プラスチック材料の種類によって工具選定はどのように異なるのか？
プラスチック加工における工具選定の基本原則
プラスチックの加工における工具選定は、金属切削とは本質的に異なります。これは、プラスチックが低い熱伝導率、粘弾性、そして摩耗性を持つためです。主な目的は、発熱を制御し、材料付着（ビルトアップエッジ）を防ぎ、溶融や裂けではなく「せん断」作用によってクリーンに切削することです。誤った工具選定は、表面粗さの悪化、寸法不良、溶融、層間剥離などの直接的な原因となります。Newayでは、精密加工サービスにおいて、材料特性に基づいた工具戦略を活用し、あらゆる樹脂で最適な加工結果を実現しています。
材料カテゴリ別の工具形状およびコーティング検討事項
材料カテゴリ | 推奨工具形状 | 工具材質・コーティング | 主要パラメータおよび根拠 |
|---|---|---|---|
• 高いポジティブレーキ角（10°〜20°） • 鋭利で研磨された刃先 • 大きなフルート容積（2〜3枚刃） • 高ヘリックス角（40°〜60°） | • 無コート超硬 • 研磨超硬 • ナノ結晶ダイヤモンドコーティング | 根拠：高レーキ角で鋭い刃先が押しつぶすのではなくせん断し、切削力と発熱を低減。研磨フルートと高ヘリックス角により切りくず排出が向上し、再切削や溶着を防止。 | |
硬く脆いプラスチック（例：アクリル（PMMA）、ポリカーボネート（PC）、ポリスチレン） | • ゼロまたはわずかにネガティブなレーキ角 • 小さなTランドのホーニング刃 • 標準ヘリックス角（30°〜45°） • Oフルート工具（単刃または2枚刃） | • 超硬 • ダイヤモンドコート超硬 • TiNコーティングも使用可能 | 根拠：強固でホーニングされた刃先が出口での微小欠けや亀裂を防止。制御された破断により滑らかな切削を実現。Oフルート工具はアクリルの光学的透明度を保つ仕上げに最適。 |
研磨性または充填材入りプラスチック（例：セラミック充填、ガラス繊維入りナイロン、カーボンファイバーPEEK） | • 耐摩耗刃を備えたポジティブレーキ • 中程度のヘリックス角 • 高剛性コア設計 | • 多結晶ダイヤモンド（PCD） • ダイヤモンドコート超硬 • 短期使用には無コート超硬 | 根拠：強化繊維（ガラス、カーボン）は非常に研磨性が高く、通常の超硬では急速に摩耗します。PCDやダイヤモンドコーティングは必要な硬度と耐摩耗性を提供し、刃先の鋭さと工具寿命を維持。 |
熱可塑性エラストマー（TPE）およびポリウレタン（PU）（例：TPE、ポリウレタン（PU）） | • ナイフのように鋭い刃先 • 高いポジティブレーキ角（15°以上） • 高スパイラル・高研磨フルート | • 無コート研磨超硬 • 特定用途では鋭利なHSS | 根拠：これらの材料は弾性が高く裂けやすいため、引き裂くのではなく切り裂くための鋭い刃先が必要。高研磨仕上げは材料の付着を防止。 |
材料別の詳細な推奨事項
• アクリル（PMMA）およびポリカーボネート（PC）：光学的透明度を要するクリア素材には、Oフルート（単刃スパイラル）工具が理想的です。連続した切りくずと滑らかな切断面を生成します。高量産では、刃先の鋭さと透明度を維持するためにダイヤモンドチップ工具を使用します。
• ナイロンおよびアセタール（POM / デルリン）：半結晶材料で粘性が高いため、2〜3枚刃の高ヘリックス・研磨フルートエンドミルが重要です。刃先の鋭さが最も重要で、鈍った工具はすぐに溶融や糸引きを引き起こし、CNCフライス加工サービスなどの工程で大きな問題となります。
• PEEKおよびPEI（ウルテム）：高性能樹脂でありながら、未充填状態では粘性が高い。ナイロンと同様の戦略を取りますが、ガラスまたはカーボン充填グレードでは、複雑部品の多軸加工において精度と経済的な工具寿命を維持するため、PCDなどの耐摩耗工具に切り替える必要があります。
• FR-4およびG10：ガラスエポキシ複合材であり、非常に研磨性があります。PCDチップ付きルータービットが標準です。超硬工具では急速な摩耗や寸法精度の喪失、繊維の引き抜きによるエッジ品質の低下が発生します。
重要な工具特性のまとめ
プラスチック加工の普遍的な原則は「鋭さ」です。それに加え、次の要素のバランスが成功を左右します： • レーキ角：せん断作用と押し付け作用の比率を制御。 • ヘリックス角：切りくず排出の滑らかさを支配。 • フルート数と研磨度：切りくずの排出効率と付着防止を決定。 • コーティング／材質：特に研磨性複合材での工具寿命を決定。
成功する加工、すなわちCNC試作加工や少量生産における高品質な結果は、これらの工具特性を個々のプラスチックの挙動に適合させ、熱と切削力を最小化することにかかっています。
