精密 CNC 機械工場がアルミニウム インベストメント鋳造の生産率を 80% 以上向上

数年前、油田の景気低迷を受けて、ユタ州オグデンの LeanWerks は、よりバランスの取れた顧客ベースと安定したワークフローを確立するために、他の業界（航空宇宙や高速オートメーションなど）での仕事を追求するようになりました。 現在、AS9100C 航空宇宙規格に登録されているこの契約工場は、既存の加工能力の一部を、これらの新しい産業内で遭遇するであろう加工作業によりよく適合させるために適応させ始めました。

同社の社長兼共同創設者であるリード・リーランド氏は、その一例として、ジェット エンジンの燃料フィルター ハウジング用のアルミニウム インベストメント鋳造を挙げています。 LeanWerks がこの仕事を紹介されるまでに、社内の機械加工プロセス、つまり生産速度が遅かったため、同社の顧客である航空宇宙鋳造工場は納期より 1 年近く遅れていました。 その結果、その顧客、つまりこのハウジングが取り付けられるジェット エンジンの OEM は忍耐力を失い、この仕事の遅れによって生じた受注残が他の顧客を失望させていました。 したがって、社内の機械加工リソースへの負荷を軽減するために、鋳造工場は LeanWerks に連絡して、これらの鋳物の機械加工を引き受けることを検討しました。

多くのエンジニアは、他の鋳造プロセスに比べて形状が複雑で寸法精度が高いため、インベストメント鋳造を部品設計に指定していますが、これらのコンポーネントは、正確なフィット感を実現し、高性能アセンブリで機能するために依然として機械加工が必要です。

ただし、この種の鋳放し部品のばらつきと、それに関連する難しいワーク保持要件により、一部の工場ではこの種の機械加工作業を行うことを避けています。

たとえば、燃料フィルター ハウジングには、深穴フライス加工、ボーリング、フェーシング、ドリリング、タッピング、内径溝入れ、3D 輪郭加工など、複数の機械加工作業が必要です。 当初、LeanWerks は、3 軸フライスで複数のセットアップを使用し、ターニング センターで 1 つのセットアップを使用して作業を完了できると考えていました。 複雑なデータム方式を使用した部品の厳しい位置公差は、複数のセットアップが原因で達成できないため、最終的にはこれが最良の戦略ではないと判断しました。

代わりに、LeanWerks は、Mazak Integrex i200S ターンミルのフライス加工機能を活用して、加工中に部品に触れる回数を最小限に抑える方法を検討しました。 この工場は主にこの機械を使用して、水圧破砕やコイル状チューブの用途に必要な石油およびガス産業の高圧ポンピング作業用のテーパー プラグ バルブ インサートを製造しました。 Integrex は、部品のテーパー状の外径を回転させ、内部の軸を横切る流れの穴をフライス加工することができるため、バルブ インサート部品に最適でした。 この機械は、O リングに関連するボアをフライス加工することもできますが、ボアの表面が円錐形であるため、5 軸の輪郭加工作業が必要でした。

とはいえ、燃料フィルターのハウジング部分をターンミルで加工するという、旋削を必要としない作業にはさまざまな課題がありました。 たとえば、A356.0 航空機グレードの鋳造アルミニウムはシリカ含有量が高く、切削工具に損傷を与える可能性があります。

さらに、この部品の形状には、すべての面に複数の角度で複数の特徴があり (深さ 13 インチの鋳造品の底部にある重要なフィッティングを含む)、薄肉領域により加工中に振動の問題が発生します。 さらに、複雑なデータム構造を備えた部品には、厳密な公差が必要です。たとえば、大きく分離された一部のフィーチャーでは真の位置の公差が 0.25 mm、その他のあまり分離されていないフィーチャーではサイズの公差が 0.01 mm、真の位置の公差が 0.05 mm です。

その結果、LeanWerks は基本的に 3 つの手順を実行して、ターンミルで 1 回のセットアップでインベストメント鋳造の 5 つの面を効果的に加工できるようにしました。 最初のステップは、部品の 5 つの側面で機械加工を実行できるように、鋳物を保持する固定具を設計することでした。 この治具設計の重要なコンポーネントは、鋳物の本体と係合しながら、クレードルの脚の間および脚に沿った機能へのアクセスを提供するクレードルです。 鋳物をクレードルに固定するために、チェーンとプーリーの機構がクレードルの脚の間に取り付けられ、クランプ力が均等に分散されました。

ターンミルではすべてのフィーチャに到達するのに十分な Y 軸移動が提供されなかったため、Setco ダブテール スライドが治具に組み込まれ、部品を完全に再固定しなくても、クレードルと部品をスライドさせ、アクセス可能な位置で再クランプできるようになりました。 剛性を確保するために、クレードルはダウエルピンと溶接でスチール製ベースプレートに取り付けられ、固定されていました。 そのベースプレートはダブテール スライド サドルに取り付けられ、スライド ベースは機械の既存の 3 爪チャックのマスター ジョーに取り付けられます。

次に、ショップはタッチトリガープロービングシステムを統合しました。 各鋳造部品の形状はわずかに異なり、Y 軸の移動の問題を軽減するために使用されるスライド固定具により部品の位置が変化するため、タッチ プロービングが必要でした。 プロービングにより、シフト後の部品の新しい位置を正確に定義でき、その後のツール パスを実際の部品の位置に最適に適合させることができます。

実際、このショップは、部品の奥深くにある機能にアクセスするには、標準長のプローブだけでなく、到達範囲の長いプローブも必要であることに気づきました。 ターンミルにはプロービング チャンネルが 1 つだけしか搭載されていなかったため、LeanWerks は機械にレニショー RMI-Q 無線受信機を改造し、メイン マシンのコントロール パネルにプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) カードを取り付けて 2 番目のプローブ信号を処理しました。 短いプローブでは長さ 25 mm のスタイラスが使用され、長いプローブでは 200 mm のエクステンションに取り付けられた長さ 50 mm のスタイラスが使用されます。 どちらもレニショー RMP60 プローブ本体を使用します。

プローブ ルーチンは、レニショーの Inspection Plus ソフトウェアを使用してプログラムされ、結果として得られたコードはマシン プログラムの適切な場所に追加されました。 最初のプロービング ルーチンでは、ハウジング内部の底部ポートとハウジング前面の開口部の点を測定して、部品の中心軸を定義します。 プローブされるその他のフィーチャには、部品の回転方向を定義するための面近くの小さなポートの 1 つと、部品の Z 軸位置を定義するためのメイン サイド フランジの内側の壁が含まれます。 マザックのワーク位置誤差補正 (WPEC) ソフトウェア モジュールを使用すると、最初のプロービング ルーチンから導出された真の位置計算を通じて検出された偏差を、スピンドルのインデックス移動を通じて部品とともに移動させることができます。 最初のプロービング ルーチンの後、追加のプロービングを実行して、関連するフィーチャと加工後の表面の位置を確認します。

最後に、この部品と研磨性の高いアルミニウム素材に必要な深度の機械加工作業により、ショップは高度な切削工具技術を採用することになりました。 この作業では、ショップでは Rego-Fix powRgrip ツール保持システムを使用しています。 焼きばめの代替となる powRgrip は、ツール ホルダー、高精度コレット、およびコレットとツールをホルダーに挿入するために使用されるコンパクトな卓上油圧クランプ ユニットで構成される機械式圧入システムです。 Rego-Fix によると、このシステムは、インジケーターの合計読み取り値を 0.0001 インチ未満に維持しながら、高いクランプ力を生成することができます。 このシステムの剛性により、工具寿命と切削精度が向上します。

この作業に使用される切削工具は、プラスの高いすくい角を持ち、軽い切込み深さで非常に高速で動作する必要があります。 Garr Alumistar エンドミルは、コーティングされていない高度に研磨されたハイポジチップを備えた小型正面フライスと同様に使用されます。

LeanWerks は、Big Kaiser から入手可能な Speroni STP Magis 400 プリセッターを使用して、このジョブ用のツールもプリセットします。 プリセッターは工具の外部設定を可能にするだけでなく、さらに重要なことに、刃先の検査、成形工具の形状の検証、振れの測定を容易にするため、認定とトラブルシューティングにも役立ちます。

ターニングポイント

LeanWerks がターンミルでこのインベストメント鋳造ジョブを機械加工するために開発したプロセスにより、生産速度が部品ごとに 10 時間から 2 時間未満に改善されました。

詳細については、www.renishaw.com をご覧ください。

記事はもともと Production Machineing マガジン (productionmachining.com) に掲載されたものです。 著作権 2021、Gardner Business Media, Inc.

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