CNC加工：高品質部品のための鋼材加工マスターガイド

私たちは皆、CNC加工が部品製造の最良の方法の一つであることを知っています。そしてほとんどの部品は鋼で作られています。鋼の特性を変え、加工を容易にするため、加工完了前にいくつかの追加処理とプロセスが通常行われます。

加工前に材料を硬化させると加工時間と工具摩耗が増加しますが、加工後に鋼を処理して完成品の強度や硬度を高めることができます。では、鋼はCNC加工でどのように鋼部品に加工されるのでしょうか？以下に3つの標準的な鋼材加工技術を示します。

鋼材CNC加工 - 熱処理

熱処理とは、鋼の温度を操作してその材料特性を変えるいくつかの異なるプロセスを指します。

焼鈍（アニーリング）は、硬度を下げ延性を高め、鋼を加工しやすくするために使用されます。焼鈍プロセスでは、鋼を所望の温度までゆっくり加熱し、一定時間保持します。必要な時間と温度は特定の合金によって異なり、炭素含有量の増加とともに減少します。最後に、炉内でゆっくり冷却するか、断熱材で囲んで冷却します。

焼ならし（ノーマライジング）は、焼鈍鋼より高い強度と硬度を維持しながら、鋼の内部応力を除去します。焼ならしでは、鋼を高温まで加熱し、適切な温度で冷却して鋼の硬度を向上させます。

焼入れ（クエンチング）は、鋼を硬化させ強度を高めるだけでなく、より脆くもさせます。焼入れプロセスでは、鋼をゆっくり加熱し、高温で浸漬保持し、その後水、油、塩水溶液などの液体に浸して急速冷却します。

焼戻し（テンパリング）は、鋼の焼入れに伴う脆さをある程度緩和するために使用されます。鋼の焼戻しは焼ならしとほぼ同一です：まず選択した温度までゆっくり加熱し、その後鋼を空冷します。違いは焼戻しが他のプロセスより低温で行われることで、焼戻し鋼の脆さと硬度を低減させます。

鋼材CNC加工 - 析出硬化

析出硬化は鋼の降伏強度を高めます。析出硬化鋼の主な違いは、銅、アルミニウム、リン、チタンなどの元素を含むことで、これらは鋼の強度を高めるだけでなく十分な靭性を維持する、高強度ステンレス鋼の一種で、PH鋼と呼ばれます。

析出硬化特性を活性化するため、鋼はまず固溶化処理され、その後時効硬化されます。時効硬化プロセスでは、材料を長期間加熱し、添加元素を析出させます。異なるサイズの固体粒子を形成し、材料強度を増加させます。

17-4PH（630鋼としても知られる）は、ステンレス鋼析出硬化グレードの一般的な例です。この合金は17%クロム、4%ニッケル、4%銅を含み、銅が析出硬化を助けます。追加された硬度、強度、高耐食性により、17-4PHはヘリデッキプラットフォーム、タービンブレード、核廃棄物樽に使用されています。

鋼材CNC加工 - 冷間加工

多くの熱を加えずに鋼の特性を変えることもできます。例えば、冷間加工鋼は加工硬化プロセスを通じてより強くなります。加工硬化は金属が塑性変形を受けるときに発生します。

これは、ハンマー、ローリング、引き抜きによって意図的に行えます。切削工具やワークが過熱すると、機械加工中に意図せず加工硬化が発生することもあります。冷間加工は鋼の被削性も向上させます。軟鋼は冷間加工に非常に適しています。

鋼で部品を作る場合、これらのことに注意してください！

• 鋼部品を設計する際、材料の固有特性を考慮に入れることが重要です。あなたの用途に適した特徴が、製造向け設計（DFM）の追加考慮を必要とする場合があります。
• 材料の硬度により、鋼の加工はアルミニウムや真鍮などの柔らかい材料より時間がかかります。スピンドル回転数と送り速度を下げることで、部品と工具を保護できます。
• どの鋼を使用するか決める際、硬度と強度だけでなく、被削性の違いも考慮しなければなりません。例えば、ステンレス鋼の加工には炭素鋼の約2倍の時間がかかります。異なるグレードを決める際、どの特性が最も重要で、どの鋼合金が容易に入手可能かも考慮する必要があります。304やステンレス鋼316などの一般的なグレードは、より幅広い在庫サイズで入手可能で、調達に要する時間が短縮されます。