前回は、A6061-T6、T651、T6511の違いについて説明しました。

その中でもT651は、引張りによって残留応力を低減した材料です。
そのため厚板からの切削加工に向いていますが、応力や加工後の変形が完全にゼロになるわけではありません。

弊社では、実際の加工品で平面度が安定しなかったことをきっかけに、
A6061-T651を削ると、どの工程でどの方向へ変形するのかを調査しました。

【素材】
A6061-T651 厚さ26×幅70×長さ360mm

【加工内容】
加工方向を「表面」「裏面」「側面」とします。

主な加工内容は、

・表面のフェイス加工＋溝加工
・裏面のフェイス加工＋穴加工、ポケット加工
・側面の長穴加工 です。

今回は、コストの関係で、荒加工後に仕上加工を行い、変形量を抑える工程を加えることが出来ません。
材料スタートの1工程目以外は、敷板にワークを当てて最小の工程数で平面度を出すことにトライしています。

加工の順番、表裏の取り代、フェイスミルの切削条件、チップの状態を変えながら、工程ごとに平面度と凸・凹の方向を測定しました。

調査で最も特徴的だったのは、フェイス加工した面が凸になる方向へ変形していったことです。（表参照）

同じ材料の片面を続けて加工した調査では、厚み26mmの時点で平面度0.040mmの凹でした。
切削を続けると平面度はいったん0.006mmまで小さくなり、その後、変形方向が凸に変わりました。

さらに厚み22mmまで加工すると、平面度は0.064mmの凸となりました。

今回の材料と加工条件では、削る量を増やしても単純に平面度がよくなるわけではなく、加工面が凸になる方向へ変化し続けました。

この結果から、T651で応力除去されていても、材料内部の応力はゼロではないことが分かります。

最終確認では、次の条件で6個を加工しました。

・表面の切り込み量：0.3mm＋仕上げ0.2mm、合計0.5mm
・裏面の切り込み量：1.13mm×3回＋仕上げ0.2mm、合計約3.6mm
・荒加工用フェイスミル：三菱マテリアルBXD、直径100mm、R0.4（写真右）
・仕上げ用フェイスミル：三菱マテリアルAXD、直径100mm、R0.4（写真左）
・主軸回転数：S4000
・送り速度：荒加工F2000、仕上げ加工F2500
・表面→裏面→側面の順で加工
・フェイスの荒加工と仕上げ加工は連続して実施

【結果】
6個の素材平面度は0.054～0.126mmでした。

表面加工後は0.017～0.022mmの凸、裏面加工後は0.010～0.026mmの凹となりました。
側面加工後の平面度は0.008～0.018mmの凹に収まり、6個とも同じ変形方向になりました。

今回の材料では、表裏から均等に削るのではなく、変形方向を予測して取り代に差をつけた方が、最終的な平面度が安定しました。