3D 金属切削 ： 生産工場に 適した技術の選び方

金属切削 システムを購入するかどうかを検討する場合、 最も重要な決定の1つは、 どの技術に焦点を当てるかということです。

絶対的なベストチョイスはありませんが、 お客様のニーズに最適なものは必ずあります。 それは、 加工の種類と、 達成したい目的 （柔軟性、 生産性、 生産された部品の品質） によって異なります。

主な技術オプションは以下の通りです。

5軸マシニングセンター

仕組み

5軸マシニングセンタは、 複雑な形状の切削はもちろん、 穴、 スロット、 フライス、 部品上のあらゆる形状のトレースなど、 文字通り原材料の塊から目的の部品を彫り出すことができます。 自由度の高い切りくず処理ですが、 中実や厚みのある部品 （立方体や立体的なブランク） の加工を想定しています。

利点・欠点

柔軟性：CAD/CAMソフトウェアにより、 オフラインでワークサイクルをプログラムし、 シミュレーションを行い、 生産に回すことができます。

生産性： サイクルタイムは他の技術より長くなります。 そのため、 小-中ロットやプロトタイプに適しています。

切削刃は、 表面全体と同様、 研削加工に近い粗さを得ることができますが、 時間がかかり、 特殊な工具が必要です。

材料の厚みが数ミリになった場合、 適切な技術ではありません。 そのため、 5軸マシニングセンタは、 曲がったパイプ、 ハイドロフォーム、 成形パイプ、 深絞りパイプなどの3次元形状の加工にのみ使用されます。

これには多くの注意点があります。

– 特に高張力鋼やホットスタンプ部品などの硬い材料を加工する場合、 工具が摩耗します。

– 工具の破損の可能性です。
　→ 不自然な加工を強いられ、 刃先の一部分にのみ摩耗が集中します。
　→ 振動や焼き付きにより、 欠けや破損が発生します。

– 工具の性質上， 被削材に発生する応力によって被削材や刃先が振動 ・ 変形します。

– 工具が発生する力を補うために、 ワークのクランプが困難なことです。 特に薄板の場合は難しいです。

ブランキング・パンチング

仕組み

ブランキングやパンチングは、 パンチとダイの複合作用により、 平らなシートメタルから目的の形状を切り出す機械的な輪郭切断作業であります。

利点・欠点

柔軟性： 作りたい穴や形状に合わせたパンチ、 ダイ、 パンチングブレードが必要なため、 特に最終部品が複雑な場合、 この技術はあまり柔軟ではありません。

生産性： 大量生産ロットの加工では、 一回のストロークで部品を切断するため、 この技術は高い生産性水準を保証します。 少量生産や試作品では、 専用工具の製作が経済的でなくなるため、 不向きであります。

ブランキングで形成された刃先には、 工具の進入による変形、 反対側の刃先のバリの存在、 工具の動きと平行でない刃先の傾きなど、 いくつかの欠点があります。 これらの問題は、 工具が摩耗するにつれて大きくなる可能性があります。

十分な工具強度を確保するために、 刃物は一定の最小寸法を守らなければなりません。 このため、 スクラップ量や材料の無駄が増え、 多くの場合、 薄い切削ができなくなります。

プラズマ切断

仕組み

プラズマ切断は、 圧力をかけたガスを電気アークでプラズマに変化させ、 切断面に投影することで行われます。

利点・欠点

柔軟性： プラズマは導電性の材料しか切断できないため、 主に厚いシートメタルの切断に使用されます。

生産性： 非常に厚いシートやプロファイルでは生産性が高いが、 薄い材料ではこの利点はすぐに減少し、 レーザー切断の方が圧倒的に優れています。

プラズマ切断の刃はレーザー切断ほど正確ではなく、 直角度が悪く、 切断スラグが多くなります。 このような欠点があるため、 手間のかかる再加工が必要になります。

5軸レーザー加工

仕組み

曲がったパイプ、 プレス加工、 深絞り加工、 ハイドロフォーム加工などの3Dプロファイルを切断する場合、 レーザー切断は生産性、 柔軟性、 精度の面で大きな競争力を発揮します。

利点・欠点

柔軟性： 5 軸レーザーでは、 さまざまな材料や厚みの三次元形状を切断することができます。 ソフトウェアによる違いもあり、 作業サイクルを素早く簡単にプログラムできるため、 生産時間を大幅に短縮することができます。

生産性： 切断速度は、 特に薄い素材に対するレーザーの主な特徴の一つです。 一部のシステムでは、 自動ローディングまたはアンローディングシステム、 あるいはバックグラウンドでローディングするためのソリューションが装備されています。 切断速度の高速化と自動マテリアルハンドリングの組み合わせは、 競争力の面で大きな優位性をもたらします。

精度： レーザー切断では、 エッジの仕上げを高くすればするほど、 切断する厚みを薄くすることができます。 しかし、 精度はプラズマよりはるかに高いです。 極めて小さな面積に大きなパワーを集中させることができるため、 より薄く、 より速く切断することができます。 プラズマに比べて切断面の傾きが少なく、 手直しも必要ありません。

レーザーはどれも同じというわけではありません。 より良い切断品質を実現するには、 技術的パラメーターを自動で最適化するソフトウェアソリューションを備えた、 ハイレベルなシステムが必要です。

競争力を高める技術は何か？

上記の概要を把握した上で、 どの技術が自分に合っているのでしょうか？

曲面、 ハイドロフォーム、 プレス、 深絞りパイプなどの3D金属プロファイルを切断するための新しいマシンを購入する場合、 考慮すべき主な要因は以下の通りです。

– 部品単価の低減
– 加工品質
– システムの特徴： 性能フットプリント、 電力消費オペレータなど

適切な生産システムを選択することは、 何ヶ月もかかり、 社内の多くの人が関与するプロセスです。 しかし、 可能な限り最善の方法で正しい選択をし、 あらゆる角度から購入を評価するのに役立つ手順があります。

→ 見本市に行き、メーカーを訪問します。
見本市は、 実際にシステムが稼動している様子を見ることができ、 どのような技術が使われているのかを比較できる絶好の機会です。 見本市やその他のイベントに参加することは、 市場が提供するものを理解するのに役立ち、 何が必要かを知ることができます。 しかし、 多くの人が集まり、 出展者のコンサルタントが利用できる時間が短いことを考えると、 次のステップは、 メーカーに直接訪問する予定を立てることです。

→ 購入するシステムを試します。
メーカーを訪問する際には、 あなたの生産を代表するような、 また将来的に作ろうと思っているような、 挑戦的なサンプル部品を一つ以上用意することが有効です。 そうすることで、 そのシステムがどの程度ニーズに合っているかを効果的に理解することができます。

→ 信頼できるメーカーを探すこと、それだけではありません。
その分野で有名なメーカーであることは、 確かに付加価値となりますが、 時には名前がすべてではないこともあります。 「名前」 に完全に依存する前に、 自分自身に 「このメーカーにとって、 自分はどれだけ重要な存在なのか」 と問いかけてみることも必要です。
特に、 新しいシステムを選ぶときには：

– メンテナンスプラン、 トレーニング、 電話サポート、 スペアパーツなど、 プラントのライフサイクルを通じて包括的なサービスを提供できるメーカーであることを常に確認すること。

– また、そのメーカーが本当にあなたのビジネスに専念し、現地の専門技術者のチームを提供しているかどうかを常に確認すること。

多国籍の大手工作機械メーカーが、 小規模な顧客を軽視する傾向がある場合もあります。

→ 将来の仕事を想像します。
新しいシステムを導入することで、 生産とビジネスの両面で、 製造能力にどのような革命が起こるかを評価します。 開発と変革が競争力の基盤であることを常に念頭に置いてください。

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