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、切りくず形成の中断、高速切削特性の影響により、切削プロセス中に交互切削応力が発生し、一定の衝撃振動が生じます。また、工具のすくい面と逃げ面の摩耗が工具の寿命に深刻な影響を与えるため、グラファイト高速加工に使用され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います。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適な選択肢となっています。
グラファイト加工工具では、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ために、適切な幾何学的角度を選択する必要があります。ドイツの研究者によるグラファイト切削メカニズムの研究によると、グラファイト切削時のグラファイト除去は、工具のすくい角と密接に関係しています。負のすくい角での切削は圧縮応力を増加させ、材料の粉砕を促進し、加工効率を向上させ、大きなグラファイト破片の発生を防ぐのに有利です。
グラファイト高速切削用の一般的な工具構造タイプには、エンドミル、ボールエンドカッター、フィレットフライスがあります。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使用されます。ボールエンドフライスは、曲面加工に最適な工具です。フィレットフライスは、ボールエンドカッターとエンドミルの両方の特性を持ち、曲面と平面の両方の加工に使用できます。
切削パラメータ
黒鉛高速切削における適切な切削パラメータの選択は、加工品質と効率の向上に大きく影響します。黒鉛高速切削加工のプロセスは非常に複雑であるため、切削パラメータや加工戦略を選択する際には、ワークピースの構造、工作機械の特性、工具など、多くの要因を考慮する必要があり、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、粗加工工程では高速、高速送り、大容量の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を効果的に向上させることができます。しかし、グラファイトは加工工程中に欠けやすく、特にエッジなどの箇所ではギザギザの形状になりやすいため、これらの箇所では送り速度を適切に下げる必要があり、大容量の刃を使用することは適していません。
薄肉グラファイト部品の場合、エッジやコーナーの欠けは主に切削衝撃、刃の弾性、切削力の変動によって引き起こされます。切削力を低減することで、刃の弾性や衝撃を軽減し、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大きい。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ことで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る。主軸回転速度を選択する場合、送り速度が速すぎたり、工具の送り量が大きすぎたりしてチッピングが発生しないように、1歯あたりの送り量を主軸回転速度に合わせる必要がある。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、機械回転速度は一般的に3000〜5000r/min、送り速度は一般的に0.5〜1m/minで、荒加工には比較的低速、仕上げ加工には高速を選択する。グラファイト高速加工センターの場合、工作機械の回転速度は比較的高く、一般的に10000〜20000r/min、送り速度は一般的に1〜10m/minである。
グラファイト高速加工センター
グラファイト切削加工では大量の粉塵が発生し、環境汚染、作業員の健康被害、工作機械の故障などを引き起こします。そのため、グラファイト加工用工作機械には、優れた防塵・除塵装置を装備する必要があります。グラファイトは導電性物質であるため、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ことを防ぐため、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、高速を実現するために高速電動スピンドルを採用し、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ります。送り機構は主に高速高精度ボールねじ伝動を採用し、防塵装置を設計しています[7]。グラファイト高速加工センターのスピンドル速度は通常10000～60000r/minで、送り速度は最大60m/minまで可能で、加工肉厚は0.2mm未満で、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かつ高精度加工を実現する主な方法です。
黒鉛材料の幅広い応用と高速黒鉛加工技術の発展に伴い、国内外で高性能黒鉛加工装置が徐々に増加している。図1は、国内外のメーカーが製造する黒鉛高速加工センターの一部を示している。
OKKのGR400は、低重心とブリッジ構造設計を採用し、工作機械の機械的振動を最小限に抑えています。C3精密ねじ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、加工時間を短縮します。また、スプラッシュガードを追加し、機械トップカバーの完全密閉板金設計により、黒鉛粉塵を防ぎます。Haicheng VMC-7G1が採用している防塵対策は、一般的な真空方式ではなく、水幕シール方式であり、特殊な粉塵分離装置が設置されています。ガイドレールやねじ棒などの可動部品にもシースと強力なスクレーピング装置が装備されており、工作機械の長期安定運転を保証します。
表1の黒鉛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。これは黒鉛高速加工の特徴です。海外と比較すると、国内の黒鉛加工センターの工作機械仕様にはほとんど違いがありません。工作機械の組み立て、技術、設計により、工作機械の加工精度は比較的低くなっています。製造業における黒鉛の普及に伴い、黒鉛高速加工センターへの注目が高まっています。高性能かつ高効率の黒鉛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、黒鉛の特性と性能を最大限に引き出し、部品の加工効率と品質を向上させることは、我が国の黒鉛切削加工技術の向上に大きく貢献します。
総括する
本稿では、グラファイトの特性、切削加工、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、グラファイト加工プロセスについて主に論じる。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、切削試験と実用化を通して、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、より深い研究を必要とする。
投稿日時：2021年2月23日