cnc加工メーカーが知っておかなければならないアルミニウム合金の精密加工のノウハウ

航空分野では、航空部品自体の重量を軽減するためにアルミニウム合金材料が大量に使用されることが知られている。しかし、アルミニウム合金の精密加工では、材料の膨張係数が比較的に大きいため、薄肉加工の過程で変形が発生しやすく、特に自由鍛造ブランクを採用した場合、加工マージンが大きく、変形の問題がさらに浮き彫りになった。

一、加工変形を引き起こす原因

アルミニウム合金部品の加工変形の原因は実に多く、材質、部品の形状、生産の諸条件、例えば切削液の性能などと関係がある。まとめてみると、ブランクの内応力変形、切削力度、切削熱量、クランプによる変形が大まかに含まれています。

二、加工変形を減らすために制定すべき技術措置

1、ブランクの内応力を下げるには

自然または人工的な時効と振動の処理を採用することができ、ブランクの内応力を部分的に除去することができます。前加工も有効な技術方法です。比較的大きなブランクに対しては、残量が大きいため、加工後の変形も大きい。ブランクの余分な部分を加工しておき、各部分の残量を小さくすれば、後工程の加工変形を減らすことができるだけでなく、前加工後にしばらく放置することができ、内部応力の一部を解放することができます。

2、工具の切削能力を改善できる

工具の材質、幾何学パラメータは切削力及び切削熱量に重要な影響を与え、工具を正しく選択することは部品の加工変形を減らす上で重要である。

①工具幾何学パラメータを合理的に選択する

前角：刃の強度を維持する条件下で、前角は適当に大きく選択して、一方で鋭い刃口を研磨することができて、また切削変形を減らすことができて、排屑を更に順調にならせて、更に切削力と切削熱量を下げます。マイナスのフロントコーナーカッターは使用しないでください。

後角：後角の大きさは後刃面の摩耗及び加工表面の品質に直接的な影響を与える。切削厚さは後角を選択する重要な条件である。粗ミリング加工の場合、送り量が大きく、切削荷重が重く、発熱量が大きく、工具の放熱条件が良いことが要求されるため、後角は小さく選択すべきである。精密フライス加工時には、刃先の鋭利さが要求され、後刃面と加工表面の摩擦を軽減し、弾性変形を減少するため、後角は大きく選択すべきである。

らせん角：ミリングを安定させ、ミリング力を低下させるために、らせん角はできるだけ大きいほうを選択しなければならない。

主偏角：主偏角を適切に減少させることは放熱条件を効果的に改善し、加工区の平均温度を低下させることができる。

②工具構造の改善

フライスの歯数を減らし、切り屑空間を大きくする。アルミニウム合金材料は塑性が大きく、加工中の切削変形が大きく、大きな屑収容空間が必要であるため、屑収容溝の底半径が大きく、フライス歯数が少ないほうがよい。例えば、φ20 mm以下のフライスは2つの歯を採用している。φ30-φ60 mmのフライスは、切屑詰まりによる薄肉アルミニウム合金部品の変形を回避するために、3つのカッター歯を採用するのが良い。

仕上げ研削歯：切削刃部の粗さ値はRa=0.4 um未満である。新しいナイフを使用する前に、刃を研ぐときに残ったバリや軽い鋸歯を取り除くために、細長い油石を使って刃の前、後ろを軽く研磨しなければなりません。これにより、切削熱を低減できるだけでなく、切削変形も比較的小さい。

工具の摩耗基準を厳格に制御する：工具摩耗後、ワーク表面粗さ値が増加し、切削温度が上昇し、ワーク変形が増加する。そのため、耐摩耗性の良い工具材料を選択する以外に、工具摩耗基準は0.2 mmを超えてはならず、そうしないと屑腫が発生しやすい。切削時、ワークの温度は通常100℃を超えないで、変形を防止します。

③ワークのクランプ方法の改善

剛性の悪い薄肉アルミニウム合金ワークに対して、以下のクランプ方法を採用して、変形を減らすことができる：

薄肉ライナ類部品については、3本の爪で固定されたスピンドルチャックまたはスプリングチャックを半径方向から締め付けると、加工後にいったん緩むと、必然的にワークが変形する。この場合、剛性の良い軸方向端面圧着の方法を利用すべきである。部品の内孔を位置決めして、ねじ付き穿心軸を自作して、部品の内孔にはめ込んで、その上に1つのカバー板で端面を押さえてからナットで背締めする。外周を加工するとクランプ変形が回避され、良好な加工精度が得られる。

薄肉薄板ワークを加工する場合は、分布の均一なクランプ力を得るために真空チャックを選択し、さらに小さな切削用量で加工することが好ましく、ワークの変形を良好に防止することができる。

また、パッキン法を用いてもよい。薄肉ワークのプロセス剛性を高めるために、ワークの内部に媒体を充填して、クランプと切削中のワークの変形を減らすことができます。例えば、3〜6%の硝酸カリウムを含む尿素溶融物をワーク内に注入し、加工後、ワークを水やアルコールに浸漬すれば、その充填物を溶解して注出することができる。

④工程の合理的な手配

高速切削時には、加工マージンが大きく断続的に切削されるため、ミリング過程に振動が生じ、加工精度と表面粗さに影響を与えることが多い。そのため、数値制御高速切削加工プロセスは一般的に分けられ、粗加工-半仕上げ-清角加工-仕上げなどの工程。精度が要求される部品には、二次半仕上げを行ってから仕上げを行う必要がある場合があります。粗加工後、部品は自然冷却でき、粗加工による内応力を除去し、変形を低減することができる。粗加工後に残る残量は変形量より大きく、一般的には1-2 mmである。仕上げ加工時、部品の仕上げ加工表面は均一な加工余剰を維持しなければならず、一般的に0.2-0.5 mmを適当とし、工具を加工過程中に平穏な状態にし、切削変形を大幅に減少させ、良好な表面加工品質を得て、製品の精度を保証することができる。

三、操作技術

アルミニウム合金材料の部品が加工中に変形するのは、上記の理由のほか、実際の操作においても操作方法が非常に重要である。

（1）加工余剰の大きい部品に対して、加工過程に比較的に良い放熱条件を持たせ、熱の集中を避けるために、加工時、対称加工を採用することが望ましい。90 mm厚のスラブが60 mmまで加工する必要がある場合、片面を加工した後、すぐに他方の面をミリングし、一度に最後の寸法まで加工すると、平面度は5 mmに達する、繰り返し送り対称加工を採用すれば、片面ごとに2回に分けて最後の寸法まで加工し、平面度が0.3 mmに達することを保証することができる。

（2）切削量を変えることにより切削力、切削熱を低減する。切削用量の3要素のうち、背喫刀量が切削力に与える影響は大きい。加工残量が大きすぎて、一次パスの切削力が大きすぎると、部品が変形するだけでなく、工作機械の主軸剛性にも影響し、工具の耐久性が低下します。背負いナイフの量を減らすと、生産性が大幅に低下します。しかし、数値制御加工では高速ミリングであり、この難題を克服することができる。背喫刀量を減少させると同時に、それに応じて送りを増大させ、工作機械の回転速度を向上させさえすれば、切削力を低下させることができ、同時に加工効率を保証することができる。

（3）板材部品に複数のキャビティがある場合、加工時に、キャビティ1つのキャビティの順序加工方法を採用するべきではなく、これにより部品の力受けが不均一になり変形しやすくなる。層状複数回の加工を採用し、各層はできるだけすべてのキャビティに同時に加工し、それから次の層を加工して、部品に均一に力を受けさせ、変形を減少させる。

（4）薄肉ワークは加工時にクランプにより変形し、仕上げ加工しても避けられない。ワークの変形を最小限に抑えるためには、仕上げが最終寸法に達する前に、プレスを緩めてワークを自由に元に戻し、それから軽くプレスして、ワークを挟むことができるようにする（完全に手触りによる）ことで、理想的な加工効果を得ることができます。要するに、クランプ力の作用点は支持面にあることが好ましく、クランプ力はワークの剛性の良い方向に作用しなければならず、ワークの緩みを保証する前提で、クランプ力は小さいほど良い。

（5）走刀順序も凝っている。粗加工は加工効率を高め、単位時間当たりの切除率を追求することを強調し、一般的に逆フライスを採用することができる。すなわち、ブランク表面の余分な材料を最速、最短時間で切除し、仕上げに必要な幾何学的輪郭を基本的に形成する。一方、仕上げ加工で強調されているのは高精度で高品質であり、スムーズミリングを採用することが望ましい。順ミリング時のカッター歯の切削厚さが最大からゼロに徐々に減少しているため、加工硬化の程度は大きく軽減され、同時に部品の変形の程度を軽減する。

（6）ベルトキャビティ部品を加工する時、キャビティを加工する時、フライスをドリルのように直接部品に突き刺さないようにして、フライス屑の空間が足りなくて、屑の排出がスムーズではなくて、部品の過熱、膨張及び刃崩れ、刃切れなどの不利な現象をもたらします。フライスと同じ寸法または1番大きいドリルで穴をあけてから、フライスでミリングします。あるいは、CAMソフトウェアを用いてスクリュー下刃プログラムを製造することができる。

四、ワーク表面が黒くなる

アルミニウム酸化加工アルミニウム合金鋳造は一般的に金属型で鋳造され、金属アルミニウム及びアルミニウム合金は良好な流動性と可塑性を持っているが、使用中に黒くなりやすい。その理由は：

（1）技術設計が不合理である。アルミニウム合金ダイカスト部品は洗浄または圧検後の処理が適切ではなく、アルミニウム合金ダイカスト部品にカビが生えて黒くなるための条件を作り、カビの生成を加速させた。

（2）アルミニウム合金の内部因子。多くのアルミニウム合金ダイカスト部品メーカーはダイカスト、機械加工工程の後、何の洗浄処理もしない、あるいは簡単な水で洗い流すことができず、徹底的に洗浄することができず、ダイカストアルミニウム表面には離型剤、切削液、鹸化液などの腐食性物質とその他の汚れが残っており、これらの汚れはアルミニウム合金ダイカスト部品のカビ点が黒くなる速度を速めた。

（3）倉庫管理が不十分である。アルミニウム合金ダイカストを倉庫の高さによってカビの発生状況が異なる。

（4）アルミニウム合金の外部環境因子。アルミニウムは活性金属であり、一定の温度と湿度条件下で極めて酸化しやすく黒くなったりカビが生えたりしやすい。これはアルミニウム自体の特性によって決定される。

（5）洗浄剤の選択は適切ではない。選択した洗浄剤は強い腐食性を有し、ダイカストアルミニウムの腐食酸化をもたらす。