CNC 加工部品の表面品質または表面粗さは、製造業者にとって最も重要なことです。目標は、表面の変形に対応するために大規模な仕上げ作業を必要としない部品を製造することです。
現実的に理想的な表面仕上げは不可能かもしれませんが、工具の選択によって問題が悪化する可能性があります。工具の材質、サイズ、形状、耐摩耗性、切削パラメータはすべて、工具の表面品質に影響を与えます。 CNC加工部品したがって、ツールの選択は、これらすべての要素を検討した上で行う必要があります。
この記事では、CNC 加工における表面品質に影響を与える切削工具のあらゆる側面と、その理由について説明します。
ツール材質の選択 表面仕上げ
最初の影響要因は 工具材料簡単にするために、超硬、HSS、セラミックの 3 種類の CNC 工作機械を検討します。
超硬工具 高速でも鋭い刃先を維持できるため、より硬い材料に対してより厳しい公差を実現できます。さらに、耐熱性が高いため、表面品質を損なうことなく、より高速な加工が可能です。
セラミック ツールはすべての切削工具の中で最も高い硬度を誇り、高温でもその硬度を維持します。硬化鋼や高強度合金などの加工が難しい材料でも、美しい仕上げを実現できます。ただし、脆く、衝撃や低速で破損する可能性があります。
HSS 切削工具は、手頃な価格で再研磨も簡単なため、一般的な機械加工作業に適しています。ただし、HSS 工具は耐熱性が低いため、硬質金属に対する性能が制限されます。高熱下では鈍くなりやすく、表面粗さが増す可能性があります。
工具形状が表面仕上げに与える影響
ツールの位置とサイズも重要です。直径が大きいほど、ツールの剛性が増します。ただし、直径が大きいほど、より多くの機械パワーが必要になります。適切に管理しないと、熱膨張して仕上がりが粗くなります。対照的に、直径が小さいと柔軟性はありますが、たわみやすくなります。
すくい角も影響する要因の 1 つです。すくい角が正であれば切削力が減少し、工具の摩耗と表面の滑らかさが最小限に抑えられます。ただし、すくい角が正すぎると、刃先が弱くなり、欠けてしまう可能性があります。
逃げ角は、工具とワークピースの間に隙間を設け、不要な摩擦を防止します。逃げ角が大きいと、隙間も大きくなります。また、摩擦と工具の摩耗も増加します。ただし、逃げ角が急すぎると、工具の刃先が弱くなり、欠けてしまう可能性があります。
工具の刃先が鋭いほど、変形が最小限に抑えられ、切断面もきれいになります。ただし、刃先が鋭すぎると、特に硬い材料では摩耗しやすくなります。このような場合は、刃先を少し研いだり丸くしたりすることで、バランスの取れたアプローチが得られます。
工具コーティングが表面品質に重要な理由
ツールコーティングは、ツールの耐久性を向上させ、摩擦を減らし、熱を管理します。これらはすべて、機械加工面のより滑らかな仕上がりに貢献します。
金黄色の窒化チタン (TiN) コーティングは、切削工具によく使われるオプションです。このコーティング層は工具とワークピースの密着性を低減し、最終的に表面品質を低下させる要因である構成刃先 (BUE) を最小限に抑えます。さらに、熱的に安定しているため、工具はより高速で動作できます。
DLC コーティングは、硬度が非常に高く、摩擦係数が極めて低いため、高精度の作業に最適です。潤滑性のある DLC 表面は、工具の摩耗の原因となる摩擦を軽減します。DLC コーティングされた切削工具は、アルミニウムの加工において有望な結果を示しています。
工具摩耗が表面粗さに与える影響
フランク摩耗と振動は、粗さの増加を引き起こす可能性がある 2 つの主要な摩耗メカニズムです。
フランク摩耗は、工具のフランク面が機械加工面と摩擦し、刃先が徐々に侵食されることによって発生します。時間が経つにつれて、工具の切削能力は低下し、接触が不安定になり、仕上がりが粗くなります。また、表面に微細な溝や傷も生じます。
CNC 加工における振動も工具の摩耗から生じます。刃先が劣化すると安定性が失われるからです。フランクと振動の関係は直線的であり、フランクの摩耗が大きいほど振動が大きくなります。このような状況では、ワークピースにチャタリング マークがかなり目立ちます。
切削パラメータと表面品質への影響
切削パラメータ、特にスピンドル速度と送り速度は、CNC 加工における表面品質を決定する役割を果たします。これらは、表面粗さを左右する要因である切削力、工具温度、および切りくず形成を制御します。
スピンドル速度は、工具が回転する速度です。高速では、刃先が材料の上をより頻繁に通過するため、より滑らかな切断と表面粗さの低下がもたらされます。速度が高すぎると、熱の発生により金属に悪影響を及ぼします。そのため、バランスを維持する必要があります。
送り速度の場合、傾向はまったく逆です。送り速度が低いと、刃先が 1 回のパスで接触する材料が少なくなり、工具跡が少なくなるため、表面仕上げが細かくなることがよくあります。CFRP 複合材に関する研究では、送り速度が低いと、層間剥離やバリなどの欠陥を防ぐのに役立つことが示されています。
ツールパス戦略と表面粗さ
ツールパスは、接触時間、方向、切削荷重の分散を制御することで表面品質に影響を与えます。ここでは、ダウンミリングの例が役立ちます。
ダウンミリングでは、ツールはフィードと同じ方向に切削するため、摩擦が少なくなり、仕上がりが滑らかになります。一方、従来のミリングでは、ツールはフィードに逆らって切削します。その結果、摩擦が大きくなり、エントリポイントで材料が変形するため、表面が粗くなる可能性があります。
RJCMoldが提供する仕上げオプション
適切なツールを選択することで、表面仕上げの結果を制御できます。ただし、ほとんどの場合、細かく滑らかな表面を実現することは不可能であり、CNC 機械加工された部品は二次仕上げプロセスを経る必要があります。
RJCMoldでは、 仕上げオプション CNC 機械加工部品の表面品質を向上させます。機械加工したままの（標準）仕上げ、陽極酸化処理、粉体塗装、銀メッキ、亜鉛メッキ、金メッキ、ウェット塗装から選択できます。さらに、射出成形、3D 印刷、ウレタン鋳造用に複数の仕上げオプションをご用意しています。
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