ブローチ加工は、従来のプレーニング加工から進化した加工方法で、精度と滑らかな表面仕上げを一度に実現します。この記事は、エンジニアがこの加工を理解するための完全なガイドとして作成されています。
ブローチ加工とは何ですか？
ブローチ加工は、プレーニング加工の発展形と言えるでしょう。ブローチと呼ばれる多刃の切削工具を用いて、各刃ごとにワーク表面から金属の薄い層を順次削り取ることで、高精度で美しい表面仕上げを実現します。工具に引張力ではなく圧縮力がかかる場合、この加工はプッシュブローチ加工と呼ばれ、工具はプッシュブローチと呼ばれます。プルブローチ加工用の工作機械はブローチ盤と呼ばれ、プッシュブローチ加工は油圧プレスで行われることが多いです。広い表面積をブローチ加工する場合は、プログレッシブブローチを使用することで、ブローチ加工にかかる力を軽減できます。
ブローチ加工工程
ブローチ加工を開始する前に、入念な準備が必要です。ブローチ盤の治具はワークをしっかりと所定の位置に保持します。最終製品の精度を確保するには、適切な位置合わせが不可欠です。
適切なブローチの選択は不可欠です。ブローチには様々な形状とサイズがあり、適切な選択は求められる幾何学的特徴とワークの材質によって異なります。ブローチはワークを貫通または横断するように慎重にガイドされ、一動作ごとに材料を除去します。この作業は1回のパスで完了します。切削動作は、ブローチ加工装置と使用するブローチの種類に応じて、直線または回転となります。
ブローチ加工後、ワークピースは徹底的に検査され、すべての要件と寸法公差が満たされていることを確認します。必要な修正があれば、この時点で実施します。
ブローチ加工の種類
ブローチ加工は、ブローチを切削工具として用いる加工工程です。ブローチがワークに対して直線的に移動すると、切削歯が段階的にサイズ調整され、加工代が順次除去されます。通常、1回の加工ストロークで目的の形状が得られるため、ブローチ加工は非常に効率的な仕上げ加工方法です。しかし、ブローチの構造が複雑で、製造コストが高く、専用工具であるため、この加工は主に大量生産に用いられます。
ブローチ加工は、加工される表面の特徴に基づいて、内部ブローチ加工と外部ブローチ加工に分類されます。
内部ブローチ加工
この方法は、丸穴、角穴、多角穴、スプライン穴、キー溝、内歯車など、様々な断面形状の貫通穴や内部形状の加工に用いられます。ブローチを挿入するためには、事前に加工された下穴が必要です。一般的な穴径は8～125mmで、深さは通常、直径の5倍を超えません。特殊なケースでは、直径は3～300mm、深さは最大10mmまで可能です。
外面ブローチ加工
この工具は、平面、輪郭面、溝、ダブテール、タービンブレードの根元形状、外歯車などの非密閉面の加工に使用されます。特に、大型平面および複雑な輪郭面の大量生産に適しています。ブローチ加工面は、公差等級IT8～IT6の寸法精度と、2.5～0.04μmの表面粗さを実現できます。
ワークピースからの加工代の種類は次のとおりです。
成形加工。高精度で低い表面粗さを実現できますが、効率は低くなります。長いブローチが必要で、主に小～中サイズの丸穴や高精度な輪郭面の加工に使用されます。
せん断/順送。四角穴、多角穴、スプライン穴などの複雑な形状の粗ブローチ加工に適しています。ブローチは製造が容易ですが、得られる表面品質は劣ります。
リングカット/オーバーラップ。切削効率が高く、ブローチ長さを短縮できますが、表面品質は低くなります。主に、加工代が大きく、精度要件が低い大径穴に使用されます。
一体型リング。荒加工にはコンターカット方式、仕上げ加工にはフォームカット方式を採用し、両者の利点を融合しています。丸穴ブローチ加工に広く適用されています。
ブローチ加工の利点
高い生産性。ブローチ加工の切削速度は一般的に低速ですが、多刃構造のブローチは、多数の歯と長い切れ刃を同時に加工できます。さらに、荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工といった工程全体が1回のパスで完了するため、基本加工時間と補助時間が大幅に短縮されます。
高精度で美しい表面仕上げ。ブローチには、寸法を校正し、表面を滑らかにするサイジングセクションが組み込まれています。これらのサイジング歯は切削負荷が最小限で、材料の弾性回復のみを除去します。また、低速で安定した切削速度により、構成刃先の形成を防止します。
シンプルな機械構造と操作性。ブローチ加工は、ブローチの直線移動という単一の基本動作で行われます。送り動作は、隣接する歯間の高さの増分（歯当たりの上昇量）によって工具に組み込まれています。
ブローチ加工の欠点
ブローチ工具のコストが高い。複雑な構造、形状、そして高い精度／表面品質が求められるため、ブローチは製造コストが高くなります。しかし、切削速度が低いため工具の摩耗が遅く、工具寿命が長くなります。1つのブローチを複数回研磨することができ、1回の研磨で数千個の部品を加工できます。生産量が多いため、1個あたりの工具コストは低くなります。
位置誤差を修正できません。ブローチングでは、加工前の穴の軸ずれなどの位置誤差を修正できません。
小ロット生産の制限。ブローチ製造の高コストと長いリードタイムは、このプロセスを経済的に不可能にする。 小ロット生産コストと納期を慎重に検討する必要があります。
止まり穴加工の限界。ブローチの歯は徐々に大きくなり、最終形状を得るためには一定の長さが必要となり、工具はワークを完全に貫通する必要があります。そのため、止まり穴加工には適していません。止まり穴加工には、通常、スロッティングカッターまたはプッシュブローチが使用されます。
ブローチ加工の応用例
内径ブローチは、特定の内径寸法と形状に特化した固定サイズの工具ですが、内径ブローチの種類によって、丸穴、角穴、多角形穴、スプライン穴など、様々な貫通穴形状や内歯車の加工が可能です。また、タービンディスクのキー溝、Tスロット、ダブテール溝、モミの木溝など、様々な溝形状の加工にも使用されます。外径ブローチは、平面、輪郭面、外歯車、ブレード根元形状の加工が可能です。
予め加工された穴は精密な仕上げを必要とせず、部品は端面のみで支持されるため、複雑なクランプも必要ありません。そのため、元の穴軸と端面の間には垂直性が求められます。穴軸が端面に対して垂直でない場合は、部品の端面を球面ワッシャーに取り付ける必要があります。ブローチング力によって、部品とワッシャーはわずかに回転し、穴軸がブローチ軸と一致するように自動的に調整されます。
ブローチ加工は主に バッチ生産と大量生産特にエンジンのシリンダーブロックのような、大型で複雑な形状の大量加工に適しています。しかし、他の方法では加工が困難な、高精度で特殊な形状の面を単品または小ロットで加工する用途にも使用されます。
ブローチ加工に関する考慮事項
素材硬度
ブローチ加工に適した材料の硬度は、通常170～240HBです。一般的に、硬い材料の方が柔らかい材料よりも表面品質が向上します。これは、柔らかい材料はブローチの刃先に焼き付きやすく、傷がつきやすいためです。逆に、硬すぎる材料はブローチの摩耗を早め、寿命を縮めます。
パイロットホール
丸ブローチの下穴のサイズと品質は、加工面品質、工具寿命、精度に大きく影響します。そのため、下穴は正しく加工する必要があります。
垂直性：パイロット穴は取り付け基準面に対して垂直でなければなりません。垂直でないとブローチが曲がり、高い精度と表面品質が得られない可能性があります。
サイズ調整：パイロット穴が小さすぎたり曲がっていたりすると、ブローチの先端パイロットが入りません。また、パイロット穴が大きすぎると、ブローチが片側に偏芯して接触する可能性があります。
汚染物質: パイロット穴内に剥がれた構成エッジやその他の硬い異物が存在すると、ブローチの寿命が短くなる要因となります。
切削速度
切削速度は、加工面品質、加工精度、ブローチ寿命に影響を与えます。材料の被削性に基づいて速度を選択することが重要です。ブローチング速度は通常、2～8 m/分の範囲です。
壁の厚さ
ワークの肉厚は、穴径や真円度の加工精度に微妙な影響を与えます。ブローチ加工では、ワークはラジアル方向の力を受け、弾性変形と塑性変形による膨張が生じます。切削後は弾性回復によりほぼ元の形状に戻ります。加工中の変形が過度な場合は、塑性変形が残存するため、弾性回復はワークの肉厚によって大きく異なります。
Getzshapeについて
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