スチール CNC 加工の完全ガイド - DeZe テクノロジー株式会社, 株式会社

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1. 導入

CNC (コンピュータ数値制御) 機械加工は、比類のない精度と再現性で複雑で精密な部品の製造を可能にし、現代の製造業に革命をもたらしました。.

多くの CNC プロジェクトの中核には鋼材があります, その強さで尊敬される素材, 耐久性, そして多用途性.

このブログではそのプロセスを詳しく説明します, 利点, 課題, 鋼CNC加工の応用例, このテクノロジーをどのように活用して多様な製造ニーズを満たすことができるかについての洞察を提供します。.

2. スチールCNC加工とは?

スチール CNC 加工は、CNC テクノロジーを使用してスチールをコンポーネントに精密に成形するプロセスです。.

ここ, 製粉所のような機械, 旋盤, ドリル, グラインダーには、事前にプログラムされたパスに従うツールが装備されています, 複雑かつ正確な部品製造を可能にします.

例えば:

フライス加工: ±0.0005インチという厳しい公差を達成可能, 複雑な形状と表面の作成.
旋回: 非常に細かい表面仕上げの円筒部品を製造します。 16 マイクロインチ Ra.
掘削: 穴の直径が内部まで正確であることを保証します 0.0002 インチ.

3. CNC 加工における鋼のグレードとその特性

鋼材のグレードは、CNC 加工プロセスの効率と結果に大きく影響します。.

各グレードは、特定の用途に適した独自の特性を備えています。, 被削性などのバランス要素, 強さ, 耐食性, そしてコスト.

以下は、CNC 加工で一般的に使用されるさまざまな鋼種の詳細を詳しく示しています。.

炭素鋼のグレード

1018 鋼鉄: 炭素鋼の主力製品

構成: 主に炭素含有量の少ない鉄, マンガン, リン, そして硫黄.
主な特徴:

- 優れた加工性により、CNC 精密機械加工に人気の選択肢です。.
- 高い溶接性, 特に浸炭後, 表面硬度を高めます.
- 適度な強度と優れた表面仕上げ.

アプリケーション: よく使われるのは、 シャフト, スピンドル, 歯車, そして 鍛造部品 適度な強度が必要な.

制限事項:

- 他の低炭素鋼と比較して比較的高価.
- 腐食および特定の表面処理に対する耐性が限られている.

機械的性質:

- 密度: 7.87 g/cm3
- 破断伸び: 15%
- 降伏強さ: 310 MPa
- 硬度: 131 HB

1045 鋼鉄: 汎用性の高い中炭素鋼

構成: より炭素含有量がわずかに多い中炭素鋼 1018.
主な特徴:

- 熱処理後の強度と硬度が高い.
- 低炭素グレードと比較して優れた耐衝撃性を実現.
- 被削性は中程度, 適切なツールと設定が必要.

アプリケーション: で広く使用されています ボルト, 歯車, 車軸, そして シャフト より高いストレスにさらされる.
機械的性質:

- 密度: 7.87 g/cm3
- 破断伸び: 16%
- 降伏強さ: 450 MPa
- 硬度: 163 HB

自由加工鋼のグレード

1215 鋼鉄: 機械加工性のチャンピオン

構成: 硫黄含有量が高い, とよく言われます 快削鋼.
主な特徴:

- 加工中に小さな切りくずが発生する, もつれを軽減し、効率を向上させます.
- 非常に機械加工しやすい, より速い切断速度を可能にする.
- 非硫黄グレードに比べて溶接性が低く、強度も中程度.

アプリケーション: 次のような大量のプロジェクトに最適です。 カップリング, 継手, ピン, そしてネジ.

機械的性質:

- 密度: 7.87 g/cm3
- 破断伸び: 10%
- 降伏強さ: 415 MPa
- 硬度: 167 HB

12L14スチール: 高速精密素材

構成: 鉛で強化され、被削性が向上します.
主な特徴:

- 表面品質を犠牲にすることなく、非常に高速な加工が可能.
- その組成により、高強度または溶接用途には理想的ではありません.

アプリケーション: 用途 精密部品, ブッシング, そして ハードウェアコンポーネント それほど要求の厳しい環境では.
機械的性質:

- 密度: 7.87 g/cm3
- 降伏強さ: 350 MPa
- 硬度: 170 HB

ステンレス鋼グレード

304 ステンレス鋼: 万能ステンレス鋼

構成: クロムとニッケルの含有量が高く、優れた耐食性を実現.
主な特徴:

- 標準環境下での錆びや酸化に強い.
- 適度に機械加工可能, 加工硬化を避けるために鋭利な工具と適切な冷却が必要です.

アプリケーション: に共通する 台所用品, 医療器具, そして 構造コンポーネント.

機械的性質:

- 密度: 8.0 g/cm3
- 降伏強さ: 215 MPa
- 硬度: 201 HB

316 ステンレス鋼: 海洋グレードのスーパースター

構成: モリブデンを含む, 塩水腐食に対する優れた耐性を提供します.
主な特徴:

- 海洋および過酷な化学環境において優れた性能を発揮.
- よりも機械加工が難しい 304 強度と靭性が高いため.

アプリケーション: で見つかりました 船舶用付属品, 化学処理装置, そして 医療用インプラント.
機械的性質:

- 密度: 8.0 g/cm3
- 降伏強さ: 290 MPa
- 硬度: 217 HB

工具鋼グレード

D2 工具鋼: 耐摩耗性のチャンピオン

構成: 炭素とクロムの含有量が高い.
主な特徴:

- 優れた耐摩耗性と硬度.
- ステンレス鋼と比較して耐食性が限られている.

アプリケーション: に最適死ぬ, 金型, そして 切削工具.

機械的性質:

- 密度: 7.7 g/cm3
- 降伏強さ: 400 MPa
- 硬度: まで 62 HRC

H13工具鋼: 優れた耐熱性

構成: クロムモリブデン合金鋼.
主な特徴:

- 高い靭性と高温下での優れた性能.
- 熱サイクル用途に最適.

アプリケーション: で使用されます 鍛造金型, 押し出しツール, そして ダイカスト金型.
機械的性質:

- 密度: 7.8 g/cm3
- 降伏強さ: 520 MPa
- 硬度: まで 55 HRC

合金鋼のグレード

4140 鋼鉄: 頼りになる合金鋼

構成: クロムモリブデン合金.
主な特徴:

- 強さを兼ね備える, 靭性, 耐疲労性.
- 適切な工具と冷却を使用して多用途に加工可能.

アプリケーション: 一般的に使用されるのは、 シャフト, 歯車, そして ボルト.

機械的性質:

- 密度: 7.85 g/cm3
- 降伏強さ: 655 MPa
- 硬度: 197 HB

4340 鋼鉄: 高強度パフォーマー

構成: ニッケルクロムモリブデン合金.
主な特徴:

- 優れた靭性と高い耐疲労性.
- 高温でも強度を維持.

アプリケーション: 航空機部品, 着陸装置, そして 動力伝達部品.
機械的性質:

- 密度: 7.85 g/cm3
- 降伏強さ: 470 MPa
- 硬度: 241 HB

比較表: CNC 加工における鋼種

学年	被削性	耐食性	アプリケーション
1018	素晴らしい	低い	シャフト, スピンドル, 歯車
1215	優れた	低い	ネジ, カップリング, 継手
304 ステンレス	適度	高い	医療機器, 台所用品
316 ステンレス	適度	非常に高い	船舶用付属品, 化学装置
D2 工具鋼	適度	適度	パンチ, 死ぬ, 金型
H13工具鋼	適度	低い	ダイカスト金型, 鍛造金型
4140 合金	良い	低い	シャフト, 歯車, ロッド
4340 合金	良い	低い	航空機部品, 重機

4. スチールの CNC 機械加工プロセス

準備:

CAD/CAM設計: 正確なデジタルモデルはCADソフトウェアを使用して作成されます, CAM ソフトウェアがツールパスを生成します.
このステップは、最終部品が設計仕様を満たしていることを確認するために重要です。.
材料の選択: 部品の機能など, 環境, 適切な鋼種を選択する際には、コストを考慮してください。.
例えば, 1018 シンプルな用途にはスチールが選ばれるかもしれません, 低応力コンポーネント, その間 4140 鋼は高応力に適しています, 重要な部分.

設定:

治具とワークホールディング: 適切な固定具により、加工中の安定性と精度が保証されます. クランプなどのテクニック, 万力グリップ, カスタム治具を使用してワークピースを固定します.
ツールの選択: 鋼種と特定の加工操作に基づいてさまざまな工具が選択されます.
例えば, 超硬工具は、次のようなより硬い鋼によく使用されます。 4140, ハイスでありながら (HSS) のような柔らかい鋼の場合は、このツールで十分な場合があります。 1018.

機械加工オペレーション:

旋回: シャフトなどの円筒部品の作成, 切削工具が静止している間にワークが回転する場所.
フライス加工: 複雑な形状と表面の作成, 切削工具が回転し、複数の軸に沿って移動する場所.
掘削: 正確な穴とネジの実現, ドリルビットが回転して材料に切り込む場所.
切削パラメータの最適化: 速度の調整, 餌, 効率と工具寿命を最大化する切込み深さ. 例えば, 4130 鋼の場合、他のものと比較して、より低い切削速度とより高い送り速度が必要になる可能性があります。 1018 鋼鉄.

後処理:

仕上げテクニック: バリ取り, 研磨, および熱処理により、部品の表面品質と機械的特性が向上します.
例えば, バリ取りで鋭利なエッジを除去します, 研磨により表面仕上げが向上します.

5. スチール CNC 加工に使用される技術

鋼の CNC 加工にはさまざまな技術が必要です, それぞれが特定のタスクや部品の要件に適しています.
これらの技術は高精度を達成するために設計されています, 効率, 最終製品の品質.
CNC 鋼加工で使用される主要なテクニックのいくつかを以下に示します。:

フライス加工

説明:

- フライス加工は、回転多点切削工具を使用してワークピースから材料を除去する多用途のプロセスです。.
  ツールは複数の軸に沿って移動できます, 複雑な形状の作成が可能, スロット, そして表面.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: 超硬またはハイス (HSS) エンドミル, フェイスミル, およびボールノーズミルが一般的に使用されます.
- 切断パラメータ: 工具の磨耗を防ぎ、確実な表面仕上げを実現するには、速度と送りを注意深く制御する必要があります。. 例えば, 硬い鋼のような 4140 より低い切削速度とより高い送り速度が必要になる場合があります.

アプリケーション:

- 平らな表面または凹凸のある表面の作成, ポケット, スロット, そして輪郭. 金型などの部品によく使われます。, 死ぬ, および構造コンポーネント.

旋回

説明:

- 旋削加工は、一点切削工具が材料を除去しながらワークピースを回転させるプロセスです。.
  この技術は、円筒形のパーツや対称形状の作成に最適です。.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: 鋼種と希望の表面仕上げに応じて, インサートされた超硬またはハイス旋削工具が使用されます.
- 切断パラメータ: 切断速度の適切な選択, 送り速度, 切込み深さは精度と工具寿命を維持するために重要です.
  例えば, 304 ステンレス鋼では、熱を管理するために、より遅い速度とより多くの冷却剤流量が必要になる場合があります。.

アプリケーション:

- シャフトの作成, ピン, ブッシング, およびその他の回転コンポーネント. 自動車によくある, 航空宇宙, および産業機械.

掘削

説明:

- 穴あけ加工は、ドリルビットを使用してワークピースに穴を開けるプロセスです. ボルト穴などのフィーチャーを追加する場合に必要なテクニックです。, タップ穴, そして貫通穴.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: ハイス鋼 (HSS) または超硬ドリルビットが使用される, TiNなどのコーティングを施したもの (窒化チタン) 耐摩耗性を向上させるため.
- 切断パラメータ: 適切な穴あけ速度, 送り速度, 工具の破損を防ぎ、穴の品質を確保するには、クーラントの使用が重要です。.
  例えば, 4140 鋼の場合、切りくずを取り除き、熱を減らすためにペックドリル技術が必要になる場合があります.

アプリケーション:

- ファスナー用の正確な穴の作成, 流体通路, およびその他の機能的特徴. 幅広い業界で共通, 自動車を含む, 航空宇宙, そして建設.

研削

説明:

- 研削は、砥石車を使用して少量の材料を除去する仕上げプロセスです。, 優れた表面仕上げと厳しい公差を実現.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: 酸化アルミニウムやダイヤモンドなどの材質の砥石が使用されます。, 鋼種と希望の仕上げに応じて.
- 切断パラメータ: 研削パラメータ, 車輪速度など, 送り速度, そして切込み深さ, 熱による損傷を避け、表面の完全性を確保するために慎重に管理する必要があります.
  例えば, 4340 スチールは硬度が高いため、より積極的な研削プロセスが必要になる場合があります.

アプリケーション:

- 滑らかな表面の実現, 鋭いエッジ, 正確な寸法. 歯車の製造によく使われる, シャフト, およびその他の精密部品.

放電加工 (放電加工)

説明:

- EDM は、放電を使用する従来とは異なる機械加工プロセスです。 (火花) ワークピースから材料を侵食する.
  機械加工が難しい材料や複雑な形状に特に役立ちます.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: EDM は従来の切削工具を使用しません; その代わり, 電極を使用します, グラファイトで作ることができる, 銅, または他の導電性材料.
- プロセスパラメータ: 電極とワークとの隙間, 誘電性流体, とパルス持続時間は重要なパラメータです.
  例えば, 316 ステンレス鋼では、ステンレス鋼とは異なる誘電性流体とパルス設定が必要になる場合があります。 4130 鋼鉄.

アプリケーション:

- 複雑な形状の作成, 鋭い角, 従来の機械加工では実現が困難な微細な加工も可能.
  金型製作によくあること, 死ぬ, および航空宇宙部品.

タッピング

説明:

- タッピングは、下穴にめねじを作成するプロセスです。. ボルトのネジ穴を作るのに欠かせない技術です。, ネジ, およびその他の留め具.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: ハイスまたは超硬タップを使用, TiN などのコーティングで耐摩耗性を向上.
- 切断パラメータ: 適切なタッピング速度, 送り速度, 潤滑剤の使用は、ねじの品質と工具寿命を確保するために重要です。.
  例えば, 4140 鋼の場合、タッピング速度を遅くし、より頻繁に潤滑する必要がある場合があります。.

アプリケーション:

- 幅広い用途のファスナー用雌ねじの作成, 自動車を含む, 航空宇宙, および産業機器.

つまらない

説明:

- ボーリングは、既存の穴を拡大し、正確な寸法に仕上げるプロセスです. この技術は直径を改善するために使用されます, 真円度, および穴の表面仕上げ.

CNC 加工に関する考慮事項:

- ツールの選択: 超硬またはハイスインサートを備えたボーリングバーが使用されます, 希望のサイズを実現するために直径を調整可能.
- 切断パラメータ: 適正ボーリング速度, 送り速度, 精度と表面仕上げを維持するにはクーラントの使用が不可欠です.
  例えば, 304 ステンレス鋼では、より遅いボーリング速度とより多くのクーラント流量が必要になる場合があります.

アプリケーション:

- エンジンブロックなどの部品の穴の拡大と仕上げ, シリンダー, および油圧マニホールド.

6. 鋼部品の表面仕上げと処理

一般的な仕上げオプション:

- 浸炭 & 窒化処理: これらの加工により表面硬度と耐摩耗性が向上します。.
  浸炭により表面の炭素含有量が増加します, 窒化すると窒素が導入されます.
- 研磨: 研磨により表面の平滑性と外観が向上します, 表面粗さを最小限に抑える 0.1 マイクロメートル.
- 絵画 & 陽極酸化処理: これらの処理により表面を腐食から保護し、美観を高めます。.
  塗装すると保護層ができます, 陽極酸化により耐久性のある酸化皮膜が形成されます。.

熱処理:

- アニーリング: 焼きなましは鋼を柔らかくし、延性を向上させます. このプロセスでは、鋼を特定の温度に加熱し、ゆっくりと冷却します。.
- 硬化: 硬化により鋼の硬度と強度が増加します. 鋼を高温に加熱し、その後急速に冷却する必要があります。.
- テンパリング: 焼戻しにより脆性が軽減され、靭性が向上します. 硬化した鋼をより低い温度まで再加熱し、その後冷却する必要があります。.

コーティング:

- 亜鉛メッキ: 亜鉛メッキは腐食に対する保護層を提供します, 部品の寿命を延ばす.
- 粉体塗装: 粉体塗装により耐久性と魅力的な仕上がりが得られます, 部品の外観と保護の両方を強化します。.
- クロムメッキ: クロムメッキにより耐久性が向上し、鏡面のような仕上がりになります。, 装飾的および機能的な用途に最適です.

7. スチールCNC加工の利点

精度と精度: CNC マシンは±0.0005 インチという厳しい公差を維持できます。, 部品がアセンブリに完全に適合することを保証する.
耐久性: CNC で機械加工されたスチール部品は過酷な条件にも耐えます, 一部のグレードは最大 1200°F の温度でも完全性を維持します.
材料の多様性: 以上 300 鋼種が利用可能です, それぞれが特定の用途に合わせて調整されています, 切削工具用ハイス鋼から医療機器用ステンレス鋼まで.
コスト効率: CNC 加工により、材料の無駄を最大で削減できます。 70%, 高い生産速度により人件費を削減できます.
スケーラビリティ: CNC 加工により、大規模生産に使用されるものと同じ装置を使用して迅速なプロトタイピングが可能になります, 複数のセットアップの必要性を減らす.

8. 鉄鋼 CNC 機械加工における課題と解決策

重要な課題:

- 硬度と靭性: 鋼の特性により機械加工が困難になる場合がある.
  解決策には次のものが含まれます:

- - 超硬チップ工具の使用, より高い切削抵抗と熱に耐えることができます.
  - 熱を管理するために冷却剤を使用する, 工具の磨耗を最大で削減 50%.
  - ペックドリリングやクライムミリングなどの戦略を導入して、工具のたわみや破損を最小限に抑えます。.

精度と精度:

- 厳しい公差: 精度を維持するには次のことが必要です:

- - 定期的な校正, ±0.0001インチ以内の機械精度を確保.
  - 精密治具とワーク保持装置を使用して部品の動きを最小限に抑える.

コストと時間の効率化:

- 品質とコストのバランス: 最適化するには:

- - 高速加工技術を活用, 加工時間を最大で短縮 50% 品質を損なうことなく.
  - ジャストインタイム製造を導入して在庫コストを最大で最小限に抑えます 30%.

9. スチールCNC加工の応用

自動車:

- エンジンコンポーネント, 歯車, と括弧.
  自動車産業の鋼部品は高温と機械的ストレスに耐える必要があります, CNC 加工を好ましい方法にする.

航空宇宙:

- 着陸装置部品, 構造サポート. 航空宇宙分野, 精度と信頼性が重要です, スチール CNC 加工により、部品がこれらの厳しい要件を確実に満たします。.

医学:

- 手術器具, 補綴物. 医療機器には高い精度と生体適合性が求められます, CNC 加工により、これらの規格を満たす部品を製造できます。.

産業機器:

- ベアリング, シャフト, および機械部品. 産業用機器は過酷な条件下で動作することがよくあります, スチール製パーツは必要な耐久性とパフォーマンスを提供します。.

工事:

- ファスナー, コネクタ, および構造的サポート. 建設プロジェクトは強力で信頼性の高い鋼製コンポーネントに依存しています, CNC 加工により、これらの部品が正確かつ効率的に製造されることが保証されます。.

10. 鋼と鉄の違い

構成: 鋼は鉄と炭素の合金です (0.2-2.1%) そして多くの場合、クロムのような他の元素, ニッケル, またはモリブデン, 一方、鉄は炭素含有量が最小限に抑えられたより純粋な形態です。.
プロパティ: 一般に鋼の方が強度が優れています, 靭性, 鋳鉄と比較して耐食性が高い.
例えば, 1018 鋼の引張強さは 53,000 に 63,800 psi, 純鉄の引張強さは約 30,000 psi.
被削性: 鋼の被削性はその組成によって大きく異なります, 一方、鋳鉄は脆いため、機械加工性が良いことで知られています。, 最大の加工速度を可能にします 300 SFPM.

11. CNC 加工用の鋼材を選択する際に考慮すべき要素

機械的性質: 強さ, 硬度, と靭性が重要な要素です. 例えば, 4140 鋼鉄, 引張強さ 125,000 psi, 高ストレスの用途に適しています.
環境条件: 耐腐食性と耐摩耗性が重要. ステンレス鋼, 例えば, 腐食性環境にさらされる用途によく選ばれます.
料金: 予算の制約とパフォーマンスのバランスをとることが重要です. その間 4140 鋼は優れた特性を提供します, よりも高価かもしれません 1018 鋼鉄.
被削性: 切断と仕上げの容易さ. 快削鋼など 1215 機械加工が容易です, 生産時間とコストの削減.
可用性: 材料がすぐに入手でき、コスト効率が高いことを保証する. 一般的なグレードは次のとおりです 1018 そして 1045 広く入手可能です, 一方、特殊グレードの場合はリードタイムが長くなる可能性があります.

12. 鉄鋼 CNC 加工の今後の動向

切削工具の進歩:

- 新しい素材とコーティング, ナノコーティングされた超硬工具など, 効率と耐久性を向上させるために開発されています.
  これらの工具は工具寿命を最大で延ばすことができます 50% 加工時間を短縮します.

自動化とAI:

- 自動化と人工知能の統合 (AI) 精度を高め、人的エラーを削減しています.
  AI を活用したシステムはツールパスを最適化し、工具の摩耗を予測できます, より効率的で信頼性の高い加工プロセスにつながります.

ハイブリッド製造:

- CNC 加工と積層造形の組み合わせ (3D印刷) より複雑で効率的な部品の製造が可能になります.
  ハイブリッド製造により、材料の無駄が削減され、従来の方法では実現が困難な内部構造と機能を備えた部品の作成が可能になります。.

13. 結論

鋼鉄 CNC加工多くの利点をもたらす強力かつ多用途の製造プロセスです, 精度も含めて, 耐久性, 素材の多用途性.
さまざまな鋼種を理解することで, 機械加工プロセス, そしてさまざまな技術や治療法, メーカーはこの技術を活用して、幅広い用途向けの高品質部品を製造できます。.
テクノロジーが進歩し続けるにつれて, CNC 加工鋼の将来は有望です, その機能と効率をさらに強化するためのイノベーションとトレンドが設定されています.

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