EN
CNC加工における最も厄介な欠陥の一つである反りは、 CNC加工鋼製部品 工作機械上で寸法が完璧に測定された部品が、外力解除後、熱処理後、あるいは最終検査中ですら突然変形してしまう現象です。その結果として、不良品の発生、再加工、納期遅延、および顧客からの苦情が生じます。
実際の現場での試作、治具の再設計プロジェクト、および生産環境における熱応力試験データを基に、本稿では、 鋼製部品がCNC加工中に反る理由と、それを確実に防止する方法について解説します ——実証済みの工学的手法を用いて。
CNC加工における鋼製部品の反りとは？
反りとは、 残留応力、温度勾配、または不均一な材料除去によって引き起こされる意図しない寸法変形 を指します。
典型的な症状には以下が含まれます：
-
仕上げ後の平板の反り
-
荒削り後の長尺シャフトの湾曲
-
アンクランプ中の薄肉部のねじれ
-
熱処理後の穴の円形度不良
油圧機器サプライヤーにおけるAISI 1045製バルブボディの加工を対象とした6か月間の研究において：
-
変形に起因する不良品率が低下しました 28%
-
手直し作業時間は減少しました 34%
-
平面度偏差は0.19 mm → 0.06 mmへ改善しました
—以下に説明する工程変更後。
CNC加工による鋼製部品の反りの原因：主な要因
1. 原材料に残存する応力
熱間圧延または鍛造された鋼材棒には、成形および冷却工程で生じた 内応力 が常に入り込んでいます。
機械加工により不均一に材料が除去されると、この応力が再配分され、部品が湾曲します。
実例：
応力除去処理を行わずに4140鍛造板を加工したところ、仕上げ後に400 mm長さで 0.32 mmの湾曲 が観測されました。
2. 切削中の熱の蓄積
鋼は加熱されると膨張します。攻撃的な切削条件や不十分な冷却液供給は、特に以下の部位で温度勾配を生じさせます。
-
深溝加工
-
薄肉リブ
-
長尺仕上げ加工
試験運転中の赤外線サーモグラフィー撮影では、 42°Cの温度差 が薄肉フランジ全体に観測されました——これは計測可能な変形を引き起こすのに十分な値です。
3. 不均一な材料除去
まず片面から大部分の被削材を除去すると、内部応力が非対称に解放されます。
これは以下のケースでよく見られます：
-
ハウジング部品
-
構造ブラケット
-
大型プレート
4. フィクスチャによる歪み
薄肉鋼製部品を過度にクランプすると、弾性変形が生じます。クランプを解除した後、部品は「スプリングバック」して反り形状になります。
真空フィクスチャにおける力センサ試験では、クランプ荷重を35％削減することで、加工後の平面度誤差が半減しました。
5. 加工後の熱処理
部品を適切に支持しない場合、または熱処理後の仕上げ加工に十分な加工余肉を確保していない場合、焼入れ・焼戻しによって新たな応力が導入され、歪みが発生します。
CNC加工鋼製部品の歪み防止方法
まず材料の応力を除去する
高精度が要求される部品の場合：
-
炭素鋼／合金鋼の応力除去焼鈍（550–650°C）
-
板厚25 mmにつき1時間保持
-
制御炉冷
生産結果：
応力除去処理済み4140鋼板は、 仕上げ加工時の変形が62％低減 しました。
バランスの取れた荒削り戦略を採用
片面を完全に仕上げる代わりに：
-
材料を対称的に除去
-
交互に面取りする
-
仕上げ用に均一な残り材（0.5～1.0 mm）を残す
このアプローチを採用したCAMテンプレートにより、平面度誤差が 45%構造部品において低減された。
切削条件を最適化して熱入力を低減
生産性を犠牲にすることなく熱入力を低減：
-
高効率フライス加工（ステップオーバー10～20％、軸方向に深い切り込み）
-
研磨済みエッジのシャープなインサート
-
耐熱性向上のためのAlTiNコーティング
-
高圧冷却液（50～80 bar）
最適化後、測定されたスピンドルの消費電力は14%低下し、表面温度は18°C低下しました。