CNC 機械加工材料: 材料の選択が公差、工具寿命、部品コストにどのように影響するか

CNC 機械加工材料: 材料の選択が公差、工具寿命、部品コストにどのように影響するか

6061-T6 を指定し、ポケットの床に 0.6 mm の壁を描き、0.05 mm で平面度を呼び出しました。 DFM が戻ってきます:フィニッシュパスの前にストレス解消が必要。クランプを解除すると壁が動く可能性があります。素材が単独でこれらの問題を引き起こしたわけではありませんが、{0}}問題を避けられない境界条件を設定していました。

それが何ですCNC加工材料実際の選択とは、仕様書を選択しているのではなく、すべてのセットアップ、すべてのツール交換、および検査レポートのすべての行を通じて部品に従う制約セットを選択していることです。早めに適切に対処すれば、部品はほぼ自動的に機械加工されます。間違えると実行途中で価格を変更することになります。-

これが私たちの材料選択の考え方です。中精度-毎日当店を通過するアルミニウム合金、チタングレード、ステンレス系、エンジニアリング プラスチックなど。

エンジニアが最初に到達する 5 つの CNC 加工材料ファミリー

被削性の評価はさまざまな範囲で存在し、コストも同様です。以下の表は、図面上で重要な変数に対して最も頻繁に加工されるファミリをマッピングしています。

被削性指数は 160 HB フリー-機械加工鋼=100% を基準としています。

表には示されていない違いが 1 つあります。「達成可能」と「バッチ全体で再現可能」は同じ数値ではありません。適切な環境であれば、単一のアルミニウム部品で ±0.002mm を達成するのは簡単です。標準的なクランプと周囲温度の変動で 80 個の部品にわたってそれを保持することは、能力のギャップではなく、プロセス設計の問題です。

アルミニウムとチタンの CNC 加工: 実際のトレードオフはどこにあるのか-

最も一般的なのはCNC加工材料の選択私たちが航空宇宙および医療の顧客から見た決定はこれです。エンジニアは本能的に引張強さの数値を比較しますが、コストの違いはそこにありません。

アルミニウムとチタンのCNC加工これは、切削速度、熱管理、工具の使用戦略という 3 つの関連要素によって決まります。

6061-T6 または 7075-T651 を使用すると、主軸速度を 10,000 RPM を超えて実行し、積極的なラジアルかみ合いを実現し、空気またはフラッドクーラントで切りくずを素早く洗い流します。素材はカットゾーンでは熱を保持しません。

Ti-6Al-4V を使用すると、その逆になります。表面速度は通常 40 ～ 80 m/min で、これは 6061 で走る速度の約 5 分の 1 です。その理由は硬さだけではありません。それは熱伝導率です。チタンの熱伝導率は約 7 W/m・K であるのに対し、アルミニウムの熱伝導率は 167 W/m・K です。熱はチップではなく刃先に留まります。パラメーターやクーラント圧力が誤って調整されている場合、カーバイドは急速に劣化します。

ここでは、トロコイドとプランジの-ポケット加工におけるフライス加工の決定-を設定する方法を説明します。この判断は仕様書にはほとんど記載されませんが、難しい加工ではサイクル タイムと工具寿命に直接影響します。CNC加工材料:

トロコイド（高効率）フライス加工幅が約 15mm を超えるチタンポケットに適しています。ラジアルかみ合いは、高い軸方向深さと 60+ bar フラッドクーラントにより、工具直径の 10 ～ 15% で実行されます。一貫した係合円弧により、超硬インサートを破壊する摩擦や刃先の構築が防止されます。{6}}

プランジフライス加工ポケットの深さ-と-の幅の比率がおよそ 3:1 を超える場合、または部品の剛性が不十分な場合に引き継がれます。軸方向の切削抵抗は径方向の切削抵抗よりも低くなります。-これは、深さが 40 mm で、部品が治具内ですでにたわんでいる場合に重要です。

あなたのためにCNC加工材料の選択: チタン フィーチャーが 25 mm より深いポケットと 3 mm より薄い壁を組み合わせている場合、デザインを凍結する前にフラグを立てます。これらの組み合わせには、標準的なサイクル タイムの見積もりでは表示されない、再順序付けされた操作と中間の応力除去手順が必要です。-

材質別の許容差: 数値が実際に意味するもの

多くの設計エンジニアにとって驚くべきこと:アルミニウムは、その機械加工性評価が示すよりも厳しい公差を維持することが困難です非常に高速に加工され、非常に自由に拡張できるためです。アルミニウムの CTE は約 23.6 µm/m・K です。長時間の動作中に周囲温度が 10 度変動する 100mm の部品では、寸法ドリフトはおよそ 24µm になります。-温度だけですでに ±0.005mm の公差予算の 5 倍になります。

±0.005mm 未満のアルミニウム部品に対する当社の標準ワークフロー: 荒加工 → 温度安定化 (制御ゾーンで 20 ～ 30 分) → 中仕上げ → 再び安定化 → 仕上げ。荒仕上げと中仕上げの間のホールド-は、前のプレート圧延による残留応力が緩和され始める場所です。スケジュールされた圧力の下でそれをスキップすると、CMM で正確に測定された部品が得られ、冷却後 1 時間で許容範囲を超えます。

荒加工と中仕上げの間の安定化ステップは、-切削パラメータではなく-、-公差が厳しい作業でのアルミニウムの再加工の最も一般的な根本原因です。-

ステンレスまたはチタンの L/D > 20 の細長いシャフトの場合、スイス{1}}スイス ターン セルは切削ゾーンのすぐ後ろにガイド ブッシュを配置し、メイン スピンドルとフォローレストが互いに 0.005 mm 以内に調整されます。{2}この関係が調整されていないと、部品は切断圧力を受けてサポートされていないスパンで曲がり、長さの半分に達する前に真円度と円筒度が失われます。

ステンレス鋼 CNC 機械加工: 表面仕上げと工具管理

ステンレス鋼CNC機械加工表面仕上げ多くの場合、要件は寸法公差よりもプロセスの順序を決定します. 316L 手術器具には Ra があり、バリ基準が 0.4 µm 以下である-バリ基準. 17-4PH 航空宇宙用継手には厳しい公差が必要ですそしてPVD または硬質陽極酸化処理の接着をサポートする特定の表面テクスチャ。

ステンレスの加工を困難にする挙動は加工硬化です。{0}工具が滞留したり、送り速度がしきい値を下回ったり、インサートが摩耗したりすると、L は急速に硬化します。表面が硬化すると、その後のパスでは、最初よりも高い硬度で材料に接触します。これは工具の破損や故障につながります。ステンレス鋼CNC機械加工表面仕上げ計画外のパスを追加せずに回復することはほぼ不可能です。

ステンレス精密部品のプロセス管理:

仕上げチップでは正のすくい角を維持してください。{0}}磨耗した工具では負のすくい角を使用すると、切削前に擦れが発生します。ステンレス表面に接触した状態で回転工具を決して停止しないでください。仕上げパスには PVD- コーティングされたサブミクロン超硬を使用してください。エッジ形状を維持するため、17-4PH H900 のラフ用にはコーティングされていません。 Ra が 0.2μm 以下の場合は、クーラントフラッシュを使用して軸方向の深さ 0.05mm 以下でマイクロ仕上げパスを追加します。

追跡する価値のある下流の依存関係の 1 つは、多くの医療用ステンレス部品が機械加工後に電解研磨されることです。 -EP 前の表面が Ra 0.8µm を超えている場合、通常、電解研磨では Ra 0.1µm 仕様にはなりません。-化学反応により材料が均一に除去され、ピークは埋められません。のステンレス鋼CNC機械加工表面仕上げ部品が機械から離れる前に近づく必要があります。

DFM レビューでは材料データシートでは把握できないことを把握

材料データシートは材料が何であるかを示しますは。 DFM レビューでは、特定のコールアウトを使用して特定のジオメトリに切断しようとすると何が起こるかを示します。

で中精度、材料は STEP ファイル レビューの最初のフィルタです-が、常にジオメトリと公差スタックに対して読み取られます。アルミニウムの厳しい公差ボアは日常的です。-同じボアの片側に 0.8 mm の壁がある場合は、治具とシーケンスが異なります。

最も頻繁に出現する DFM フラグCNC加工材料:

コーナー半径はポケットの深さに対して小さめに設定されています。内径 0.3 mm の深さ 10 mm のポケットには、直径 0.6 mm 未満の工具が必要です。これらのツールは動作が遅く、壊れやすく、ポケット面積に比べて不釣り合いにサイクル時間が長くなります。 R1mm に増やすか-、または半径をポケット深さの 55 ～ 65% に合わせると、工具コストが大幅に削減されます。-半径がクリアランスのみのために存在する場合は、それを開きます。

壁の厚さが材料の剛性と一致していません。チタンの弾性率 (≈114 GPa) により、薄い壁は 6061 (≈69 GPa) よりも切削力のたわみに対する抵抗力が高くなります。-。しかし、チタンの熱挙動により、ツールを薄い壁の近くにどれだけ積極的に押し込むことができるかは依然として制限されています。 2 つの要素は単純に相殺されるわけではありません。

ねじ山の深さはバルク強度に合わせて調整されていません。呼び径の 1.5 倍が標準のデフォルトです。 PEEK または軟質アルミニウムの場合、2X は抜けに対する安価な保険であり、サイクル タイムにほとんどコストがかかりません。-

5軸加工ジオメトリの妥協を強いられるセットアップを排除します。 3-軸方向からアクセスできないフィーチャでは、多くの場合、不必要に再設計され、半径が簡略化され、アンダーカットが削除され、分割線が追加されます。-パーツを簡略化する前に STEP を送信してください。

よくある質問

工具コストを適正に保つには、どのコーナー半径を使用する必要がありますか?

ポケット深さの 55% 以上の内径をターゲットにするか、標準エンドミル サイズ (R0.5、R1、R2、R3、R4、R5、R6mm) にスナップします。いずれもR0.5mm以下CNC加工材料アルミニウムよりも硬いため、マイクロ-ツールの領域{1}}が個別にセットアップされ、速度が遅くなり、専用の検査が必要になります。コストの段階的な変化は、切断される領域に不釣り合いです。狭い半径がクリアランスのためのもので機能しない場合は、変更してください。

100mmのアルミ部品を研削せずに±0.005mmを保持できますか？

はい、温度安定化荒加工、適切な治具設計、および上記の安定化シーケンスを使用すれば可能です。-ほとんどの±0.005mmのアルミニウム加工では研削は必要ありません。重要な表面で ±0.003 mm 未満では、ジグ-ボアまたは精密-ボーリング パスを追加します。 ±0.001mm以下では研削工程に入ります。

強度が重要な部品には、7075-T651 が 6061-T6 よりも常に優れた選択肢ですか?

自動的にではありません。. 7075 は引張強度が高くなりますが、耐食性が低く、陽極酸化が均一ではなく、一般に溶接できません。厳しい公差、硬質陽極酸化処理、および下流アセンブリの溶接を組み合わせた部品の場合、多くの場合、6061-T6 が適切です。CNC加工材料の選択FEA がわずかであっても、{0}}現場での肉厚バンプのコストはコーティングの接着不良よりも低くなります。

Ti-6Al-4V で確実に加工できる最小肉厚はどれくらいですか?

航空宇宙産業の量産では、Ti-6Al-4V の 0.8 mm の壁は次の条件で実現可能です。精密CNC加工治具の設計が振動を考慮しており、工具経路が全体的に半径方向のかみ合いを低く維持している場合。 0.5 mm 未満では、チタンの熱伝導率が深刻な問題になります。-熱が壁に蓄積し、壁がたわみ、切断面から寸法安定性が損なわれます。設計が 0.5 mm 未満のチタン壁を対象としている場合は、図面が完成する前に私たちを会話に参加させてください。

材料コールアウトはプロセス計画でもあります。必要な公差、指定する表面仕上げ、描画する形状はすべて、データシートには表示されない方法で材料と相互作用します。

DFM レビューのために STEP ファイルをお送りください-当社のプロセス エンジニアが材料、形状、公差スタックを読み取り、見積もりを返信します。そして重要な箇所には製造可能性に関するメモを記載します。