CNC加工部品の熱処理

精密機械加工に対する金属の特性と反応を変える方法はたくさんあります .その方法の一つが熱処理です。熱処理は、強度、硬度、靭性、加工性、成形性、延性、弾性など、金属のさまざまな側面に影響を与えます。また、金属の物理的および機械的特性にも影響を与えるため、金属の用途が変化したり、金属の将来の作業が変化​​したりします。これらの変化は、材料の微細構造や場合によっては化学組成の変化によって発生します

ここでは、CNC 機械加工で最も一般的に使用される金属合金関連の熱処理と、これらの熱処理が精密機械加工の部品にどのように影響するかを注意深く研究します。

熱処理とは?

多くの標準的な CNC 製造施設では、熱処理が使用されます。メーカーは、熱処理プロセスを含めることを選択することで、完成したコンポーネントの強度、可塑性、耐食性を変えることができます。

これらの処理では、金属合金を (通常は) 極端な温度まで加熱し、制御された条件下で冷却して、材料の物理的状態または機械的特性を変化させます。材料が加熱される温度、この温度を維持する時間、および冷却速度は、金属合金の最終的な物理的特性に大きく影響します。

設計およびエンジニアリング プロセスの一部は、部品に必要な物理特性を決定し、これらの要件を満たす最適な金属を選択することです。処理前または処理後の金属合金の熱処理により、重要な物理的特性が大幅に向上します。熱処理により、金属の硬度、強度、または加工性が向上します。

熱処理の種類

アニーリング

アニーリングは、材料を臨界温度まで加熱した後、ゆっくりと冷却する熱処理プロセスです。アニーリング プロセスは、材料の物理的構造を変化させ、より柔らかく延性を高めます。

アニーリングとは、アルミニウム、銅、鋼、銀、真鍮などの金属を特定の温度に加熱し、一定時間保持して変態させた後、空冷する熱処理方法です。このプロセスにより、金属の延性が増し、硬度が低下するため、金属の加工が容易になります。銅、銀、および真鍮は急速またはゆっくりと冷却できますが、鋼のような鉄金属は、アニールを行うために常に徐々に冷却する必要があります.

焼きなましは通常、すべての金属合金が形成された後、それらを柔らかくして加工性を向上させるためのさらなる処理の前に実行されるため、より硬い材料が簡単に割れたり壊れたりすることはありません。他の熱処理が指定されていない場合、ほとんどの CNC 機械加工部品はアニールされた状態の材料特性を持ちます。

焼き戻し

焼き戻しは、通常、軟鋼 (1045 および A36) および合金鋼 (4140 および 4240) を急冷した後に、焼きなましよりも低い温度で部品を加熱します。焼き戻しは、金属の硬度、延性、および強度を変更するために使用できます。これにより、通常、加工が容易になります。金属は臨界点よりも低い温度に加熱されます。これは、温度が低いほど硬さを維持しながら脆性が減少するためです。

ストレス解消

応力除去では、パーツを高温 (ただしアニーリングよりは低温) に加熱してから、パーツをゆっくりと冷却します。通常、製造プロセス中に発生する残留応力を除去するために、CNC 機械加工後に使用されます。このようにして、より一貫した機械的特性を持つ部品を製造することができます。

応力の除去は、前の製造プロセスで材料の内部応力を除去するための必要条件です。応力緩和がないと、使用中に部品に亀裂が生じたり、耐性が失われたりして、最終的に部品の損傷につながります。

クエンチング

焼入れには、金属を非常に高温に加熱してから急冷する工程が含まれます。通常、材料は油または水に浸されるか、冷気の流れにさらされます。ただし、部品に必要な最終的な機械的特性によっては、ポリマーや塩が使用されることもあります。急速冷却により、加熱時に材料が受ける微細構造の変化が「固定」され、部品の硬度が非常に高くなります。

部品は通常、高い表面硬度を達成するための製造プロセスの最後のステップとして、CNC 機械加工の後に急冷されます。その後、焼き戻しプロセスを使用して、結果として得られる硬度を制御できます。たとえば、焼入れ後の工具鋼 A2 の硬さは 63 ～ 65 HRC ですが、焼戻しによって 42 ～ 62 HRC の硬さにすることができます。焼戻しは部品の脆さを軽減し、それによって部品の耐用年数を延ばすことができます (最良の結果を得るための硬度は 56-58 HRC です)。

ケース強化

肌焼きは、材料内部の柔らかさを維持しながら、部品の表面硬度を高めることができる一連の熱処理です。これは通常、パーツ全体に硬度を追加するよりも (たとえば焼入れによって) 優れています。なぜなら、より硬いパーツはより脆いからです。

浸炭は、最も一般的な表面硬化熱処理です。炭素含有量の少ない金属 (鋼など) の場合、追加の炭素を表面に注入する必要があります。その後、部品を急冷して金属マトリックスに炭素を固定します。陽極酸化処理がアルミニウム合金の表面硬度を高める方法。

肌焼きは通常、部品を機械加工した後の最後のステップとして使用されるプロセスです。高熱を他の要素や化学物質と組み合わせて、硬化した外層を生成します。硬化は金属をよりもろくするため、表面硬化は、耐久性のある摩耗層を備えた柔軟な金属を必要とする用途に役立ちます。

熱処理が適用される時期 ?

金属合金は、製造プロセス全体で熱処理することができます。 CNC 機械加工部品の場合、通常、次の熱処理が使用されます。

CNC 加工前: 標準化されたグレードの金属合金を提供する必要がある場合、CNC サービス プロバイダーは在庫材料から部品を直接処理します。これは通常、配達時間を短縮するための最良のオプションです。

CNC 加工後: 特定の熱処理は、材料の硬度を大幅に高めたり、成形後の仕上げステップとして使用したりできます。これらの場合、硬度が高いと材料の被削性が低下するため、CNC加工後に熱処理が行われます。たとえば、これは工具鋼部品を CNC 加工する場合の標準的な方法です。

注文時に熱処理を指定する方法

CNC を注文する場合、熱処理を依頼する方法は 3 つあります。

製造基準への言及:

多くの熱処理が標準化され、広く使用されています。たとえば、アルミニウム合金 (6061-T6、7075-T6 など) の T6 インジケータは、材料が析出硬化されていることを示します。

必要な硬度を指定してください:

これは、工具鋼の熱処理と表面硬化を指定するための一般的な方法です。これにより、製造業者は CNC 加工後にどの熱処理を行う必要があるかがわかります。たとえば、D2 工具鋼の場合、硬度は通常 56 ～ 58 HRC です。

熱処理サイクルを指定:

これには、高度な冶金学の知識が必要です。さまざまな熱処理が金属にどのように影響するかを理解していれば、必要な熱処理プロセスを指定して、アプリケーションの材料特性を具体的に変更できます。