旋削工具
金属切削で最も一般的な工具は旋削工具です。旋削工具は、旋盤で外側の円、中心の穴、ねじ山、溝、歯、その他の形状を切削するために使用されます。その主なタイプを図 3-18 に示します。
図 3-18 旋削工具の主な種類
1. 10 - 端部旋削工具 2. 7 - 外円 (内穴旋削工具) 3. 8 - 溝入れ工具 4. 6 - ねじ山旋削工具 5. 9 - 倣い旋削工具
旋削工具はその構造によりソリッド旋削、溶接旋削、マシンクランプ旋削、刃先交換式工具に分類されます。刃先交換式旋削工具は、使用量の増加により人気が高まっています。このセクションでは、刃先交換式および溶接旋削工具の設計原則と技術の紹介に焦点を当てます。
1.溶接ツール
溶接バイトは、特定の形状のブレードとホルダーを溶接で結合したものです。ブレードは通常、さまざまなグレードの超硬材料で作られています。ツールのシャンクは通常 45 鋼で、使用中に特定の要件に合わせて研がれます。溶接旋削ツールの品質とその使用方法は、ブレードのグレード、ブレードのモデル、ツールの幾何学的パラメータ、スロットの形状とサイズによって異なります。研削品質など 研削品質など
(1) 溶接旋削工具にはメリットとデメリットがあります
シンプルでコンパクトな構造のため、広く使用されています。高い工具剛性。そして優れた耐振動性。また、次のような多くの欠点もあります。
(1) 刃の切れ味が悪い。高温で溶接すると刃の切れ味が低下します。溶接や研ぎに使用される高温により、ブレードに内部応力が生じます。超硬の線伸び係数は工具本体の半分であるため、超硬にクラックが発生する可能性があります。
(2) ツールホルダーは再利用できません。ツールホルダーは再利用できないため、原材料が無駄になります。
(3) 補助期間が長すぎる。工具の交換やセッティングには時間がかかります。これは、CNC 機械、自動加工システム、または自動工作機械の要求と互換性がありません。
(2) 工具ホルダ溝の種類
溶接旋削工具の場合、刃の形状とサイズに応じて工具シャンクの溝を作成する必要があります。工具シャンク溝には、貫通溝、セミスルー溝、クローズド溝、強化セミスルー溝が含まれます。図 3-19 に示すように。
図 3-19 ツールホルダーの形状
高品質の溶接を保証するには、ツール ホルダーの溝が次の要件を満たしている必要があります。
(1) 厚みをコントロールする。(1) カッター本体の厚みを管理します。
(2) ブレードとツールホルダーの溝の隙間を管理します。ブレードとツールホルダーの溝の間の隙間は大きすぎても小さすぎてもよくなく、通常は 0.050.15mm です。アークジョイントは可能な限り均一である必要があり、最大局所ギャップは 0.3 mm を超えてはなりません。そうしないと、溶接の強度が影響を受けます。
(3) ツールホルダー溝の表面粗さ値を管理します。ツールホルダー溝の表面粗さはRa=6.3mmです。刃の表面は平らで滑らかでなければなりません。溶接前にツールホルダーの溝に油が付着している場合は清掃してください。溶接部分の表面をきれいに保つには、サンドブラストやアルコール、ガソリンを使用してブラシをかけることができます。
刃の長さをコントロールします。通常の状況では、ツールホルダーの溝に配置されたブレードは、研ぐことができるように 0.20.3 mm 突き出る必要があります。ツールホルダーの溝はブレードより0.2～0.3mm長くしてもよい。溶接後、ツール本体を溶接します。見た目をすっきりさせるには、余分な部分を取り除きます。
(3) ブレードのろう付け工程
硬質はんだは、超硬合金ブレードの溶接に使用されます (硬質はんだは、融解温度が 450 ℃を超える耐火物またはろう付け材料です)。はんだは、通常は融点より 3050℃高い溶融状態まで加熱されます。フラックスは、はんだの表面への浸透や拡散を防ぎます。機械加工された部品。また、はんだと溶接部品との相互作用も可能になります。溶解作用により、超硬ブレードがスロットにしっかりと溶接されます。
ガス炎溶接や高周波溶接など、多くのろう付け加熱技術が利用可能です。電気接点溶接が最適な加熱方法です。銅ブロックとカッターヘッドの接触部分の抵抗が最も高く、高温が発生します。まずカッター本体が赤くなり、その熱が刃に伝わります。これにより、ブレードがゆっくりと加熱され、温度が徐々に上昇します。ひび割れを防ぐことが重要です。
材料が溶けるとすぐに電源が遮断されるため、刃が「焼きすぎる」ことはありません。電気接触溶接は、ブレードの亀裂やはんだの除去を軽減することが証明されています。ろう付けが容易で安定しており、品質も良好です。ろう付けプロセスは高周波溶接よりも効率が低く、複数のエッジを持つツールをろう付けするのは困難です。
ろう付けの品質は多くの要因に影響されます。ろう材、フラックス、加熱方法を正しく選択する必要があります。超硬ろう付け工具の場合、材料の融点は切断温度よりも高くなければなりません。流動性、濡れ性、熱伝導性を維持しながら刃の結合力を保つことができるため、切削加工に適した素材です。超硬ブレードをろう付けする場合、次のろう材が一般的に使用されます。
(1) 純銅または銅ニッケル合金（電解）の溶解温度は約 1000～1200℃です。許容使用温度は700～900℃です。これは、負荷の高いツールで使用できます。
(2) 溶融温度が 900 ～ 920 ℃ ～ 500 ～ 600 ℃の銅亜鉛または 105# フィラーメタル。中荷重のツーリングに適しています。
銀と銅の合金の融点は 670820 です。最高使用温度は 400 度です。ただし、低コバルトまたは高チタンカーバイドを含む精密旋削工具の溶接には適しています。
ろう付けの品質はフラックスの選択と塗布に大きく影響されます。フラックスは、ろう付けされるワークピースの表面の酸化物を除去し、濡れ性を高め、溶接部を酸化から保護するために使用されます。超硬工具のろう付けには、脱水ホウ砂 Na2B4O2 または脱水ホウ砂 25% (質量分率) + ホウ酸 75% (質量分率) の 2 つのフラックスが使用されます。ろう付け温度は800～1000℃の範囲です。ホウ砂の脱水は、ホウ砂を溶解し、冷却後に粉砕することにより行うことができる。ふるいにかけます。YG ツールをろう付けする場合は、通常、脱水ホウ砂が適しています。脱水ホウ砂 (質量分率) 50% + ホウ酸 (質量分率) 35% + 脱水フッ化カリウム (質量分率) (15%) の配合を使用して YT ツールをろう付けすると、満足のいく結果が得られます。
フッ化カリウムを添加すると、炭化チタンの濡れ性と溶融性が向上します。高チタン合金 (YT30 および YN05) をろう付けする際の溶接応力を軽減するには、0.1 ～ 0.5 mm の低温が一般的に使用されます。ブレードとツールホルダーの間の補償ガスケットとして、炭素鋼または鉄ニッケルがよく使用されます。熱応力を軽減するには、ブレードを断熱する必要があります。通常、旋削工具は 280°C の温度の炉に入れられます。320℃で3時間保温し、その後炉内、または石綿や藁灰の粉末の中でゆっくりと冷却します。
(4) 無機結合
無機結合では、リン溶液と無機銅粉末を使用し、化学、力学、物理学を組み合わせてブレードを結合します。無機結合はロウ付けよりも扱いやすく、刃に内部応力やクラックが発生しません。この方法は、セラミックなどの溶接が難しいブレード材料に特に役立ちます。
特徴的な作業と加工事例
4. 刃先傾斜角とヤゲンカットの選択
（1）ベベルカットは古くからある概念です。
直角切削とは、工具の刃先が切削動作の方向と平行になる切削です。ベベル切削とは、工具の刃先が切削動作の方向に対して垂直でない場合の切削です。便宜上、フィードの影響は無視できます。主移動速度または刃先傾斜角lss=0に対して直角な切削を直角切削とみなします。これを図 3-9 に示します。主移動速度や刃先傾斜角lss0に対して直角でない切削を斜角切削と呼びます。たとえば、図 3-9.b に示すように、1 つの刃先だけが切削している場合、これは自由切削として知られています。ベベルカットは金属切削において最も一般的です。
図 3-9 直角切断とベベル切断
(2) ベベルカットが切削工程に及ぼす影響
1. 切りくずの流出方向に影響を与える
図 3-10 は、外部回転工具を使用してパイプ継手を回転させる様子を示しています。主切れ刃のみが切削に関与する場合、切削層内の粒子 M (部品の中心と同じ高さであると仮定) は、工具前方の押し出しの下で切りくずとなり、前方に沿って流出します。切りくずの流れ方向と刃先傾斜角の関係は、単位体MBCDFHGMを直交面と切断面およびそれらに平行な2面で点Mで切ることとなります。
図 3-10 フローチップの方向に対する λs の影響
MBCD は、図 3-11 のベース プレーンです。ls=0 の場合、図 3-11 では MBEF が正面であり、平面 MDF は直交する法線平面になります。点 M は刃先に対して垂直になります。切りくずが排出されるとき、M は刃先の方向に沿った速度の成分です。MF は刃先に対して垂直に平行です。図 3-10a に示すように、この時点でチップはバネ状に湾曲するか、直線的に流れます。ls が正の値の場合、MGEF 平面は前方にあり、主移動切削速度 vcM は刃先 MG と平行ではありません。粒子Mの速度CNC旋削部品工具に対する刃先方向の vT は MG の方向を指します。点 M が前方に流れ出るチップに変換され、vT の影響を受けると、チップの速度 vl はチップ角 psl で法線平面 MDK から逸脱します。lsの値が大きいと切りくずは表面を加工する方向に流れます。
図 3-10b および 3-11 に示す平面 MIN は、切りくずフローとして知られています。ls が負の値の場合、刃先方向の速度成分 vT は反転し、GM を指します。これにより、チップが通常の平面から発散します。流れは機械の表面に向かって逆方向になります。図 3-10.c に示すように。この説明は、自由切削中の ls の影響についてのみ説明します。実際の外周旋削加工では、工具先端、副刃、切りくず溝の金属の塑性流動が、切りくずの流出方向に影響を与えます。図3-12に貫通穴と閉穴のタップ加工を示します。刃先の傾斜が切りくずの流れに及ぼす影響。穴なしねじをタップする場合、ls の値は正の値になりますが、穴付きねじをタップする場合、ls の値は負の値になります。
図3-11 斜め切粉の流れ方向
2. 実際のすくい角と鈍角半径が影響を受けます。
ls = 0 の場合、自由切削では、直交面と切りくず流れ面のすくい角はほぼ等しくなります。lsがゼロでない場合、切りくずを押し出す際の刃先の切れ味や摩擦抵抗に大きな影響を与える可能性があります。切りくずの流れ面では、有効すくい角 ge と切れ刃の鈍角半径 re を測定する必要があります。図 3-13 は、主刃の M 点を通過する法線平面の形状と切りくず流れ平面の鈍角半径を比較しています。鋭いエッジの場合、法線面は鈍角の半径 rn によって形成される円弧を示します。ただし、切りくずの流れのプロファイルでは、切削の一部は楕円になります。長軸に沿った曲率半径は、実際の刃先の鈍角半径 re です。図 3-11、図 3-13 の幾何関係図から次の近似式を計算できます。
上式は、絶対値 ls が増加すると re が増加し、ge が減少することを示しています。ls=75deg、rn=0.020.15mm で gn=10deg の場合、ge は 70deg まで大きくなります。re は 0.0039mm まで小さくすることもできます。これにより刃先の切れ味が非常に良く、少量の背面切削で微細切削（ap0.01mm）が可能です。図 3-14 に ls を 75deg に設定した場合の外部ツールの切削位置を示します。ツールの主エッジと副エッジは直線に揃えられています。工具の刃先は非常に鋭利です。切削加工中に刃先は固定されません。また、外側の円筒面にも接しています。取り付けや調整も簡単です。この工具は炭素鋼の高速旋削仕上げ加工に使用され、成功を収めています。高張力鋼などの難削材の仕上げ加工にも使用できます。
図3-12 ねじ立て加工時の切りくずの流れ方向に及ぼす刃先傾斜角の影響
図 3-13 rn ジオメトリと re ジオメトリの比較
3. 耐衝撃性や工具先端の強度に影響
図 3-15b に示すように、ls が負の場合、工具先端は刃先に沿った最下点になります。刃先が切り込むと、試作部品ワークピースとの最初の衝突点は、ツールチップ (go の値が正の場合) または前面 (値が負の場合) です。これは、チップを保護および強化するだけでなく、損傷のリスクを軽減するのにも役立ちます。すくい角の大きな工具の多くは負の刃先傾斜を使用しています。強度を高めるとともに工具先端への衝撃を軽減します。この時点でバックフォースＦｐは増加している。
図 3-14 先端が固定されていない大刃角回転工具
4. カットイン、カットアウトの安定性に影響します。
ls = 0の場合、刃先がほぼ同時にワークに食い込み、切り込みが発生するため、切削抵抗が急激に変化し、衝撃が大きくなります。lsが0以外の場合、刃先が徐々にワークに食い込み、徐々に食い込み、衝撃が小さくスムーズに切削できます。たとえば、ねじれ角の大きな円筒フライスやエンドミルは、古い標準フライスよりも鋭い切れ刃とスムーズな切削を実現します。生産効率が2～4倍向上し、表面粗さRa値3.2mm以下も実現可能です。
5. 刃先形状
工具の刃先形状は、工具の合理的な幾何学的パラメータの基本的な内容の 1 つです。工具の刃形状が変わると切削パターンも変わります。いわゆる切断パターンとは、加工対象の金属層が刃先によって除去される順序と形状を指します。刃先の荷重の大きさ、応力状態、工具寿命、加工面の品質に影響します。待って。多くの高度なツールは、ブレード形状の合理的な選択と密接に関連しています。高度な実用工具のうち、刃の形状は以下の種類に分類できます。
(1) 刃先の刃形状を強化します。この刃形状は、主に刃先の強度を強化し、刃先角度を大きくし、刃先の単位長さに対する負荷を軽減し、放熱条件を改善することを目的としています。図 3-8 に示すいくつかの工具先端形状に加えて、円弧エッジ形状 (円弧エッジ ターニング ツール、円弧エッジ ホブ正面フライス、円弧エッジ ドリル ビットなど)、複数の鋭角エッジ形状 (ドリル ビットなど) もあります。 、など））待ってください。
(2)残存面積を低減したエッジ形状。この刃先形状は主に、ワイパー付き大送り旋削工具や正面フライス、フローティングボーリング工具、円筒ワイパー付き普通ボーリング工具などの仕上げ工具に使用されます。リーマー等；
図 3-15 刃先の傾斜角度が工具切削時の衝突点に及ぼす影響
(3) 切削層代を合理的に配分し、切りくずをスムーズに排出する刃形状です。このタイプの刃形状の特徴は、幅広で薄い切削層を複数の細い切りくずに分割することにより、切りくずの排出がスムーズになるだけでなく、前進速度が向上することです。量を与えてユニットの切断力を下げます。たとえば、通常の直刃ナイフと比較して、二段刃ナイフは図 3-16 に示すように主切れ刃を 3 つのセクションに分割します。それに応じて、チップも 3 つのストリップに分割されます。切りくずと2つの壁の間の摩擦が軽減されるため、切りくずの詰まりが防止され、切削抵抗が大幅に軽減されます。切り込みが深くなるほど減少率が大きくなり、効果が高くなります。同時に切削温度が低下し、工具寿命が向上します。このタイプの刃形状に属する工具には、ステップフライス、千鳥刃フライス、千鳥刃ソーブレード、チップドリルビット、千鳥刃コーンフライス、ウェーブエッジエンドミルなどがあります。ホイールカットブローチなど。
図 3-16 二段刃カッターナイフ
(4) その他特殊な形状。特殊刃形状とは、部品の加工条件や切削特性に合わせて設計された刃形状です。図 3-17 は、鉛黄銅の加工に使用される正面洗濯板の形状を示しています。このブレードの主切れ刃は複数の三次元アーチ状に形成されています。刃先の各点の傾斜角度は、負からゼロ、そして正へと増加します。これにより、破片がリボン状のチップに絞り出されます。
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投稿日時: 2023 年 12 月 14 日