CNC加工における棒材とは何ですか？

製造業では、原材料は様々な標準化された形状で供給されます。形状は棒状、ロッド状、または板状です。原材料の形状は、加工の種類に基づいて選択されます。例えば、円筒形の部品には丸棒が、平らな部品には板状またはシート状の材料が使用されます。本稿では、CNC加工における棒材の役割について解説します。

バーストックとは何ですか?

棒材とは、断面形状が一定の長い固体製品です。長さは幅よりもかなり長くなります。棒材の形状は、円形、六角形、平形、正方形などがあります。棒材の断面は、全長にわたって一定です。棒材とは、製造やCNC加工用の原材料として供給される際の材料の形状を指します。

棒状の材料は何に使われるのですか？

これらの棒材は、切断、機械加工、成形を経て最終製品に加工されます。例えば、丸棒からシャフトが製造されます。製造工程では、溶接や曲げ加工などの他の工程も用いられます。

棒状ストックは何でできていますか？

それは用途によって異なります。棒材はチタン、アルミニウム、鋼鉄などで作られます。用途によっては、プラスチックが棒材として使用されることもあります。

棒鋼にはどのような形状がありますか？

このセクションでは、棒材の形状について一つずつ解説していきます。これらの形状は、求められる精度や用途において重要です。

丸棒

次の図は、丸棒の形状を示しています。

丸棒の直径は10mm、20mmなど様々です。これらの丸棒の製造には、熱間圧延、冷間引抜き、鍛造などの工程が用いられます。どの工程を用いるかは、求められる精度や特性によって異なります。これらの丸棒は、シャフト、ボルト、ピンなどに容易に加工できます。

六角バー

これらは六角形の棒材です。これらの棒材は直径ではなく、対辺距離（A/F）で表されます。対辺距離とは、向かい合う2つの平面間の距離のことです。これらの棒材は、継手、バルブ、スペーサー、スタンドオフなどの製造に使用されます。

スクエアバー

このタイプの棒材は、4つの辺がすべて同じ形状です。断面は正方形で、辺の長さで測定されます（例：10mm×10mm）。これらの棒材は、機械部品、構造支持材、鍛造・加工などの製造によく使用されます。より詳しく理解するには、以下の画像をご覧ください。

平らな棒

断面が長方形であることから、長方形棒とも呼ばれます。幅が広く、薄いのが特徴です。体積強度よりも表面積が重要な場合に好まれます。一般的な用途としては、ブラケット、フレーム、板ばねなどが挙げられます。

棒鋼はどのように製造されるのか？

棒材は様々な主要製造工程を経て生産され、それぞれの工程によって機械的特性、表面仕上げ、寸法精度が異なります。

熱間圧延

熱間圧延には、ビレットまたはブルームが使用されます。まず、鋼材の場合、900～1200℃といった再結晶温度以上に加熱されます。次に、一連の圧延機を通されます。圧縮力によって断面積が減少し、棒状に成形されます。このような高温で行われるため、割れが生じることはありません。この工程の結果、寸法精度は低下し、表面は粗くなります。

冷間引抜

熱間圧延後、仕上げ工程として冷間引抜き加工が施される。棒材は室温でダイスを通して引き抜かれ、直径が縮小し、特性が向上する。加工硬化により、強度と硬度が増加する一方、延性はわずかに低下する。

押出加工

このプロセスでは、力と金型を用いて、六角形やカスタム形状など、複雑な形状の棒材を製造します。ビレットは高温下で、力を加えながら金型に通されます。このプロセスは、アルミニウムなどの低融点金属によく用いられます。このプロセスによって、優れた表面仕上げと高い寸法精度が得られます。

鍛造

熱間鍛造は、結晶粒構造を微細化し、強度と靭性を向上させる棒材を製造するために一般的に用いられる。真っ赤に熱せられたビレットをプレス機またはハンマーの下に置き、圧縮力を加えることで棒材に成形する。

棒材の形状はCNC加工にどのような影響を与えるのか？

棒の形状はCNC加工プロセスの選択に影響を与えます。棒の形状がCNC加工においてどのように重要なのかを見ていきましょう。

CNC加工の選定

棒材の形状は、精度、精密さ、加工の容易さ、そして加工コストの経済性に大きく影響します。CNC加工機の性能はそれぞれ異なるため、適切な形状を選択することが非常に重要です。

CNC旋削加工丸棒

製造業において、丸棒はCNC旋削加工に最適であると考えられている。その理由は以下のとおりである。

• 形状は既に軸対称である
• シャフトなどの製品を作る際に除去する必要のある材料が少なくて済む。
• 動作中はスムーズに回転するため、バランスが崩れることはありません。

CNC旋削加工における丸棒材のこれらの利点により、優れた表面仕上げ、工具摩耗の低減、および加工コストの削減が実現します。

CNCフライス加工による角棒

機械加工業者は、平面度が求められるため、CNCフライス加工には角棒を好んで使用します。また、角棒はキー、ブラケット、ブロックなどの部品の製造にも使用されます。角棒は万力に簡単に固定でき、平面度が高いため加工量も少なくて済みます。さらに、面の寸法精度が高いことも大きな利点です。

CNCフライス加工および旋削加工による六角棒の加工

六角棒は、加工効率、ワーク保持力、機能性の点で、CNCフライス加工および旋削加工において最適な選択肢です。CNC旋削加工では、六角棒は以下のような製品の製造に使用されます。

• ナッツ
• ボルトの頭
• 付属品

CNCフライス加工においては、六角棒は既に平面が確保されていること、クランプが容易であること、インデックス付けが容易であることといった利点を提供する。

CNCフライス加工による平鋼

CNCフライス盤は、平面、エッジ、プロファイル加工に最適です。平鋼はニアネットシェイプとみなされるため、除去する材料が少なくて済みます。そのため、正面フライス加工、溝加工、ポケット加工、プロファイル切断などのフライス加工に理想的な選択肢となります。

棒材：CNC加工部品

このセクションでは、さまざまな形状のバーを用いて生み出される、さまざまなデザインの一部に焦点を当てます。

円筒パーツ

丸棒とCNC旋削加工によって、以下のような円筒形部品が製造されます。

• シャフトおよび車軸（トランスミッションシャフト、モーターシャフト、ポンプシャフト）

これらの部品は、自動車、製造機械、発電所などで使用されています。

• ブッシングとスリーブ

プレーンブッシュやスペーサースリーブは、これらの部品の一般的な例です。これらの部品は、重機械、繊維産業、建設機械などで使用されています。

平面部品

CNCフライス加工を用いて、角棒から工具ホルダブロック、クランプ・治具、キー・キー溝部品、油圧マニホールドなどの平面部品を製造します。これらの部品は、CNC加工工場、自動車製造、動力伝達など、さまざまな産業で使用されています。

六角形形状の部品

六角形の特徴を持つ部品には以下が含まれます。

• 六角頭ナットと六角ナット、
• 油圧・空圧継手
• バルブボディ

建設、石油・ガス、化学プラントでは、これらの六角形形状の部品が使用されています。これらの部品を製造するには、六角形の棒材が使用されます。

平鋼から作られるブラケット部品

フラットブラケットは、CNC加工された以下の製品の製造に使用されます。

• L字型ブラケット（アングルブラケット）は、建築や家具製作に使用されます。
• 石油・ガスおよび配管工事で使用されるU字型ブラケット
• 自動車および電気システムで使用される取り付けブラケット

平鋼が使用されるのは、既に幅が広く平らな面を持っているため、最終形状を得るために必要なのは曲げ加工とCNC加工だけだからです。

CNC加工における棒材の限界

棒材は、その形状のおかげで機械加工においていくつかの利点がありますが、部品設計によってはいくつかの制約もあります。これらの欠点には以下が含まれます。

高い材料廃棄

材料ロスが大きいのは、棒材と最終製品の形状が一致しないためです。例えば、鋳造や鍛造で複雑な形状の長方形部品を作る場合、棒材が円形だと材料ロスが大きくなります。長方形部品の場合、断面全体が使用されるわけではないため、多くの材料が無駄になります。また、CNC加工で行われる切削加工、例えば穴あけやフライス加工なども材料ロスの原因となります。

形状の制限

棒材の形状によって、使用できる棒材の種類が制限されます。例えば、丸棒は長さに沿って断面が均一であるため最適であり、シャフトなどの製造に使用されます。しかし、現代の部品は複雑な形状のため断面にばらつきがあり、棒材から必要な形状の部品が得られない場合は、丸棒は理想的な選択肢とは言えません。

棒材とその他の形状の材料

このセクションでは、棒鋼とその他の形状の鋼材との違いについて解説します。

バー対プレート

棒材とは、断面が均一な長い金属片のことで、表面積が大きく厚みのある金属片は板材と呼ばれます。その他の違いについては、以下の表をご覧ください。

バー vs チューブ

チューブとは、均一な肉厚を持つ中空の円筒形の金属片のことです。その他の違いについては、以下の表をご覧ください。

棒材 vs ワイヤー

ワイヤーとは、直径が非常に小さい細長い金属製品です。その他の違いについては、以下の表をご覧ください。

CNC加工に適した棒材の選び方

材料となる棒材の形状選びを誤ると、材料の損失が著しくなり、経済的に不利になります。CNC加工時の材料損失を補填または回避するために、以下のヒントを参考にしてください。

パーツジオメトリの定義

棒材の形状は製品の最終形状に直接関係するため、まずは部品の形状を考慮する必要があります。例えば、製品がシャフトのように円筒形である場合、あるいは長さに沿って均一な断面が必要な場合は、丸棒を在庫しておくべきです。長方形の部品の場合は、平鋼を在庫しておくなどです。

適切な形状のバーを選択する

棒材の形状は、最終製品の形状に基づいて選択する必要があります。例えば、キー溝の製造には、棒材は正方形または平らな形状が適しています。六角ナットの製造には、棒材は六角形の形状が適しています。

適切な素材を選択する

適切な材料を選ぶには、製品の用途を把握する必要があります。例えば、硬度が最優先事項であれば、棒材には高炭素鋼やニッケル合金などを用いるべきです。重量対強度比が求められる場合は、アルミニウムやチタンが棒材として理想的な選択肢となります。

適切なサイズを選択してください

材料ロスを最小限に抑えるためには、棒材のサイズを慎重に検討する必要があります。例えば、必要なシャフトの直径が25mmの場合、27～28mmの棒材を選択することで、材料ロスを減らし、寸法精度を高めることができます。

コストを評価する

上記の要素を慎重に評価した上で、最終的なコストを評価してください。原材料価格、加工時間、廃棄物、工具、および作業効率を評価します。

試作品製作に棒材を使用する利点

製造業では、新製品の実際の生産を開始する前に、まず試作品が作られます。この段階で棒材を使用することがどのように役立つのかを見ていきましょう。

即時加工可能

シャフトのような円筒形の製品の場合、棒材から試作品を作るのは非常に簡単です。なぜなら、棒材はすでにほぼ最終形状に近い状態になっているからです。そのため、すぐに加工が可能となり、試作品の製作にかかる時間と労力を節約できます。

特注工具は不要

標準的な棒材形状を採用することで、特注の成形品や金型が不要になり、汎用切削工具を用いて部品を直接加工することが可能になります。

予測可能な寸法

構造全体を通して棒材の寸法が一定であるため、寸法が予測可能になります。これにより、加工時間の短縮、精度の向上、および精密さの向上が実現します。

結論

高精度製品においては、棒材が重要な役割を果たします。なぜなら、棒材は構造全体を通して寸法が一定だからです。棒材の形状は、正方形、長方形、円形など様々です。棒材は既に標準的な形状になっているため、加工の手間は少なくて済みますが、最終製品の形状が異なると、棒材の無駄が多くなります。棒材は、特注工具が不要で寸法も予測できるため、試作品製作にも使用されます。Tuofa社は、棒材を円筒、円錐、円盤、スリーブなどの様々な形状に加工し、ねじ山などの特徴を持たせています。

FAQ

平鋼材を曲げる方法は？

平鋼材は、手動曲げ、プレスブレーキ曲げ、ロール曲げ、または油圧曲げ機を使用して曲げ加工することができる。

6061アルミニウム丸棒材とは何ですか？

これは丸棒の在庫品で、材質は6061アルミニウムです。6061アルミニウムは高強度アルミニウム合金です。

棒状材料の価格はいくらですか？

棒鋼の価格は、形状や材質によって異なります。棒鋼の材質が軟鋼の場合、価格は1kgあたり1ドルです。