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モノマド辞典:樹脂切削加工

樹脂切削加工とは

まずは読み方から、『切削』は『せっさく』と読みます。意味は漢字の通り、金属や木材、またはプラスチックなどを切ったり削ったりして加工することです。

切削加工には3種類の加工方法があり、金属や樹脂などの工作物やドリルなどの工具を回転させて理想の形状に仕上げていくことができます。

製造業に用いられている切削加工ですが、そもそも木材や金属、樹脂といった工作物を好みの形状に仕上げるために切って削ってという加工をしていきます。切削加工には旋盤・フライス・穴あけといった3つの種類や抵抗力や耐熱性、加工速度という3つの注意点があります。また、工作物の素材では樹脂切削加工が難しいとされています。

ここでは上記のポイントについて解説していきます。

樹脂切削加工とは

切削加工の方法

切削加工での3つの種類をみていきます。

旋削加工(ターニング)

旋削加工は工作物を回転させ、チップ(工具)を一定方向に動かして切り込みます。このとき、工作物の回転速度とチップの送り速度、切り込み量で精度に影響が変化し、工作物は基本的にらせん状に仕上がります。

細かくいえば、チップにもサイズがあり、どのバイト(チップを挟むフォルダーのようなもの)を使用するかで使用するチップも変わります。また、切り込みには角度がありますし、ピック量というチップの移動量(短い間隔ほど精度はよくなるが、加工時間が長くなる)によっても工作物の精度が大きく変化します。

フライス加工(ミーリング)

工作物をバイスで固定(テーブル側)し、工具を回転させて(主軸側)加工しますが、テーブル側と主軸側を移動することで工作物に平面だけでなく、R形状を付けることができるので、立体的な加工が可能です。

ハンドルやボタン、レバーなど操作する項目が多くなりますが、立体的な完成品を作れるので汎用性が高い加工といえるでしょう。

穴あけ加工(ドリリング)

工場勤務ではない人でもイメージしやすい工具といえばドリルです。穴を開けるという意味ではドリルが一番連想しやすいといえるでしょう。ドリルは二つの刃がらせん状に連なっており、浅穴と深穴を加工します。ドリリング加工では工作物の深さと材質(硬度)、ドリルの強度が重要です。

ドリリング加工では切り屑が次々に発生しますので、これを除去しないと余分な抵抗力が発生してしまいます。そこで外から切削油を用いて切り屑が加工面に付着するのを防ぎますが、深くなればドリルの先端に切削油が届きにくいという懸念も生じてしまいます。このような場合、ドリルの先端から切削油を噴き出す方式が必要となるでしょう。

切削加工の注意点

抵抗力

各加工には必ず抵抗力が働きます。加工速度や切り込み量が大きいほど抵抗力も増します。抵抗力が大きくなれば、その分工具への負担も増えますので、最終的な工作物の仕上がり精度にも影響が出てしまうでしょう。

耐熱性

工作物と工具が干渉することで熱が発生します。工具には耐熱性に優れた素材や硬度が求められますが、抵抗力が大きくなるほど温度も上昇しますので、加工する条件によっては工具が劣化して仕上がり精度に大きな影響が出てしまう恐れがあります。

そのため切削油を用いて加工時に冷却する必要があります。また、加工する面積や体積によっても総熱量が変わります。

加工速度

加工速度は加工方法にもよりますが、一般的に遅くすることで精度が良くなる傾向になります。加工した工作物の表面にはギザギザの山と谷が発生し、表面粗さという精度が求められます。加工速度を遅くすることで表面粗さがよくなり(山と谷の差が小さくなる)ますが、その分加工するサイクルタイムが遅くなってしまうでしょう。

加工速度は上記に挙げた抵抗力と耐熱性への影響力はもちろん、製品精度にも関係します。とはいえ、どの現場でもサイクルタイムの短縮は通年の課題といえるでしょう。

主な材質紹介(樹脂)

切削加工において、木材や金属、樹脂などの材質を工作物に用いています。中でも加工するのに難しいのが樹脂です。樹脂には熱を加えることで硬くなる超硬化性樹脂と逆に軟らかくなる熱可塑性樹脂があり、一般的にはプラスチック(多く流通しているのは汎用プラスチック)といわれます。毎日何かに手が触れるものでもあり、広く一般的に使用されています。熱可塑性樹脂は熱によって変化しやすくなるので、リサイクルがしやすく、超硬化性樹脂よりも環境面にも優れています。

樹脂は金属に比べて軽く、完成した製品も金属よりも傷が付きにくく、工場の現場ではワークを搬送する面で擦り傷や打ち傷を防ぐメリットがあります。

しかし、切削加工においての樹脂は熱を持ちやすくて膨張してしまいます。熱で膨張した場合、当然ながら冷えると小さくなり、希望の寸法公差に仕上げるのが難しいものです。その為、冷え代寸法を考慮しながら切削加工する必要がありますが、樹脂は時間をかけてゆっくり加工しても溶けやすいという性質をもつので、何かと工夫が求められるでしょう。

まとめ

切削加工は工具や工作物を回転させて、金属や木材、樹脂を理想とする形状に加工していきます。切削加工にはそれぞれ以下の加工方法があります。

・旋盤加工(ターニング)…工作物を回転させ、工具を一定の方向に動かして切り込む
・フライス加工(ミーリング)…工作物を固定して工具を回転させ、両者を移動しながらさまざまな形状に仕上げる
・穴あけ加工(ドリリング)…工作物を固定し、ドリルを回転させて穴を開けていく

これらには抵抗力・耐熱性・加工速度という3つの注意点があり、それぞれ工作物の加工精度に影響を及ぼします。

また、樹脂は汎用プラスチックとして日常生活に欠かせない素材です。中でも多く流通されている熱可塑性樹脂は熱を加えて軟らかくなり、さまざまな形状を作ることが可能です。そのために熱を持ちやすくて膨張し、冷え代が大きくなって加工寸法が一定しづらいといえます。樹脂切削加工においては冷え代を考慮して作業する必要性があるでしょう。

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