EV部品加工に最適化された工具と戦略：PCD工具が自動車メーカーの強い味方に

EV（電気自動車）ブームが加速する中、車両部品製造に新材料が採用され、自動車サプライヤーに機械加工の課題を突きつけています。なぜ多結晶ダイヤモンド（PCD）切削工具が、自動車メーカーの「ベストフレンド」になりつつあるのかを解説します。

自動車が存在する限り、自動車メーカーはアルミニウムを使ってきました。実は、自動車の先駆者カール・ベンツが1901年に初のアルミニウムエンジン部品を採用し、続く1908年にはブガッティがアルミニウムシャーシとボディ部品を、1934年にはアルファロメオが過給機付きアルミニウムエンジンを搭載しました。

以来、アルミニウムとその合金の人気は高まり続け、最近ではフォードが2015年にアルミニウムボディのF-150ピックアップを投入したのが記憶に新しいところです。しかしこのトレンドは、GMが2025年までに30車種の新型EVを投入し、その10年後には内燃機関（IC）エンジンを完全廃止する計画を発表したことで、大規模な飛躍を遂げようとしています。他メーカーも必ずGMの先駆的道筋を追随するでしょう。

車両電動化とアルミニウムに何の関係があるのか。大きくあります。この強くて軽い金属は、厳しい燃費基準クリアに役立つとして自動車業界の寵児でしたが、調査会社DuckerFrontierの最近の調査によれば、北米におけるEVと非EVの平均アルミニウム使用量は2030年までに24%増加すると予測されています。

この消費増の一部は、既に使われているホイール、ポンプボディ、シリンダーヘッド、トランスミッションハウジングによるものですが、今後はバッテリートレー、電気モーター部品（ステーター、ハウジング等）へと拡大していきます。ただし、一つ大きな問題があります：鍛造・圧延アルミ合金の多くは比較的切削しやすいのに対し、これらの部品に使われる鋳造材料は非常に研磨性が高く、工具寿命低下とダウンタイム増大を招くのです。業界の悪名高い高生産量を考えれば、これは自動車メーカーとティアサプライヤーにとって深刻な懸念です。

難題への対応

幸い、この課題に対応できる切削工具材料があります。多結晶ダイヤモンド（PCD）です。Kyocera Precision Toolsの自動車アプリケーションスペシャリスト、ジェラルド・フィッチ氏によれば、ろう付けPCDドリルとエンドミル、インデキサブルカッター、カスタムソリューションまで幅広く揃っており、アルミニウムを日常的に加工するあらゆるショップのコスト削減と生産性向上に貢献します。

「自動車メーカーにとって『刃あたりコスト』がすべてです。PCD工具は超硬の10倍の価格でも、短いサイクルタイムと圧倒的な工具寿命延長が価格差を大きく上回ります」

フィッチ氏は、同社のMFAHとMEASフライスカッターを2つの有力ソリューションとして挙げます。両者とも低切削力でバリとワークチッピングを最小限に抑え、高品位な仕上げ面を生成——いずれも大量アルミニウム加工で極めて重要です。こうしたインデキサブル工具は、鋳鉄や粉末冶金シリンダーライナーが存在するエンジンブロック天面のフライス加工にも適しており、自動車市場では一般的だが困難なケースに対応できます。

深穴ボーリングへの挑戦

Guhring Inc.のPCD/PCBN部門製品マネージャー兼エンジニアリングスーパーバイザー、リック・ウィス氏も同様の課題を目の当たりにしています。自動車部品の公差と面粗度は往々にして厳しく、電気モータステーターのボア加工では、長い長さ/直径比も予想されます。

「一例が電気モータのステーターボアで、直径200mm超（7.87インチ）、深さはその1〜1.5倍になることも珍しくありません」とウィス氏。「加工アプローチは従来のトランスミッションハウジングとよく似ていますが、こちらの方がより長いリーチを要することもあります。荒・中仕上げ・仕上げの3段階ボーリングプロセスが必要です。違いは工具本体材料と調整システムにあります。」

Guhringがこの部品向けに提案したソリューションは、皮肉にも工具本体自体がアルミニウム製のカスタムカッターでした。HSKスピンドルインターフェースを備え、6枚以上のPCDインサートを装着、各々がサイズコントロール用の調整可能カートリッジにマウントされています。「自動車用切削工具としてよくある『フルスペックの特注品』で、1本の工具で複数の直径と形状を加工できます」とウィス氏。

PCDで高送りを実現

Kennametal Inc.のPCD/PCBN製品マネージャー、チャド・ヘフリンガー氏は、自動車メーカーが数十年前からPCD工具でアルミニウム加工を改善してきた一方、ティアサプライヤーは長らく後れを取っていたと説明します。それが近年、PCDに必要な高主軸速度と高送りを備えた比較的低コストなCNC工作機械が広く普及したことで、最小規模ショップでもPCDの高生産性を享受できるようになりました。

もう一つの変化は、いわゆる「ベイン（脈状）PCD工具」の開発です。「ほとんどの切削工具のPCDは、平らなパックから切り出し、超硬基材にろう付けしたものです」とヘフリンガー氏。「欠点は、超硬工具のように曲面形状が作れないこと。ベイン工法では、PCDを準備された超硬ブランク内の曲線スロットに焼結させるため、ヘリカルドリルやエンドミルに使用可能になります。」

ヘフリンガー氏は、アルミニウムだけが自動車材料ではないことも指摘します。炭素繊維強化プラスチック（CFRP）などの複合材を、ボディパネル、フレーム部品、バンパー、EVではバッテリートレーに採用するメーカーが増えています。ここでもPCD工具が第一選択、時には唯一の選択肢です。

「CFRPは非常に研磨性が高い上、チッピングと剥離を起こしやすい材料です。これがベインPCD工具がこれら材料、特に航空宇宙分野で好まれる理由の一部ですが、自動車でも一定程度採用されています。PCDの極めて高い耐摩耗性と、より柔軟な形状設計が、複合材加工や一部アルミ合金加工で遭遇する問題を解決します。」

EV生産能力を加速するために、どのようなステップを踏んでいますか？ 考えとインサイトをコメントで共有してください。

自動車部品に最適な工具と加工戦略を用いる

EV（電気自動車）ブームが加速する中、車両部品製造に新材料が採用され、自動車サプライヤーに機械加工の課題を突きつけています。幸い、この課題に対応できる切削工具材料があります：多結晶ダイヤモンド、すなわちPCDです。EV生産能力を加速するために、どのようなステップを踏んでいますか？ アンケートでインサイトを共有し、他の取り組みを発見しましょう。

アルミニウム合金の加工をどう管理していますか？