金属スピニングのためのルールベースのDFM解析
金属スピニング加工のためのルールベースDFM解析。金属スピニング加工はあまり知られていない金属成形・加工プロセスです。軸対称部品の製造に一般的に使用されています。高い公差と強度が求められる部品を製造できるため、自動車、航空宇宙、防衛、医療産業向けの幅広い部品を製造する優れたプロセスとなっています。金属スピニング加工で生産される代表的な部品には、ランプベース、リフレクター、中空容器（ピッチャー、タンカード、花瓶、燭台など）、ポット、ボウル、電気機器部品などがあります。[ 1 ]製造性を考慮した設計（製造性を考慮した設計、DFMとも呼ばれる）は、製品を容易に製造できるように設計する一般的な工学技術です。この概念はほぼすべての工学分野に存在しますが、その実装は製造技術によって大きく異なります。DFMは、製造プロセスを容易にし、製造コストを削減するために製品を設計またはエンジニアリングするプロセスを表します。 DFMは、潜在的な問題を設計段階で修正することを可能にし、これは問題に対処する上で最も費用のかからない段階です。原材料の種類、形状、寸法公差、仕上げなどの二次加工など、他の要因も製造可能性に影響を与える可能性があります。
製造プロセスの種類に応じて、製造性を考慮した設計（DFM）の実践に関するガイドラインが定められています。これらのDFMガイドラインは、DFMに関連する様々な許容値、ルール、および一般的な製造チェックを正確に定義するのに役立ちます。以下は、製造性を考慮して金属スピニング加工用の部品を設計する際に参照できる、ルールに基づいた標準ガイドラインです。
設計上の考慮事項
設計推奨事項に続く最も一般的なガイドラインは、強制的なルールではなく、製造の容易さを促進するための提案です。
金属の厚さ
紡糸する金属の厚さは、特殊な機械と高温の材料を使用することで、約0.1mm（0.004インチ）から120mm（4インチまたは5インチ）まで変化します。ただし、最も一般的な厚さは0.6mmから1.3mm（0.024インチから0.050インチ）です。最大厚さとサイズは、装置のサイズと金属を流し込むために利用できる電力によってのみ制限されます。
通常、完成品の厚みより25～30%厚い材料を指定すれば、このような肉厚削減は可能です。しかし、スピニング加工が容易でないほど厚い材料は指定すべきではありません。極厚材料も極薄材料も、スピニング加工を困難にします。精密加工の場合は、極厚の金属片をスピニング加工した後、最終寸法に機械加工することがあります。
形
スピニング加工において、円錐形状は最も成形しやすく、最も経済的です。チャックと金属の接触角度が小さいため、スピニング加工中に金属をより適切に制御でき、金属を極限まで加工しても大きな歪みは発生しません。一方、半球形状は、金属がチャックの奥に押し込まれるにつれて角度が急になるため、スピニング加工がより困難になります。円筒形状のスピニング加工では、角度が急であるため、金属はより大きな歪みにさらされます。この加工には、より多くの時間と熟練が必要です。
コーナーの半径
スピニング加工を容易にするためには、鋭角コーナーよりも、ブレンドされた半径とフィレットが好まれます。鋭角コーナーは素材の厚みを薄くする傾向があり、外角コーナーの場合は、木製またはメゾナイト製のチャックが破損する可能性があります。望ましい最小値は6mm（1/4インチ）ですが、3mm（1/8インチ）であれば通常は問題ありません。スピニング加工では、金属は鋭角でより大きなひずみにさらされます。
紡糸比
スピニング比は深さと直径の比として定義され、スピニング工程における重要な指標となります。評価値が100の場合、指定されたスピニングの種類に最も適していることを示し、評価値が低いほど、スピニング法による成形の容易さが比例して低下することを示します。できるだけ浅い部品を使用することをお勧めします。つまり、繰り返し操作と焼鈍を必要とする深い円筒形設計は避けてください。スピニング比は1:4未満が望ましいです。スピニング比は通常、浅い（1:4未満）、中程度（1:4～3:4）、深い（3:4～5:4）に分類されます。
テーパ角度
部品の側面が円筒形で、木製チャックを使用する場合は、チャックからの部品の取り外しを容易にするため、可能であれば2°以上のテーパーを設けてください。スチール製チャックの場合は、テーパーはそれほど必要ではなく、1/4°程度でも十分です。
その他の設計上の考慮事項
- リバースフォーム設計は、追加の操作が必要となり、ストックが大幅に薄くなる可能性があるため、可能であれば避けることをお勧めします。
- 平底部品の平面度はスピニング加工によって向上しません。底面の剛性が重要で平面度が求められる場合は、円錐角を5°にすることで剛性を確保でき、スピニング加工が容易になります。
- 補強ビードをスパンシェルのエッジに転造することも可能です。製造性の観点からは、ビードを部品の内側ではなく外側に向けることが望ましいです。そうしないと、内側ビードと外側ビードの両方がチャック支持のない空中で形成されるため、中空の外部チャックでの再チャッキングが必要になります。[ 2 ]
特徴ベースのルール
内フランジやその他の凹角形状は、特殊で複雑なチャックや、ワークを支えるためのバックアップのないスピニングが必要となるため、製造コストが高くなります。また、部品の寸法はチャックに隣接する面（通常は内径）に合わせて測定することが望ましいです。これにより、チャックメーカーはこれらの寸法をチャックに直接適用することができ、材料の厚さのばらつきによる直径や長さのばらつきを回避できます。[ 3 ]
参考文献
- ^ 「金属スピニング製造方法」。
- ^ブララ、ジェームズ著『製造性を考慮した設計ハンドブック（第2版）』マグロウヒル社。
- ^ 「金属成形製造」。
