高硬度鋼のフライス加工を成功させるための重要な要素

これまで、高硬度鋼の荒フライス加工では、非常に低い切削速度と送り速度、および大きな切削深さと工具の移動距離しか使用できませんでした。この加工方法は遅くて時間がかかりますが、ワークに深い段付きツールマークを形成することができます。そのため、その後の中仕上げ加工と仕上げ加工を複数回行う必要があります。また、硬度の低いワークを荒削りした後、熱処理を行い、硬化したワークを再度フライス盤でクランプし、複数回のクランプで中微フライス加工と微フライス加工を完成させる方法もあります。もう 1 つの方法は、硬化鋼の放電加工 (EDM) ですが、このプロセスも非常に時間と費用がかかります。

現在、これらの時間と手間のかかる従来のプロセスは、切り込みが小さく送りが大きい高速ハードミーリング技術に取って代わられつつあります。機械加工工場は、最初にダイブランクに穴と喫水線をドリルで開け、次に熱処理を実行し、次に高速フライス加工戦略を採用して、一度のクランプで粗フライス加工と精密フライス加工を完了することができます。ハードミリングでは、金属除去率が高くなります。荒削り後にニアネットシェイプのワークが得られるため、中細削りや細削りの作業負荷を大幅に軽減できます。ハードミリングの機械加工面仕上げは、10-12rms に達することがあります。このプロセスにより、生産効率が大幅に向上し、ワークピースの複数のクランプと繰り返し処理のコストを削減できます。

ただし、高速ハード ミーリング技術をうまく適用するには、プロセスに影響を与える重要な要因を完全に理解し、十分に考慮する必要があります。

被削材の硬度と機械加工性

典型的な硬化鋼で測定された硬度範囲は通常、hrc48-65 です。しかし、実際の機械加工の被削性を考えると、ロックウェル硬度がすべてではありません。たとえば、D2 ダイス鋼の硬度は約 hrc60-62 ですが、その高クロム含有量 (11%-13%) は材料の靭性を高めるため、被削性は硬度 hrc62-65 の被削材に近くなります。 D2 ダイス鋼および同様の多成分合金鋼の場合、工具サプライヤーから提供され、一般に硬度の高い材料に適用できる切削パラメータを使用する必要があります。

一定のチップ負荷を維持

フライス加工 (特に高硬度鋼の高速フライス加工) では、工具寿命を延ばし、部品の品質を向上させるための鍵は、フライスカッターの刃先が受ける切りくず負荷の一貫性を維持することです。切りくず負荷＝送り速度÷主軸速度×刃数。切りくず負荷の変化が大きすぎたり不適切であったり (大きすぎたり小さすぎたり) した場合、フライスカッターは摩耗、破損、損傷が早すぎます。

金型製造で共通の 3 次元プロファイルをフライス加工する場合、一定の切りくず負荷を維持することは特に困難です。従来のプログラミング方法では、通常、線形の高速切削と大きな送り工具パスが採用されますが、複雑なプロファイルをフライス加工する場合、工具が負担する負荷は常に変化し、工作機械は必要な切りくず負荷を維持できない場合があります。たとえば、フライスが 90 ° の角度に達すると、その切削角度は 2 倍になり、切削抵抗も増加します。送り速度を下げないと、フライスは急速に摩耗または損傷します。変化するダイ プロファイルをフライス加工するために、加工技術者は送り過負荷コントローラを介して手動で送り速度を下げるか、カム加工プログラムと工作機械制御システムが共同で送り速度を妥当なレベルまで下げることがあります。

カム加工プログラムと工具を工作機械にロードし、フライスカッターの Z 方向の高さをワークピースから約 25.4 mm 上に設定することで、加工技術者は指定された送り速度に到達できるかどうかを判断できます。実際の送り速度は、1回の試運転で知ることができます。物理学の基本原理により、必要な送り速度と切りくず負荷を常に維持することは不可能です。有用な経験則として、プログラムされた送り速度の保持時間が合計処理時間の 80% 未満である場合は、それに応じてスピンドル速度を下げて、切りくず負荷が一定であることを確認する必要があります。

工具の振れを減らす

フライス加工では、工具の振れも重要ですが見過ごされがちな要因です。一般的に、振れが0.01mm（髪の毛の直径の1/7）を超えると、工具の寿命が半減することがあります。非常に小さい仕様のフライスカッターを使用する場合、工具の振れをできるだけ減らすことが非常に重要です。一部の小径フライスでは、0.01mm の振れが 1 つの刃に作用する切りくず負荷を 2 倍にし、フライスの刃先の摩耗を加速させます。一部の加工工場では高価な工作機械や高級工具を使用していますが、精度の低い低コストの工具チャックを使用しており、これが多くの加工問題の重要な原因となっています。高精度ツール チャック (ホット フィット チャック、油圧チャックなどを含む) は、基本的にツールの振れの悪影響を排除できます。

高度なプログラミング ソフトウェアを採用する

加工プログラミングソフトウェアは、一定の切りくず負荷を維持するために不可欠です。下位レベルのプログラミング システムと比較して、ハイエンドのカム システムは、より多くのデータ ポイントを使用してツール パスを定義できます。この種のカム プログラムは、刃に作用する切削力が妥当なレベルに保たれるように、工具の切り込みと切り出しを制御することもできます。通常、ハイエンドの CAM ソフトウェアはより高価ですが、その利点は通常、初期購入コストの高さを上回る可能性があります。

工作機械制御システムの機能も、効率的なフライス加工において重要な役割を果たします。高速フライス加工戦略を効果的に実装するために、工作機械は、事前に予測し、カム プログラムによって指定された加工パラメータの急激な変化をスムーズに処理できる強力な計算能力を備えている必要があります。高速フライス加工では、複雑なマシンモーションコマンドを追跡して実行するために、工作機械の制御およびサーボシステムが大量のコードブロックを高速で処理する必要がありますが、古いコントローラーとサーバーはこれを満たしていない可能性があります

工具寿命の管理

高速フライス加工の工具寿命については、切りくず負荷、工具の振れ、およびその他の問題 (工作機械の剛性など) を注意深く考慮する限り、予期しない結果が生じる可能性があります。高硬度鋼のフライス加工では、フライスカッターを正しく使用することで、工具の寿命を延ばすことができます。もちろん、工具寿命の定義も考慮すべき要素の 1 つです。ダイの表面仕上げに対するお客様の要件により、工具を交換するまでのフライスカッターのサービス時間が制限される場合があります。

高い切削温度は、工具寿命に悪影響を及ぼします。したがって、高速フライス加工では、小さな切削深さを使用すると、フライスカッターが切削を終了するまでの時間が長くなるため、刃先を冷却して工具寿命を延ばすことができます。硬度HRC 48を超える被削材をフライス加工する場合、工具への熱衝撃を避けるために、通常、エアジェット冷却またはオイルミスト/エアミストを使用してクーラントを交換できます。場合によっては、クーラントの流れが切りくずを洗い流し、二次切削を避けることができますが、ジェット冷却は、工具が急速で厳しい温度変化に耐える必要がないため、間違いなくより良いオプションです.

適切な切削工具の選択

業界全体の発展傾向と同様に、金型製品の寸法精度に対する要求はますます高くなっており、これらの要求は金型とその部品の加工に使用される切削工具に反映されています。数年前まで、ボール エンド ミル カッターの一般的なラジアル寸法公差は 10 μ m でした。今では5μMに迫っています。 成形精度の低いボールエンドミルで加工した部品では、高い嵌合精度を出すことは困難です。精度要件が厳しい金型製造業界では (たとえば、液状シリコーン押出金型のミスマッチ エラーは 2 μ m にまで減少)、ツールによるエラーを回避することは非常に重要です。

高硬度材のフライス加工では多くの切削熱が発生するため、ハードミーリングに使用される多くの超硬エンドミルでは遮熱コーティング (AlTiN コーティングなど) が使用されます。耐熱性と強度を向上させるために、これらのフライスは通常、高硬度の微結晶超硬合金マトリックス (コバルト含有量 8%) を採用し、刃先は負のすくい角を採用して刃先の崩壊を防ぎます。精密フライス加工では立方晶窒化ホウ素 (CBN) カッターを使用でき、荒加工にはブレード エンド ミルが非常に適しています。

マイクロフライスは、これまで放電加工機でしか実現できなかった微細な形状を加工することができます。現在、直径0.1mmのフライスカッターが利用可能であり、そのような小さなカッターでも、より短い溝長さを採用する限り、高速フライス加工に有効に適用できます。

さまざまな要素の総合的なバランス

高硬度鋼のフライス加工の生産効率と加工品質を最大化するには、精密工具、高度な CAM ソフトウェア、高性能工作機械、高精度工具コレットを総合的に適用し、その他の対策 (クーラントの交換など) を講じる必要があります。工具、工作機械、被削材のサプライヤーは、通常、加工ワークショップが実際のプロセスバランスを達成し、生産性の目標を達成できるように、独自の専門知識とスキルを喜んで提供します