穴の加工方法にはどのようなものがあるかご存知ですか？

穴加工の方法には、穴あけ、リーマ加工、ボーリング、絞り加工、研削、仕上げ加工などがあります。以下では、いくつかの穴加工技術を詳しくご紹介し、穴加工に関する課題解決のお手伝いをいたします。

穴は、箱、ブラケット、スリーブ、リング、ディスクなどの部品において重要な面であり、機械加工において頻繁に遭遇する面でもあります。同じ加工精度と表面粗さの要求を満たす場合、穴は外面の円形加工よりも加工が難しく、生産性が低く、コストが高くなります。

これは以下の理由によるものです。1) 穴加工に使用する工具のサイズは加工する穴のサイズによって制限され、剛性が低いため、曲げ変形や振動が発生しやすい。2) 固定サイズの工具で穴を加工する場合、加工する穴のサイズは多くの場合、対応する工具のサイズに直接依存し、工具の製造誤差や摩耗が穴の加工精度に直接影響する。3) 穴を加工する場合、切削領域は工作物の内部にあるため、切りくずの除去や放熱条件が悪く、加工精度や表面品質の制御が難しい。

掘削

穴あけは、固体材料に穴を加工する最初の工程であり、穴の直径は一般的に80mm未満です。穴あけには、ビット回転とワークピース回転の2つの方法があります。上記の2つの穴あけ方法で発生する誤差は同じではありません。ビット回転による穴あけ方法では、切削刃の非対称性、ビットの剛性不足、およびビットのたわみにより、穴の中心線が歪んだり直線でなくなったりしますが、開口部は基本的に変化しません。一方、ワークピース回転による穴あけ方法では、ビットのたわみにより開口部が変化しますが、穴の中心線は依然として直線です。

一般的に使用されるドリル刃には、ツイストドリル、センタードリル、深穴ドリルなどがあり、その中で最も一般的に使用されるのはツイストドリルで、その直径仕様はΦ0.1～80mmです。

構造上の制約により、ドリルビットの曲げ剛性とねじり剛性が低く、センタリングも悪いため、穴あけ精度は低く、一般的にはIT13～IT11程度です。表面粗さも大きく、Raは一般的に50～12.5μmです。しかし、穴あけによる金属除去率は大きく、切削効率は高いです。穴あけは、ボルト穴、ねじ底穴、油穴など、品質要求の低い穴の加工に主に使用されます。加工精度と表面品質の要求が高い穴については、後続の加工でリーマ加工、リーマ加工、ボーリング加工、または研削加工を行う必要があります。

リーマ加工

リーマ加工とは、ドリル加工、鋳造、鍛造によって開けられた穴をリーマドリルでさらに加工し、開口部を拡大して穴の加工品質を向上させる工程です。リーマ加工は、穴の仕上げ加工前の前処理として、または要求される精度が低い最終加工として使用できます。リーマドリルはツイストドリルに似ていますが、歯数が多く、クロスエッジがありません。

穴あけ加工と比較して、リーマ加工には次のような特徴があります。

（１）リーマドリルの歯数（３～８枚）が良好で、ガイドがしっかりしており、切削が比較的安定している。（２）リーマドリルにクロスエッジがなく、切削条件が良好である。

（３）加工代が小さいため、切りくず受けを浅くでき、ドリル芯を厚くでき、工具本体の強度と剛性が向上します。リーマ加工の精度は一般的にIT11～IT10で、表面粗さRaは12.5～6.3μmです。リーマ加工は、小径の穴を加工する際によく用いられます。大径の穴（D ≥30mm）をドリル加工する場合、小径ドリルビット（開口部の直径の0.5～0.7倍）で下穴を開け、その後、対応するサイズの穴リーマドリルを使用することで、穴の加工品質と生産効率を向上させることができます。

円筒形の穴加工に加え、様々な特殊形状のリーマドリル（皿穴加工用ドリルとも呼ばれる）は、様々な皿穴や皿穴加工にも使用できる。皿穴加工用ドリルの前面には、加工穴によってガイドされるガイドポストが設けられていることが多い。

リーマ加工は、穴の仕上げ加工方法の一つであり、製造現場で広く用いられています。小径穴の場合、リーマ加工は内面研削や精密ボーリングよりも経済的で実用的な加工方法です。

1. リーマー

リーマは一般的に、手動リーマと機械リーマの2種類に分けられます。手動リーマのハンドル部分はストレートハンドルで、作業部が長く、ガイド機能が優れています。手動リーマには、一体型と外径調整型の2種類の構造があります。機械リーマには、ハンドルとスリーブの2種類の構造があります。リーマは丸穴だけでなく、テーパーリーマはテーパー穴も加工できます。

2. リーマ加工とその応用

リーマ加工代はリーマ加工の品質に大きな影響を与えます。リーマ加工代が大きすぎると、リーマの負荷が大きくなり、刃先がすぐに鈍くなり、滑らかな加工面を得ることが難しく、寸法公差を保証することも難しくなります。一方、リーマ加工代が小さすぎると、前の工程で残った刃跡を取り除くことができず、当然ながら穴加工の品質向上には何の役にも立ちません。一般的に、粗加工のリーマ加工代は0.35～0.15mm、細加工のリーマ加工代は0.1.5～0.05mmです。

切りくずの発生を防ぐため、リーマ加工は通常、低速切削（HSSリーマを用いた鋼鉄および鋳鉄加工ではv <8m/分）で行われます。送り速度は加工する開口部の大きさに関係し、開口部が大きいほど送り速度も大きくなります。鋼鉄および鋳鉄を高速鋼リーマで加工する場合の送り速度は通常0.3～1mm/rです。

リーマ加工は、切りくずの堆積を防ぎ、切りくずを適時に除去するために、適切な切削油を用いて冷却、潤滑、洗浄する必要があります。研削やボーリングと比較して、リーマ加工は生産性が高く、穴の精度を容易に保証できます。ただし、リーマ加工では穴軸の位置誤差を修正できないため、穴の位置精度は前工程で保証しておく必要があります。リーマ加工は、段付き穴や止まり穴の加工には適していません。

リーマ加工の寸法精度は一般的にIT9～IT7、表面粗さRaは一般的に3.2～0.8μmです。高精度が要求される中型穴（例えばIT7精度穴）の場合、ドリル加工→リーマ加工→リーマ加工という工程が、生産現場で一般的に用いられる典型的な加工方式です。

ボーリングとは、あらかじめ開けられた穴を切削工具で拡大する機械加工方法です。ボーリング加工は、ボーリング盤または旋盤で行うことができます。

1. ボーリング法

穴あけ加工には3つの異なる方法があります。

（１）工作物が回転し、工具が送り運動を行う。

旋盤による穴あけ加工は、主にこの穴あけ加工法に分類されます。この加工法の特徴は、加工後の穴の軸線が工作物の回転軸と一致し、穴の真円度は主に工作機械の主軸の回転精度に依存し、穴の軸方向の幾何誤差は主に工作物の回転軸に対する工具送り方向の位置精度に依存することです。この穴あけ加工法は、外円表面に同軸性が要求される穴の加工に適しています。

（２）工具が回転し、工作物が送られる

ボーリング盤の主軸はボーリング工具を回転させ、テーブルは工作物を送り出す。

（３）工具が回転し、送り動作を行う

このボーリング加工方法では、ボーリングバーの突き出し長さが変化するため、ボーリングバーにかかる力による変形も変化し、主軸台付近の開口部は大きくなり、主軸台から離れた部分の開口部は小さくなり、円錐形の穴が形成されます。また、ボーリングバーの突き出し長さが増加するにつれて、主軸の自重による曲げ変形も大きくなり、加工穴の軸にも相応の曲がりが生じます。このボーリング加工方法は、短い穴の加工にのみ適しています。

2. ダイヤモンドボーリング

一般的なボーリングと比較して、ダイヤモンドボーリングは、バックカット量が少なく、送り量が少なく、切削速度が速いという特徴があり、高い加工精度（IT7～IT6）と非常に滑らかな表面（Ra 0.4～0.05μm）が得られます。ダイヤモンドボーリングは元々ダイヤモンドボーリング工具を使用して行われていましたが、現在では超硬合金、CBN、人工ダイヤモンド工具が一般的に使用されています。主に非鉄金属の加工に使用されますが、鋳鉄や鋼部品の加工にも使用できます。

ダイヤモンドボーリングで一般的に使用される切削パラメータは、予備ボーリングが0.2～0.6mm、最終ボーリングが0.1mmです。送り速度は0.01～0.14mm/rです。切削速度は、鋳鉄加工の場合は100～250m/分、鋼材加工の場合は150～300m/分、非鉄金属加工の場合は300～2000m/分です。

ダイヤモンドボーリングマシンが高い加工精度と表面品質を実現できるようにするためには、工作機械（ダイヤモンドボーリングマシン）は高い幾何学的精度と剛性を備えている必要があり、工作機械の主軸は一般的に使用される精密アンギュラ玉軸受または静圧すべり軸受を支持し、高速回転部品は正確にバランス調整されている必要があります。さらに、送り機構の動きは非常に滑らかでなければならず、テーブルがスムーズな低速送り動作を行えるようにする必要があります。

ダイヤモンドボーリングは加工品質が良好で、生産効率が高く、エンジンシリンダー穴、ピストンピン穴、工作機械のスピンドルボックスの主軸穴など、大量生産における精密穴の最終加工に広く用いられています。ただし、鉄系金属製品をダイヤモンドボーリングで加工する場合、超硬合金またはCBN製のボーリング工具のみ使用可能で、ダイヤモンド製のボーリング工具は使用できません。これは、ダイヤモンド中の炭素原子が鉄族元素と強い親和性を持つため、工具寿命が短くなるためです。

3. 穴あけ工具

ボーリング工具は、片刃ボーリング工具と両刃ボーリング工具に分類できる。

4．ボーリング加工の特徴と適用範囲

穴あけ、拡張、リーマ加工と比較して、穴のサイズは工具のサイズに制限されず、ボーリング加工は高い誤差補正能力を持ち、元の穴軸のずれ誤差を複数回の切削によって補正でき、位置決め面に対してより高い位置精度を維持できます。

ボーリングの外周と比較すると、ツールバーシステムの剛性が低く、変形が大きく、放熱や切りくず排出条件が悪いため、ワークピースとツールの熱変形が比較的大きく、ボーリングの加工品質と生産効率は外周ほど高くありません。

要約すると、ボーリング加工の範囲は広く、さまざまなサイズや精度レベルの穴を加工できることがわかります。開口部が大きく、サイズと位置精度が要求される穴や穴システムの場合、ボーリング加工はほぼ唯一の加工方法です。ボーリング加工の加工精度はIT9～IT7です。ボーリング加工は、ボーリング盤、旋盤、フライス盤などの工作機械で行うことができ、柔軟性と柔軟性に優れているため、生産現場で広く使用されています。量産においては、ボーリング加工の効率​​を向上させるためにボーリングダイがよく使用されます。

1. ホーニングの原理とホーニングヘッド

ホーニングとは、ホーニングヘッドと研削棒（砥石）を用いて穴を仕上げる加工方法です。ホーニングでは、工作物を固定し、工作機械の主軸によってホーニングヘッドを回転させ、直線的に往復運動させます。ホーニング加工では、研削砥石が工作物の表面に一定の圧力をかけ、工作物の表面から極めて薄い層の材料を削り取ります。砥粒の動きが繰り返されないようにするためには、ホーニングヘッドの回転運動の毎分回転数と、ホーニングヘッドの毎分往復運動の回数を等しくする必要があります。

ホーニングトラックのクロスアングルは、ホーニングヘッドの往復速度と回転速度に関係しており、その角度の大きさはホーニング加工の品質と効率に影響を与えます。ホーニング加工時には、破砕された研磨粒子や切りくずの排出を容易にし、切削温度を下げ、加工品質を向上させるために、十分な切削油を使用する必要があります。

加工穴の壁面を均一に加工するためには、穴の両端におけるサンドバーのストロークがオーバーパス区間を超える必要があります。均一なホーニング代を確保し、主軸回転誤差が加工精度に与える影響を低減するために、ホーニングヘッドと工作機械の主軸との間には、フローティング接続が一般的に採用されています。

ホーニングヘッド研削棒の半径方向拡張調整には、手動式、空気圧式、油圧式など、さまざまな構造形式がある。

2. ホーニング加工の特性と適用範囲

（１）ホーニング加工では、より高い寸法精度と形状精度が得られ、加工精度はIT7～IT6で、穴の真円度と円筒度誤差を範囲内に制御できますが、ホーニング加工では加工される穴の位置精度を向上させることはできません。

（２）ホーニング加工により、より高い表面品質が得られ、表面粗さRaは0.2～0.25μm、表面金属変質欠陥層の深さは2.5～25μmと非常に小さくなります。

（３）研削速度と比較すると、ホーニングヘッドの円速度は高くありません（vc=16～60m/分）が、サンドバーとワークピースの接触面積が大きいため、往復速度は比較的高く（va=8～20m/分）、ホーニングは依然として高い生産性を有しています。

ホーニング加工は、大量生産されるエンジンシリンダーの穴加工や各種油圧装置の精密穴加工に広く用いられており、長さ対直径比が10を超える深穴加工が可能です。しかし、ホーニング加工は塑性が大きい非鉄金属ワークピースの穴加工には適しておらず、キー溝やスプライン穴などの加工もできません。

1. ブローチとブローチ

ブローチ加工は、特殊なブローチを備えたブローチ盤で行われる、生産性の高い仕上げ加工方法です。ブローチ盤は、横型ブローチ盤と縦型ブローチ盤の2種類に分けられ、横型ブローチ盤が最も一般的です。

ブローチ加工では、低速の直線運動（主運動）のみを使用します。ブローチの同時作動歯数は、一般的に3以上でなければなりません。3未満だとブローチが不安定になり、加工面にリング状の波紋が発生しやすくなります。ブローチ加工力が過剰になりブローチが破損するのを避けるため、ブローチの同時作動歯数は6～8を超えないようにしてください。

ブローチ加工には3つの異なる方法があり、それぞれ以下のように説明されます。

（１）層状ブローチ加工

このブローチ加工法は、ブローチが被削材の加工代を層状に順次切削していくことを特徴とする。切りくずの分断を容易にするため、カッター刃には交互に切りくず溝が刻まれている。この層状ブローチ加工法に基づいて設計されたブローチは、一般ブローチと呼ばれる。

（２）ブロックブローチ加工

このブローチ加工法の特徴は、加工面上の金属の各層が、基本的に同じサイズでありながら互いに噛み合うように配置された一連の工具歯（通常、各セットは2～3本の工具歯で構成される）によって切削される点にある。各工具歯は金属層の一部のみを切削する。ブロックブローチ加工法に基づいて設計されたブローチは、ロータリーブローチと呼ばれる。

（３）包括的なブローチング

このようにして、積層ブローチ加工とブロックブローチ加工の利点が集約されます。粗削り部分にはブロックブローチ加工を、精密削り部分には積層ブローチ加工を用いることで、ブローチの長さを短縮し、生産性を向上させ、より優れた表面品質を得ることができます。総合ブローチ加工法に基づいて設計されたブローチは、総合ブローチと呼ばれます。

2. 絞り穴加工のプロセス特性と適用範囲

（１）ブローチは多刃工具であり、1回のブローチ加工で穴の荒加工、仕上げ加工、仕上げ加工を連続して行うことができ、生産効率が高い。

（２）描画精度は主にブローチの精度に依存し、通常の条件下では描画精度はIT9～IT7に達し、表面粗さRaは6.3～1.6μmに達する。

（３）穴を抜く場合、工作物は加工された穴自体によって位置決めされます（ブローチの先端部が工作物の位置決め要素となります）。穴を抜くと、穴と他の面との相互位置精度を確保することが難しくなります。内外の円形面が同軸である回転部品の加工では、最初に穴を抜いてから、穴を位置決め基準として他の面を加工する必要がある場合がよくあります。

（４）ブローチは丸穴加工だけでなく、成形穴やスプライン穴加工もできる。

（５）ブローチは固定サイズの工具で、形状が複雑で高価であり、大きな穴の加工には適していません。

絞り穴加工は、直径10～80mm、穴の深さが開口部の5倍以下の小型・中型部品に穴を加工するために、大量生産において一般的に用いられています。

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