高品質のツールを使用して MRR を最大化

高度な切削工具は、最も加工が難しい材料でも加工する際に、金属除去率 (MRR) を最大化できます。 最新の CAM プログラムを活用したこれらの加工戦略は、高速、高効率、最適化された荒加工としてさまざまに知られており、Mastercam の Dynamic Milling などの独自のブランド名でも知られています。 マルチフルートの超硬ソリッド工具などの工具は、機械先読み、高速スピンドル、コーティング、形状などの最新の先進技術の恩恵を受けています。

ここでは、大手工具メーカーがお客様がこれらの工具をチタン、ニッケル基合金、超合金、インコネル、ステンレス鋼の加工に活用できるよう支援している方法をご紹介します。

金属を除去することは重要ですが、お金を稼ぐために十分な速度で除去することがさらに重要です。 国内製品マネージャーのブライアン・スタサック氏によると、テキサス州アーリントンのイスカル・メタルズ社は、難削材のフライス加工に最新の機械加工戦略を活用するため、多刃超硬エンドミルのラインを追加し続けているという。 –フライス加工。 イスカルは、高速フライス加工、高効率フライス加工、最適化された荒加工、Mastercam のダイナミック ミーリングなどの独自の CAM 戦略などのフライス加工戦略に特化して超硬ソリッド エンドミルを設計しました。

「これら 4 つの戦略はすべて本質的に同じです」とストゥサック氏は言う。 「当社はマルチフルート工具、特に切りくず分割技術を備えた 7 フルート工具を開発し、エンドミルのフルートの長さに応じて非常に軽い切削幅を実現しました。これらの戦略は、4 つの特性すべてを積極的に管理します。 CAM システムは、半径方向の切削幅、接触円弧、切りくずの厚さ、送り速度を含めて、最適なパフォーマンスを実現します」と彼は言いました。

切りくず分割技術は、長い切削長で発生する半径方向の工具圧力を軽減し、切りくずを細分化するのに役立ち、オペレータや切りくずパンやコンベアで除去する際に、より扱いやすい切りくずを生成するとステュサック氏は説明しました。 「難削材の加工の鍵はラジアルかみ合いです」と彼は言う。 「熱を避けるために、切断幅や接触円弧の幅を最小限に抑えたいと考えています。」 切削幅を最小限に抑えると、エンドミルの切削時間が制限されるため、工具への熱の伝達が少なくなります。

他にも利点があります。 「切断幅を最小限に抑えることで、ニッケル基合金を除くほとんどの合金の表面状態を向上させることができます」とステュサック氏は述べています。 「切削時の熱を除去することは不可能であるため、切削速度をそれほど上げることはできません。しかし、Ti6Al4V については、これらの工具を使用して 4% の半径方向のかみ合いで最大 400 sfm を加工した事例があります。」

これらの材料の組成を理解することが、切削速度の制限を理解する鍵となります。 「ワークピースの硬度と材料組成は、機械加工性に大きく影響します」と彼は説明しました。 「ニッケル基、コバルト基、鉄基の超合金には特定の合金元素が含まれており、切断幅や切断幅をどのようにしても切断内の熱を除去できないため、sfm を高めることができません。切断速度。[切断速度は]材料の硬さに応じて 80 ～ 110 sfm の間に保つ必要があります。」

PH ステンレス、一部の二相ステンレス鋼、チタン合金では速度を上げて工具の生産性を高めることができますが、これは異なります。 「ニッケルとクロムの含有量が多い二相ステンレス鋼は、ニッケル含有量が高いため、よりインコネル材料に似た加工が施されます。そのため、高温合金を加工する際には、その中の合金元素を理解することが不可欠です。」と彼は言いました。

Stusak 氏は、金属切削の基本原理は、材料を耕すのではなく剪断するように刃先の形状に応じて切りくずを適切に形成することであると説明し、これらの加工戦略の利点を強調しました。 荒加工と仕上げ加工の両方で、最適化された加工戦略からメリットが得られますが、特に荒加工では加工時間が大幅に短縮されます。

「仕上げ加工は通常、65 HRC までの硬化材料の場合、45° ねじれエンドミルを使用して行われます。これは、ねじれ角が大きいほど材料がより効果的にせん断されるためです。」と彼は言いました。 「ねじれ角 60 度のエンドミルは、仕上げ用途でアルミニウムなどの非鉄材料やニッケル含有量の高い合金にも使用されます。一般に、ねじれ角 35 ～ 38 度の可変ピッチ エンドミルが最も一般的です。刃先強度とコア直径のバランスが良く、30°ヘリックスエンドミルと比較して、より効果的に材料をスライスする切断面での切れ味が若干優れているため、業界で最も優れた製品です。」

イスカルの高速フライス加工用エンドミル ファミリには次のものがあります。

ECP-H7-CF マルチフルート (7 フルート) エンドミルは、硬質基板、9% コバルトを含む IC902 超微粒子超硬グレードを備え、TiAlN PVD ​​コーティングが施されています。 イスカルによれば、硬鋼や鋳鉄などのさまざまな材料を高速で加工するのに適しているという。

5 枚刃の ECY-S5 エンドミルは、ショルダーまたはフルスロットの高速ミーリングまたはトロコイドまたはピールミーリング用の汎用基板と AlTiCrSiN コーティング (IC608) を備えています。 主な用途はステンレスですが、ニッケルベースの高温合金の機械加工にも使用できます。

ECI-H4S-CFE エンドミルは、びびりを抑えるために異なるねじれ (35o および 37o) と可変ピッチを備えた短い 4 枚刃設計です。 最大 1×D までのフルスロット ミーリングで、高 MRR 荒加工および仕上げ加工に使用できます。 高温での加工用に新しい AlTiCrSiN IC608 コーティングを使用することもできます。

ECKI-H4R-CF 4 枚刃エンドミルは、航空宇宙用途向けのコーナー半径と、IC300 TiCN または IC900 AlTiN の 2 つのコーティングのいずれかを備えています。 可変ピッチ、可変ねじれ、チタン加工用の特別な刃先処理を提供します。

ジェイ氏によると、高温耐性のニッケル基合金が顧客により一般的に使用されるようになったことから、ミシガン州トロイのセコ・ツールズLLCは、高速、高効率の最適化された荒加工戦略を使用して金属除去率を最大化することに重点を置いているというボール、超硬ソリッドのプロダクトマネージャー。

「これらの材料を従来の機械加工プロセスで加工すると、加工硬化する傾向があります」と彼は説明した。 「高効率のフライス加工と最適化された荒加工を使用すると、半径方向のステップオーバーと切込み深さ (DOC) が軽くなり、ワークピースに大量の熱が加えられないため、発生する熱は大幅に少なくなります。」と彼は言いました。 「荒加工や仕上げ加工に使用される典型的な超硬ソリッド エンドミルは通常 4 枚刃と 5 枚刃を備えていましたが、高効率フライス加工が業界を引き継いでいる現在、当社では 6 枚刃、7 枚刃、9 枚刃工具を追加しています。」

多刃エンドミルの利点は、高温耐熱材料での DOC と段差の低減により、オペレータがより高い送り速度を実現できることです。 「これらの金属は、大きなDOC、大きなラジアルステップオーバー、遅い送り速度を伴う従来の方法での加工を好みません」とBall氏は述べた。 「マルチフルート工具を使用すると、より多くの歯を使用してより速い送り速度とより軽い半径方向ステップオーバーを実行できるため、加工硬化を行わずに MRR を向上させることができます。」

同氏は、材料を荒加工するのは難しく、複数の問題を引き起こす可能性があるが、最大 6 ～ 10 パーセントの半径方向ステップオーバーによる最適化された荒加工が耐熱超合金 (HRSA) やチタンには効果的であると指摘しました。 「そして、同じツールを使用してこれらの部品の多くを仕上げることもできるので、より伝統的なサイドミル仕上げを使用することになります」と彼は言いました。

Seco Tools は、これらの加工が難しい材料向けに、特定の形状、コーティング、超硬基材、およびエッジ処理を開発しました。 同社のコーティングにおける最新の開発は、より高い耐熱性と耐摩耗性を実現する特許取得済みの HXT シリコンベースのコーティングです。 「私たちが発見したのは、これらの同じ工具を工具鋼、ステンレス鋼、鋳鉄などの機械加工が容易な金属の切断に使用できるということです。そのため、これらの高効率フライス加工戦略を使用して工具寿命を延ばすことができるようになりました」より広範囲の加工しやすい材料での生産性が向上します」とボール氏は述べています。

同氏はさらに、「我々は、工具とワークとの接触が増えることで切削圧力が増大する可能性があるため、マルチフルート切削工具の可変インデックスと[ヘリックス]をさらに活用し始めている。しかし、[ヘリックス]を変更する必要がある」と付け加えた。 ]、レーキとインデックスを使用して、びびりや高調波を分散し、効率的に切削する工具の能力を維持するような方法で形状を変更します。」

これらの最適化された高速かつ高効率の加工戦略は、未来の波です。 そして彼らは今日ここにいます。 Ball 氏によると、CAM ソフトウェア サプライヤーの 80 ～ 90 パーセントは、荒加工用に何らかの最適化されたフライス加工戦略を持っており、大手切削工具メーカーの 80 ～ 90 パーセントは、これらの戦略に対応する何らかの多刃製品を持っています。

イリノイ州バーノンヒルズにある YG-1 Tool Co. のグローバル製品およびアプリケーション マネージャーである Yair Bruhis 氏によると、高速および高効率の加工戦略の目的は、MRR を向上させることです。 高効率加工により、エア切削時間を制限し、切削能力を向上させます。 「2 つの加工戦略は非常に効果的であるため、人々はすべてをそれらに切り替えたいと考えています」と Bruhis 氏は言います。 「しかし、それはすべて部品と加工パラメータに依存します。場合によっては、部品を見て、部品の形状や複雑さ、または機械の機能のせいで、高効率の方法では加工できないと言うことがあります。あるいは、特に部品の機能やプログラミングなどの要因が考えられます。

「私は航空宇宙業界の多くの人々と話をしますが、この10年か15年で傾向が変わりました」とブルーヒス氏は続けた。 「もはやツールのコストではありません。顧客は金属除去の実際のコストを知りたがっています。エンジニアやプログラマーと会うと、ツールの価格は気にしていないとはっきりと言うケースがよくあります。サイクルタイムと工具寿命が最も重要な考慮事項です。」

同氏はまた、チタンやインコネルの除去コストがアルミニウムや鋼のコストよりもはるかに高いため、過去4～5年間のチタン合金やエキゾチック加工の傾向は中型から大型部品の高速加工に向かっていると指摘した。

「たとえば、大型の航空宇宙部品の機械加工を評価する場合、私はプログラマーではありませんが、ほとんどの場合、プログラムを見て、何を変更すべきかを判断できます」とブルーヒス氏は述べています。 「ここ数年、世界中を旅したり仕事をしたりするまでの間、プログラムを確認できない場合は、顧客にシミュレーションのビデオを送ってもらい、オンライン会議を開いてプログラムの修正の可能性について話し合ってもらいました。Skype でのやり取りを通じて、常にシミュレーションを行ってプログラムを変更します。」

YG-1 はチタンの高速加工に特化した標準工具を開発しましたが、この用途向けの工具の約 30% は依然としてカスタムメイドであり、特別な長さとコーナー半径を備えています。 「高速加工の傾向の 1 つは、軽い切削を行い、非常に高速に加工するために必要な刃の数が増加していることです」と彼は言いました。 「過去5年間の傾向は5、6、7、9フルートです」と彼は言いました。 利点は、工具寿命が長く、熱と切りくずの制御が優れていることと、加工性能が優れていることです。

「大手 OEM から私に連絡が来るときは、通常、工具寿命かプロセス、またはその両方を改善するためです」と Bruhis 氏は続けました。 「それは深刻な問題に直面している新しいプロジェクトである可能性があります。それは部品の品質、サイクルタイム、時間内に部品を納品すること、または総コストの問題である可能性がありますが、YG-1 以来、ツールのコストが原因であることはほとんどありません」非常に魅力的なパフォーマンスとコストのパッケージを提供します。」

Bruhis 氏は、チタン加工プロジェクトへのアプローチをどのように評価し、決定するかを説明しました。 「私は通常、最初に機械の能力、3 軸、4 軸、5 軸、垂直か水平か、治具や工具について問い合わせます」と彼は言いました。 同氏は、ほとんどの場合、アキシャルまたはラジアル切削、速度と送り、高速かつ高効率な加工のためのプログラミングに基づいて特定のエンドミルが選択されると付け加えました。

カッター パスはさまざまで、プロファイリング、溝加工、ポケット加工などが含まれます。 ワークピースの複雑さやサイズもさまざまです。 YG-1 には、チタン、インコネル、アルミニウムなどの特定の材料用の工具と、小規模な工場や複数の用途向けの汎用工具があります。

「私たちはプロセスとプログラムを決定し、速度と送りの範囲内で実行し、サイクルタイムを推定します」とブルーヒス氏は語った。 「お客様が私たちが設定したプログラムを実行できるようになると、実際の加工時間の結果に関するフィードバックを得ることができます。また、サイクル時間が長すぎてコストが期待した結果と一致しない場合は、必要な処理を行います。調整。」

この記事に寄稿している他の企業と同様に、テネシー州フランクリンの Horn USA Inc. も、ツーリングの成功にはマルチフルート工具設計と顧客協力の両方の重要性を強調しています。 「当社は、顧客向けのツール ソリューションに巧みにアプローチする、エンジニアリング主導の会社だと言えます」と、トレーニングおよび技術スペシャリストのエドウィン トン氏は述べています。 溝入れおよび突切り旋削工具でよく知られているホーンは、旋削製品だけでなく、超硬ソリッドエンドミル、ドリル、刃先交換式フライスなどの幅広い製品ラインを提供しています。 同社の切削工具の 40% 以上は特殊品です。 Horn は、最高の MRR を達成するために、高速かつ高効率の加工戦略を使用してチタン、インコネル、ステンレス、その他の高温耐性金属を加工するために使用されるマルチフルート エンドミルを開発しました。

以下は、アプリケーションおよびセールス エンジニアの Tonne 氏、Eric Carbone 氏とのインタビューのコンセンサス レポートです。 John Kollenbroich 氏、製品管理責任者。 アプリケーションおよびセールス エンジニアの Jeff Shope 氏。

すべての部品が高速加工に適しているわけではありません。 戦略の選択は、部品の形状とサイズに応じて決まります。 確認されているテストの中には、軽い切込み深さ、高速、低いラジアルかみ合いと送り速度でインコネル、チタン、ステンレスを加工することが求められています。

「部品の深さ」が非常に浅い場合、機械工はエンドミルの経済性と高速性を得ることができず、多くの過剰な振動を経験することになります。 その理由は、工場で浅い軸方向切込み深さを実行すると、MRR が低下し、半径方向のステップオーバーが大きく、軸方向のステップオーバーが浅い他の方法と比べて作業効率が低下する可能性があるためです。

これらの加工戦略では、適切な超硬材種、インサート、形状だけでなく、材料へのアプローチ方法も重要です。 高効率加工の目標は、切削幅を小さくし、切削長さを長くして切削抵抗を低減し、より高速な加工を可能にすることです。 その方が速い場合もあれば、従来の高送りカッターを使用した方が速い場合もあります。 ダイナミックな加工では多くの無駄な動きが発生する場合があります。 これを適用するかどうかは、アプリケーションと関連するポケット加工などの機能の複雑さによって異なります。

サイクルタイムの増加につながる無駄な早送り動作を避けるためには、適切な CAM ソフトウェアを使用することが重要です。 場合によっては、より従来的なカット パスを使用した方がよい場合もあります。 一例として、長さ 0.5 インチの部品を切断する目的で、たとえば 0.5 インチ (12.7 mm) のエンドミルを使用すると、切断幅が短く、プロセスで 0.3 インチ (7.62 mm) を除去する必要がある場合が挙げられます。この例では、ホーン氏はすべての材料を 30 回のパスではなく 1 回または 2 回のパスで除去することを推奨しています。効率的にするには、工具を部品上に留まり、時間の無駄な後退を制限する必要があります。

コンポーネントに加えて、プログラミング戦略とソフトウェアもこれに影響します。 工場が高効率または高速フライス加工を行う場合、工具を駆動するために必要な馬力とトルクが必要です。 間違ったソフトウェアを実行すると、多くのコストがかかり無駄な動きが発生することになります。

Horn の超硬ソリッド工具は、大きな DOC を備えた 7 つまたは 9 つのフルートを持ち、経験則として 10 ～ 15 パーセントのステップオーバーを備えており、これらの戦略には役立ちますが、工作機械には必要な加速と減速が必要です。 速度が 600 ipm の古いマシンでは十分ではありません。 同様に、新しいマシンが備えている先読み機能も必要です。

Horn の DSFT エンドミルは、高 DOC、低ラジアルかみ合い工具の DS シリーズの一部であり、トロコイド加工用に設計されています。 DS ツールを効果的に使用するには、振れが少ない堅牢な機械スピンドルとプログラミング用の有能なコントローラーが必要です。 CAD プログラムを使用して、従来のエンドミル加工と高速加工のどちらが最適であるかを決定するための加工時間の見積もりの​​シミュレーションを作成できます。 さらに、これらのツールに関する決定の経済性を評価するために利用できるソフトウェア ツールが多数あります。

マルチフルート工具を使用した高速加工で可能な最高の MRR は、プロセスが工具のフルート全長に係わるときに発生します。 溝の数が多いほど、コアの直径が大きくなり、剛性が高くなります。 ホーン氏によると、通常、高速加工を検討する際に最初に検討するのは、部品のサイズと工具の直径を決定する溝の長さです。 実際の溝長の 1 インチは直径 3/8 インチ (9.5 mm) の工具で処理でき、実際の溝長の 2 インチは直径 5/8 インチ (15.8 mm) の工具で処理できます。

目標は、フルートの長さを最大化することです。これは、5 パーセントと 10 パーセントのステップオーバーと組み合わせて最高の MRR を提供するためです。 工具の選択を決定するもう 1 つの方法は、単純に高送りフライス加工に切り替え、従来のエンドミルでランプインしてストックを切り取るかどうかを決定することです。

マサチューセッツ州ウエストボイルストンの Emuge Corp によると、金型、ブレード、その他の複雑な航空宇宙部品や医療部品の 5 軸加工のサイクル タイムは、Circle Segment 超硬エンドミルを使用すると最大 90% 短縮できるとのことです。機械加工では、従来のボール エンド ミルを使用して小さなステップオーバー パスを作成することに慣れているかもしれませんが、サークル セグメント エンド ミルは、ボール ノーズ エンド ミルより最大 10 倍の高いステップオーバー パスを使用して材料の広い領域を切り出し、効率を最大化し、カスプ高さを最小限に抑えます。

同社によれば、時間とコストが節約され、部品の品質が向上するという。 ツールパスが短いため、工具寿命が長くなります。 工具の熱歪みによる公差の偏差が最小限に抑えられ、機械の軸方向の偏差が滑らかになり、より短い時間で高品質の表面仕上げが得られます。 サークル セグメント エンドミルは、ミルの切削領域の半径が大きい独自の形状を特徴とし、前仕上げおよび仕上げ作業中により大きな軸方向 DOC を可能にします。

エンドミルはバレル形状、オーバル形状、テーパー形状、レンズ形状の 4 つの形状をご用意しています。 オーバルおよびテーパー形状のミルは、ブレードや直線壁のポケットなどの湾曲した形状に適しており、より多くの刃先を自由にかみ合わせることができます。 エミュージュ氏によると、バレル設計ミルは、スパイラル溝の側面に効果的な側面フライス加工や同様の用途を提供します。 レンズ形状のミルは、狭いチャネルや金型上のランドでの使用に優れています。 ジオメトリのサポートと計算には、Mastercam や hyperMILL などの特定の CAM システム ソフトウェアが必要です。

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