金属加工のトップ5課題とエキスパート解決策

金属加工には知るべきことが山ほどあります。問題が発生したらどうしますか？ 平均20年以上の経験を持つスペシャリスト3名に、金属加工・機械加工のよくある問題への最良の解決策を聞きました。

金属加工のトップ課題とは？ 最近、MSCメタルワーキングスペシャリストのレイ・ギャビン、テリー・スタール、ドン・ブラナムの3名に、顧客が直面する機械加工、ツーリング、プロセスの課題と、それらをどう克服しているかを聞きました。MSCメタルワーキングスペシャリストは担当顧客と密に連携し、機械加工、ツーリング、切削油管理、生産性の問題に対して、ベンダーに依存しない最適解を見つけています。

以下は、スペシャリストたちが定期的に遭遇するトップ5の課題領域の概要です。

1. 金属加工材料

今日製造現場で使われる金属材料は幅広く、鋳鉄・ダクタイル鋳鉄、低炭素鋼、合金鋼、工具鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼、超合金、耐熱合金などがあります。これらは組織の違いによりそれぞれ異なる加工特性を示します。メタルワーキングスペシャリストはしばしば、適切な超硬基材、コーティング、インサートやソリッド超硬の形状、正しい刃先処理の選定を支援し、その作業に最適な工具を確保します。

「私が見る大きな問題の一つは、顧客があるタイプの切削工具が必要だと分かっていても、チタンやインコネル、その他の難削鋼を切るために設計された適切なグレードが必要だという認識が欠けていることです」と、サンアントニオ拠点のMSCメタルワーキングスペシャリスト、テリー・スタール氏は言います。スタール氏は金属加工業界30年以上、うち22年を航空宇宙で過ごし、東テキサスと北ルイジアナ地域の多くの医療メーカーを担当しています。顧客は超合金を多用しており、これらの難削金属こそがスペシャリストたちが最も多く問題を見る分野です。

「一部の顧客は、使用材料に適した運転条件で工具を回していないため、エンドミルやインサートを焼き切ってしまっています」とスタール氏。「主にプログラミングの問題です。不要な余分な工程が多く見られるので、それらを削減するお手伝いをしています。」

工具パスと不要な工程ステップを削ることで、工具寿命を延ばし、部品製造時間を短縮できるとスタール氏は言います。

「多くのショップで、大幅な残業削減を実現できました」とスタール氏。「どうやって？ サイクルタイムを短縮し、同じ生産量を出すのに週10時間も残業しなくて済むようにしたからです。」

2. クーラント清浄化と切削油剤

適切な濃度で清浄なクーラントは、実際に工具寿命を延ばし安定させるとスペシャリストたちは見出しています。正しい濃度管理と月次クーラントメンテナンスは、工具寿命延長、泡立ち防止、悪臭防止、皮膚障害（皮膚炎）防止につながります。

クーラント問題をより深く理解するため、フロリダ州を担当するレイ・ギャビン氏（機械加工・金属加工40年の経験）の実例を紹介します。

彼の顧客の一つ、オーランドの航空宇宙メーカーは24/7操業で、クーラントに関する二重の問題を抱えていました。第一に、機械内の油性残留物で部品が汚れること。第二に、それら油染み部品を洗浄ステーションで洗わなければならないこと。

「合成クーラントを導入し、よく使われている一台の機械で3ヶ月間テストしました」とギャビン氏。「結果は極めて良好でした：皮膚炎ゼロ、部品への汚れ・シミゼロ、部品を機械からよりクリーンな状態で取り出せるようになりました。」

機械の窓ガラスも綺麗になり、加工過程がよく見えるようになりました。油残留は完全に消えました。この試験の最大の成果の一つは、工程を一つ完全にスキップ・削除できたことだとギャビン氏は言います。洗浄・ブローオフ工程が不要になり、1部品あたり約20分の節約、1日5回、24時間操業で実施していたため、日額約100ドル、年額約36,500ドルの節約になりました。

初期試験の成功を受け、同種の合成クーラントを約20台のCNC機に横展開する大規模プロジェクトへ発展。結果は？ クーラントコスト年4万ドル削減（必要量が減ったため）、サクションメンテナンス年6千ドル削減（清浄度が高いため）、廃棄物管理費年4千ドル削減——全方位でコスト削減を達成しました。

流体の未来は？ 「金属加工流体、機械潤滑油、クーラントの未来」をお読みください。

3. 治具とワークホルディング

セットアップ時間と治具使用は時間を消費します。セットアップ短縮はコスト優位性を生みます。旋削とフライス加工は、高繰り返し精度と高精度を備えた迅速・精密なクイックチェンジ治具へ転換可能で、高品質生産性を確保できるとスペシャリストたちは見出しています。

「より多くのアウトプットを、より少ない時間で」がマントラです。より高い生産性への追求が、このソリューショントレンドの原動力です。

「ワークホルディングがより剛性高ければ、部品精度も高まります」とスタール氏。「さらに高速・高送りで加工可能になります……ワークホルディングはフライス分野で特に重要です——切削工具から大きなサイドロードがかかるからです。旋削でも重要ですが、フライスでは特に大きい。」

4. 金属加工技術とイノベーション

変化のスピードについていくのは多くのショップにとって困難です。幸い、テクノロジーをどう活用するか知っていれば、スキルギャップの課題をテクノロジーで補完できます。主要ツーリング・機械加工パートナーを持つメタルワーキングスペシャリストが、イノベーションを顧客の利益にどう転じるかを示します。十分な新人技術者を雇えないショップでも、イノベーションとテクノロジーが救いになるかもしれません。

「テクノロジーは目まぐるしく変化し、顧客は業界最新のツーリングイノベーションを知るために我々を頼りにしています」とスタール氏。

テクノロジーとイノベーションは顧客の機械加工をどう変えているか？ 一つは、より深い機能を持つ統合型工具の使用を可能にしています。例えばスタール氏は、5軸機を持つ顧客に、複数のタスクをこなす工具を見つける支援をよく行います——これによりアウトプット向上と時間短縮が図れます。ドリルで穴あけ、面取り、皿モミが一本でできるものがあるとスタール氏は説明します。以前はこれらは3本別々の工具でした。

「我々は客観的に物事を見ます——特定メーカーに縛られていません」とブラナム氏。「どのメーカーもすべてで最高というわけではありませんから。」

5. プロセスとプログラムの改善

金属除去率を高める方向で機械加工やツーリングプロセスを変えることは、ボトムラインに大きな違いをもたらします。適切な工具パス、切り込み深さ、速度と送り、超硬グレード、形状で生産性を改善すれば、コスト削減と部品生産への時間還元が可能です。

ここでは、しばしば非常にシンプルな工具やアプローチの変更で、ボトムラインへのインパクトとプロセス改善を実現した複数の事例を紹介します。

直径8.5インチの部品を製造していた石油・ガス業界の顧客は、超硬切削インサートからセラミックインサートへの切り替えだけで、プロセス改善率なんと877%——年額89万1千ドルのコスト削減を実現しました。超硬インサートで80 SFMだった切削速度が、セラミック工具で625 SFMまで跳ね上がったのです。

「膨大な時間短縮でした」と、アラバマ州在住でMSC歴9年のブラナム氏。「最大の時間短縮はサイクルタイム改善によるもの——遥かに高い表面速度で加工できるようになったからです。」

もう一つの事例。ある航空宇宙メーカーには5人の手作業デバリング部門があり、手作業でデバリングを行っていましたとギャビン氏。コンボリュートホイールで5分の手作業を1分に短縮できても大したことないように見えますが、時間は積み重なります。このショップは年間約3,600個を製造しており、5分/個では年間約18,000分をデバリングに費やしていました。ホイール導入で3,600分/年に短縮、約2万ドル/年のコスト削減になったとギャビン氏は言います。

同じ航空宇宙ショップでは、U字鋳造部品のデバリングも必要でした。同じ5人部門が手作業で1個約15分かけていましたが、ギャビン氏がフィラメント付きブリッスルホイールを試させたところ、5分に短縮。1個あたり10分短縮、デバリング部門の負荷を約65%——900時間削減。約5万1千ドルのコスト削減も実現しました。

現在、金属加工のどの分野で最も問題を抱えていますか？ あなたのストーリーを共有してください。