水圧鋳造品の精密加工時の残留応力解放による二次変形を効果的に制御する方法- Ningbo Etdz Andrew Precision Cast Co., Ltd.

油圧鋳物これらは高精度流体制御システムに不可欠なコンポーネントであり、フライス加工、ボーリング、ホーニングのプロセスにおいて厳しいレベルの精度が必要とされます。これらの操作中に、鋳物内部の固有の残留応力が再配分され、材料が除去されるにつれて解放されます。この現象は二次変形を引き起こし、内部油路とバルブボアの位置精度、幾何公差、最終的なシール性能を直接損ないます。この変形を制御することは、油圧コンポーネントの製造における最も重要な技術的課題の 1 つです。

鋳物の残留応力源の分析

残留応力がどのように形成されるかを理解することは、二次変形を制御するための主要なステップです。水圧鋳造品の残留応力は主に次の 3 つの段階から発生します。

鋳造凝固: 厚い断面と薄い断面の間の冷却速度が一貫していないため、異なる領域での収縮率と相変態時間が異なります。この差熱応力が残留応力の主な原因となります。
コアと金型の抑制: 内部のオイル通路が複雑なため、多くの場合、複雑なコア構造が必要になります。凝固する際にコアによって金属に加えられる剛性の拘束は、鋳造品の自由収縮を妨げ、コンポーネント内に引張応力と圧縮応力の自己平衡システムを確立します。
後処理: シェイクアウト、砂の除去、不十分な研削、不適切な熱処理などの作業によっても、鋳造構造に追加の応力が生じる可能性があります。

前処理: 残留応力の除去または安定化の鍵

精密機械加工を開始する前に、熱処理や自然時効などの方法により内部残留応力を最大限に除去または安定化することが不可欠です。

1. 応力除去焼鈍

歪取り焼鈍は、鋳造残留応力を軽減するために最も効果的で広く適用されている方法です。

作用機序: この高温では、材料の降伏強度が大幅に低下し、原子の拡散が加速します。これにより、微細な塑性変形を通じて内部応力が緩和されます。
冷却速度: 制御された、非常に遅い炉冷却プロセスを実施する必要があります。急速冷却は新たな熱応力を再導入し、応力緩和効果を大幅に減少させたり、打ち消したりする可能性があります。

2. 自然で振動的な老化

自然熟成: 鋳造品を室温で長期間 (数か月、場合によっては 1 年) 保管します。この方法は、材料の熱力学的不安定性とクリープを利用して応力をゆっくりと解放します。結果は安定していますが、この期間は現代の高効率製造では非現実的です。
振動ストレスリリーフ (VSR): 振動エネルギーを使用してストレスの緩和を助けるテクニック。鋳物を特定の周波数とエネルギーの振動にさらすことにより、内部応力が新たな平衡状態に向かうのを助けます。この方法は効率的ですが、振動パラメータを鋳物の形状に正確に一致させる必要があります。

精密加工中の応力制御戦略

前処理後でも残留応力が残る場合があります。応力の解放を制御するには、切断作業中に特定の戦略を採用する必要があります。

1. 荒加工と仕上げ加工の分割

段階的加工: プロセスを荒加工段階と仕上げ加工段階に厳密に分割します。荒加工の主な目的は、材料の取り代の大部分を迅速に除去し、内部応力を露出させて部分的に解放することです。
中間の応力除去: 多段バルブ本体など、非常に厳しい変形要件を伴う重要な水圧鋳造の場合、粗加工で素材の 80% を除去した後、中間の低温応力除去焼鈍を挿入できます。これにより、仕上げ加工を開始する前に応力フィールドのバランスが最大限に保たれるようになります。

2. 対称切断と層状除去

対称切断: 可能な限り、対称またはバランスのとれた切断パスを採用します。片側の過剰または局所的な材料除去は避けてください。応力平衡が大幅に崩れ、鋳物が曲がったりねじれたりする可能性があります。
小さな深さ、複数パス: 仕上げ加工段階では、小さな切込み深さと送り速度を採用し、複数のパスで残留材料を除去します。これにより、残留応力がよりスムーズに、より小さな増分で解放され、急激な応力解放に伴う突然の寸法の飛び出しが防止されます。

3. 治具の設計とクランプ制御

柔軟な治具: 治具の設計は、変形を最小限に抑える原則に従う必要があります。多点サポートと広い接触面積を備えた柔軟な治具を使用して、鋳物に新たなクランプ応力が発生するのを回避します。
クランプ力の監視: 精密油圧コンポーネントのクランプ力は、トルクレンチまたは力センサーを使用して正確に制御する必要があります。これにより、クランプ力はワークピースを固定するのに十分であるが、新たな弾性変形を誘発するほど強力ではないことが保証されます。

変形測定と補正技術

加工プロセス全体を通じて、変形をリアルタイムまたは断続的に監視するには、高精度の測定装置が不可欠です。

測定ツール: 一般的に使用される機器には、三次元測定機 (CMM)、レーザースキャナー、高精度ダイヤルゲージなどがあります。これらは、重要な穴の位置、平面度、平行度などの幾何公差の変化を正確に評価するために使用されます。
データフィードバック: 指定された公差しきい値を超える変形が検出された場合、データは直ちに工作機械またはプロセスエンジニアにフィードバックされ、動的補正や後続の切削パラメータ (ツールパス、切込み深さなど) の調整を実装する必要があります。これにより、バッチ生産の安定性を確保する閉ループ制御システムが構築されます。