な加工面品質を実現し、製品の精度を確保することができます。
2、加工変形を軽減する操作スキル
アルミ部品の機械加工時の変形は上記の理由だけでなく、実際の作業では作業方法が重要です。
1. 取り代が大きい部品の場合、加工時の放熱状態を良くし、熱の集中を避けるため、加工時に対称加工を行う必要があります。 厚さ 90mm の板金を 60mm に加工する必要がある場合、片面をフライス加工し、すぐにもう一方の面をフライス加工し、最終サイズまで一度に加工すると平坦度が 5mm に達するとします。 繰返し対称加工の場合、最終寸法まで各辺を2回ずつ加工し、平面度0.3mmを確保します。
2. シート メタル パーツに複数のキャビティがある場合、加工中に各キャビティに 1 つのキャビティを使用する連続処理方法を使用することはお勧めできません。これは、パーツに不均一な応力が発生しやすく、変形が発生しやすいためです。 複数の層の処理を採用し、各層をすべてのキャビティにできるだけ同時に処理し、その後次の層を処理して部品に均一な応力を与え、変形を軽減します。
3. 切削量を変えることで切削抵抗と切削熱を軽減します。 切削パラメータの三要素のうち、バックフィードは切削抵抗に大きな影響を与えます。 取り代が大きすぎて、1パスあたりの切削抵抗が大きすぎると、部品の変形を引き起こすだけでなく、工作機械の主軸剛性に影響を及ぼし、工具の耐久性が低下します。 バックカット量を減らすと生産効率が大幅に低下します。 ただし、この課題を克服するために、CNC 加工では高速フライス加工が一般的に使用されています。 背面切削量を減らしながら、その分送り速度を上げて機械速度を上げれば、加工効率を確保しながら切削抵抗を低減することができます。
4. カットの順序にも注意が必要です。 荒加工では加工効率の向上と単位時間当たりの切削速度の追求を重視します。 一般的にはリバースミリングが使用できます。 ブランク表面の余分な材料を最速・短時間で削り取り、精密加工に必要な幾何学的輪郭を基本的に形成します。 精密加工は高精度と品質を重視するため、前方フライス加工を使用することをお勧めします。 前方フライス加工中にカッター歯の切削厚さが最大からゼロまで徐々に減少するため、加工硬化の程度が大幅に減少し、同時に部品の変形の程度も減少します。
5. 薄肉ワークは加工中にクランプによる変形が発生しますが、精密加工であっても変形は避けられません。 ワークの変形を最小限に抑えるため、精密加工時に最終サイズに達する前にクランプ部分を緩め、ワークを自由に元の状態に戻すことができます。 次に、ワークピースがしっかりとクランプされるように少し締めることができ (完全に手の感触に基づいて)、希望の加工効果を達成できます。 つまり、クランプ力は支持面に作用することが最適であり、ワークの剛性が良好な方向にクランプ力が作用する必要があります。 ワークにガタが出ないことを前提とすると、クランプ力は小さいほど良いです。
6. キャビティのある部品を加工する場合、フライスをドリルビットのように直接部品に突き刺さないことをお勧めします。その結果、フライスのための切りくずのスペースが不足し、切りくずの除去がスムーズに行われず、過熱、膨張、工具の破損などが発生します。有害な現象。 まず、フライスと同じサイズまたは一回り大きいサイズのドリルを使用して工具穴を開け、次にフライスを使用してフライス加工を行います。 あるいは、CAM ソフトウェアを使用してスパイラル切断プログラムを作成することもできます。
アルミニウム部品の加工精度と表面品質に影響を与える主な要因は、加工プロセス中の変形傾向であり、オペレーターには一定の作業経験とスキルが必要です。