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超音波援用 加工技術特集

事例紹介

毎月発行の「VE設計製作レポート」から、超音波援用加工をご紹介したものを集めてみました。

このカタログについて

ドキュメント名 超音波援用 加工技術特集
ドキュメント種別 事例紹介
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取り扱い企業 プラスエンジニアリング株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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発行:プラスエンジニアリング株式会社 PEC Technical Report 2016/3 Vol.10 無断転載を禁ず 〒171-0014 東京都豊島区池袋2-47-3 精密部品VE設計製作レポート TEL : 03-3985-3221FAX : 03-3986-0770 「精密部品VE設計製作レポート」は、開発・設計者向けの技術情報をお伝えする技術レポートです。印刷の上、ぜひ貴社内でご回覧ください。 新規導入設備のご紹介 「超音波援用ユニット付マシニングセンタ」その1 Vol.9に引き続き新規導入設備をご紹介いたしますが、今回と次回は2回にわたって昨年末に導入した「超音波援用加工ユニット」と それを用いたマシニング加工による脆性材加工例をご紹介いたします。 超音波援用加工とは *資料提供 切削加工に超音波を用いる工法は以前より様々な方法が検討されてきました。 切削送り 一関高専 機械工学科 原研究室 右図は最も代表的な「超音波振動切削」のモデル図で、切削工具 切削工具 の刃先を超音波領域で切削方向に高速振動させることで、刃先が 微小破壊の進展 高速で衝撃的に加工物に切込み・離れるサイクルを周期的に繰り 超音波振動 返すことで小刻みに切削していく加工方法です。この工法の特徴は、 1)切削抵抗が低減する。 2)摩擦が減少し発熱が抑えられる。 結果として、 加工物 1)面粗さが向上する。2)加工精度が向上する。 3)工具寿命が延びる。4)難削材加工が容易になる。 といった効果が得られます。 ○発熱の低減 ・刃物の振動により衝撃を ○工具寿命の延長 与え,切削抵抗を低減 脆性材の加工を容易にする ○加工精度の向上 ・相対速度向上で摩擦減少 「超音波ロータリー加工法」 ○難削材加工の易化 この工法ではスピンドルユニットの上部に配 置された超音波振動子で20kHz程度の超音波 「研削液への超音波重畳法」 を発生させ、振動増幅用のホーンを介して工 具の先端を上下方向に超音波振動させます。 研削加工時に研削液に超音 工具はダイヤモンド砥粒の電着工具が主に使 波を重畳させる工法も検討 われます。 されています。 この工法の特徴は、高硬度脆性材料(ガラ このことにより砥石の目 スやセラミックス等)を高速で加工できる点 詰まりが抑制されるため、 にあります。一般的な回転工具では周速が得 研削面の品位の向上や、研 られる外周での横方向への研削力はあります 削抵抗の低減という効果が が、縦方向の研削力はありません。 確認されています。 そこで工具に縦方向に超音波振動を加え、あたかも掘削機で道路に穴をあけ開 けるように脆性材を掘り込むことを可能にしています。 超音波ロータリー加工ユニット付きマシニングセンタを導入 今回弊社では上述の「超音波ロータリー加工法」のスピン ドルユニットを付属させたマシニングセンタを導入いたし ました。マシニングセンタは牧野フライスの立型マシニン グセンタV22で、セラミックス等の微細粉塵対策を独自に 施しました。 現在この加工機を利用して、ガラス素材やジルコニア、 窒化ケイ素等セラミックス材などの脆性材、CFRP(炭素 繊維強化プラスチック)などの難削材に対する微細加工や タップ加工のトライアルを続けています。 次号にて色々な加工サンプルをご紹介してまいります。 ガラス素材への ジルコニアセラミッ 微細孔加工例 クへのタップ加工例 第7回 医療機器 開発・製造展(MEDIX)に出展いたします。 2016年6月22日(水)~24日(金) 東京ビックサイト:東6ホール MD-221 同時開催:機械要素技術展(M-Tech)、設計・製造ソリューション展(DMS) 技術問合せ、工場見学、技術セミナーのご依頼は 弊社ホームページからまたは又は各営業担当にご相談ください
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PEC 発行:プラスエンジニアリング株式会社Technical Report 2016/4 Vol.11 無断転載を禁ず 〒171-0014 東京都豊島区池袋2-47-3 精密部品VE設計製作レポート TEL : 03-3985-3221FAX : 03-3986-0770 「精密部品VE設計製作レポート」は、開発・設計者向けの技術情報をお伝えする技術レポートです。印刷の上、ぜひ貴社内でご回覧ください。 新規導入設備のご紹介 「超音波援用ユニット付マシニングセンタ」その2 Vol.10に引き続き「超音波援用加工ユニット付マシニングセンタ」のご紹介ですが、今回は実際に使用する工具と色々な脆性材料に対する 加工事例をご紹介していきます。 各種脆性材への精度穴加工事例 ガラスやセラミック素材等の脆性材の加工には、ダイヤモンド砥粒を電着やメタルボンドによって固定した「ダイヤモンド工具」が使 われます。 このような工具に深さ方向に超音波を加え、マシニングセンタにて搖動加工させることで脆性材であっても超高精度な掘 り込み加工を短時間で可能にしています。 ダイヤモンド工具例 下の写真は種々の脆性材にΦ6深さ5の精度穴をΦ3のダイヤモンド工具で加工したものです。素材を問わず、穴径精度±3μm、深さ精度±10μmで加工できています。 石英ガラス ジルコニアセラミック アルミナ 窒化ケイ素 ネジ穴加工事例 超音波援用加工は、精度穴のみならずネジ穴加工にもその威力を発揮します。特にセラミックス材の場合、従来は焼結前にネジ穴を 加工しておかなければならず設計の自由度が限られていましたが、この加工技術を使えば追加工や位置精度の高いネジ穴加工が可能に なります。 ネジ穴の加工にはやはりダイヤモンド砥粒を電着した特殊工具を使用します。(左下図参照) この工具に超音波を加えながら加工することで従来比半分以下の加工時間で右図のようなネジ穴加工を実現しました。 ネジ穴加工用ダイヤモンド 石英ガラスへのネジ穴加工例 ジルコニアセラミックへの 電着工具 (M2 x 深さ12) ネジ穴加工例 第7回 医療機器 開発・製造展(MEDIX)に出展いたします。 2016年6月22日(水)~24日(金) 東京ビックサイト:東6ホール MD-221 同時開催:機械要素技術展(M-Tech)、設計・製造ソリューション展(DMS) 技術問合せ、工場見学、技術セミナーのご依頼は 弊社ホームページからまたは又は各営業担当にご相談ください
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PEC 発行:プラスエンジニアリング株式会社Technical Report 2017/4 Vol.23 無断転載を禁ず 〒171-0014 東京都豊島区池袋2-47-3 精密部品VE設計製作レポート TEL : 03-3985-3221FAX : 03-3986-0770 「精密部品VE設計製作レポート」は、開発・設計者向けの技術情報をお伝えする技術レポートです。印刷の上、ぜひ貴社内でご回覧ください。 微細・深穴加工への挑戦 以前 Vol.13にて微細穴加工技術について、ドリル加工と細穴放電加工の比較の観点からご紹介しました。その中で、穴深 さ/穴径=アスペクト比の限界などに触れましたが、現在弊社ではより高アスペクトな微細穴加工に挑戦しています。また、 脆性材への微細穴加工にも引き続き挑戦を続けています。今号ではその取り組みの一端をご紹介いたします。 超硬円柱にΦ0.25、深さ25mm(アスペクト比:100)の深穴加工を 弊社のこれまでの細穴放電加工では、アスペクト比が50を超えると穴の曲り 可能にした細穴放電加工 や変形が大きくなり、所定の穴径精度や真直度が出せませんでした。 そこで昨年、最新鋭の放電加工機を導入し、高アスペクト比の微細穴加工の ための諸条件を詰めていった結果、 φ3の超硬丸棒の中心に、φ0.25±0.03、深さ25mm(アスペクト比100)、 真直度0.01以下の精度穴加工に成功しました。 現在、さらに条件を詰め、穴径φ0.05、深さ5mmの微細穴加工に挑戦中です。 加工サンプル 電極例 新規導入した放電加工機 超硬φ3xL25の中心に 左より、φ0.5シャープペン芯(参考) 牧野フライス製 φ0.25±0.03の穴を貫通 φ0.05タングステン電極、φ0.1、 加工風景 EDAF2 φ0.15、φ0.25銅パイプ電極 石英ガラスにΦ0.15、深さ2mmの精度穴加工を実現した超音波援用加工 昨年、Vol.10,Vol11にて超音波援用加工を用いた 脆性材(ガラス、セラミックス等)の精密加工をご 紹介しましたが、この加工技術をさらに進化させ、 脆性材への微細穴加工に挑戦しています。 現在までのところ、2mm厚の石英ガラス板に φ0.15±0.01の精度穴を貫通させることに成功し ています。 右の写真がその加工サンプルですが、 拡大写真を見るとエッジの部分に細かなチッピング t=2mmの石英ガラス板に が発生しているのが観察できます。このチッピング φ0.15の貫通穴を3か所加工。 をいかに発生させずに加工するかが現在の大きな課 題となっています。また、φ0.05程度のさらに微細 な穴加工にも挑戦しています。 超音波ロータリー加工法 左図のようにスピンドルユニットの上部に配置された超音波振動子で 20kHz程度の超音波を発生させ、振動増幅用のホーンを介して工具の先端を ←電着工具 上下方向に超音波振動させます。工具はダイヤモンド砥粒の電着工具が主に 使われます。工具に縦方向に超音波振動を加え、あたかも掘削機で道路に穴 をあけ開けるように脆性材を掘り込むことを可能にしています。 第8回 医療機器 開発・製造展(MEDIX)に出展いたします。 2017年6月21日(水)~23日(金) 東京ビックサイト:東4ホール 同時開催:機械要素技術展(M-Tech)、設計・製造ソリューション展(DMS)、3D&バーチャルリアリティ展(IVR) 技術問合せ、工場見学、技術セミナーのご依頼は 弊社ホームページからまたは又は各営業担当にご相談ください
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PEC 発行:プラスエンジニアリング株式会社Technical Report 2017/6 Vol.25 無断転載を禁ず 〒171-0014 東京都豊島区池袋2-47-3 精密部品VE設計製作レポート TEL : 03-3985-3221FAX : 03-3986-0770 「精密部品VE設計製作レポート」は、開発・設計者向けの技術情報をお伝えする技術レポートです。印刷の上、ぜひ貴社内でご回覧ください。 超音波援用加工による加工事例紹介 これまで何度か、ダイヤモンド電着工具に超音波を付与しながらマシニング加工を行なう「超音波援用加工」での脆性材の 部分加工をご紹介してきましたが、今回、様々な工具を組み合わせて実部品へ応用した例をご紹介したいと思います。 似たような事例での製作ニーズがございましたらお声掛けいただければ幸いです。 吸着コレットの脆性材での加工事例 電子部品等の小型デバイスのハンドリングや位置決めに使用される <石英ガラスへの加工> 「吸着コレット(ノズル)」は、デバイスの微小化に伴い、吸着面形 状やエア穴の微細化が進んでいます。また、位置決め時にワークを画 像処理で制御するためにガラス素材にするケースや、摩耗対策でセラ ・中心にΦ0.3±0.01、深さ ミックス素材や超硬素材で製作するニーズが高まっています。 5の微細穴。 今回、吸着コレットの代表的な形状事例を「石英ガラス」「ジルコ ・吸着面は裏面からの画像 ニアセラミクス」「超硬合金」の3種類の素材にて超音波援用加工で モニターを考慮し、磨きによる透明化処理を行っ 仕上げてみました。素材により加工時間は大きく異なってきますが、 ています。 寸法精度、面粗さともに申し分のない仕上がりとなっています。 <サンプル図面> 裏面 ・M1.6深さ2の電着工具に よるタップ加工。 ・Φ0.3縦穴とΦ0.5横穴を 貫通させている。 <ジルコニアセラミックへの加工> <超硬合金への加工> 絶縁体で耐摩耗性も持たせたい場合 吸着コレットでは一般的に使用され にはジルコニアまたはアルミナのセ る超硬合金ですが、従来は放電や各 ラミクス材が有効です。 種研削加工での仕上げが一般的です これらの材料は超音波援用加工と が、超音波援用加工を用いてさらに の相性が良く、寸法精度が安定して 微細で面粗さに優れた仕上げが可能 出しやすく、面精度も良好です。 になります。今回の加工では吸着面の粗さがRz0.2以下に収まっていま す。ただ、加工時間を要するため、 部分仕上げにのみ活用するのがお勧 めです。 技術問合せ、工場見学、技術セミナーのご依頼は 弊社ホームページからまたは各営業担当にご相談ください
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PEC 発行:プラスエンジニアリング株式会社Technical Report 2018/5 Vol.36 無断転載を禁ず 〒171-0014 東京都豊島区池袋2-47-3 精密部品VE設計製作レポート TEL : 03-3985-3221FAX : 03-3986-0770 「精密部品VE設計製作レポート」は、開発・設計者向けの技術情報をお伝えする技術レポートです。印刷の上、ぜひ貴社内でご回覧ください。 超音波援用加工による微細、深穴加工 砥石状の工具に超音波を加え脆性材を精度よく加工する「超音波援用加工」を過去に何度かご紹介しましたが、この加工技 術をさらに磨き上げ、極小径の深穴加工や超硬材への微細仕上げが出来るようになりました。今回はそう言った加工技術を ご紹介したいと思います。 ガラスへの微細・深穴加工への挑戦 超音波援用加工の最大の特徴は、深さ方向に研削力を 穴の仕上 持たない回転砥石に対して、軸方法に超音波を加える がり径は ことで掘削力を与え脆性材に効率よく穴明けすること Φ0.13 にあります。この技術でいかに小さくて深い穴を開けられるかに 挑戦してきた結果、Φ0.3以下の微細穴でアスペクト 比(深さ/径)100以上の穴加工の目途が付いたので ご報告します。 使用したΦ0.11 左の写真は、超音波援用加工にて、合成石英ガラス ダイヤ電着工具 にΦ0.13 深さ10mmの微細深穴を開けたサンプル 有効長 10.5mm 写真です。深さ10mmにわたってほぼ均一な内径で 工具の有効長MAXまでの深穴を開けることが出来て います。 使用した工具は、仕上り径Φ0.11、#1,500のダイ ヤ電着工具で有効長10.5mmのもので、自社で母材 加工し専門メーカーにてダイヤ電着してもらった特注 10mm 品です。 この加工では、いかに工具の振れを抑えるか、回転 数、切込み量、超音波条件、等々様々なパラメーター の最適化が必要となります。何度も工具を折りながら 最適化条件を見つけることが出来ました。 今後ガラス以外のジルコニアやSiN、SiCのセラミ クス材でも同様の深穴加工が出来るよう、更に挑戦を 続けていく予定です。結果が出次第またご報告いたし 途中で工具が折れて ます。 10mmに届かなかった穴 特注砥石を使用した高硬度材への微細加工 超音波援用加工を追及している過程で、当社には極小径の電着 砥石の特注品を製作するノウハウが生まれました。最近ではこ 細穴放電加工にてダ の小径砥石を活用して超硬材や焼入れ鋼部品の微細仕上げ加工 ンゴ状に楕円穴が開 を行なうケースが増えています。 いた状態 右の写真の例は、超硬材に0.3x0.5の楕円止まり穴を加工し た例ですが、±5µmの精度が求められる上に、面粗さもRa0.8 以下の仕上がりが必要な案件です。通し穴であれば迷わずワイ ヤ放電加工で仕上げるところですが、止まり穴のため、通常は 0.5±0.005 電極を作成して形彫り放電で仕上げます。今回は研削仕上げが Φ0.28のダイヤ 必須の案件だったため砥石での仕上げが必要となりました。 0.3 電着砥石にて高 そこで、細穴放電加工にて右上写真のように粗加工を行った 精度、高面粗度 後、Φ0.28のダイヤ電着砥石を製作し、マシニングセンタにて ±0.005 に楕円穴を仕上 搖動させながら研削仕上げする方法を取りました。その結果寸 げ。 法精度、面粗さともに申し分の無い仕上がりとなりました。今 回は#600の砥石を使いましたが、番手を上げれば鏡面に近い 面粗さでの仕上げも可能となります。 このように従来では形彫り放電加工でしか仕上げられなかった高硬度材 の微細仕上げを、特注砥石を使って、より高精度で高面粗度に仕上げる #600砥石にて ことが可能となっています。 Ra0.2µmの仕 ダイヤ電着砥石の製作については次号でもう少し詳しくご説明する予 上がり状態に。 定ですのでお楽しみに。 今号で取り上げた微細加工・深穴加工は6月20日~22日に東京ビックサイトで行われる機械要素技術展にてサンプル出展い たします。是非足をお運びください。 技術問合せ、工場見学、技術セミナーのご依頼は 弊社ホームページからまたは各営業担当にご相談ください