金属の切削加工ではバリの発生がつきものです。 バリの存在は、ワークの加工精度や表面品質を低下させるだけでなく、製品の性能に影響を与え、時には事故の原因にもなります。 バリ取りは非生産的なプロセスであり、製品コストが増加し、製品の生産サイクルが長くなるだけでなく、不適切なバリ取りによる製品全体の廃棄につながり、経済的損失につながります。
バリ取りは手間がかかるので、根元からなんとかしたほうがいいです。 今日は、エンドミル加工で発生するバリを減らす方法を学びます。
エンドミル加工におけるバリの主な形態
切削運動-刃先バリの分類システムによると、エンドミル加工で発生するバリには、主に主刃の両側のバリ、側面切削の切削方向のバリ、底切削の切削方向のバリ、そしてインフィードとインフィード。 方向性バリには 5 つの形態があります (図 1 を参照)。
一般的に、下刃から切り出される切断方向バリは、他のバリに比べてサイズが大きく、除去しにくいという特徴があります。 このため、本論文では、下端から切り出された切削方向バリを主な研究対象として研究を行った。 エンドミル加工における下刃の切削方向のバリの大きさと形状により、タイプI（サイズが大きく、除去が難しく、除去コストが高い）、タイプIIのバリに分類できます。バリ（サイズが小さく、除去できないか、簡単に除去できない）およびタイプ III のバリは負のバリです（図 2 を参照）。
図2 フライス加工時に下刃から削り出される切削方向のバリの種類
エンドミルバリの形成に影響を与える主な要因
バリの形成は、非常に複雑な材料変形プロセスです。 ワークの材料特性、形状、表面処理、工具の形状、工具の切削軌跡、工具の摩耗、切削パラメータ、クーラントの使用など、さまざまな要因がすべてバリの形成に直接影響します。 図 3 は、エンドミルのバリに影響を与える要因のブロック図です。 特定のフライス加工条件下では、エンドミル加工のバリの形状とサイズは、さまざまな影響要因の複合効果に依存しますが、さまざまな要因がバリの形成にさまざまな影響を及ぼします。
01 ツールの出入り
一般に、ねじ込み時に発生するバリよりもねじ込み時に発生するバリの方が大きい。 図 4 に示すように、図 4a はツールの端末面が工作物からねじ出されていることを示しています。これは、より大きなサイズのタイプ I バリを生成する傾向があるのに対し、図 4b ではツールが工作物にねじ込まれ、生成されたバリ通常はタイプ II バリです。 WeChat を追加: Yuki7557 で 10G CNC チュートリアルを送信
図4 フライス加工によるバリ発生への影響
02 平面切り出し角度
下刃切削の切削方向のバリの発生には、平面切削角度が大きく影響します。 平面切り出し角度は、切削速度の方向 (工具速度と送り速度のベクトル合成) と、ワーク端面の向きの間の角度として定義されます。 ワーク端面の方向は、工具ねじ込み点から工具ねじ込み点へ向かう方向です。 図 5 に示すように、Ψ は平面の切断角度であり、その範囲は 0 度です。<>
図5 平面切り出し角度
試験結果は、バリの高さが切込みの深さに応じて変化することを示しています。つまり、バリは、切込みの増加とともにタイプ I バリからタイプ II バリに変化します。 タイプ II バリを生成する最小切削深さは、通常、限界切削深さと呼ばれ、dcr で表されます。 図 6 は、アルミニウム合金を加工する際のバリの高さに及ぼす平面リード角と切込み深さの影響を示しています。
図6 バリの形状と平面切削角度と切込み深さ
図 6 から、平面の切り取り角度が大きいほど、限界切り込み深さが大きくなることがわかります。 平面の切り出し角度が 120 度を超えると、タイプ I のバリのサイズが大きくなり、タイプ II のバリに移行する限界の切り込み深さも大きくなります。 したがって、小さい平面切断角度は、タイプ II バリの生成に役立ちます。これは、Ψ が小さいほど、端子表面の支持剛性が相対的に向上し、バリが形成されにくいためです。
図 5 から、送り速度のサイズと方向は、複合速度 v のサイズと方向に一定の影響を与え、平面の切断角度とバリの形成に影響を与えることがわかります。 したがって、送り速度と出口エッジ オフセット角度 が大きいほど、Ψ が小さくなり、大きなバリの形成を抑制しやすくなります (図 7 を参照)。
図7 バリ発生に及ぼす送り方向の影響
03 ツールノーズ終了シーケンス EOS
エンドミル加工中のバリのサイズは、主にツールチップの終了順序によって決まります。 図 8 に示すように、点 A は副刃の点、点 C は主刃の点、点 B は刃先の頂点です。 工具ノーズは鋭利であると想定されます。つまり、工具ノーズ円弧の半径は考慮されません。 BC エッジが最初にワークピースから出て、AB エッジが後でワークピースから出る場合、切りくずは加工面にヒンジで固定され、フライス加工が進行するにつれて、切りくずがワークピースから押し出され、より大きなボトム エッジが形成され、切り出されます。切断方向のバリ。 AB エッジが最初にワークピースから出て、BC エッジが後でワークピースから出る場合、切りくずは移行面でヒンジし、ワークピースから切り出され、切削方向のバリを切り取るより小さいサイズのボトム エッジが形成されます。
テストは次のことを示しています。 ①バリのサイズを大きくするツール ノーズの出口シーケンスは、ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA です。 ② EOS による結果は同じですが、同じ射出シーケンスの下では、プラスチック材料によって生成されるバリのサイズは、脆性材料によって生成されるバリのサイズよりも大きくなります。
工具ノーズの終了順序は、工具の幾何学的形状に関連するだけでなく、送り速度、切削深さ、ワークピースの幾何学的サイズ、切削条件などの要因にも関連しています。 バリの形成に影響を与えるのは、さまざまな要因の組み合わせです。
図 8 ツール ノーズの終了シーケンスとバリの形成
04 その他の要因
① 加工パラメータ、加工温度、切削環境などもバリの発生に一定の影響を与えます。 送り速度、切削深さなどのいくつかの主な要因の影響は、平面切削角度の理論と工具ノーズ出口シーケンスの EOS 理論によって反映されます。 ここでは詳細には触れません。
②被削材の塑性が良いほどI型バリが発生しやすい。 脆性材料のエンドミル加工では、送り速度または平面切削角度が大きいと、タイプ III のバリ (欠陥) が発生しやすくなります。
③ワークの端子面と加工面とのなす角が直角よりも大きい場合、端子面の支持剛性が高まるため、バリの発生を抑えることができます。
④ミリング液の使用は、工具の寿命を延ばし、工具の摩耗を減らし、フライス加工プロセスを潤滑し、バリのサイズを小さくするのに役立ちます。
⑤工具の摩耗はバリの発生に大きく影響します。 工具がある程度摩耗すると、工具先端の円弧が大きくなり、工具出口方向のバリのサイズが大きくなるだけでなく、工具切削方向のバリのサイズも大きくなります。 そのメカニズムについては、さらに深く研究する必要があります。
⑥工具の材質などもバリの発生に一定の影響を与えます。 同じ切削条件では、ダイヤモンド工具は他の工具よりもバリの発生を抑えるのに役立ちます。
エンドミル加工で発生するバリを制御する基本的な方法
エンドミルのバリの形成は、多くの要因の影響を受けます。それは、特定のフライス加工プロセスに関連するだけでなく、ワークピースの構造、工具の形状、およびその他の要因にも関連しています。 エンドミルのバリを低減するには、多面的にバリの発生を抑制・低減する必要があります。
01 合理的な構造設計
バリの発生はワークの構造に大きく左右されます。 ワークの構造が異なり、加工後のエッジのバリの形状や大きさも大きく異なります。 ワークの材質と表面処理があらかじめ決まっている場合、ワークの形状とエッジは、バリの形成を決定する重要な要素です。 図 9 は、バリを低減するためにワークの端面に面取りを追加したことを示しています。
図 9 出辺面取り方法の追加
02 適切な処理手順
加工順序も、エンドミルのバリの形状とサイズに一定の影響を与えます。 バリの形状や大きさによって、バリ取りの作業量や費用も異なります。 したがって、適切な処理順序を選択することは、バリ取りのコストを削減する効果的な方法です。 図 10 は、より大きなバリの生成を制御するための適切な処理シーケンスの使用を示しています。
図10 処理順序制御方式の選択
図 10a では、最初に穴を開けてから平面をフライス加工すると、穴の周囲に大きな切り取りとフライス加工のばりが発生しやすくなります。 最初に平面をフライス加工してから穴を開けた場合、穴の円周には小さな穴あけバリしかありません。 同様に、図 10b では、最初に上面をフライス加工してから凹面の輪郭をフライス加工することによって形成されるバリのサイズは、最初に凹面の輪郭を機械加工してから平面をフライス加工することによって形成されるバリのサイズよりも小さくなっています。
03 工具の引き抜きを避ける
工具の後退は切削方向のバリ形成の主な要因であるため、工具の後退を回避することは、バリの形成を回避する効果的な方法です。 通常、フライスカッターは、ワークピースからネジを外すと大きなバリが発生し、ワークピースにねじ込むと小さなバリが発生します。 したがって、加工中にフライスが空転することは極力避けなければなりません。 図 4 と同様に、図 4b を使用して生成されたグリッチは、図 4a で生成されたグリッチよりも小さくなっています。
04 適切な切断ルートを選択する
これまでの解析から、平面の切り出し角度がある値よりも小さい場合、発生するバリのサイズが小さくなることがわかります。 切削幅、送り速度（大きさと方向）、回転速度（大きさと方向）を変えることで、平面切削角度を変えることができます。 したがって、タイプ I バリの生成は、適切なツール パスを選択することで回避できます (図 11 を参照)。
図 11 ツール パス メソッドの制御
図 11a は従来のジグザグ ツール パスを示しており、図の網掛け部分は切削方向の大きなバリが発生する可能性がある部分を示しています。 図 11b は、切削バリの生成を回避できる改善されたツール パスを使用しています。 図 11b のツール パスは図 11a よりもわずかに長く、フライス加工の時間が少し長くなりますが、追加のバリ取りプロセスが必要ないため、図 11a を使用すると多くのバリ取り時間が必要になります (図の網掛け部分はつまり、バリが発生する場所は多くありませんが、実際のバリ取りでは、バリが発生しているすべてのエッジを通過する必要があります)。したがって、一般的には、図 11b に示す切断ルートが、図 11 に示すルートよりも優れています。ばりの抑制に関しては、１１ａと比較してよい。
05 適切な切削パラメータを選択する
エンドミル加工パラメータ (刃当たり送り、エンドミル加工幅、エンドミル加工深さ、工具の幾何学的角度など) は、バリの形成に一定の影響を与えます。 表 1 に、バリのサイズを小さくするためのエンド ミル加工パラメータを選択するためのいくつかの原則を示します。
表1 バリの種類と処理方法
5つの特殊なバリ取り方法
01 電解バリ取り
いわゆる電解バリ取りは、機械加工、研削、スタンピング後にバリを除去し、金属部品の鋭いエッジを丸めたり面取りしたりできる化学バリ取り方法です。
電解を利用して金属部品のバリを除去する電解加工法で、英語でECDと略されます。 ツール カソード (通常は真鍮) をワークピースのバリ部分の近くに固定し、2 つの間に一定の隙間 (通常 0.3-1 mm) を空けます。 ツール陰極の導電部はバリのエッジに合わせ、もう一方の面は絶縁層で覆うことで、電気分解がバリの部分に集中するようにします。 WeChat を追加: Yuki7557 で 10G CNC チュートリアルを送信
加工中、ツールの陰極は直流電源の負極に接続され、工作物は直流電源の正極に接続されます。 0.1 ～ 0.3 MPa の低圧電解液 (通常は硝酸ナトリウムまたは塩素酸ナトリウム水溶液) がワークと陰極の間に流れます。 直流電源を投入すると、バリは陽極溶解によって除去され、電解液によって取り除かれます。
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電解液はある程度腐食性があり、バリ取り後にワークピースを洗浄して防錆する必要があります。 電解バリ取りは、交差する穴の隠れた部分や複雑な形状の部品のバリ取りに適しています。 生産効率が高く、バリ取り時間は一般的に数秒から数十秒程度です。
ギア、スプライン、コネクティングロッド、バルブボディ、クランクシャフトのオイル通路穴などのバリ取りや鋭利な角の丸み付けなどによく使われます。 欠点としては、部品バリ付近も電気分解され、表面本来の光沢が失われ、寸法精度にも影響を与えることです。
02 アブレシブフローバリ取り
Abrasive Flow Machining (AFM) は、1970 年代後半に海外で開発された新しい仕上げおよびバリ取りプロセスです。 仕上げ段階に入ったばかりのバリには特に適していますが、小さくて長い穴や底が無理な金型などの加工には不向きです。
03 磁気研磨とバリ取り
磁気研削では、ワークは2つの磁極によって形成される磁場の中に置かれ、ワークと磁極の間のギャップに磁性砥粒が配置されます。 磁力の作用により、研磨材は磁力線の方向に沿ってきれいに配置され、柔らかくて剛性のある磁気研削盤を形成します。 ブラシ、ワークピースが磁場内で回転して軸方向に振動すると、ワークピースと研磨材が互いに相対的に移動し、研磨ブラシがワークピースの表面を研削します。 磁気研削法は、部品を効率的かつ迅速に研削およびバリ取りできます。これは、さまざまな材料、さまざまなサイズ、およびさまざまな構造の部品に適しています。低投資、高効率、幅広い用途、および高品質の仕上げ方法です。
現在、海外では、回転体、平面部品、歯車の歯、複雑なプロファイルなどの内外面を研削およびバリ取りし、ワイヤの酸化スケールを除去し、プリント回路基板を洗浄することができます。
04 熱バリ取り
熱バリ取り（TED）は、水素と酸素ガスまたは酸素と天然ガスの混合ガスを爆燃させた後に発生する高温を利用してバリを焼き払うことです。 密閉容器に酸素と酸素、または天然ガスと酸素を流し、点火プラグで点火することにより、混合物が瞬時に爆燃し、大量の熱エネルギーを放出してバリを除去するものです。 ただし、ワークピースが爆発して燃焼した後、その酸化粉末がワークピースの表面に付着するため、洗浄または酸洗する必要があります。
05 ミライ強力超音波バリ取り
ミライの強力超音波バリ取り技術は、近年注目されているバリ取り方法です。 通常の超音波洗浄機の10～20倍の洗浄効率です。 穴は水タンクに均等に分散されているため、超音波洗浄を使用する必要はありません。投与は同時に5〜15分以内に完了できます。
