機械加工用表面仕上げスケール

機械加工の面で最も重要な要素の 1 つは表面仕上げです。表面仕上げが不十分なために発生する可能性のある問題には次のものがあります。重要な動作における部品の摩耗率の上昇、効率の低下、故障が発生します。部品のライフサイクルが短くなるだけでなく、停止や修理による時間と金銭の損失も発生します。表面仕上げスケールに関する知識は、エンジニアや製造業者が適切な加工手順や装置の選択を決定するために非常に重要です。これらの懸念を克服できれば、製品の品質と顧客の満足度を向上させることができます。

主要な表面仕上げパラメータの理解

表面仕上げは、機械加工製品の機能と耐久性に大きな影響を与える機械加工のもう 1 つの分野です。これは、複数の機械加工操作後の作業表面の外観、感触、仕上げの滑らかさを指します。表面仕上げを定義する主なパラメータは次のとおりです。

粗さ: このパラメータは、表面の小さな凹凸の密度を定義します。摩擦、摩耗、疲労など、2 つの表面間の相互作用を定義する上で重要な役割を果たします。粗さの値が大きいほど粗さが大きくなる可能性があり、これは最初の接触を伴う一部の用途では望ましくない場合があります。

うねり： このパラメータは、公称表面から離れる間隔が大きくなるほど、より大きな変動を定義します。機械加工プロセスで生じる工具の振動やたわみが原因である可能性があります。うねりは、特に公差が厳しい業界において、表面仕上げや部品の機能に影響を与える可能性のある状態です。

横たわる： レイは、適用される機械加工技術によって生成される可能性のある主表面テクスチャの方向を記述します。層の知識は、表面の方向が流体、潤滑剤、またはアセンブリの流れにとって重要な用途に役立ちます。

表面仕上げを説明するために一般的に使用される測定単位

表面仕上げはさまざまな測定単位を使用して定量化されますが、最も一般的なものは次のとおりです。

Ra (算術平均粗さ): これは、基準平均線からの表面プロファイルの偏差の平均です。これは表面粗さを定義するために一般的に使用され、決定するのも非常に簡単です。

Rz (プロファイルの平均最大高さ): このパラメータは、サンプリング長の特定の値を参照して、定義された断面積内の逃げの総量を定量的に推定します。 Ra と比較して、表面の質感をよりよく理解できます。

Rt (プロファイルの合計高さ): これは、評価期間中の最も高い丘の頂上から最も深い渓谷の底までの合計の高さです。これは表面がどのように変動するかについての情報を提供し、特定の用途では非常に価値があります。

表面仕上げスケール

表面仕上げスケールは、必要な製造基準に応じて、表面仕上げの品質を特定のグレードと比較するために使用されます。このスケールは、メーカーが必要な表面仕上げに適切な機械加工プロセスと材料を選択するのに役立つため、重要です。この規模を十分に理解してこそ、エンジニアはさまざまな部品をチェックして、要求される仕様で十分な性能を発揮できるかどうかを確認することができ、重要な用途での障害を回避することができます。

各種表面仕上げグレードの比較

表面仕上げスケールには通常、粗面仕上げから研磨面仕上げまでのさまざまな分類があります。例えば：

粗仕上げ (Ra > 3.2 μm): ガセットなど、見た目が問題にならない場合によく使用されます。

中仕上げ (Ra 1.6 μm ～ 3.2 μm): 厳密な公差が必ずしも必要でない場合に、一般的なエンジニアリング用途で使用するために設計された汎用品です。

精密仕上げ (Ra 0.4 μm ～ 1.6 μm): 主に流体力学を必要とするバルブや油圧ベースの部品に使用されます。

スーパーファイン仕上げ（Ra < 0.4μm）： 通常、航空宇宙や、精度とインターフェースが重要な医療機器での使用に見られる高応力用途に必要です。

さまざまな製造プロセスの表面粗さチャートの値 

以下は、さまざまな製造プロセスの表面粗さ値 (Ra) に焦点を当てた表です。

産業分野の標準表面

したがって、貿易慣行は、表面仕上げの基準を決定し、維持するために重要な役割を果たします。主要な標準には次のようなものがあります。

ISO (国際標準化機構): 表面粗さパラメータの測定に関する ISO 4287 や ISO 4288 など、表面仕上げ測定に関するさまざまな規格を提供します。

ASME (米国機械学会): 表面粗さと表面質感を測定する方法を定義および説明する ASME B46.1 などの参考資料を提供します。これらの規格は、製造工場の手順を標準化するために不可欠です。

表面粗さの一般的な測定手法

製造品質基準を満たすためには、コンポーネントの表面仕上げを正確に決定することが不可欠です。次の 2 つの主なテクニックが使用されます。

● 連絡方法: これらの技術には、スタイラスを表面に接触させる接触技術が含まれます。タリソメーターは頻繁に使用されており、最新のタイプではプロファイルがダイヤモンドのポイントで描かれています。垂直運動を測定して、形成中のストリップの表面粗さプロファイルを提供します。

● 非接触方法: これらの方法では、レーザーまたは光学システムを使用して、表面に物理的に接触することなく表面仕上げを測定します。当たり前のことのように思えるかもしれませんが、壊れやすい部品や高価な部品の場合は、白色光干渉計などの方法を使用して表面形状を正確に測定できます。

表面仕上げの測定に使用するツール

表面仕上げの測定には、次のようなさまざまなツールが使用されます。

形状測定器: これらは、表面仕上げの測定に最も一般的に使用される機器です。より詳細なレベルで粗さプロファイルを表示でき、接触タイプと非接触タイプがあります。

表面粗さ試験機: 手持ち式機器を使用すると、表面粗さパラメータ (Ra、Rz) を迅速に測定でき、製造環境での即時評価に役立ちます。

レーザースキャナ: 非接触で高密度の表面プロファイルを提供できるため、リバース エンジニアリングや検査など、より高い精度が必要な用途に役立ちます。

さまざまな分野での表面仕上げの使用

航空宇宙、自動車、医療、電子産業における表面仕上げの役割

機能、安全性、美観に影響を与える重要な要素です。

航空宇宙: 航空宇宙用途では、コンポーネントは最適なパフォーマンスと安全性を提供する必要があります。空気力学的表面は抵抗が低く燃費が良く、コンポーネントの保護カバーとして機能します。

自動車: 自動車部品のエンジンコンポーネントは、摩耗を軽減し、効率的に動作するために最適な表面仕上げが必要です。表面仕上げの精度は、摩擦を最小限に抑え、システム全体のパフォーマンスを向上させる上で非常に重要です。

医学： 医療工学においては、インプラントやデバイスと生体組織との間の生体材料インターフェースにおいて、表面仕上げが非常に重要です。よく磨かれた表面は細菌の増殖の可能性を最小限に抑え、インプラントが体に溶け込む可能性を高めます。

エレクトロニクス： 電子部品の場合、表面仕上げによって電流の流れと放熱が決まります。美しく仕上げられた表面は安定した接触を提供し、電子機器のパフォーマンスも向上します。

表面の改善がさまざまな製造環境で製品のパフォーマンスにどのような影響を与えるか: ケーススタディ

● 航空宇宙部品の製造: 大手民間航空宇宙会社は、タービンブレードの表面仕上げ管理を強化することを決定しました。これにより、翼形部の性能が向上し、メンテナンス費用が削減されました。ハイテク研削の使用により、同社は現在の業界ベンチマークを超える表面仕上げを確保することができました。

● 自動車エンジン部品: ケーススタディは、自動車部品のトップ企業で行われました。同社はピストン リングの機械加工を改善することに成功し、これにより表面仕上げが大幅に向上しました。摩擦の低減により燃費とエンジンの耐久性が向上し、競争の激しい自動車市場における表面仕上げの役割が明らかになりました。

● 医療機器の製造: ある整形外科用インプラントのメーカーは、医療機器の表面仕上げを改善したいと考えていました。生体適合性を実現するために、同社は特殊な研磨方法を適用し、インプラント手術の全体的な成功率を向上させました。

表面品質を改善する方法

効果的な方法には次のようなものがあります。

研磨: 研磨は、研磨剤を使用して表面を滑らかに仕上げる侵食活動です。この手順は手作業で行うことも、研磨パッドを備えた機械を使用して行うこともできます。このプロセスは金属やプラスチックの処理に最適です。小さな表面欠陥を取り除き、材料の反射率を高めます。

コーティング： ペイント、ワニスを使用したり、表面化学薬品に浸したりすると、オブジェクトの性能が向上するだけでなく、オブジェクトの外観も向上します。コーティングは、表面と他の表面との接触を最小限または排除するのに役立つ層を提供するため、表面仕上げとコンポーネントの耐用年数が向上します。

後処理: 表面の特性は、製造後に電気メッキ、陽極酸化、または化学処理によってさらに改善される場合があります。これらの手順により、腐食保護と一般的な耐久性が強化されるだけでなく、より良い仕上げが実現されます。電気メッキでは、表面に金属層をメッキします。これにより、軽微な欠陥が隠蔽され、最終製品の全体的な外観が向上します。

最適な表面仕上げのための加工パラメータの選択における最適なアプローチ

最高の表面仕上げを得るには、適切な加工パラメータを選択する必要があります。主な実践方法は次のとおりです。

切断速度: また、高速では工具が材料をへこませる時間が最小限で済むため、切削速度を上げるとより良い仕上げが得られることも注目されています。ただし、これらは工具の摩耗率と被削材の材質の特性と比較して検討する必要があります。

送り速度: 通常、送り速度が遅いと、得られる仕上がりも良くなります。材料が切削工具に供給される速度は、特定のプロセスで除去される材料の範囲、ひいては表面仕上げを決定するためにメーカーによって変更されます。

切込み深さ: 表面仕上げを改善するには、通常、軽い切開の方が有益です。切込み深さを浅くすると工具にかかる負荷が軽減され、ワークの仕上げ面が向上し、工具のたわみが軽減されます。

ツールの条件と選択: 切削工具の種類とその状態が表面仕上げに直接影響を与えることが観察されています。整然とした鋭い刃のツールにより、バリや粗い表面の形成が軽減されます。工具の性能は、現在の用途や希望する表面仕上げに適したコーティングを施した工具を選択することによっても改善できます。

まとめ

表面仕上げスケールは、完成品の品質と機能に影響を与えるため、現在の製造プロセスでは重要な概念です。必要な表面仕上げにより、磨耗を最小限に抑え、機能性を高め、美しさを高めることができます。したがって、機械加工プロセスと製造手順を適切に使用することで、部品の品質を向上させることが可能です。

製品の有効性において重要な役割を担うのは、表面仕上げの品質です。ベアリングの抵抗を軽減する場合でも、インプラントの無毒性を保証する場合でも、表面仕上げは性能と耐久性の両方に影響を与えます。表面仕上げを優先して設計・生産することが、高い顧客満足度をもたらし、市場競争力の向上につながります。

機械加工における表面仕上げに関するよくある質問

Q1.表面仕上げとは何ですか?なぜ必要ですか?

表面仕上げは、機械加工後に材料上に生成される表面の粗さまたは滑らかさの尺度です。これは、コンポーネントの使いやすさ、耐久性、さらには外観を決定するため、重要です。表面仕上げが良くなると、摩擦が減り、潤滑が良くなり、その部品の最終的な性能が向上します。

Q2.通常の表面仕上げパラメータは何ですか?

表面仕上げのその他の重要なパラメータは、粗さ、うねり、レイです。粗さは公称表面からの寸法が小さい特徴を特徴付け、うねりは表面上のより大きな不規則性を定義し、レイは主要な表面パターンの方向を定義します。

Q3.表面仕上げは何通りの方法で測定されますか?

表面仕上げの一般的なパラメータは、接触式および非接触式の形状計などの機器を使用して測定されます。他の測定基準には、Ra (平均粗さ)、Rz (平均最大山谷高さ)、および Rt (表面の山の高さの合計) が含まれます。

Q4.表面仕上げはどのように改善できるのでしょうか?また、どのような戦略を採用する必要がありますか?

表面仕上げを向上させるために使用される方法には、研磨、コーティング、後処理などがあります。研磨により表面が洗練され、コーティングにより追加の保護層が適用され、陽極酸化などの後処理により製品の堅牢性と外観が向上します。

Q5.さまざまな機械加工プロセスがコンポーネントの表面仕上げにどのような影響を与えるか。

旋削、フライス加工、研削などの加工方法が異なると、表面仕上げのレベルも異なることが増えてきています。たとえば、切削動作と工具がワークピースに係合する方法を考慮して、一般的に研削加工は旋削加工よりも優れた表面仕上げを実現するために使用されます。

Q6.表面仕上げは材料の特性にどの程度依存しますか?

これは、機械加工される材料の硬さと脆さによって決まります。硬くて脆い材料では、ワークピースをきれいに仕上げることは期待できません。引張強度の高い材料では、高速で工具が摩耗する可能性があり、必要な仕上げの品質が保証されないため、異なる切削工具と条件が必要になる場合があります。

Q7.表面仕上げの要件を規定している規格文書はどれですか?

ISO 1301 規格および ASME B46.1 規格は、表面仕上げを指定および分類する規格です。これらの規格は、業界での均一性を支援するための表面仕上げパラメータと測定方法の要件を規定しています。