材料を切ったり削ったりしながら製品を作る切削加工は、材料によって使いやすいものと使いにくいものがあります。材料の選定は製品の「仕様」や「コスト」などで決められる場合が多いですが、切削やプレスといった加工方法にあわせた材料選びも重要です。今回は切削加工の快削材と難削材、設計する際のポイントなどを詳しく紹介します。
切削部品を設計する際のポイント
切削加工とは、その名の通り材料を切ったり削ったりしながら形を作る加工方法です。金属・プラスチック・樹脂など、幅広い材料に使える便利な加工方法としても知られています。旋盤・マシニングセンタ・ボール盤加工などが代表的で、使う材料や用途にあわせて使い分けるのが特徴です。
切削部品にかかるコスト
切削部品の設計をする際は、部品のコストに着目しましょう。コストは材料にかかる費用だけでなく、加工費用・表面処理費用・熱処理費用なども含まれます。いくら材料費が安くても、加工にコストがかかると低コストでは作れません。使う材料にかかるコストを算出する際は、加工後ではなく加工前の重量をチェックする必要があります。加工前の状態をできるだけ完成に近いサイズまで小さくし、加工する量を減らせばコストが下げられます。また、加工費用に関しては複雑な加工ほどコストがアップするのが特徴です。難しい加工や硬い材料の切削は時間もかかってしまうため、それなりの加工費用がかかります。削ったままの状態で使用できない材料に関しては、熱処理や表面処理などの特殊処理を行う必要があり、さらにコストがアップします。
加工依頼時の注意点
・必要以上の硬い材料を使わない
・特殊な治具や加工が必要な形状はできるだけ避ける
・必要以上の加工精度を求めない
材料費に関しては「kgあたりの単価」 が基準となるので、使う材料によって費用が大きく異なります。加工費は「材料の削りやすさ」「部品形状」「寸法精度」によって決められるのが一般的です。例えば、真鍮（しんちゅう）などの柔らかい材料であれば加工コストが安くなります。しかし、ステンレスなど硬い材料では加工に時間を要するのでコストが高くなってしまいます。材料の形状に関しては、ブロックからの削り出しよりも丸棒などの棒材からの削り出しの方がコストが安い傾向です。特殊な道具が必要な場合や特殊加工を要する場合には、コストが一気にアップする可能性があります。
さらに、寸法精度を追及すると加工時間が多くなり高コストになります。そのため、設計者はコストと性能のバランスを考慮しながら、低コストかつ要求される性能を満たす設計をしなければなりません。
切削加工に適した快削材
快削材とはごく微量の添加物やさまざまな工夫、熱処理などによって被削性を向上させた材料を指します。被削性とは切削加工においての削りやすさなどを示し、快削材は簡単にいえば切削加工に向いた材料です。以下では、切削加工に適した材料をコストなどとあわせて紹介します。
どの材料も切削加工に適していますが、特に銅合金は柔らかく削りやすいので加工がしやすいです。また、SUM21は切削性と加工性に優れた鋼材で、加工費用のコストダウンが望めます。
切削加工に向かない難削材
難削材とは削ったり加工したりしにくい材料を指します。放熱性が悪いので削る際に刃先の温度が上がりやすく、粘度があり切屑処理性も悪いので切削加工には向きません。以下では、切削加工に向かない材料をコストなど、併せて紹介します。
難削材は素材そのものが削りにくく切削加工には向かない材料はもちろん、インコネルやハステロイなど被削性が不明な材料も含まれます。新素材の多くはデータが少なく、切削加工に向いているかどうか分からないものが多いです。また、マグネシウムなど燃えやすい素材も切削加工には向きません。難削材を無理に切削しようとすると、思わぬトラブルや危険を引き起こす可能性があるので注意しましょう。
まとめ
切削部品を設計する際は、どの材料が切削に向いていて、向いていないのかを理解した上で、加工方法にあわせた材料選びをすることが重要になってきます。弊社は旋盤・フライス・マシニング・放電加工機などのあらゆる工作機械を使用して、材料に適した切削加工ができます。近年では機械精度も大幅に上がっており、許容誤差が0.001㎜など精巧な製品の製作も可能です。また、お客様の要望に応じて少数から量産まで幅広く対応できます。
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