このダイアンドモールドショップの世界は丸い

製造業の多くのジョブショップでは、金型と金型の作業は通常、非対称の部品を製造することを指します。板金部品にはさまざまな形状があり、射出成形されたプラスチック部品は電話からコンピューターキャビネットまでさまざまです。

しかし、金型製作の世界では、丸い部品が非常に多くあります。キャップ、シール、ガスケットは、ほんの数例を挙げると、丸い金型と金型のコンポーネントを必要とする部品です。

非対称部品の金型キャビティとダイセットの機械加工について多くのことが書かれています。この記事では、金型と金型のコンポーネントを作成して、丸い多数の金属とプラスチックの部品を製造するために、焦点を絞っています。

この製造のニッチについて知るために、私たちはReliance Tool and Manufacturing（Elgin、Illinois）を訪問しました。創業50年のジョブショップで、ハードターニングの専門分野を開発し、それを使用して丸型製品を製造する金型部品やダイセットを製造しています。

プラントマネージャーのDaleSchrieberに話を聞いて、Relianceが生産プロセスのハードターンからどのように利益を得たかを調べました。

プログレッシブおよびコンパウンドダイ

ダイセットには多くのコンポーネントが組み込まれています。これらは多くの場合、ダイプレートの上部と下部に取り付けられている個々の部品です。この設計により、ユニット全体ではなく、ダイセットの個々のコンポーネントを調整できます。

プログレッシブダイでは、板金のコイルがダイセットの上半分と下半分の間に供給されます。プレスが閉じるたびに、プレスの仕上げ端で完全な部品が排出されます。

プログレッシブダイには、完全なスタンピングを生成するために2つ、4つ、または16の異なるステーションがあります。プレスがストロークを完了した後、コイルは1つのダイステーションから次のダイステーションに供給されます。一部のダイセットは、フラットな形状を段階的にスタンプしてから、スタンプを3Dパーツに折りたたむように設計されています。これはすべて、1つのプログレッシブダイを1回押すだけで実行されます。

複合ダイは、プレスの1回のストロークで完全なスタンピングを作成するという点で、プログレッシブとは異なります。複合ダイは、プレスからの1回のヒットで、ワークピースを形成、パンチ穴、成形します。

プログレッシブダイと同様に、複合ダイも上部プレートと下部プレートに取り付けられたコンポーネントから作られています。リライアンスが製造し、完全なセットに組み立てるのはこれらのコンポーネントです。ほとんどの顧客にとって、これらのコンポーネントは丸いものです。

なぜハードターニングなのか？

約6年前、リライアンスはハードターニングの実験を開始しました。アイデアは、より柔軟で、より多くの部品を店に通すことができるプロセスで、従来の研削作業を強化することでした。

ハードターニングを実装する前は、リライアンスは従来の方法でダイセットとモールドコンポーネントを製造していました。彼らは、粉砕ストックを残して部品を荒削りし、次に熱処理して粉砕を終了します。

他のジョブショップと同様に、部品をこれまでになく迅速に提供するというプレッシャーが、代替技術の探求の多くを駆り立てています。ダイセットと金型部品を製造するための新しい方法を検討する際に課せられた唯一の規定は、顧客に、粉砕されたものと同等またはそれ以上の部品を提供することでした。

「当初、ハードターニングへのアプローチは試行錯誤でした」と、リライアンスでハードターニングプロセスを開発したジェフステイズは言います。 「一部のアプリケーションでは、研削に対する利点がすぐに明らかになりました。」

ハードターニング用に指定された作業のほとんどには、0.0005インチの公差要件があります。しかし、半径が0.005インチと小さく、テーパーを半径にブレンドする必要があるため、シングルポイントターニングには研削よりも明確な利点があります。ドラフト角度と部品形状に必要なIDとODの両方のテーパーも、ターニングセンターで簡単に生成されます。

「小さな半径を維持したり、砥石でテーパーを生成しようとすると、頻繁にツルーイングが必要になり、製造プロセスが遅くなります」とシュリーバー氏は言います。 「最後の数千分の1の仕上げ研削も、ホイールをより頻繁に真っ直ぐにする必要があるため、時間がかかります。仕上げホイールの細かいグリットは、金属除去率を制限する荒削りホイールよりも速くロードされます。」

彼らが学んだこと

ハードターニングを成功させる秘訣は、ソフトターニングから始まります。硬化したワークピースで一貫した表面仕上げと寸法精度を達成するには、ブランクを熱処理する前に荒削り後に適切な量のストックを残す必要があります。

薄肉部分などの幾何学的特徴は、熱処理でわずかに反る傾向があるため、ハードターニングのためにより多くのストックを残す必要があることがよくあります。アイデアは、熱処理による寸法変化を可能にするのに十分なストックを確保するために、薄いセクションを重くすることです。

「私たちの熱処理機は、反りを最小限に抑えるのに優れています」とシュリーバー氏は言います。 「彼らは、寸法変化を制御するための他の技術とともに、薄い断面のワークピースにセラミックプレートを使用しています。一貫性を制御するための熱処理のために部品を出荷する前に、部品をラックに入れます。」

工具の摩耗のため、ハードターニングに対して同じストック許容値を維持することが重要です。一般に、ハードターニングプロセスは2つのステップです。1つ以上の荒削りパスとそれに続く仕上げパスです。荒削りパスで最小限のストックを除去すると、生産時間が節約されますが、さらに重要なのは、荒削りハードターンツールを節約できることです。 「荒い、ハードターンの工具摩耗は、最終パスの表面仕上げとサイズに影響します」と、Staes氏は言います。

リライアンスに最適なカッターはCBN（立方晶窒化ホウ素）です。非常に短い実行または中断されたカットにはセラミックが使用されますが、大規模な生産実行にはCBNほど摩耗しません。

「CBNには非常に多様性があります」とStaes氏は言います。ただし、挿入の選択は制限要因です。 「私たちはインサートを設計し、工具サプライヤーによって特別に製造されています。既存のインサートを必要な形状に再加工することで、他のインサート形状を作成します」とStaes氏は続けます。 「CBNのインサートの形状と形状にはまださまざまなものがありませんが、改善されています。」

工具鋼のカット

リライアンスが使用する材料の多くは、48〜64Rcで硬化したA-3およびD-2工具鋼です。 CBNインサートカッターは、これらのハードターニングアプリケーションでうまく機能します。

CBNは2番目に硬い材料ですが、ダイヤモンドに次いで、CBNで作られたインサートは壊れやすい場合があります。一部の旋削加工プロセスは、この脆弱性を考慮して、従来と考えられているものから変更する必要があります。

一般に、CBNインサートは、CBN材料の事前に形成されたエッジを超硬基板にろう付けまたはその他の方法で接合することで作成されます。このジョイントはカッターの弱点になる傾向があります。

金型および金型のコンポーネントには、高い寸法精度と優れた表面仕上げが必要です。ハードターニングを使用してこれらの目標を達成するために、Staes氏はいくつかのガイドラインを作成しました。

「深さと壁の仕上げに厳密な許容誤差が必要な場合は、ODまたはIDの肩に切り込む方向が要因になる可能性があります」と彼は言います。 「IDまたはODから顔を出すよりも、最初に壁を下に向けて余分な材料を取り除く方がよいでしょう。仕上げパスのために0.0005〜0.0010インチのストックを残してください。

「荒削りパスが完了し、ほとんどのストックが除去されたら、仕上げパスを壁に組み込むことができます。残りの0.0010インチ以下の金属を除去すると、特に小さなリード角工具の場合、インサートにかかる工具圧力が低くなります。ジオメトリが使用されます」とStaes氏は言います。

ボーリング作業では、インサートの中心の高さは、サイズと仕上げをうまく保持するための重要な要素です。バーが曲がると、刃先が中心線より下に落ち、工具寿命が短くなり、仕上がりが悪くなることがあります。 Staes氏は、ハードターニングには超硬ボーリングバーを推奨しています。 「それらは屈曲の問題を減らし、より大きな深さの容量を与えるでしょう」と彼は言います。

温度とワークホールディングに関する考慮事項

ワークピースがハードターンされるまでに、その値は大幅に増加しました。累積コストには、材料、荒加工時間、および熱処理が含まれます。今は間違いなくそのような部分を廃棄する時間ではありません。

Staes氏がこれらの作品を回すとき、特にCBNを使用するときは、ツールを監視するのが好きです。一部のアプリケーションはカットドライできますが、他のアプリケーションは機械加工プロセスからの高温によって悪影響を受けます。これを制御するために、作業ゾーンを明確に表示しながら、リライアンスはショップエアまたはコールドエアガンを使用して部品の温度を維持します。

ワークホールディングは、丸型および金型コンポーネントを作成するためのもう1つの考慮事項です。真円度は、これらの部品の多くにとって重要な寸法であり、壁が非常に薄いことがよくあります。

「ターニングセンターに取り付けられた油圧チャックで保持される6インチの手動3ジョーチャックを使用します」とStaes氏は言います。 「手動チャックのソフトジョーは、0.0005インチの同心度内で機械に穴をあけられます。」

検査技術

リライアンスが行う金型および金型コンポーネントの作業の多くは、寸法精度と表面仕上げを比較的簡単に検査できます。彼らは、ANSI / ASQCQ9001-1994およびISO9000の資格を得るために必要なすべての検査機器、文書化、およびトレーサビリティ技術を備えています。

しかし、製造されたワークピースの中には、測定がそれほど簡単ではないものもあります。 Relianceは、IDやその他の到達困難なワークピース上の場所に隠された機能を検証するための興味深い手法を開発しました。

「IDフォームとODフォームの場合、機能を確認するために定期的に半分にカットしていました」とSchrieber氏は言います。 「現在、歯科用材料[高粘度ビニールポリペプチド]を使用して特徴の印象を取ります。次に、その材料を光学コンパレーターでチェックします。これは私たちにとってうまく機能し、正しく行われると非常に正確な技術です。」

ジョブショップパートナーシップ

リライアンスは、丸型および金型部品の製造で高い評価を得ています。 「私たちの最高の顧客の多くは、丸い部品を製造するための専門知識を必要とする他のツールショップです」とシュリーバー氏は言います。 「特に、研削が難しいアプリケーションが登場した場合。私たちはハードターニングで多くのビジネスを獲得します。」

かつては競合他社と考えていたかもしれないショップが協力して、顧客に良い部品を提供することをパートナーまたは専門と呼びます。これは、今日の製造環境の現実を反映した契約ショップ運営のトレンドです。

リライアンスのようなショップは、それらの専門分野を必要とする他のジョブショップに専門的なサービスを提供しています。同様に、リライアンスがその能力を超えたプロセスの問題に直面した場合、他のショップに助けを求めます。

ISO 9000技術などを使用してプロセス文書を標準化することは、ショップが一緒にビジネスを行うのに役立ちます。ショップがそれを言うことを行うことができるかどうかは、プロセスのドキュメントを確認することですぐにわかります
できます。

結果

他のほとんどのジョブショップと同様に、信頼性は、リードタイムを短縮するという顧客からの極度のプレッシャーにさらされています。この圧力は、これらの企業内の製品ライフサイクルの短縮と継続的な改善プログラムによって発生します。

リライアンスは、他の事業向けのダイセットおよび金型部品の製造に加えて、優れた社内製造事業を行っています。彼らは独自に多数のスタンピングを行います。

「ハードターニングにより、お客様への納品を平均16週間から18週間から6週間に短縮することができました」とSchrieber氏は言います。 「また、旋削の専門知識を持たないが、一部の用途ではハードターンオーバー研削の利点を理解している他の金型ショップからもビジネスを獲得しています。

「私たち自身のスタンピング操作は、事実上、新しいプロセスと技術のベータテストサイトになりました。顧客のアプリケーションで試す前に、自分たちで試してみます」とSchrieber氏は付け加えます。

リライアンスの場合、ハードターニングが機能しているように見えます。売上高は44％増加し、顧客ベースは拡大しており、今後数年間で15〜20％の成長が見込まれています。