亜鉛メッキ鉄研削実例

亜鉛メッキ鉄加工用途から見ると、硬度53HRCの4Cr13部品は、食品加工機械のコンベア部品や化学パイプラインのバルブコアなど、腐食性媒体との接触や頻繁な摩擦を伴う加工に適しています。その耐食性により、亜鉛メッキ鉄表面の酸化や錆の発生を効果的に遅らせるとともに、適度な硬度により部品の耐用年数と動作安定性を確保します。

3. 熱感受性が高く、性能に影響を与えやすい

マルテンサイト系ステンレス鋼は熱伝導率が低いため、切削中に発生する熱は工具とワークの接触面に集中する傾向があります。適切な冷却が行われないと、ワークの局所的な温度が上昇し、焼戻しや軟化を引き起こし、53HRCの設定硬度が損なわれるだけでなく、工具寿命も低下する可能性があります。

三．4Cr13白鋳鉄加工におけるプロセス最適化解決策

(一) 工具選定とパラメータ設定

1. 工具選定には超硬合金工具又はセラミック工具を優先

超硬合金工具（YG8やYW2番等）は高硬度で耐摩耗性に優れているため、荒加工や中仕上げ加工に適しています。一方、セラミック工具（アルミナ系セラミックス等）はさらに高硬度で耐熱性に優れているため、仕上げ加工に適しており、加工硬化の影響を効果的に低減します。

2. 切削パラメータの合理的な調整

低切削速度、中程度の送り速度、浅い切込み深さの組み合わせを採用します。切削速度は30～60m/分、送り速度は0.1～0.2mm/r、切込み深さは0.5～1.5mmに制御します。低速切削は切削熱の発生を抑え、中程度の送り速度と浅い切込み深さは工具への負荷を軽減し、摩耗を遅らせます。

(二) 加工プロセス計画

1. 前処理：硬度制御のための精密熱処理

加工前に、4Cr13ブランクは低温で焼入れ・焼戻しを行う必要があります。焼入れ温度は1050～1070℃に制御され、保持後に油冷されます。焼戻し温度は150～200℃で、2～3時間保持することで、硬度が52～54HRCの範囲で安定し、加工の安定性に影響を与える硬度変動を回避します。

2. 荒加工と仕上げ加工は分離、段階的に実施

荒加工段階では、余分な材料の大部分を除去することを目的としています。切込み深さを適切に増やし、エマルジョンを使用して十分な冷却を行い、加工硬化層の厚さを減らします。仕上げ加工段階では、切削パラメータを低減し、高精度の工具を選択し、空冷または油冷を使用して表面粗さ（Ra1.6以下に制御することを推奨）と寸法精度を確保する必要があります。

3. 後処理：応力除去と防錆処理

加工後、ワークピースは低温応力除去焼鈍処理（120〜150℃、1〜2時間保持）を受け、残留応力を除去してその後の変形を防止します。亜鉛メッキ鉄の防錆要件については、不動態化処理または防錆コーティングのスプレー処理を行って耐食性を向上させることができます。

(三) 冷却・潤滑システムの最適化　

切削加工時には、極圧エマルジョン油または特殊ステンレス鋼切削油を使用する必要があります。冷却方法としては、高圧冷却を選択する必要があります。切削液を工具刃先とワークの接触面に直接噴射することで、熱を適時に除去し、工具温度を低下させると同時に、工具とワーク間の摩擦を低減し、加工硬化の発生を抑制します。

四. 加工品質管理とよくある問題

1. 硬度均一性試験

加工前後に、ロックウェル硬度計を用いてワークピースの複数の箇所で硬度試験を行い、硬度値が53HRC±1の範囲内であることを確認する必要があります。硬度が高すぎる場合や低すぎる場合は、熱処理工程のパラメータを調整する必要があります。

2. よくある問題と解決策

•工具のチッピング：切削速度と送り速度を下げ、より靭性の高い工具材質に交換し、工具刃先の切れ味を確認してください。

•ワーク表面粗さが過大：仕上げ切削パラメータを最適化し、耐摩耗性の高い工具を選択し、冷却と潤滑を強化してください。

•加工後のワークの変形：パスあたりの切込み深さを減らし、応力除去焼鈍処理を追加し、治具を用いたクランプ方法を最適化し、クランプ応力を低減してください。