新技術により鋼、鋳鉄の穴あけ生産性が向上

Mar 23, 2023

今日、小規模工場と大規模生産施設の両方において、穴加工が機械加工の最大のシェアを占めていると言っても過言ではありません。 そして、その穴あけの大部分は、直径 1 インチ (25 mm) までの鋼鉄と鋳鉄への穴あけです。穴あけとタッピングの性能を向上させているのは、基材、コーティング、3 枚刃の設計、および組み合わせツールの進歩です。同様に重要です。クーラントの供給が進歩しており、切りくずの排出を容易にするためにさまざまなサイズの穴と形状が使用されています。

ここで説明されている、いくつかの大手ツールメーカーによる最近の開発の一部を使用できるかもしれません。

フロリダ州タバレスの GWS ツール グループのエグゼクティブ バイス プレジデントであるドリュー ストラウチェン氏は、穴あけ加工 (および金属加工全般) の進化するトレンドの一部は、作業を最小限に抑えながら顧客の正確な用途により完全に適合する穴あけ加工ソリューションのカスタマイズであると述べました。 「工場の特定の用途に最適な基材、形状、コーティング、工具の長さを選択できることは、世界市場での競争を目指すより多くのメーカーにとって最も重要です。カスタマイズに加えて、2 つ以上の工具を組み合わせて作業とサイクル タイムをさらに短縮することも重要です」まさに最適化の定義です」と彼は言いました。

GWS Tool Group は、テクノロジーの新たな進歩を実装することに加えて、顧客が 2 つ、3 つ、場合によっては 4 つのツールではなく 1 つのツールで複数の穴あけ作業を実行できるようにする組み合わせツールを設計しています。 「特定のアプリケーションに合わせてツールをカスタマイズできることは、操作時間とサイクルタイムを短縮するために非常に重要です」と Strauchen 氏は述べています。 彼は、電気自動車メーカー向けに開発された組み合わせツールの例を提供しました。

「この工具は、摩耗性の高い、高シリコンのアルミニウム部品用に設計されました。この工具の形状は、座ぐり、面取り、ドリルを 1 ステップの工具で組み合わせたもので、コストのかかるサイクルタイムを排除しました」と Strauchen 氏は述べています。 「以前は、このプロセスには 3 回の作業、3 回の工具交換、および 3 つの異なる部品番号の在庫管理が必要でした。3 フルートの高せん断設計は、送りを最大化するために各切れ刃の後ろにクーラント通路を備えていることと、さらに改善するために超研磨されたフルートを備えています。切りくず排出。このアプリケーションの送り速度は 300 ipm を超えました。」

基板は、構成刃先の可能性を減らすためにコバルト含有量を減らした超微粒子炭化物でした。 工具コーティングは、切れ味を維持しながら工具寿命を延ばす材質固有の ALU コーティングでした。

ストラウヘン氏によると、鉄鋼用途でもさまざまな理由から 3 枚刃ドリルの恩恵を受けています。 3 枚刃ドリルは、以前はアルミニウムの用途にのみ効果的に使用されていましたが、鋳鉄や鋼などの材料に対してますます人気が高まっています。 「クーラントスルー技術と組み合わせた新しいフルート形状により、鉄系材料の加工能力が拡大しました。最新の超平滑PVDコーティングの追加とリバースウェブテーパーの統合により、安定した切りくず排出を確保しながら生産性を最適化するドリルの生産能力がさらに強化されました。」彼は言い​​ました。

鋼に 3 つのフルートを使用して穴あけする場合の最大の課題は、3 番目のフルートを追加すると自然に小さくなるフルートの容積を通して切りくずを排出することです。 「アルミニウムの切りくずは柔らかく、展性が高いため、切りくずが長くても穴から排出できます」とストラウヘン氏は言う。 「一方、スチール製の切りくずは、破損して適切に管理されないと、はるかに許容度が低くなります。3 番目の溝の追加により、安定した一貫した結果を確保するには、小さな切りくず (6 と 9) を生成することが重要です。」

GWS のこの選択が示すように、組み合わせツールは多用途です。 「それぞれのツールには独自のストーリーがあり、それによって解決された問題があります」とストラウヘン氏は述べています。 「1 つのドリルで、鏡面仕上げの部品内に 3 つのステップが作成されます。もう 1 つは、各フルートに 45 度の冷却ポートを備えた 4 ステップの高精度リーマです。この設計により、公差は 2 μm 以内に維持され、仕上げは 8 RMS 未満に維持されます。」

彼はまた、各フルートに千鳥状の冷却ポートを備えた大型ろう付け超硬リーマーについても説明しました。 このろう付けされた超硬リーマーは、止まり穴や小さすぎる穴を検出するように設計された独立した回転プランジャーを備えています。 障害物に遭遇したときに圧縮してクーラントを遮断することでこれらの穴を検出し、工具が破損する前に機械を停止させます。

YG-1 USA (イリノイ州バーノンヒルズ) は、穴あけ工具だけでなく、超硬、丸工具、インサート、高速度鋼、粉末金属、コバルトなどのフルラインのサプライヤーです。 穴あけ加工の国家製品マネージャー、スティーブ・ピルジャー氏によると、同社は年間約6,000万個の丸工具を生産しているという。 「当社は、最新の CNC と従来のブリッジポートを使用して顧客にサービスを提供しています。ショップにとっての穴加工の課題は、高品質の製品を製造し、優れた寿命と適用能力を備えた工具を使用して、最高の公差まで可能な限り最短時間で穴加工を行うことです。」ピルジャーは言った。

ピルジャー氏によると、YG-1の最高の製品はDream Drill超硬ソリッドドリルだという。 「Dream Drills は、鋳鉄や鋼を加工する際の工具寿命と切りくず排出を最大化します。」と彼は言いました。 「たとえば、最も効率的な送りと速度で性能を発揮する鋼材の用途には、スプリットポイント スタイルのドリルが推奨されますが、ステンレス鋼の場合は、より積極的な 4 面材のスタイルを使用することができます。」 Dream ドリルは、直径 1 ～ 20 mm、長さ 3xD、5xD、8xD からお選びいただけます。 YG-1 では、10xD、15xD、20xD、25xD、および 30xD の超ロングドリルも在庫から提供しています。 「一部の顧客は、4140 合金鋼などの一部の鋼の加工方法を変更しています。彼らは、高品質の部品を高い生産率で加工したいと考えています」とピルジャー氏は述べています。 「最高品質の部品を生産し、最長の工具寿命を達成するには、平均 350 ～ 450 sfm の高速切削が必要です。」 このような大量生産環境向けに、YG-1 は合金鋼および鋳鉄自動車部品用の Dream Drill Pro シリーズを提供しています。

柔軟性が重視され、最高速度と送りが必要ない鋼および鋳鉄の穴あけ用に、YG-1 は鋼、炭素、合金、鋳鉄の穴あけに多用途性を提供する I-Dream Drill General ラインを提供します。

YG-1 のドリル ラインナップへの最新の追加は、I-ONE モジュラー交換ヘッド ドリルで、3xD、5xD、8xD の長さで利用可能です。 スチール製ボディは柔軟性を備えており、同じ柔軟なスチール製ボディから切り出した 5 つまたは 6 つの異なるサイズのインサートを保持できます。 I-Oneは超硬ドリルの利点と鋼ボディの柔軟性を兼ね備えています。

コーティングに関しては、YG-1は深穴加工における切りくず排出を助ける独自のHコーティングのポストコート処理を開発しました。 「この処理により、コーティングの原因となる山と谷が滑らかになります。インサート、インサートチップ、通常サイズのドリルに研磨を施すことで、工具寿命を約20パーセント延長できることがわかりました」とピルジャー氏は語った。 「深穴穴あけの場合、マシニング センターでの高圧クーラントの供給により、15 年前には専用のガンドリル マシンで 1 ～ 2 ipm で部品をガンドリル加工することを余儀なくされていた工場が可能になりました。現在では、同じ深穴を CNC マシニング センターで加工できるようになりました。 20から30ipmです。」

イスカル USA の 2 枚刃 SUMOCHAM ヘッド交換式ドリル ラインで使用されている高度な技術は、3 枚刃 LOGIQ3CHAM ヘッド交換式ドリル ラインの設計の基礎となっています。 「穴について考えると、それは非常に単純なように見えます。3 次元に投影された単なる半径です。しかし、これは、作業現場や自動車などの高度な生産環境で製品を生産するために使用される一般的な特徴です。[また、金型、医療、オフロード産業などの高精度アプリケーションで一般的です」と、テキサス州アーリントンにあるイスカル USA の国家製品スペシャリスト掘削担当クレイグ・ユーイング氏は述べています。

SUMOCHAM は、4 ～ 32.9 mm (0.157 ～ 1.295 インチ) の範囲の直径を 0.1 mm (0.004 インチ) 刻みで用意しており、さまざまな炭素鋼や合金鋼、高温鋼合金、およびステンレス。 SUMOCHAM は、より多くのインサートインデックスを可能にしながら、生産性の向上を可能にするクランプシステムを備えています。 シャンク自体はツイストノズルを使用して設計されており、耐久性があり安定した構造のボディを備えています。 同社によると、刃先交換式ヘッドは、鋼、特殊材料、鋳鉄、アルミニウムの穴あけ用に設計された 10 種類の異なる標準形状で利用可能です。

SUMOCHAM ドリルのユニークなポケット設計は、工具に機械的にかかる切削力を利用します。 これらの力は、ポケットの奥に向かってインサートを締め付けるために使用される把握力に変換されます。適用される切削力が大きくなるほど、より良い把握力が得られます。

SUMOCHAM ヘッド交換式ドリルは、一般的な合金鋼用途にさまざまなスタイルを提供するとユーイング氏は述べています。 「これらは、CAT 40 および 50 シャンクを備えた一般的なマシニング センター アプリケーション、HSK、CAPTO、旋盤のライブ ツール、および Mazak Integrex のような多機能機械での使用向けに、深さ 1.5D、3xD、5xD、8xD、および 12xD で利用可能です。」と彼は言いました。 。

LOGIQ3CHAM は、3 フルートの交換可能なヘッド ドリル ラインで、直径 12 ～ 25.9 mm (0.472 ～ 1.020 インチ) の直径をご用意しています。ドリルボディには 1.5xD、3xD、5xD があり、一部のサイズは 8xD です。追加のフルートにより、より高い送りが可能になります。 「私たちは、第 3 のフルートが工具寿命を延ばすだけでなく、高生産用途においてより有益であると考えています」とユーイング氏は述べています。

LOGIQ3CHAM は、炭素および鋼材の ISO P および ISO K 鋳鉄およびダクタイル鋳鉄用に設計されています。 イスカルによれば、ヘッド交換可能な一般的な 2 枚刃ドリルと比較して、生産性を最大 50% 向上させることができます。 凹型切れ刃により被削材へのスムーズな食い込みと優れたセンタリングで安定した穴あけ加工が可能です。 優れた耐摩耗性を実現するため、硬くて高張力鋼グレードで作られた耐久性のあるドリルボディが特徴です。 同社によると、研磨されたフルート表面によりスムーズで簡単な切りくず排出が保証され、アリ溝クランプにより後退中にドリルヘッドがドリルポケットから抜け出るのを防ぎます。

マサチューセッツ州ウエストボイルストンのエミュージュ社製品ディレクターのマーク・ハッチ氏によると、穴にねじを入れるのは最後の重要な製造ステップの 1 つであり、適切なタップを使用することは、部品の手戻りや部品の廃棄を避けるために非常に重要です。合金鋼や鉄と同様に、タップを適切に選択するには、対処しなければならない幅広い複雑性があります」と彼は言いました。 「合金鋼をタッピングする場合、化学的特性と熱処理の変動により、切りくずの形状、サイズ、長さにばらつきが生じます。各化学元素の種類と割合が熱処理と組み合わされて、異なる機械的特性が生成されます。」これは被削性に影響します。目下の用途に合わせてタップを選択するときは、タップの母材、コーティング、形状を考慮することが重要です。」

基材を選択する際には、トルク、熱安定性、摩耗係数などのいくつかの加工係数が重要です。 たとえば、粉末金属 HSSE-PM 基材は耐摩耗性を高め、工具エッジの品質を向上させます。

ハッチ氏は、過去 5 年間にわたって、工具コーティングの改善により、タップ工具の寿命とプロセスの一貫性が向上したと指摘しています。 「エミュージュは、優れた熱安定性、耐摩耗性、低摩擦係数を実現するように設計された最適化されたコーティングを開発しました。工具の山と谷があるため、タップへのコーティングの付着が難しい場合があるため、エミュージュは、表面全体に正確に分布するコーティングを設計しました。そのままにします」とハッチは語った。

工具の形状は合金鋼の効率的なねじ切りにとって重要な要素です。 ストレートフルート、または低ねじれ角 (遅いスパイラルフルート) や高ねじれ角 (速いスパイラルフルート) などのスパイラルフルートの選択は、材料の機械加工性、つまり材料の硬さと熱処理によって決まります。 この選択は、生産されるチップとジョブに選択されるタップに直接影響します。 材料を焼きなましすると、長い切りくずが生成されるため、ハイスパイラルタップが良い選択肢になる場合があります。 ただし、鋼が硬化すると、このタイプのタップは破損する可能性があります。

メーカーは、ロールフォーミング (チップレス雌ねじ製造) と切削タップの両方で優れたオプションを提供しています。 たとえば、Emuge は、最大 44 HRC の中強度鋼で静的および動的ねじ山強度を向上させながら、表面品質を向上させたねじ山を形成するための HSSE-PM タップの製品ラインである Innoform-Steel-M を提供しています。

Innoform-Steel-M タップは、低トルクと長い工具寿命を実現する多角形形状を備えています。 特殊な粉末金属基材と硬度を高めた TiN-66 コーティングにより、摩擦が軽減され、工具寿命が延長されます。 Innoform-Steel-M タップは、冷延鋼、浸炭鋼、鋳物、熱処理可能な窒化鋼、冷間加工鋼、高合金鋼や熱間加工鋼の成形に推奨されます。

長い切りくずが問題となる場合は、すくい面形状と螺旋溝形状を備えたタップを利用できます。これらの組み合わせにより、切りくずの流れ、切りくずのカール、切りくず長さに影響を与えます。 同社によれば、Emuge の切りくず分断技術 (Emuge CBTz) は、短く壊れた制御可能な切りくず形成を生成し、刃の欠けや破損によるフルートの詰まりや機械タップの潜在的な故障を排除します。

CBTz タップは、タップとワークピース間の摩擦を低減するために TiN で表面処理されており、その結果、炭素鋼および合金鋼、鋳鋼および鍛造鋼、工具鋼およびダイス鋼、および 35 HRC までの 300 ステンレス鋼でねじの仕上げが改善され、工具寿命が延長されます。 。

焼入れ鋼や鋳鉄の短い切り落とし用のエミュージュ AH タップは、新世代のプレミアム HSS-E および HSSE-PM タップで、研磨材や、重量物で一般的な鋳鉄などの高硬度レベルの材料のタッピングに特に効率的です。機器および農業用車両の市場。 Emuge AH タップは、クーラントスルーホールの有無に関わらず、工具寿命を向上させるために TiCN コーティングまたは NT 窒化物表面処理を施したものをご用意しています。

タッピング用途が成功するかどうかは、いくつかの重要な要素に依存します。 アイダホ州ポストフォールズのタップマチック社社長、マーク・ジョンソン氏によると、これらには、CNC機械の軸補正、内部クーラント供給、自動逆転タッピングアタッチメントに関連する特別な利点が含まれるという。 「CNC マシンでのリジッドまたは同期タッピングは業界標準になっています」と彼は言いました。 「機械の送り前進と主軸の回転の同期が正確であっても、特定のタップの実際のピッチと機械の同期動作との間には常に小さな誤差が生じます。」

完全に固体のホルダーを使用すると、たとえ非常に小さな不一致でも、ねじ山の側面に大きな軸方向の力が発生することになります。 「これはタップの寿命とねじの品質に悪影響を及ぼします」とジョンソン氏は言う。 「軸方向の補正量が少ないタップ ホルダーを使用すると、タップがピッチに追従しやすくなり、これにより軸方向の力が軽減され、タップの寿命とねじの品質が大幅に向上します。」

Tapmatic の SynchroFlex タップ ホルダーには、少量の軸方向の補償を提供する機械加工されたフレクシャが含まれています。 「SynchroFlex フレクシャのバネ定数は高く、これは軸方向のミスカットを避けるために重要です。」と彼は言いました。 「軸方向の補正が大きい従来の引張圧縮タップ ホルダーの場合のように、ばねの力が柔らかすぎる場合、軸方向のミスカットが発生する可能性があります。これは、多くの場合推奨される快削性の高速タップを使用する場合に特に当てはまります。」同期タッピング サイクルまたはリジッド タッピング サイクル。SynchroFlex は、同期タッピングに対して適切な量の補正を提供するように設計されています。」

潤滑はタッピング全般、特にロールフォームタッピングの場合に重要です。 「内部冷却機能を備えたタップ ホルダーを使用すると、止まり穴用の軸方向冷却穴、またはスルー ホール用途の半径方向冷却穴のいずれかを備えたタップを使用できるようになります」とジョンソン氏は述べています。 「これにより、ねじの切断や成形に必要な場所にクーラントが供給されます。また、切削タップを使用するときに穴から切りくずを取り除くのにも非常に役立ちます。」

Tapmatic の SynchroFlex タップ ホルダーはすべて、バランスのとれた高圧内部冷却システムを備えています。 最大 80 bar または 1,200 psi の圧力を使用でき、システムのバランスが取れているため、冷却剤の圧力はタップ ホルダーの軸方向の補正に影響を与えません。

自動反転タッピングアタッチメントには、同期タッピングと比較して特別な利点があります。 「同期タッピングでは、非常に限られた回転数内で機械の主軸を停止および逆転させる必要があるため、機械がプログラムされた主軸速度を維持することはできません。自動逆転タッピングアタッチメントを使用すると、機械の主軸を連続的に回転させることができます」 「実際のプログラム速度で一方向に動作します。その結果、サイクル時間が短縮されます。」とジョンソン氏は述べています。

たとえば、リジッド タッピングを使用して 2,500 rpm で 10 個の M8 穴をタップするあるテストでは、サイクル タイムは 18 秒でした。 同じテストを 4,000 rpm で繰り返すと、わずか 1 秒短縮されました。 2,500 rpm で自動反転タッピングアタッチメントを使用して、同じ 10 個の M8 穴にタッピングを行うと、わずか 11 秒かかりました。 「サイクルタイムの改善に加えて、自動反転タッピングアタッチメントを使用すると、タップを推奨速度で動作させることができ、これによりタップの寿命も長くなります。」とジョンソン氏は述べています。

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