研削とハードターニング？あなたのプロジェクトに最適なのはどちらですか？

硬化材料の加工プロセスに関しては、研削とハードターニングという 2 つの主な選択肢があります。最も効率的な選択は、ワークピースの特性、材料、バッチ サイズ、機器の機能、およびその他のいくつかの要因によって異なります。プロジェクトに最適な方法を決定するには、両方のプロセスの特性、利点、および制限を十分に理解する必要があります。この記事では、研削とハードターニングの主な違いについて説明し、製造ニーズについて十分な情報に基づいた決定を下せるよう支援します。

研削、それともハード旋削？

ワークピースの加工を完了するために旋削と研削のどちらを使用するかを決定する場合、ハード旋削の方がコスト効率が高くなりますが、高い寸法公差と表面粗さが求められる場合は、研削しか選択できません。

適切な工作機械を使用すれば、ハードターニングにより、超硬合金を含む 70 HRC までの材料に対して、非常に高い公差と表面粗さを実現できます。ただし、多くの場合、研削の方がコスト効率の高い選択肢となる場合があります。その決定は、ワークピースの構成、材料、機器の能力、バッチ サイズ、およびその他のいくつかの要因によって決まります。

ハードターニングはさまざまな標準旋盤で実行できますが、通常、これらのマシンは研削に比べて荒加工しか処理できません。ただし、精密ハード旋盤は、サブミクロン精度と 0.1 ～ 0.4 ミクロン Ra の表面粗さで、硬度が 55 ～ 70 HRC の材料のシングルポイント旋削でより高い精度を提供します。内径および外径研削、センターレス研削、および旋削と研削の両方の機能を備えたハイブリッドマシンは、依然として重要な位置を占めています。

ハードターンが有利な状況

ハード ターニングは、一般的に、次のシナリオで最大の利点をもたらします。

• 複雑な形状の円形ワークピースや、内径と外径を組み合わせた加工。
• 頻繁なマシンのセットアップが必要な環境。
• ダウンタイムが発生する可能性がある状況。

研削に適した状況

研削は、以下の種類のワークピースの加工に最適な選択肢です。

• 薄壁および/または高アスペクト比、これらの特性を持つワークピース。
• タイトな干渉面、厳しい干渉要件のある面。
• 長期にわたる一貫性、長期にわたる生産実行にわたって高い一貫性が求められるワークピース。
• 回転不可能な形状、回転できないワークピース。

ハードターニングの本来の利点は、そのシンプルさと柔軟性です。セットアップとプロセス管理の観点からは、従来の旋盤とほぼ同じで、プログラミングが簡単で、一点ツールの交換に便利です。特に、以前は旋削と精研削の両方が必要だったワークピースの場合、コストが大幅に削減されます。

研削の主な利点は、より安定したプロセスであることです。研削ホイールの性能は、その寿命を通じて一貫しており、インライン測定により、生産中に非常に高い Cpk 値を確保できます。シングルポイント旋削工具は交換が簡単ですが、硬い材料を加工するときに摩耗が早く、研削の方が全体的な工具コストが低くなる傾向があります。円筒研削は、アンバランスまたは非円形のワークピースの唯一の選択肢となる場合があります。

各プロセスにはそれぞれ異なる利点があり、さまざまな用途に適しています。以下では、各プロセスについてさらに詳しい情報を提供します。

研削を理解する

研削というのは、 機械加工プロセス 研磨ホイールを切削工具として使用する研削盤です。通常は仕上げ用途に使用され、高精度と表面品質を実現できます。極めて正確な研削プロセスにより、0.5～1 ミクロンの形状精度、1 ミクロン以下の寸法精度、および 0.1 ミクロン Ra の表面粗さを実現できます。ただし、研削はハイエンドのワークピースにのみ適しているという考えは完全に誤りです。研削は、幅広い用途で最もコスト効率の高い選択肢となることがよくあります。

研削工程では、回転する研磨ホイールを使用してワークピースから材料を除去し、非常に細かい仕上げと厳しい公差を実現します。

以下に、研削が一般的に適用されるコンポーネントの例をいくつか示します。

• 金型コア、キャビティインサート、パンチダイ
• タービンブレード、エンジン部品、着陸装置部品
• 整形外科インプラント（股関節、膝関節）および歯科インプラント
• ギア、シャフト
• シール、バルブシート、ポンプローター

研削は、さまざまな製造プロセスで使用される切削インサート、研削ホイール、ダイヤモンド工具などの特殊な工具を製造するために不可欠です。

研削の利点

1. 精度と精度: 研削は、多くの場合マイクロメートル以内の非常に厳しい許容誤差を実現できるため、高精度の部品に最適です。
2. 表面仕上げこのプロセスにより、摩擦や摩耗を最小限に抑える必要がある部品によく必要とされる優れた表面仕上げが得られます。
3. 素材硬度: 研削は、他の加工方法では加工が難しい硬化鋼やセラミックなどの硬い材料に適しています。
4. 一貫性: このプロセスは、大量生産に不可欠な高い一貫性と再現性を実現します。

研削のデメリット

1. 費用: 研削は、研削砥石のコストと特殊な機器の必要性により、他の機械加工プロセスよりも高価になる可能性があります。
2. 時間がかかる: このプロセスは一般に旋削よりも遅くなるため、大量生産には不利となる可能性があります。
3. 複雑なセットアップ: 研削機では複雑なセットアップと熟練したオペレーターが必要になることが多く、初期セットアップ時間と人件費が増加する可能性があります。

ハードターニングを理解する

ハード 回転 ハードターニングは、シングルポイント切削工具を使用して硬化材料を機械加工するプロセスです。この方法は、硬度が 45 HRC を超える部品によく使用されます。ハードターニングは、特に中規模から大規模な生産工程では、研削に代わるコスト効率の高い方法です。

ハードターニングの例には次のようなものがあります。

• ボールねじナット
• ナットとボルト
• ベアリングリングとローラーベアリング
• 油圧コンポーネント
• ドライブシャフトとギア
• 各種金型部品

ワークピースは通常、硬化軸受鋼、高速度鋼、工具鋼、浸炭鋼、炭化物合金、クロム・ニッケル・鉄合金などの特殊な航空宇宙材料などの材料からハード旋削されます。

ハードターニングの利点

1. 高い費用対効果: ハード旋削は、標準の CNC 装置を使用するため、特にバッチサイズが小さい場合には、研削よりもコスト効率が高くなります。
2. 柔軟性: 工具に関して柔軟性が高く、ねじ切り、輪郭加工、溝入れなどのさまざまな操作に使用できます。
3. サイクルタイムハード旋削は研削に比べてサイクルタイムが短いことが多く、全体的な生産効率を向上させることができます。
4. シングルセットアップ: 多くの場合、プロセスは 1 回のセットアップで完了できるため、処理が削減され、スループットが向上します。

ハードターニングのデメリット

1. 表面仕上げ: ハード旋削では良好な表面仕上げが得られますが、研削と同じレベルの滑らかさには達しない可能性があり、特定の用途では制限となる場合があります。
2. 工具の摩耗: ハード旋削における切削工具は、特に非常に硬い材料を加工する場合に早く摩耗し、工具コストの増加と工具交換のためのダウンタイムにつながります。
3. 発熱: このプロセスでは大量の熱が発生するため、適切に管理しないとワークピースの材料特性や寸法安定性に影響を及ぼす可能性があります。

研削とハード旋削の違い

研削とハード旋削はどちらも、部品を厳密な公差で仕上げるために使用される精密機械加工プロセスです。ただし、その方法、用途、利点、制限は大きく異なります。

なぜ研削は旋削よりも精度が高いのでしょうか?

研削は、ワークピースの表面と常に接触する精密な研磨ホイールを使用するため、旋削よりも精度が高いことがよくあります。この方法では、操作中にたわみや振動が発生する可能性のある切削工具に依存する旋削と比較して、寸法と表面仕上げをより細かく制御できます。また、研削の摩耗ベースの材料除去により変形が最小限に抑えられるため、製造プロセスで厳しい公差と高精度を実現するのに適しています。

ハード旋削とソフト旋削の違いは何ですか?

ハードターニングは、CBNやセラミックなどの堅牢なツールを使用して硬化材料（45 HRC以上）を加工するように調整されており、二次研削なしで効率と精密な仕上げを提供します。対照的に、ソフトターニングは、アルミニウム、軟鋼、真鍮、プラスチックなどの柔らかい材料の加工に最適化されています。ソフトターニングで使用される切削工具は通常、超硬または高速度鋼（HSS）で作られており、これらの材料を加工するときに発生する低い切削力と温度に適しています。ソフトターニングは、切削速度が速く、表面仕上げが優れていることが特徴で、滑らかな表面と寸法精度が重要な用途に最適です。高精度で扱いにくい材料に重点を置くハードターニングとは異なり、ソフトターニングは、硬度と耐熱性のために設計された特殊な工具を必要とせずに、柔らかい材料の効率と最適なパフォーマンスを重視しています。

荒削りと仕上げ削りの違いは何ですか?

荒削りは、荒削りとも呼ばれ、ワークピースから大量の材料を除去して、目的の寸法に近づける最初の段階です。荒削りの主な目的は、材料を迅速に除去し、ワークピースを最終寸法に近いサイズに縮小し、その後の機械加工作業に備えることです。荒削りで使用される切削工具は、多くの場合、頑丈で、より高い切削力に対応して大量の材料を効率的に除去できます。

仕上げ旋削は、荒削りに続いて行われ、ワークピースの正確な寸法、表面仕上げ、および厳しい公差を実現することに重点が置かれます。仕上げ旋削で使用される切削工具は、通常、より鋭利で、寸法​​の完全性を損なうことなく優れた表面仕上げを実現するように設計されています。

ワークピースに適した加工プロセスの選択

機械加工プロジェクトで研削とハード旋削のどちらを選択するかは、最適なパフォーマンス、コスト効率、品質を確保するためにいくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

素材硬度

ハード旋削は、通常、硬化鋼や特定の合金など、硬度が 45 HRC を超える材料に効果的です。通常、立方晶窒化ホウ素 (CBN) またはセラミックで作られた切削工具は、これらの硬い材料を効率的に処理できます。ただし、非常に硬いまたは脆い材料は、過度の工具摩耗や故障を引き起こす可能性があるため、ハード旋削には課題があります。

対照的に、研削はセラミック、特定の硬度レベルを超える硬化鋼、ガラスなどの非常に硬いまたは脆い材料に適しています。研削の研磨作用により、ワークピースに損傷を与えることなく、これらの材料を高精度に切断できます。さらに、研削ホイールは、非常に硬い物質を加工する際、硬い旋削工具に比べて摩耗に対してより耐久性があります。

許容範囲と仕上げ

極めて厳しい公差と優れた表面仕上げを実現するには、研削が最適です。数マイクロメートル以内の公差を実現できるため、高精度の部品に最適です。また、このプロセスでは非常に滑らかな表面も生成されます。これは、低摩擦、高い耐摩耗性、または美観が求められる用途にとって重要です。

ハード ターニングは、良好な公差を達成できますが、一般的に研削ほどの精度はありません。表面仕上げは通常より粗くなりますが、多くの工業用途には十分です。研磨などの後処理手順が実行可能な場合は、ハード ターニングでも必要な仕上げ基準を満たすことができます。

生産量

大量生産の場合、研削は優れた一貫性と再現性を提供します。これは、部品間の均一性の維持が重要な大量生産に有利です。さらに、研削は自動化が容易であるため、大量生産への適合性がさらに高まります。

ただし、ハード ターニングは、セットアップ時間とコストが低いため、バッチ サイズが小さい場合により経済的です。ハード ターニングで使用される CNC 旋盤の柔軟性により、さまざまな部品をすばやく再プログラミングできるため、さまざまな生産ニーズにプロセスが適応します。この柔軟性は、さまざまなコンポーネントを頻繁に切り替える必要があるメーカーにとって特に有益です。

費用

ハード ターニングは、特殊な機器を必要とせず、標準の CNC 旋盤で実行できるため、一般的に初期セットアップ コストが低く抑えられます。切削工具は高価ですが、これらのコストは、セットアップ コストの低さと CNC 旋盤の汎用性によって相殺されます。ハード ターニングはサイクル タイムが短い傾向があり、小規模から中規模のバッチ生産の人件費と運用コストを削減します。

一方、研削は、研削機や設備のコストがかかることから、初期投資が高額になることがよくあります。研削ホイールは高価な場合もありますが、適切に使用すれば寿命が長くなります。大量生産の場合、一貫性が高く、やり直しの必要性が減るため、単位あたりのコストが低くなり、初期セットアップ コストが高くても相殺できます。

機能の複雑さ

ハードターニングは、複雑な形状や複数の機能を持つ部品を1回のセットアップで加工するための柔軟性を高めます。これには以下が含まれます。 スレッディング、輪郭加工、溝入れ加工は、機械を変更することなく連続して実行できます。ハード旋削で使用される CNC 旋盤の多軸機能により、複雑な形状の部品に対して精緻で詳細な作業が可能になります。

研削は、複雑な形状を 1 回のセットアップで作成する点では柔軟性に欠けますが、特定の特殊な機能を作成する点では優れています。精密な溝、超微細仕上げ、正確な寸法の維持などの作業では、他に類を見ないほど優れています。ただし、研削では、機能ごとに別々のプロセスまたは機械が必要になる場合があり、複数の複雑な機能を持つ部品のセットアップ時間とコストが増加する可能性があります。

結論

研削とハードターニングのどちらを選択するかは、プロジェクト固有のさまざまな要因によって異なります。研削は精度と表面仕上げに優れているため、高許容度が求められる用途には欠かせません。一方、ハードターニングはコスト削減、柔軟性、サイクルタイムの短縮を実現し、多くの用途でメリットがあります。材料、許容度要件、生産量、コストの考慮事項を評価することで、プロジェクトに最も適した加工プロセスを決定することができます。

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Q＆A

カタログ： CNC加工ガイド

陳福泉

この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。