東莞ポータブルツールは、現場用工作機械の専門メーカーとして、お客様のご要望に応じて、ポータブルラインボーリングマシン、ポータブルフランジフェーシングマシン、ポータブルフライス盤などの現場用工作機械を設計いたします。ODM/OEMも承っております。
現場ボーリングバーポータブルラインボーリングマシンの一部として、ボーリングバーの長さは、様々なサイズに応じて最大2000～12000メートルまで対応可能です。また、ボーリング径は現場のサービス状況に応じて30mm～250mmまでカスタマイズ可能です。
ボーリングバーの加工工程には、主に以下の手順が含まれます。
材料の作成：まず、加工するボーリングバーのサイズや形状に合わせて、適切な切削材料の原材料を選択します。
ハンマー打ち: 切断した材料をハンマーで叩いて、材料の構造と性能を改善します。
アニーリング：アニーリング処理により、材料内部の応力や欠陥が除去され、材料の可塑性と靭性が向上します。
荒加工: 旋削、フライス加工などの予備的な機械加工を実行して、ボーリングバーの基本形状を形成します。
焼入れと焼戻し: 焼入れと焼戻し処理により、材料は高強度、高靭性など、総合的な機械的特性が向上します。
仕上げ：研削などの工程を経て、ボーリングバーは必要なサイズと形状の精度を達成するように細かく加工されます。
高温焼戻し：材料の機械的特性をさらに向上させ、内部応力を低減します。
研削：ボーリングバーの最終研削を行い、表面品質と寸法精度を確保します。
焼き戻し：組織を安定させ、変形を抑えるために再度焼き戻しを行います。
窒化処理：ボーリングバーの表面を窒化処理して、硬度と耐摩耗性を向上させます。
保管（設置）：すべての加工が完了したら、ボーリングバーを保管するか、そのまま設置して使用します。
ボーリングバーの材料選択と熱処理の配置
ボーリングバーは通常、40CrMo合金構造用鋼など、高強度、高耐摩耗性、高耐衝撃性を備えた材料で作られています。熱処理工程には、焼準、焼戻し、窒化が含まれます。焼準は組織を微細化し、強度と靭性を高めます。焼戻しは加工応力を除去し、変形を軽減します。窒化は表面硬度と耐摩耗性をさらに向上させます。
ボーリングバーの一般的な問題と解決策
ボーリングバー加工工程における一般的な問題として、振動と変形が挙げられます。振動を低減するために、ボーリングカッターディスクなどの多刃切削方法を採用することで、加工効率と安定性を大幅に向上させることができます。
変形を抑制するためには、加工中に適切な熱処理とプロセスパラメータの調整が必要です。さらに、硬質窒化処理中の変形制御も重要であり、試験とプロセス調整を通じて品質を確保する必要があります。
退屈なバーボーリングバーは工作機械の主要なコア部品の一つです。2つのガイドキーを介して軸方向にガイドされ、前後に移動することで軸方向送りを実現します。同時に、中空スピンドルはキーの伝達トルクを介して回転運動を行い、円周方向の回転を実現します。ボーリングバーは工作機械の主要な動作の中核であり、その製造品質は工作機械の作業性能に極めて重要な影響を与えます。したがって、ボーリングバーの加工工程の分析と研究は、工作機械の信頼性、安定性、品質にとって非常に重要です。
ボーリングバー材質の選択
ボーリングバーは主要変速機の主要部品であり、耐曲げ性、耐摩耗性、耐衝撃性など、高い機械的特性が求められます。そのため、ボーリングバーは中心部に十分な靭性を備え、表面に十分な硬度を備えている必要があります。高品質合金構造用鋼である38CrMoAlAは、炭素含有量が高いため十分な強度を有しており、Cr、Mo、Alなどの合金元素は炭素と複雑な分散相を形成し、マトリックス中に均一に分布しています。外部応力を受けると、機械的バリアとして機能し、強度を高めます。中でも、Crの添加は窒化層の硬度を大幅に向上させ、鋼の焼入れ性と芯部強度を向上させます。Alの添加は窒化層の硬度を大幅に向上させ、結晶粒を微細化します。Moは主に鋼の焼戻し脆性を低減します。長年の試験と研究を経て、38CrMoAlAはボーリングバーの主要な性能要件を満たすことができ、現在、ボーリングバー材料の第一選択肢となっています。
ボーリングバーの熱処理の配置と機能
熱処理手順：焼ならし＋焼戻し＋窒化。ボーリングバーの窒化は熱処理工程の最終段階です。ボーリングバーコアに必要な機械的特性を持たせ、加工応力を除去し、窒化工程中の変形を低減し、最適な窒化層を形成するための組織を整えるために、ボーリングバーは窒化処理前に適切な予熱処理、すなわち焼ならしと焼戻しを行う必要があります。
（1）焼準。焼準とは、鋼を臨界温度以上に加熱し、一定時間保温した後、空冷することです。冷却速度は比較的速いです。焼準後の焼準組織は塊状の「フェライト＋パーライト」となり、部品組織が微細化され、強度と靭性が向上し、内部応力が減少し、切削性が向上します。焼準前に冷間加工は不要ですが、焼準によって生成される酸化・脱炭層は、脆性の増加や窒化後の硬度不足などのデメリットにつながるため、焼準工程では十分な加工代を残しておく必要があります。
（2）焼戻し。焼ならし後の加工量が多く、切削後に大きな機械的加工応力が発生する。粗加工後の機械的加工応力を除去し、窒化処理時の変形を低減するために、粗加工後に焼戻し処理を加える必要がある。焼戻しは焼入れ後の高温焼戻しであり、得られる組織は微細なトルースタイトである。焼戻し後の部品は十分な靭性と強度を有する。多くの重要部品は焼戻しが必要である。
（3）焼準後の母相組織と「焼準＋焼戻し」後の母相組織の違い。焼準後の母相組織は塊状のフェライトとパーライトであるのに対し、「焼準＋焼戻し」後の母相組織は微細なトルースタイト組織である。
（4）窒化処理。窒化処理は、部品の表面に高硬度と耐摩耗性を与え、芯部は本来の強度と靭性を維持する熱処理法である。クロム、モリブデン、またはアルミニウムを含む鋼は、窒化処理後に比較的理想的な効果が得られる。窒化処理後のワークピースの品質：1ワークピースの表面は銀灰色でマットである。2ワークピースの表面硬度は1000HV以上であり、研削後の表面硬度は900HV以上である。3窒化層の深さは0.56mm以上であり、研削後の深さは0.5mm以上である。4窒化変形は振れ≤0.08mmを必要とする。5脆性レベル1〜2は合格であり、実際の生産で達成でき、研削後にさらに良好である。
（5）「焼準＋窒化」と「焼準＋焼戻し＋窒化」の構造の違い。「焼準＋焼入れ焼戻し＋窒化」の窒化効果は「焼準＋窒化」よりも明らかに優れている。「焼準＋窒化」の窒化組織には、塊状と粗い針状の脆い窒化物が顕著に見られ、ボーリングバーの窒化層脱落現象を解析する上での参考資料としても利用できる。
ボーリングバーの仕上げ工程：
工程：打抜き→焼きならし→センター穴の穴あけと荒削り→荒削り→焼入れと焼戻し→半仕上げ旋削→外輪の荒研削→テーパ穴の荒研削→スクラッチ→各溝のフライス加工→傷検出→キー溝の荒研削（細研削代確保）→外輪の半仕上げ研削→内穴の半仕上げ研削→窒化→テーパ穴の半仕上げ研削（細研削代確保）→外輪の半仕上げ研削（細研削代確保）→キー溝の研削→外輪の精研削→テーパ穴の精研削→外輪の研削→研磨→クランプ。
ボーリングバーの仕上げ工程。ボーリングバーは窒化処理が必要なため、2つの半仕上げ外輪工程が特別に配置されています。最初の半仕上げ研削は窒化処理の前に行われ、窒化処理のための良好な下地を築くことが目的です。これは主に、研削前にボーリングバーの許容量と形状精度を制御し、窒化後の窒化層の硬度が900HV以上であることを保証するためです。窒化中の曲げ変形は小さくても、窒化前の変形を修正してはなりません。修正しないと、元の変形よりも大きくなるだけです。当社の工場プロセスでは、最初の半仕上げ研削中の外輪許容量を0.07〜0.1mmと決定し、テーパ穴の精研削後に2番目の半仕上げ研削工程を配置します。このプロセスでは、テーパ穴に研削コアを設置し、両端を押し上げます。一方の端でボーリングバーの小端面の中心穴を押し、もう一方の端で研削コアの中心穴を押します。次に、外輪を正式なセンターフレームで研削し、研削コアは取り外さずに、スプライングラインダーを回転させてキー溝を研削します。外輪の2回目の半仕上げ研削は、外輪の精研削中に発生した内部応力を最初に反映させ、キー溝の精研削精度を向上させ、より安定させるためです。外輪を半仕上げするための下地があるため、外輪の精研削中にキー溝に与える影響は非常に小さくなります。
キー溝はスプライングラインダーを用いて加工され、一端はボーリングバーの小端面の中心穴に、他端は研削コアの中心穴に向けられる。このように、研削時にキー溝は上向きになり、外円の曲げ変形と工作機械ガイドウェイの真直度は溝の底にのみ影響し、溝の両側にはほとんど影響しません。ガイドレールグラインダーを用いて加工する場合、工作機械ガイドウェイの真直度とボーリングバーの自重による変形がキー溝の真直度に影響します。一般的に、スプライングラインダーはキー溝の真直度と平行度の要件を満たすのに便利です。
ボーリングバーの外径精密研削は万能研削盤で行い、その方法は縦方向工具中心研削法です。
テーパ穴の振れは、ボーリングマシンの主要な完成品精度です。テーパ穴加工の最終要求は次のとおりです。①テーパ穴の外径に対する振れは、スピンドル端で0.005mm、端から300mmの位置で0.01mmを保証する必要があります。②テーパ穴の接触面積は70%です。③テーパ穴の表面粗さはRa=0.4μmです。テーパ穴の仕上げ方法は、余裕を持たせ、組み立て時にテーパ穴の接触面が自己研磨によって最終製品精度に達するようにする方法と、加工中に技術要件を直接満たす方法です。当社工場では現在、2番目の方法を採用しており、キャップを使用してボーリングバーM76X2-5gの後端をクランプし、センターフレームを使用して前端に外円φ110h8MFを設定し、マイクロメーターを使用して外円φ80js6を位置合わせし、テーパー穴を研磨します。
研削と研磨は、ボーリングバーの最終仕上げ工程です。研削により、非常に高い寸法精度と非常に低い表面粗さが得られます。一般的に、研削工具の材質はワーク材質よりも柔らかく、均一な組織を有しています。最も一般的に使用されているのは鋳鉄製研削工具（図10参照）です。鋳鉄製研削工具は、様々なワーク材質の加工や微細研削に適しており、良好な研削品質と高い生産性を確保できます。また、研削工具は製造が容易でコストも低いという利点があります。研削工程において、研削液は研磨剤の配合、潤滑、冷却の役割を果たすだけでなく、研削工程を促進する化学的役割も果たします。研削液はワーク表面に付着し、ワーク表面に酸化膜層を素早く形成させ、ワーク表面の山を滑らかにし、谷を保護する役割を果たします。ボーリングバー研削に使用される研磨剤は、白色酸化アルミニウムの白色コランダム粉末と灯油の混合物です。
ボーリングバーは研削加工後、良好な寸法精度と低い表面粗さを実現していますが、表面に砂が付着して黒くなっています。ボーリングバーを中空スピンドルに組み付けると、黒い水が流れ出ます。ボーリングバーの表面に付着した研削砂を除去するため、当社では自社製の研磨工具を用いて、緑色の酸化クロムでボーリングバーの表面を研磨しています。実際の効果は非常に良好で、ボーリングバーの表面は明るく美しく、耐腐食性も優れています。
ボーリングバー検査
（1）真直度を確認する。0レベルプラットフォーム上に高さの等しいV型アイアンを2つ置き、その上にボーリングバーを置き、V型アイアンの位置はφ110h8MFの2/9Lに位置する（図11参照）。ボーリングバー全長の真直度の許容差は0.01mmである。
まず、マイクロメーターを使用して、2/9Lにおける点Aと点Bの等長度を確認します。点Aと点Bの読み取り値は0です。次に、ボーリングバーを動かさずに、中間点と両端の点a、b、cの高さを測定し、値を記録します。ボーリングバーを軸方向に静止させたまま、手でボーリングバーを90°回転させ、マイクロメーターを使用して点a、b、cの高さを測定し、値を記録します。次に、ボーリングバーを90°回転させ、点a、b、cの高さを測定し、値を記録します。検出された値のいずれも0.01mmを超えていない場合は合格であり、その逆も同様です。
（2）寸法、真円度、円筒度を確認する。ボーリングバーの外径は外側マイクロメータで検査する。ボーリングバーφ110h8MFの研磨面の全長を17等分し、外径マイクロメータを用いて半径a、b、c、dの順に直径を測定し、測定データをボーリングバー検査記録表に記載する。
円筒度誤差とは、一方向における直径の差を指します。表の横軸の値によると、a方向の円筒度誤差は0、b方向の誤差は2μm、c方向の誤差は2μm、d方向の誤差は2μmです。a、b、c、dの4方向を考慮すると、最大値と最小値の差が真の円筒度誤差2μmとなります。
真円度誤差は表の縦列の値と比較され、値の差の最大値が取られます。ボーリングバー検査で不合格になった場合、またはいずれかの項目が許容値を超えた場合は、合格するまで研削と研磨を継続する必要があります。
また、検査時には室温や人体温度（マイクロメーター保持）が測定結果に与える影響にも留意し、過失誤差を排除し、測定誤差の影響を低減し、測定値を可能な限り正確とするよう配慮する必要がある。
必要な場合は現場ボーリングバーカスタマイズ可能ですので、詳細についてはお気軽にお問い合わせください。
