精密加工におけるカスタム切削工具の重要な役割

加工プロセスでは、標準工具では対応困難な状況にしばしば遭遇するため、非標準工具の製作は加工において非常に重要です。

非標準工具の金属切削での使用はフライス加工でより一般的であるため、本記事では主にフライス加工における非標準工具製作を紹介します。

標準工具の生産は、広範囲で大量の一般的な金属・非金属部品切削を対象としています。ワークが過熱して硬度が上がったり、ステンレス鋼で溶着しやすかったり、ワーク表面形状が非常に複雑だったり、加工面粗さ要求が高い場合、標準工具では加工ニーズを満たせません。したがって加工プロセスで、工具材料、刃先形状、幾何学角度などを対象に特化して設計する必要があります。これは特注品と非特注品の2カテゴリーに分けられます。

1. 非特注工具が主に解決する2つの問題：寸法と表面粗さ

1. 寸法問題

要求サイズに近い標準工具を選び、再研磨で解決できますが、2点注意が必要です：

1) サイズ差は一般に2mm以内にすべきです。差が大きすぎると工具溝形状が変わり、チップポケットと幾何角度に直接影響します。

2) 刃穴付きエンドミルなら普通工作機械で再研磨可能でコスト低。キー溝フライスカッタのように刃穴がない場合、普通工作機械では不可能で専用5軸連結機が必要で、再研磨コストも高くなります。

2. 表面粗さ問題

刃先幾何角度変更で達成できます。例えば前角と後角を増やすとワーク表面粗さを大幅に改善できます。しかし使用者の工作機械剛性が不足している場合、刃先が鈍って表面粗さが改善できるとは限りません。この側面は非常に複雑で、加工現場を分析してから結論を出す必要があります。

2. 特注工具が主に解決する3つの問題：特殊形状、特殊強度硬度、特殊チップ許容と排出要求

1. ワークに特殊形状要求がある場合

例えば工具長を延ばす、エンド歯を逆向きにする、特殊テーパー角要求、シャンク構造要求、刃長寸法管理など。このタイプの工具形状要求がそれほど複雑でなければ実際は解決しやすいです。注意すべきは非標準工具加工は高精度追求が難しいことです。高精度自体が高コスト・高リスクを意味し、メーカー生産能力と自社コストに不必要な浪費をもたらします。

2. ワークに特殊強度と硬度要求がある場合

ワークが過熱して強度硬度が高い、一般工具材料では加工不能、または溶着がひどい場合、工具材料に特殊要求を出す必要があります。一般的解決策は高グレード工具材料選択です。例えばコバルト含有高速度鋼工具で焼入れ焼戻しワーク材料を切削、高品質超硬工具で高硬度材料加工、さらには研削代わりにフライス加工可能です。もちろん特殊ケースもあります。例えばアルミニウム部品加工では、市販の超硬工具が適さない場合があります。アルミニウム部品は一般に軟らかく易削材と言えます。硬い工具材料は実際にはアルミニウム高速度鋼の一種で、通常高速度鋼より硬いですが、アルミニウム部品加工時にアルミニウム元素間の親和性を生じさせ、工具摩耗を増大させます。この時高効率を得たいならコバルト高速度鋼を選択できます。

3. ワークに特殊なチップ許容と排出要求がある場合

この時、より少ない刃数とより深いチップフルートを使用すべきですが、この設計はアルミニウム合金など加工しやすい材料にのみ使用できます。

非標準工具の設計と加工では多くの問題に注意が必要です：工具形状が比較的複雑で、熱処理時に曲がり、変形、局部応力集中しやすく、設計時に回避すべきです。応力集中しやすい部位には、大径変化部にテーパー移行や段付き設計を追加します。

比較的大径で長いスレンダー部品の場合、熱処理プロセスで各焼入れ焼戻し後に検査と矯正を行い、変形と振れを制御する必要があります。工具材料は比較的脆く、特に超硬材料では、加工中に振動が大きい、または加工トルクが大きいと工具が破損します。普通なら大した損害にはなりません、工具交換可能だからです。しかし非標準工具加工では交換可能性が低いため、一度工具が折れると納期遅延など一連の問題を引き起こし、ユーザーに多大な損失を与えます。