切削工具
グラファイト高速加工では、グラファイト材料の硬度、切削片形成の中断、高速切削特性の影響により、切削プロセス中に交番切削応力が形成され、一定の衝撃振動が発生し、工具のすくい面と逃げ面の摩耗が工具の寿命に重大な影響を与えるため、グラファイト高速加工に使用する工具には、高い耐摩耗性と耐衝撃性が求められます。
ダイヤモンドコーティング工具は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数といった利点を有しており、現在、グラファイト加工においてはダイヤモンドコーティング工具が最良の選択肢となっています。
グラファイト加工工具は、適切な幾何学的角度を選択する必要があり、これは工具の振動を低減し、加工品質を向上させ、工具の摩耗を軽減するのに役立ちます。ドイツの学者によるグラファイト切削機構に関する研究では、グラファイト切削中のグラファイト除去は工具のすくい角と密接に関連していることが示されています。負のすくい角切削は圧縮応力を増加させ、材料の破砕を促進し、加工効率を向上させ、大きなグラファイト破片の生成を回避するのに役立ちます。
グラファイトの高速切削に用いられる一般的な工具構造には、エンドミル、ボールエンドミル、フィレットミルなどがあります。エンドミルは、一般的に比較的単純な平面や形状の表面加工に用いられます。ボールエンドミルは曲面加工に最適な工具です。フィレットミルは、ボールエンドミルとエンドミルの両方の特性を備えており、曲面と平面の両方の加工に使用できます。
切断パラメータ
グラファイト高速切削における適切な切削パラメータの選択は、ワークの加工品質と効率の向上に大きく貢献します。グラファイト高速加工の切削プロセスは非常に複雑であるため、切削パラメータと加工戦略を選択する際には、ワークの構造、工作機械の特性、工具などを考慮する必要があります。これらの要因は多岐にわたり、主に多数の切削実験に依存します。
グラファイト材料の場合、荒加工工程で高速、高送り、多量の工具による切削パラメータを選択する必要があり、これにより加工効率が効果的に向上します。しかし、グラファイトは加工工程中に欠けやすいため、特にエッジ部分などはギザギザの形状になりやすいため、これらの部分では送り速度を適切に下げる必要があり、多量の工具を食い込ませるのは適していません。
薄肉グラファイト部品のエッジやコーナーの欠けは、主に切削衝撃、刃物や弾性刃物の摩耗、切削力の変動などによって引き起こされます。切削力を低減することで、刃物や弾性刃物の摩耗を軽減し、薄肉グラファイト部品の表面加工品質を向上させ、コーナーの欠けや破損を低減することができます。
グラファイト高速加工センターの主軸回転速度は、一般的には大きめです。工作機械の主軸出力が許せば、より高い切削速度を選択すると切削抵抗を効果的に低減でき、加工効率を大幅に向上させることができます。主軸回転速度を選択する際は、送り速度が速すぎて工具が多すぎて欠けが生じないように、1歯あたりの送り量を主軸回転速度に合わせて調整する必要があります。グラファイト切削は通常、専用のグラファイト工作機械で行われ、機械速度は通常3000〜5000r/min、送り速度は通常0.5〜1m/minです。荒加工には比較的低速、仕上げ加工には高速を選択します。グラファイト高速加工センターの場合、工作機械の速度は比較的高く、通常は10000〜20000r/min、送り速度は通常1〜10m/minです。
グラファイト高速マシニングセンター
グラファイト切削加工時には大量の粉塵が発生し、環境汚染、作業員の健康被害、工作機械への影響を及ぼします。そのため、グラファイト加工機には、優れた防塵・除塵装置を備える必要があります。グラファイトは導電性であるため、加工中に発生するグラファイト粉塵が工作機械の電気部品に侵入し、短絡などの安全事故を引き起こすのを防ぐため、工作機械の電気部品は必要に応じて保護する必要があります。
グラファイト高速加工センターは、高速化を実現するために高速電動スピンドルを採用しており、工作機械の振動を低減するために低重心構造を設計する必要がある。送り機構は主に高速高精度ボールねじ伝動装置を採用し、防塵装置を設計している[7]。グラファイト高速加工センターのスピンドル回転速度は通常10000～60000r/minであり、送り速度は最大60m/min、加工壁厚は0.2mm未満が可能で、部品の表面加工品質と加工精度が高く、現在グラファイトの高効率・高精度加工を実現する主な方法となっている。
グラファイト材料の幅広い応用と高速グラファイト加工技術の発展に伴い、国内外の高性能グラファイト加工設備は徐々に増加しています。図1は、国内外のメーカーが製造するグラファイト高速加工センターを示しています。
OKKのGR400は、低重心とブリッジ構造設計を採用し、工作機械の機械振動を最小限に抑えます。C3精密スクリューとローラーガイドを採用し、工作機械の高加速度を確保し、加工時間を短縮し、スプラッシュガードを追加採用しています。機械上部カバーの完全密閉型板金設計は、グラファイト粉塵を防止します。海城VMC-7G1が採用した防塵対策は、一般的な真空吸引方法ではなく、ウォーターカーテンシールフォームと専用の粉塵分離装置を備えています。ガイドレールやスクリューロッドなどの可動部にもシースと強力なスクレーパーが装備されており、工作機械の長期安定稼働を確保しています。
表1のグラファイト高速加工センターの仕様パラメータから、工作機械の主軸回転速度と送り速度が非常に大きいことがわかります。これはグラファイト高速加工の特徴です。海外と比較して、国内のグラファイト加工センターは工作機械の仕様にほとんど差がありません。工作機械の組み立て、技術、設計のため、工作機械の加工精度は比較的低いです。製造業におけるグラファイトの普及に伴い、グラファイト高速加工センターはますます注目を集めています。高性能・高効率のグラファイト加工センターが設計・製造されています。最適化された加工技術を採用し、その特性と性能を十分に発揮させてグラファイトを向上させています。部品の加工効率と品質は、我が国のグラファイト切削加工技術の向上に大きな意義を持っています。
総括する
本稿では、主にグラファイト加工プロセスを、グラファイトの特性、切削プロセス、グラファイト高速加工センターの構造といった観点から考察する。工作機械技術と工具技術の継続的な発展に伴い、グラファイト高速加工技術は、切削試験や実用化を通じて、理論と実践の両面でグラファイト加工の技術レベルを向上させるための深い研究を必要としている。
投稿日時: 2021年2月23日