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テクノロジーニュース

深穴加工における濾過の重要性とは?-FILTRATION NEWS 7

2020.12.16  クーラント基礎応用

深穴加工とはどのような加工ですか?

深穴加工は、主に以下のような製品を加工する際に用いられます。

  • エンジンブロック
  • クランクシャフト
  • バルブガイド
  • バルブスピンドル
  • 油圧ディストリビューター
  • ディーゼルポンプとインジェクター
  • ギアボックス
  • その他の特定のものなど

深穴加工は基本的に『ガンドリル』を使用して加工を行います。主にガンドリルは下の図に示したような構成となっています。


-ガンドリルの特徴であるハーフステムの形(V字型)をしたシャフト

高圧切削油はその内部を切削ヘッドに向かって循環し、このシャフト形状により、切りくずを排出します。

-オイルホールを含む硬質金属コアで構成される切削ヘッド

高圧切削油は、ヘッドの切削動作を冷却すると同時に、形成された切りくずを外部に運び出します。

-フリクションおよびガイドスキッド

特定の場合に使用され、ガンドリルをガイドするだけでなく、ドリル穴の内面をフライス加工して、明るく滑らかなに仕上げます。

深穴加工にはどのような利点がありますか?

a)より速い切断速度

  • 従来のドリルビットØ5 mm:Vc 10~15m/秒
  • ガンドリルビットØ5 mm:Vc 80~100m/秒

b)ドリル消費量の大幅な削減

  • 従来のドリルビットの「寿命」:10〜15m/再研磨1回
  • キャノンドリルビットの「寿命」:約50m/再研磨1回

c)より早い加工時間

チップの抽出を容易にし、ツールの変更のための反転によって生じる非生産的な無駄時間を必要とせずに、単一の前進動作で実行されます。

d)単一の操作でより深いドリル穴を実行するために、操作を段階に分けて行う必要はありません

e)リーマ加工または超仕上げ加工を必要とせずに、優れた内面仕上げを得る事ができます

高精度の深穴加工を得るために必要な条件とは?

これらの高いパフォーマンスを得るために必要な条件は次のとおりです。

  1. 加工する「直径」「深さ」「材料」に合わせて特別に設計されたガンドリルの使用
  2. ガンドリルの直径に必要な流量と圧力を供給できる高圧ポンプの使用
  3. 浮遊金属粒子を含まない、クリーンで透明な切削油の使用

深穴加工作業での濾過はどの程度重要ですか?

深穴加工において、適切な濾過を行う事で以下の効果を得ることが出来ます。

・ガンドリルの寿命を延ばす

70barと120barの圧力でガンドリルを使用する場合、オイルに浮遊物質が含まれていると、サンドブラストで処理されているかのようにツールの刃先を攻撃します。この現象は、鋳造部品の加工時に特に顕著になります。十分に濾過されたオイルとグラファイト結晶で汚染された不十分な濾過オイルを比較すると、ガンドリルの再研磨回数が最大で10倍の差が発生します。

・高圧ポンプの寿命を延ばす

30 barを超える圧力で作業するには、容積式油圧ポンプを使用する必要があります。これらのポンプは、オイル内の浮遊粒子に非常に敏感です。コンポーネントを非常に急速に劣化させ、内部シールを失います。その結果、圧力と流量の両方を失い、ガンドリルビットの性能に直接影響するためです。

・仕上げ品質の改善

切削油が浮遊粒子で汚染されると、切削油が機械加工面を傷つけたり、表面に埋め込まれたりする可能性があり、どちらもドリル穴の表面品質を低下させます。

以上のことから、最適なオイル濾過システムを使用することが不可欠です。

深穴加工作業中に切削油をどのように濾過する必要がありますか?

ガンドリルマシンから優れた性能を実現するには、切削油を従来の油圧オイルと同等の清浄度品質で維持する必要があります。(ISO 4406コード18/15)

この濾過品質は次の方法で達成できます。

A.使い捨てフィルターカートリッジ

  • 初期投資が少ない
  • 保守人件費が高い
  • フィルターカートリッジ交換費用が高い

B.プレコートフィルター

  • 初期投資が大きいが、急速に減価償却される
  • カートリッジフィルターと同等以上の濾過品質
  • メンテナンスコストが低い
  • 濾過助剤の消費コストが低い(Filtration News 3を参照)

深穴加工作業におけるプレコートフィルターの実用的なアプリケーション

多くの企業が、深穴加工作業で使用される切削油の濾過用にプレコート濾過システムを採用しています。

  • 鉄または鋳鉄のクランクシャフト
  • 鋳鉄製カムシャフト
  • 鋳鉄、鋼、またはアルミニウムのエンジンブロック
  • アルミニウムまたはマグネシウムのギアボックス
  • コモンレールディーゼルポンプ
  • ディーゼルインジェクター
  • CNC、多軸または単軸旋盤でオンになる部品
  • その他

プレコートフィルターの使用から得られる利点とは?

  • ガンドリルの消費削減
  • 自動ローディングシステムとともに、バーまたは部品保持クリップのメンテナンス操作の削減
  • マシンヘッドのガイドとシャフトリテーナーの摩耗の低減
  • 加工機のパフォーマンス向上
  • 高圧ポンプ寿命を延ばす

導入事例-マイクロエマルジョンのためのプレコートフィルター

DelphiディーゼルシステムのQuaker Chemical Quakeral 370マイクロエマルジョン

まずはじめに

バルセロナのサンクガットにあるDelphiディーゼルシステム工場は、コモンレールシステム用の高圧ディーゼルポンプを製造しています。(ヨーロッパにある2つの工場のうちの1つです。)

ルノー、フォード、ヒュンダイキア、プジョーシトロエンはすべて、サンクガットで製造されたディーゼルポンプを使用しています。

サンクガット工場は、高圧ディーゼルポンプの心臓部である油圧ヘッドの機械加工を、有名な潤滑油会社の切削油を用いて開始しました。

機械加工操作は以下のとおりです。

  • フライス加工、穴あけ、ねじ切り、ガンドリルビット掘削、ボーリング、リーマ加工
  • 材料:マグネシウムを含む鋼合金
  • 加工設備:IMASFLEX、GROB500、GROB520
  • 最大冷媒圧力:ガンドリルで60bar
  • 濾過:これは、3つのプレコート濾過ステーション(濾過助剤としてセルロースを使用するKENFILT-novotecnicタイプ2 FTD 60 AD TA)で実行されます。 各ステーションの流量は5,000L/minで、容量は40㎥です
▷プレコートフィルター 2FTD 60 AD TA DをDelphi(バルセロナ、サンクガット)に導入
問題点

特定の機械では、切削油ミストの存在を効果的に排除することが非常に困難でした。つまり、火災のリスクが非常に高く、人員と工場に危険が伴います。その結果、生産の損失となる可能性があります。

リスクを最小限に抑えるためDelphi工場内では、これらの加工ラインでは水ベースの冷媒が採用されました。

適切な切削油を供給する業者は、3-5ミクロン未満のプレコートフィルターを使用して冷媒を濾過する必要があるという要求に直面したとき、エマルジョンが分解するため、合成溶液の使用を推奨しました。

使用開始から2週間後、この合成溶液は、加工設備に深刻な酸化と工具摩耗の大幅な増加を発生させました。これは緊急に改善する必要があり、適切な切削油の使用を再度検討、採用しました。

この経験の後、KENFILT-novotecnicは、イギリスのBridgendでFord / Jaguarと既に協力していたため、QUAKER CHEMICAL社に連絡しました。ここでは、いくつかのKENFILT-novotecnicプレコート濾過ユニットが9年間稼働しており、QUAKERCHEMICALのQUAKERAL370マイクロエマルジョンとともにセルロースが濾過助剤として使用されています。

解決

QUAKER CHEMICALは、Delphiが切削油をQUAKERAL 370マイクロエマルジョンに置き換えることを提案しました。これは、エマルジョンであるにもかかわらず、5〜10ミクロン未満の濾過を可能にし、KENFILT-novotecnicは新しい操作条件に適応するために新しい濾過ステーションパラメーターを提案しました 。

QUAKER CHEMICALとKENFILT-novotecnicの知識と技術を同時に適用することは、このプロジェクトの成功にとって非常に重要であることが証明されました。

結果

9ヵ月の運用後に得られた結果は非常に満足のいくものでした。

  • 生産目標の達成
  • 冷媒のコストは、最初の純粋な切削油の50%に削減
  • 従来の純粋な切削油で得られたものと同等の工具寿命
  • 必要な表面仕上げを実現(KENFILT-novotecnicのプレコートフィルターを使用して最適な5〜10ミクロンの濾過達成により)
  • 切削油ミストがないため、より清潔で快適な環境の実現
  • 火災の危険がない
  • 火災のリスクがないため、保険料が安くなり防火設備のコスト削減
▷コモンレールシステムポンプ本体

課題解決の実例

消耗品を必要としない濾過システムとは・・・?

消耗品を使用しない産業および冶金分野で最も広く使用されている濾過システムの1つが、いわゆる「ドラムフィルター」であることはよく知られています。

主な特徴
  • 自動内蔵型オペレーション
  • フィルター消耗品の不使用
  • 簡単なインストールと操作
  • 濾過流量が限定的である
  • 濾過品質が限定的である
  • 補完的なシステムと組み合わせ可能
基本操作

工作機械からの濾過対象の汚れた液体は、フィルターエレメント(この場合は表面濾過特性がわかっているドラム)を通過させられます。ドラムフィルターが沈泥になると、ジェットシステムが逆洗プロセスによってフィルター表面を洗浄します。 フィルターに残った汚泥は、ドラムフィルターが設置されている浚渫槽ですべて除去されます。

ドラムフィルターの種類

主に下記の2つのタイプがあります。

  1. 重力作動式ドラムフィルター、タイプTG:濾過された液体は、重力によってドラムから除去されます
  2. 吸引式ドラムフィルター、タイプTA:液体はドラムの中心から吸引するポンプによって除去され、内部くぼみを作り、フィルター表面の性能を流量に対して増加させます
アプリケーション

このシステムの一般的なアプリケーションを以下に示します。

  • 一般的な機械加工操作
  • 旋盤加工
  • フライス加工
  • 深いボーリング加工
  • 研削

ただし、最適な濾過システムを正しく設計および寸法設定するには、それぞれのケースを個別に調査する必要があります。

▷ドラムフィルターTA-40
濾過品質

用途によっては、ISO 4406 コード 22/19(30 µm)の定格濾過度が得られる場合があります。

濾過される液体
  • 切削油
  • エマルジョン
  • 合成系
保持される粒子
  • 鋳鉄
  • アルミニウム、銅、真鍮など

粒子またはスラッジの量に応じて、通常、粒子またはスラッジを抽出するための従来のシステムと組み合わされます。