MEPは航空宇宙部品製造から優位に立つ

はじめに

メーカーは、ワークピースのフィーチャーを加工するために、旋削、フライス盤、および穴あけ加工を採用しています。ただし、これらの同じプロセスにより、フィーチャの境界にバリや望ましくない鋭いエッジが生成される可能性もあります。これらのエッジ状態は、部品の使用中に材料の破損を引き起こし、構造的に弱くなり、取り扱い者に危険をもたらす可能性があります。これらのネガティブな条件が、多くのエンドユーザーがバリや非常に鋭いエッジをサプライヤーからの部品を拒否する理由と見なす理由です。

メーカーは伝統的に、ハンドグラインダーやその他の手動プロセスを使用してバリや鋭いエッジを取り除きました。このような方法は時間がかかり、バリ取りまたは面取り操作のために部品を工作機械から取り出して再固定する必要があります。そして、熟練した職人によって実行されたとしても、これらの操作は、部品から部品へと移動するときに必要なプロセスの一貫性を欠いています。

手動バリ取りの生産的な代替手段は、機械化エッジプロファイリング（MEP）です。 MEPは、設計された工具と部品の特徴を機械加工したのと同じ機器を適用することにより、許容できないエッジ条件を排除します。 MEPプロセスには多くの利点があります。これにより、最終的なエッジ条件をマシンのCAMシステムを介して正確に定義およびプログラムできるため、再現性が最大になります。部品を機械から取り外して再固定する必要がないため、全体的な部品の製造時間が短縮され、セットアップからセットアップまでに発生する公差の積み重ねやその他の不整合が排除されます。この傾向に対応して、今日の切削工具メーカーは、MEPプロセスの利点を強化する新しい生産的な工具を開発し続けています。

MEPの主な候補者

部品の精度と一貫性に対する航空宇宙産業のますます厳しくなる要求を考慮すると、ジェット機のコンポーネントはMEPのアプリケーションの主要な候補です。

たとえば、航空機のタービンエンジンのコンポーネントは、一般に非回転と回転に分類されます。ドラムやケーシングなどの非回転エンジン部品のMEPの場合、エッジプロファイリングは通常、部品を機械加工した機器に適用される標準の面取りとブレークエッジツールで構成されます。

ファンやコンプレッサーディスクなどの重要な回転部品の場合、エンドユーザーはより高い基準を持ち、表面の欠陥を完全に排除することを求めています。エッジ条件は通常、ラボの承認と認証を受ける必要があります。これらの部品のバリ取りを行うために、工具メーカーは高精度で完全に再現可能なカスタムMEP工具を開発しました。

MEPツールの開発

非回転部品に適用されるような標準のバリ取りおよびプロファイリングツールには、45°および60°の刃先を備えたコーティングされた超硬面取りエンドミル、および45°および60°の面取りを生成するためにインデックス可能なインサートを使用するツールが含まれます。

最も重要なアプリケーションの場合、ツールメーカーは、エッジのプロファイルを作成し、特に穴の入口または出口でバリを除去するようにカスタム設計されたツールを提供します。一部のツールはこれらの機能を組み合わせており、入口側と出口側の両方のバリを取り除くことができます。

これらのカスタムツールは、多くの場合、複雑な切削形状を備えています。最も洗練されたエッジ設計は、二次バリの形成を防ぐように設計されたリードインおよびリードアウト角度が先行する丸みを帯びたエッジを持つ面取りを生成します。

特殊な工具開発は、最先端だけを超えています。穴の入り口、またはコンポーネントの上面のバリやエッジのプロファイリングには、パーツからカットされた材料を除去するのに役立つため、右側のカットと右側のらせんの組み合わせが最も効果的であることが研究によって明らかになりました。一方、パーツの底面にある出口バリの場合は、右側のカットと左側のらせんを組み合わせたものが最適です。これも、その構成によってチップがコンポーネントから離れるからです。

他のアプリケーション分析では、穴の上部または入口のバリを除去するように設計されたMEPツールは、スルーホールの下部または出口端のバリを除去するためのツールよりも長い工具寿命を提供することが示されています。これは、穴の出口にアクセスするために部品を貫通するように設計されたバリ取りツールは、穴の片側だけから作業を行うことを目的としたものよりも長く、直径が小さいためです。長くて小さい直径の工具は、不安定性や振動を起こしやすく、どちらも超硬工具を削ったり壊したりする可能性があります。その結果、ほとんどのショップは、両方を実行できる単一のツールではなく、別々のツールを使用して穴の入口と出口のエッジのバリ取りを行うことを選択しています。

より長く、より小さな直径の工具も、切削パラメータの選択に関してより注意を払う必要があります。短くて頑丈なツールは、振動やその他の問題なしに高速で動作します。パーツの形状と機能も違いを生みます。切断条件が安定していて、切断がスムーズで中断されない場合は、より積極的な切断パラメータを適用できます。一方、MEPの切削経路を遮るアクセスホールなどの部品の特徴により、工具の摩耗を最小限に抑え、早期の故障を防ぐために、より保守的なパラメータを使用する必要があります。

MEPツールの進行中の開発の一部には、フィーチャーの機械加工とバリ取りを組み合わせたツールが含まれます。たとえば、MEPの刃先はエンドミルの上部に配置されるため、穴の直径を加工すると同時に入口の刃先をバリ取りすることができます。

重要な課題

多くの航空宇宙材料は、その機械加工特性に関して、バリの除去と鋭いエッジの面取りに関して、追加の課題を提示します。たとえば、エンジン部品に使用されるニッケル基合金は丈夫で、熱伝導率が低くなります。このように、切削工具は切削工程で発生する熱を吸収し、工具の摩耗を促進します。

したがって、工具の冶金学と形状を決定する場合、工具メーカーはエッジの鋭さとエッジの強度のバランスをとる必要があります。硬質超硬基板材料は、熱摩耗や研磨摩耗に非常によく耐えることができますが、コバルトまたは他の合金材料を添加して靭性を高める基板の耐衝撃性に欠けます。同様に、鋭利な刃先は、研ぎ澄まされた、または他の刃先を丸める準備をしたものと比較して、破損しやすい可能性があります。工具メーカーはまた、特定のワークピース材料で最良の結果を達成するために、すくい角とねじれ角、および工具コーティングを微調整します。

ツールサイズ

大きな穴やエッジを処理するために、工具メーカーは、サプライヤが十分な大きさのブランクを提供できる任意のサイズの工具を設計できます。ただし、スペクトルの小さい側には限界があります。現在、研磨できる最小半径は約0.2 mmで、それに比例してリードインとリードアウトの角度が小さくなっています。

カスタムMEPツールには、特定の半径、面取り、角度、およびこれらの機能の組み合わせがあります。ツールは通常、正方形の刃先を持っています。ただし、ボールノーズおよびロリポップスタイルのツールを使用して、輪郭が四角いエッジのMEPツールへのアクセスを制限するコンポーネントのフィーチャーをプロファイルすることもできます。これらのツールを5軸マシンに適用すると、複雑なパーツプロファイルの線をスキャンして、長い輪郭のエッジに半径を作成できます。

運用中のMEP

精度と一貫性を最大化し、機械から機械への部品の移動にかかる時間を節約するために、メーカーは通常、実際の部品フィーチャーの機械加工操作の一部としてMEPを実行します。

通常、バリ取りはすべての機械加工操作が完了した後に発生します。 CAMプログラムは、MEPツールに、すべての穴のバリを取り除き、鋭いエッジを順番に壊すように指示します。一部のMEPツールは、さまざまな穴のバリ取りに使用できます。また、一部のプロファイリングツールは、穴の底やスカラップの輪郭の底など、3つまたは4つの異なる場所またはフィーチャに適用できます。

エッジプロファイリングが適切な場所で適切な量で行われるようにするには、MEP操作を開始する前に、関連する穴またはフィーチャを定義または測定する必要があります。部品の公差が非常に厳しい場合、部品の表面の位置が明確に定義され、工程内測定が不要になる場合があります。ただし、公差が大きい場合は、最初の加工後に、プロファイルするエッジまたはフィーチャーの位置を決定するための測定が必要です。

さらに、ツール自体を測定して配置し、パーツが正しくプロファイルされることを確認する必要があります。工具の半径が非常に小さいため（実際の目的では測定不能）、工具の長さはCAMプログラムで指定されます。オペレーターは、プリセッタを使用して、またはレーザーまたはタッチプローブを介してマシン上で、マシンから離れたツールの長さを確認できます。送り速度は、部品フィーチャーと工具の測定寸法に関連して計算されます。最も洗練されたカスタムバリ取りツールは、振れを含め、ツールプロファイルで40ミクロンの公差までメーカーによって100％測定されています。

バリ取りまたは面取り操作は、品質に主に焦点を当てた仕上げパスと見なす必要があります。生産性は常に重要ですが、特に数十万ドルの費用がかかる航空宇宙コンポーネントの場合、出力を最大化するためにツールをプッシュすると、悪影響があり、費用がかかる可能性があります。一貫性、信頼性、スクラップパーツの排除が最も重要です。

結論

仕様外の鋭いエッジやバリのある部品は、高価なスクラップと見なされることが多くなっています。これは航空宇宙産業では非常に明白ですが、医療、エネルギー、その他の産業内のいくつかの重要なアプリケーションで成長傾向にあります。製造業者は、一貫性があり、文書化可能で、コスト効率の高い、コンポーネントのバリ取りと部品エッジのプロファイル作成の方法を必要としています。 Mechanized Edge Profiling（MEP）は、手動操作に取って代わるため、その必要性を満たします。手動操作は、どれほど巧みに実行されても、パーツごとに一貫性がなく、人件費、セットアップ、およびパーツ処理の費用が高くなります。一部のエンドユーザーは、手動によるバリ取りを文書化および認定できないため、すでに禁止しています。

最も効率的で費用効果の高いMEPは、エンジニアリング開発とアプリケーションの専門知識の組み合わせを表しています。このようなトータルソリューションを提供するツールメーカーは、航空宇宙製造プロセス（および他の重要な業界の同様のプロセス）を合理化し、新しいレベルの品質と生産性を生み出すのに役立ちます。

MEPの実行

機械化されたエッジプロファイリングは、さまざまなアプリケーションでメーカーに利益をもたらしています。

ある状況では、メーカーがツインスピンドルマシンで303ステンレス部品を製造していました。部品の量とバッチサイズが大きくなるにつれて、生産性を向上させる必要もありました。操作は不均衡で時間がかかりました。機械加工の90％は主軸で行われ、部品の下側の手動バリ取りが必要であり、追加のセットアップが必要でした。メーカーがカスタム設計の超硬MEPツールを機械のサブスピンドルに適用すると、部品のフランジボルト穴の両側を同時にプロファイリングできるようになりました。 2つの主軸間の加工時間がよりバランスよくなり、サイクルタイムが大幅に短縮されました。 MEPツールを使用すると、手動でバリ取りを行う必要がなくなり、余分なセットアップと時間が必要になります。

別のケースでは、面取りされた（平らな）エッジ処理と丸みを帯びた（丸みを帯びた）エ​​ッジのどちらかを選択しました。一部の部品には、どちらのスタイルの工具でもエッジを処理するという特定の要件がありません。ただし、あるメーカーは、面取りの代わりに半径を適用すると、面取りされた部品の3倍の寿命が得られることを発見しました。工具の選択における一見小さな違いにより、部品の品質が大幅に向上しました。

最後に、TiAl-4Vファンディスクでの航空宇宙製造操作は、MEP輪郭ツールのアプリケーションの例を提供します。製造業者は、ディスクを加工するためにカムフィットホルダーに保持された超硬フォームツールを使用していました。ディスクとスロットの半径の周りのランダムな位置で表面仕上げが悪く、問題は一貫性がなく、重大度と頻度が異なりました。製造元は、直径10 mm、センターカッティングの10歯のロリポップスタイルのコーティングされた、30°の右ねじれを備えた超硬カッターを適用しました。このツールにより、表面仕上げの問題が解消され、ディスクの両面をかなり短い時間で仕上げることができました。

以前はSecoTools.comで紹介されていました。