研削加工への切り替えは製造プロセスに役立つでしょうか?

Oct 06, 2023

最近のマシニング センターの進歩により、大量生産処理の能力が向上しましたが、依然として研削の必要性を必要とする要因がいくつかあります。 研削には、より長い工具寿命、より微細な表面仕上げ、および機械加工が難しい材料（新しいセラミック複合材料や炭化物含浸金属合金など）をより効果的に除去できる機能など、従来の機械加工に比べて多くの利点があります。 新しい研削技術が従来の機械加工に比べてもたらす利点は何ですか? また、現在の機械加工アプリケーションを研削加工に変換する際に留意する必要があることは何でしょうか? 読む。

従来、機械加工は材料を迅速に除去できる非常に効率的なプロセスです。 比較的大きな切削面と大きな切りくずサイズによって駆動されるため、研削と比較して工具とワークピース間の摩擦相互作用 (こすりと耕し) の量は最小限です。 これにより、複雑な冷却システムの必要性が軽減されます。 ただし、大きなチップサイズは部品の最終表面粗さに悪影響を与える可能性があり、多くの場合、細かい仕上げを行うために後続の研削プロセスが必要になります。 砥粒と結合剤の化学的性質、および機械と冷却剤ノズルの技術の最近の進歩により、研削用途は、新しい難削材合金での機械加工材料の除去速度に匹敵し、さらにはそれを超えることができるようになりました。 これに、同じ機械プラットフォーム上で荒研削と仕上げ研削ができるという追加の利点が加わり、コスト効率の高い製造手段となっています。

研削の利点は、一般的な研削砥石には数百もの切削点があることから生まれます (一般的なフライス盤や旋盤では数点しかありません)。 多くの切断点により、より小さな切りくずが生成される傾向があり、それによって表面仕上げが改善され、部品の表面に圧縮残留応力が与えられます。 さらに、切削点の数が大幅に増加することで、砥石車に沿って摩耗がより分散され均一になるため、砥石車の寿命が長くなり、工具交換の回数が減ります。 一般的な研削砥石には硬質セラミックまたは超砥粒が使用されており、市販されている多くの加工ツールよりもかなり硬いです（セラミックツールはそれに近いものですが）。

既存の機械加工または旋削アプリケーションを研削によって実行できるかどうかを検討する場合、プロセスの最初のステップは、プロセスの制限、問題点、材料を評価することです。

研削ソリューションに役立つ一般的な問題には次のようなものがあります。

新しいプロセスの場合、研削プラットフォームを選択すると、より高い剛性、ドレッシング機能、精密冷却システムなど、従来の機械加工プラットフォームに比べていくつかの利点が得られます。 ただし、機械加工装置を使用する既存のプロセスを改造する場合は、多くの場合、クーラントの変更と電気めっき砥石車を使用することで実現でき、形状を維持するためにドレッシングを必要としません。 このような状況で必要な改造は、主に冷却システムを研削油に変換することに関連しており、これは通常、より高い引火点、低発泡、環境/浄化要因などのさまざまな条件に合わせて最適化されます。 既存のプロセスを改修する際の最大の変更は、ホイール速度に一致する適切な速度を確保することです。 これらは、新しい装置を購入する場合と比較して、既存の機械加工プロセスを研削加工に変換するための比較的費用対効果の高い手段です。

これらの用途における電気めっきホイールの利点には、ドリル、フライス、ホイール、クイルなど、ほぼあらゆる形状にめっきできること、重要なフィーチャを生成する必要がある場合に微細な公差 (場合によっては 0.0004 インチまで) を保持できることが含まれます。 。

お客様がプロセス全体の改善とコスト削減のために研削コンセプトにこの機械を適用した例は数多くあります。 一例として、あるエネルギー会社はタービン用のデュアル ベアリング レースをセラミックで旋削していました。 課題は、65RHC に強化された後、レースが互いに同一であることを確認することでした。 旋削中にセラミックインサートが摩耗するため、レースを適合させるためにかなりの量の部品の手直しが必要でした。 解決策は、両方の硬化レースを同時に研削できる電気メッキ砥石車を導入することでした。 砥石車には cBN 砥粒が使用されており、摩耗が非常に低く均一であるため、再加工が不要になりました。 その結果、部品あたりの全体的なサイクル時間が 30 分から 11 分に短縮され、同社は年間 80,000 ドル以上を節約できました。

別の例は、固体からの歯車の研削です。 歯車を軟化させた状態でフラ​​イス加工またはホブ加工し、その後硬化して最終仕上げを研削するのが一般的です。 最初にギアを硬化し、次に Norton Xtrimium や Quantum などの高性能砥石車を備えた 1 台のグラインダーで粗研削と仕上げ研削を行うというアプローチを採用している企業もあります。 ある顧客は、この技術を適用することでサイクル時間を半分に短縮することができました。

すべての顧客が、機械加工に対して研削が優れたソリューションであるかどうかをテストするために、機器を改造したり、新しい機器を購入したりできるわけではありません。 あるケースでは、お客様はシンプルな 3 軸マシニング センターでの加工プロセスを利用していました。 彼らは、公差が厳しい形状で小型ボールミルを稼働させるときに材料が裂けるという課題を抱えていました。 彼らがとったアプローチは、仕上げ作業に使用するボールミルと同じサイズと形状の電気めっきクイルを注文することでした。 これにより、(チップ サイズが小さくなったため) 材料の裂けがなくなり、実装するために既存の装置を変更する必要はありませんでした。 研削工具はボールミル工具よりも高価ですが、材料に裂け目がないため再加工時間の大幅なコスト削減が可能になるため、これは正当化されます。

航空宇宙分野を含む多くの高性能産業は、プロセスを最適化するための研削および機械加工の能力を獲得するために、次世代研削セルに多大な投資を行ってきました。 少量多品種の生産を行うお客様の場合、最新の高性能研削盤プラットフォームと砥石技術を利用することで、機械加工に比べて大幅な改善が見られます。 しかし、多くの中小企業、特に多品種少量の施設の場合、これらのセルはコスト的に見合わない可能性があります。 このような場合、既存の機械加工プロセスを電気めっき工具を使用した研削に変換すると、サイクル タイム、部品あたりの総コストの削減、工具寿命の向上、部品品質の一貫性の点で大きなメリットが得られます。

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