旋削加工での内径面粗さについて

Question

お世話になります。

内径面粗さの指示がRa0.8以下のパイプ加工を旋削加工で行っております。

現在は旋削のみではRa0.8以下が満足できないのでバニシング加工で仕上げて
おりますがコストが合わず何とかバニシング無しでRa0.8以下を安定して確保したいと考えており何か良い方法を伝授いただけないかと思い投稿いたしました。

詳細の条件は以下の通りです。

＜部品形状＞
形状：パイプ形状
全長：39.0 (+0.03/-0.05)
外径：Φ19.022～Φ19.072
内径：Φ15.784～Φ15.809 (Ra0.8以下)

＜材料＞
被削材：S45C（生材）
サイズ：Φ22.0（ミガキ）
        Φ20.0も入手可能でしたが、ワーク剛性を持たせる為、
　　　　あえてΦ22.0を選定しています。

＜加工機＞
CNC旋盤 （コレットチャック使用）
主軸最高回転数 4000(min-1)

＜現状加工方法＞
クランプ：素材外径Φ22.0
突き出し：50.0mm
１．端面
２．内径下穴（Φ15.5ドリル）
３．内径粗（シャンク径Φ12.0超硬ボーリングバー）
４．内径中仕上げ（シャンク径Φ12.0超硬ボーリングバー）
５．内径仕上げ（スパロール）
６．外径粗
７．外径仕上げ
８．突っ切り

＜その他＞
・現状の方法ではRa0.2～0.4程度で安定しています。
・各メーカーのインサートで複数の切削条件でテストカットを
　実施しましたが切削面は非常に粗く毟れているような感じです。
・内径がビビッているわけではありません。
・刃先R0.8の場合、理論上は送りを0.07(mm/rev)以下で設定すれば
　Ra0.8以下となりますがRa0.5～1.6と非常に不安定です。
　（刃先R0.4でもテストしました）
・刃具の取付精度（芯高等）は特に問題ありません。
・外径粗さは厳しくありませんが挽目も内径よりも綺麗に仕上がって
　おり、粗さもRa1.2以下にはなっております。

以上です。

なるべく細かく情報をお伝えしたく長々と書き込んでしまい
申し訳御座いません。

結局は旋削加工で内径面粗さRa0.8以下を安定して加工する
方法を御教示いただきたいといった内容です。

どなたかご存知の方、いらっしゃいましたら是非御教示
頂けます様、宜しくお願いいたします。

Accepted Answer

ビビリが発生しているわけではないが、切削面は非常に粗く毟れている
ような感じで、Ra0.5～1.6と非常に不安定という訳ですね。

切削加工での教科書的な対策としては、
・切れ味の良いポジのインサートを用いる
・切れ味の良い研削級のインサートを用いる
　もしくは、ワイパータイプのインサートを用いる
・インサートの材種は被削材との親和性の低いサーメットもしくは
　コーテッドサーメットを用いる
・中仕上げと同様に、剛性の高い超硬ボーリングバーを用いる
が考えられます

ワイパーインサートは倣い加工に対応しにくいといった難点がありますが、
単純な内外径加工では面粗さ向上or加工能率向上に威力を発揮します
一般的な送り速度であれば、サライ刃の効果で、理論上の面粗さは格段に
向上します
切削抵抗(背分力)が大きいのですが、仕上げに特化して使用すれば、恐らく
本案件でも効果を発揮すると期待します
下記参考に一例を示します、この例では、CCMTタイプが良いでしょう
各切削工具メーカ共にワイパーインサートを商品化していると思いますので、
馴染みのメーカで探してみてください

(1)(3)さんご指摘の理論面粗さ　Rz(t)＝f^2/8R　は、刃先R形状が切削面
へ完璧に転写された時の計算上の値です
例えば単結晶ダイヤモンドのバイトで無酸素銅を切削すると、極めて精度
よく転写されますが、それでもなかなか理論面粗さ通りにはなりません
鋼材の加工では理論値の5倍以上になっても不思議ではありませんが、送り
の2乗に比例、刃先Rに反比例する考え方は不変です

雑記まで

回答(4)
>>ツールの理屈と相反する加工抵抗の増大やリターンマークを如何に
>>解決するかですのでトライあるのみ

何を言ってるかさっぱりワケワカメで回答の態をなさず
いったい何をトライするのでしょう？

回答(1)さんの追記を１億回読んで理解してから回答されてはいかが

Answer

ツールの理屈と相反する加工抵抗の増大やリターンマークを如何に解決するかですので、

トライあるのみです。

Answer

いつも言うように
ノーズRはでかいほうが粗さは有利

↑
理論粗さの計算式より

ノーズRを小さくするのは
コーナーを仕上げるため

内径の粗さが悪くなるのは
工具剛性
切削油が届かない
が
原因

Ra0.8が通しなら
リーマーで抜くのが吉

Answer

ちょっと単位の確認ですが

> ・刃先R0.8の場合、理論上は送りを0.07(mm/rev)以下で設定すれば
> 　Ra0.8以下となりますがRa0.5～1.6と非常に不安定です。

理論面粗さ Ry ≒ 0.07^2 / ( 8 * 0.8 ) ≒ 0.00077 mm = 0.77 μm

必要な面粗度は Ra0.8 でしょうか？
それとも Rz0.8 でしょうか？

理論面粗さで計算しているのは最大高さですから、
算術平均粗さRaとは異なる指標です。
Ra0.8を出すなら、凡そRz3.2以下を狙えば良いので、送りはもっと上げても良い計算。
因みに実績値から言うとノーズR0.4 f0.1でもRa0.8以下は出ています。
１つの参考までに。

さて、毟れっぽいという事から、基本的な原因は構成刃先が考えられるので
その対処方法としては以下の様な物が考えられます。

（１）工具材質不一致
　可能ならコーテッドサーメットを使う。
　また注意点として耐欠損性を重視しているサーメットは使わない。
　コーテッド超硬を使う場合には切込み量をそれなりに確保する必要があり
　それだと寸法管理や切屑処理の観点から難しい。

（２）切削温度が低すぎる
　周速を100m/min以上、出来れば150m/minくらいまで上げる。
　回転数で言うと2000min-1以上、出来れば3000min-1くらい。

（３）工具の切れ味が悪い。
　ホーニングの無い、シャープエッジの研ぎ付けブレーカを選ぶ。

（４）切込み量の設定が不適切
　少なすぎても多すぎても良くないが、毟れている状態は
　どちらかと言うと過小となっている可能性が高い。
　切屑の形状なども見ながら適正な切込み量に設定する。

（５）同様に送り速度が不適切
　送り速度も過小となっても面粗度が悪化します。
　Rzが理論面粗度の３倍以上となった場合には基本的に切削条件が悪い。
　こういう場合に送りを下げたりノーズRを大きくしても改善は見込めない。
　まず粗さチャートの波形が安定する様にする事が先決。
　その為には、例えばワイパーチップに変えて送りを上げるなども一案。

Raは出てるのにRzが外れるとかでは無いので、一旦この辺でどうでしょうか？

あと実際に試した工具の型式と加工条件などはきちんと具体的に書くようにして下さい。
色々試しましたでは何をどう試したのかさっぱり分かりません。
QAサイトで適切な回答を得る為には不可欠な事です。

旋削加工で内径面粗さRa0.8以下を安定して加工する方法