ブローチ加工とは：プロセス、仕組み、主要タイプを徹底解説

ブローチ加工とは

ブローチ加工は、刃先を持つ硬化した歯付き工具（ブローチ）を用いて、工作物から材料を一定かつ連続的かつ正確に除去する機械加工プロセスです。ブローチ加工では、さまざまなサイズの突起した歯を持つ工具が、工作物への每パスごとに指定された量の材料を精密に切り取ります。

ブローチ加工では、複数の切削刃を持つ工具が動き工作物が静止しているか、あるいは工作物が動き工具が静止しています。場合によっては、工具と工作物の間に相対回転があることもあります。ブローチ加工は、工作物の中心を通る内面ブローチ加工、または工作物表面を加工する外面ブローチ加工のいずれかで行えます。

ブローチ加工は、歯付き工具（ブローチ）を使用して材料を除去する機械加工プロセスです。ブローチ加工には主にリニアブローチ（直線ブローチ）とロータリーブローチ（回転ブローチ）の2種類があります。より一般的なリニアブローチでは、ブローチを工作物の表面に対して直線的に走らせて切削を行います。

リニアブローチはブローチ盤（ブローチマシン）で使用され、 sometimes simply shortened to broach. ロータリーブローチでは、ブローチを回転させながら工作物に押し付けて軸対称形状を切削します。

ロータリーブローチは旋盤や自動盤で使用されます。どちらのプロセスもブローチの1パスで切削が完了するため、非常に効率的です。

ブローチ加工は、特に複雑な形状で精密加工が必要な場合に使用されます。一般的に加工される面には、円形・非円形の穴、スプライン、キー溝、平面などがあります。

典型的な工作物には、小型から中型の鋳物、鍛造品、自動盤部品、プレス部品などがあります。ブローチは高価ですが、大量生産では他のプロセスよりもブローチ加工が好まれます。

ブローチはノコギリに似た形状ですが、歯の高さが工具の長さに沿って増加しています。さらに、ブローチには荒加工用、中仕上げ用、仕上げ用の3つの明確なセクションがあります。

ブローチ加工は、送りが工具に内蔵されているという点で珍しい機械加工プロセスです。加工面のプロファイルは常にブローチのプロファイルの逆形状になります。歯当たり上昇量（RPT）、別名ステップまたは歯当たり送り量が、除去される材料量と切りくずの大きさを決定します。

ブローチを工作物に対して相対移動させるか、その逆を行います。すべての機能がブローチに内蔵されているため、複雑な動作や熟練労働は不要です。ブローチは本質的に、順番に切削する単点切削工具の集合体であり、その切削はシェイパーの複数パスに類似しています。

ブローチ加工プロセスとは

ブローチ加工プロセスは、表面ブローチ加工か内面ブローチ加工かによって異なります。表面ブローチ加工は、一方の面が他方に作用するため最も単純な操作です。

例えば、ブローチ工具を固定して工作物をそれに押し当てるか、工作物を固定してブローチをそれに押し当てるかのどちらかです。

内面ブローチ加工はそれほど単純ではありません。内面ブローチを使用するには、工作物をワークホルダーで固定する必要があります。ワークホルダーはブローチ盤のマウントも兼ねます。次に、マシンのエレベーターでブローチを工作物内に下ろします。

次に、マシンのプーラーがブローチのパイロット（先端案内部）を掴み、エレベーターがフォロワーを解放すると、プーラーがブローチを工作物全体に引き抜きます。最後に工作物を取り出し、ブローチがエレベーターと再び噛み合います。

ブローチ加工の用途

ブローチには非常に多くの用途があります。実は、ハンドツール、家電、配管、自動車設計、農業機械、さまざまな軍事・産業用途などでブローチ加工の例を見たことがあるはずです。

しかし、ブローチ加工の主な用途は、精密で反復可能かつ複雑な切削を必要とする大量生産部品の製造です。ブローチ加工はさまざまな用途に使用できますが、最適な材料は硬度26〜28 HRC（ロックウェルCスケール）のものです。

しかし、多くの生産現場では硬度32 HRCまでの材料でも成功しています。

ブローチの手入れ方法

新品のブローチを入手したとき、少なくとも8,000回の切削には耐えられます。しかし、適切に手入れし定期的に再研磨すれば、当初の見積もりを大幅に超える約60,000回以上の切削が可能になります。

ブローチは高価な部品で、一部は約20万円（約2,000ドル）以上します。推定8,000回の切削は小規模な操業には十分かもしれませんが、すべての企業が頻繁にこれらの工具を交換できるわけではありません。

したがって、3,000個の部品を切削した後で、ブローチを研磨・再調整に出す価値があるかもしれません。これによりブローチの寿命を延ばし、全体的な生産コストを削減できます。部品切削に必要な力が増加したと感じたら、ブローチの研磨が必要なサインです。

ブローチ盤の種類

主なブローチ盤の種類をいくつか紹介します：

• 横形ブローチ盤
• 縦形ブローチ盤
• 内面ブローチ盤
• 外面ブローチ盤
• ロータリーブローチ盤
• リニアブローチ盤

1. 横形ブローチ盤

横形ブローチ盤は、工作物をブローチするために引き抜き型（プルタイプ）方式を使用し、内面および外面ブローチ加工に用いられます。横形マシンにはベッド、ブローチパイロット、駆動機構があります。

横形マシンの主なブローチは、キー溝、スプライン、スロット、丸穴、内部形状です。横形マシンは床面積を取りますが、長いブローチと重い工作物に最適です。

2. 縦形ブローチ盤

縦形ブローチ盤は、ブローチ工具を押しまたは引きします。押しブローチ（プッシュブローチ）が最も一般的です。縦形マシンの設計と構成により、工作物を一台のマシンから別のマシンへ容易に移せるため、複数の操作を実行できます。

縦形マシンには押し下げ型、引き上げ型、引き下げ型の3タイプがあります。引き上げ型が最も人気です。縦形ブローチ盤は油圧または電気機械駆動で駆動でき、油圧が最も一般的でコスト効率に優れています。

3. 表面ブローチ盤

表面ブローチ盤は、工作物の表面から余分な材料を除去します。切削工具が工作物を通過して平面や輪郭面を生成します。表面ブローチ盤のユニークな特徴は、切削工具がラムに取り付けられ、それが工作物を通り過ぎるように強制されることです。

ラムはマシンの設計に応じて水平または垂直に移動できます。表面ブローチ盤に2つのラムを持たせることも可能で、これはデュプレックスブローチと呼ばれます。

4. 連続ブローチ盤

連続ブローチ加工では、工作物が常に移動しながらブローチは固定されています。移動は直線、水平、円運動のいずれかです。

水平連続ブローチ加工では、工作物をチェーンに取り付けた治具に載せます。連続ブローチ加工は、同じタイミングで同様の部品を切削する場合に使用されます。

5. ロータリーブローチ盤

ロータリーブローチは他のブローチ加工とは異なり、ウォブルブローチとも呼ばれます。内部または外部の多角形形状を精密に生成する方法です。ロータリーブローチでは、切削工具を工作物の中心線に対して1°の角度で配置し、これによりブローチがノミ切りやすくい効果で切削します。

ロータリーブローチは、水平または垂直スピンドルマシンで旋盤やフライス盤を使用して行えます。スピンドルが自由に回転できるものです。ロータリーブローチで作成可能な形状には、六角形、四角形、セレーション、キー溝、インボリュート、スプライン、歯車、数字、文字などがあります。

6. ターンブローチ盤

ターンブローチ盤は、高い仕上げ面が必要な円形、直線、螺旋切削に使用されます。工具には複数のインサートがあり、クランクシャフトをセンター間で回転させて材料を除去します。ターンブローチ盤のコンポーネントは仕上げ加工や荒加工が可能です。マシンのタイプが工具を決定します。

荒加工用インサートとそのセグメントは、要求される材料除去率に依存します。仕上げセグメントには調整可能なカートリッジがあり、厳しい公差の生産に最適です。

7. CNCブローチ加工

コンピュータ数値制御（CNC）マシンは、最近の技術開発によりブローチ加工プロセスに使用できるようになりました。ロータリーまたはリニアプロセスを使用して、単一ステップで部品をブローチ加工できます。ブローチ加工会社は、CNCプロセスに組み込める工具、工具本体、ホルダーを設計しています。

CNCブローチ加工には、インデキサブルインサートブローチ工具と工具ホルダーがあります。特殊な工具ホルダーにより、複数の専用インサートを使用可能です。CNCブローチには、ロータリー/ウォブル、パンチ、キー溝、スプライン、多角形、セレーションなどがあります。

ブローチ加工の利点

• フライス加工、平削り、穴あけなどより非常に高い生産速度
• 製品の高い寸法精度、形状精度、表面仕上げ
• 同一カッターの1ストロークで荒加工と仕上げ加工が可能
• 切削運動が1つだけなので、設計、構造、操作、制御がシンプル
• 大量生産に非常に適しており経済的
• 専門知識が不要
• 優れた仕上げ面
• 高精度でサイクルタイムが短い
• ブローチ操作の実行に高いスキルは不要
• 内面または外面の仕上げ加工に使用可能
• 公差±0.0075mm、表面粗さ約0.8μmが達成可能
• ブローチが切削液を切削点に引き込む傾向があるため、切削液を最も効果的な場所に容易に供給可能

ブローチ加工の欠点

• 貫通穴と表面のみ加工可能
• 軽切削のみ使用可能
• 切削速度を高くできない
• ブローチの欠陥や損傷が製品品質に深刻な影響を与える
• ブローチの設計、製造、再生が困難で高価
• 仕事のサイズ、形状、幾何学が変わるたびに別のブローチを調達・使用する必要がある
• 生産量が多い場合のみ経済的
• 非常に大型の工作物はブローチ加工できない
• 工具コストが高い
• 大量の材料除去にはブローチ加工を使用できない
• ブローチ加工される部品は剛性よく支持可能で、切削時に発生する力に耐えられる必要がある