製造プロセスにより、製品の表面に不規則なテクスチャが残ることがよくあります。高品質の仕上げに対する需要が高まるにつれ、表面仕上げの重要性がますます重要になっています。表面仕上げは、美しさや滑らかな外観を実現することだけを目的とするものではありません。製品の機能、耐久性、全体的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。
ガイドを参照して表面仕上げについてすべてを学び、目的の仕上げを実現し、CNC 加工。
表面仕上げは、表面テクスチャーまたは表面トポグラフィーとも呼ばれ、部品の表面の全体的な滑らかさ、質感、および品質を指します。これは、製品の外観だけでなく性能や機能にも影響するため、製造およびエンジニアリングにおいて重要な要素です。
表面仕上げの主な特徴には、主に次の 3 つの側面が含まれます。

表面粗さ
表面粗さとは、肉眼では見えないかもしれませんが、表面を指でなぞると感じることができる、表面上の小さくて細かい間隔の凹凸を指します。
粗さは、Ra (平均粗さ) などのパラメータを使用して測定されることがよくあります。 Ra 値が低いほど凹凸が少なく、より小さいことを示し、その結果、表面がより滑らかになり、摩擦と摩耗が減少します。専門家が表面仕上げと呼ぶ場合、特に表面粗さを意味することがよくあります。
うねり
うねりは、表面上のより大きく、より広い間隔の凹凸を包含するため、表面粗さとは異なります。これらは、製造プロセス中の機械の振動、たわみ、または反りなどの要因によって発生する可能性があります。表面の波打ちは、部品の嵌合方法やシール能力に大きな影響を与える可能性があります。
レイ(表面パターンの方向)
レイは、表面パターンの主な方向であり、通常は使用される製造プロセスに起因し、平行、垂直、円形、網目状、放射状、多方向、または等方性 (無方向) になります。
撚り方向は、摩擦、潤滑、美観に影響します。光学部品では、特定の積層方向により光の散乱が低減され、透明度が向上します。

前述したように、表面仕上げは製品の外観、性能、耐久性、および全体的な品質に大きな影響を与えます。まさにそれが、表面仕上げが製造プロセスにおいて重要な役割を果たす理由です。ここでは、表面仕上げが非常に重要な役割を果たす理由を詳しく見てみましょう。
美学: 製品の第一印象は、多くの場合、外観と触感に基づいて決まります。高品質の表面仕上げは視覚的な魅力を高め、特に消費財の場合、お客様の認識と満足度に大きく影響します。
摩擦と摩耗: 特に機械用途では、より滑らかな表面仕上げにより可動部品間の摩擦と摩耗が軽減され、それによって熱の発生が最小限に抑えられ、コンポーネントの効率と寿命が向上します。
シールとフィッティング: 適切な表面仕上げにより、部品のシールとフィッティングが向上し、漏れを防ぎ、正確な組み立てが保証されます。
疲労強度: 表面が滑らかになると、応力集中と亀裂発生の可能性が軽減され、疲労強度が向上します。
耐食性: より良い表面仕上げにより、腐食剤が蓄積する可能性のある隙間が最小限に抑えられ、耐食性が向上します。
コーティングの密着性: 表面の質感は、コーティングや塗料が製品にどの程度密着するかに影響を与える可能性があります。
導電性と熱放散の向上: 電子および熱用途では、高品質の表面仕上げにより導電性が向上し、熱放散が促進されます。
光の反射と散乱の制御: 光学用途では、表面仕上げが光の反射と散乱に影響します。
表面仕上げが製造に与える重大な影響を考慮すると、表面粗さの測定は生産プロセスにおいて不可欠です。これにより、製品の実際の表面特性を正確に把握し、デザインや機能の要件を確実に満たすことができます。
表面粗さの測定には、さまざまな測定技術とデータ分析を使用して、製品の表面プロファイルの相対的な滑らかさを評価することが含まれます。この粗さを定量化するために最も一般的に使用される数値パラメータは Ra です。
表面粗さの測定にはいくつかの方法があります。測定手法の主な種類は次のとおりです。

接触方法には、スタイラス プローブ器具などのツールで表面に物理的に接触することが含まれます。この装置は、表面の横方向に対して垂直に移動して、表面プロファイルをトレースします。プローブの動きにより詳細な表面等高線マップが生成され、表面粗さに関する正確なデータが得られます。
これらの方法は主に、表面との直接接触によって損傷が生じない製造現場で使用されます。ただし、プローブ動作によって変形する可能性のある繊細な表面や柔らかい表面には適さない場合があります。

光学プロフィロメーター/白色光干渉計: この技術には、光ビームを表面に投影し、反射光のパターンを測定して表面の高さの変動を正確に判断し、それによって詳細な 3D 表面プロファイルを作成することが含まれます。精密工学、半導体、光学産業における繊細な表面や柔らかい表面。ただし、優れた反射特性を備えた表面が必要であり、装置は高価になる可能性があります。
レーザー走査型共焦点顕微鏡: この方法では、集束レーザーを使用します。ビームを照射して表面をスキャンし、地形の高解像度 3D 画像を生成します。生物医学研究、材料科学、精密工学における複雑な 3D 表面の分析に最適です。ただし、費用がかかり、操作も複雑です。
3D レーザー スキャン: この技術では、レーザーを使用して表面の地形をキャプチャし、3D モデルを作成します。これは通常、より大きな表面に使用され、包括的な表面プロファイルを迅速に生成できます。自動車、航空宇宙、建築用途における大規模または複雑な表面に適しています。広い領域を効率的に処理できますが、他の方法と比べて分解能が低いため、高精度の測定や非常に小さな表面の特徴には適していません。

比較方法には、問題の表面を既知の粗さを持つサンプルの標準セットと比較することが含まれます。
これらの方法は迅速かつコスト効率が高く、実稼働環境での日常的なチェックに適しています。ただし、これらはより主観的なものであり、高精度を必要とするアプリケーションにはあまり適していません。
インプロセス法では、表面粗さ測定を製造プロセスに直接組み込むことができます。インライン表面形状計や CNC マシンの統合センサーなどのツールが使用されます。これらのツールは表面仕上げに関するリアルタイムのデータを提供し、即時の調整を可能にします。
このアプローチは、連続生産ラインや自動製造システムにおけるリアルタイムの監視と品質管理に特に役立ちます。ただし、スペース、コスト、または複雑さの制約により、測定システムをプロセスに統合することが不可能な状況では、制限される可能性があります。
上記のすべての測定方法について、 記録を作成する際は測定単位に注意してください。米国では粗さ測定にマイクロインチが使用され、通常はμinと表記されますが、マイクロメートルは国際的に使用されており(SI)、μmまたはumと表記されます。簡単な変換は次のとおりです。

上記のような表面粗さ表の記号やパラメータを理解しないと、複雑な製造現場で途方に暮れてしまいます。これらの指標は地図上のマーカーのようなもので、表面の品質、機能、適合性が期待を確実に満たしているかどうかをガイドします。
Ra: 平均粗さ

Ra は、平均線からの粗さプロファイルの平均変動として定義されます。数学的に言えば、これは、評価長さにわたって平均線から測定された表面高さ偏差の絶対値の算術平均です。
Ra は表面粗さに対して最も一般的に使用されるパラメータです。Ra は、表面の質感を単純かつ一般的に示し、極端な山や谷に過度に影響されることなく、全体的な粗さのバランスのとれたビューを提供するためです。

ここで:L は測定長さです。y(x) は表面プロファイル上の特定の点から平均線までの垂直距離です。
この平均化により、Ra 値は粗さのばらつきの実際の高さよりも低くなります。
Rz: 平均最大身長

Rz を計算するには、評価長を 5 つの等しい長さに分割します。 Rz は、これら 5 つの等しいサンプリング長のそれぞれ内の最大の山から谷までの高さの平均です。
Rz は、Ra と比較して表面粗さをより詳細に表現し、表面プロファイルの山と谷に対してより敏感です。これは、最も高い山と最も深い谷がシールやガスケットの性能に影響を与える可能性があるシール面など、極端な表面質感が重要な業界でよく使用されます。
実際には便宜的に「7.2×Ra=Rz」という近似式が用いられることもあります。ただし、これは大まかな推定値であり、必ずしも正確であるとは限りません。
Rp: プロファイル ピークの最大高さ
Rp は、評価長さ内の平均線から測定された表面プロファイルの最も高い単一ピークの高さです。
Rv: プロファイル谷の最大深さ
Rv は、評価長さ内の平均線から測定された表面プロファイル内の最も深い単一の谷の深さです。
Rt : 全体の粗さ
Rt は、評価長さ全体内の最も高い山と最も低い谷の間の垂直距離の合計です。
全体的な品質管理と、表面に極端な偏差がないことを確認するのに役立ちます。
Rmax: 最大粗さ深さ
Rmax は、評価長内の最大の山から谷までの高さです。個々のセグメント内の最大の山から谷までの差を調べ、それらのセグメントの最大値が選択されます。
Rmax は最も重要な局所的な粗さに焦点を当てており、重要なシールや接触面など、表面の特定の領域をより厳密に制御する必要がある用途に役立ちます。
RMS: 二乗平均平方根粗さ
RMS (Rq とも呼ばれます) は、評価長さにわたる平均線からの表面高さの偏差の二乗平均平方根平均です。 Ra よりも大きな偏差に重点を置き、精密工学や光学アプリケーションなど、大きな表面変動に敏感なアプリケーションに特に役立ちます。

ここで:Rq は RMS 粗さ値です。L は測定長さです。y(x) は垂直方向です。表面プロファイル上の点から平均線までの距離。
粗さ記号は、チェック マークとして使用できます。指定する表面上にあるマーク。追加の手順については、以下の表を参照してください。

実際には、原材料から特定の加工技術の選択、さらには工具の状態や加工パラメータなどの加工条件に至るまで、すべてが部品の表面の品質に大きな影響を与える可能性があります。加工材質が決まった場合、理想的な表面仕上げを得るには以下の点が考慮されます。

追加の処理やより滑らかな表面には追加コストがかかるため、エンジニアや設計者が不必要に厳しい粗さ要件を課さないことが重要であることに注意してください。可能な限り、粗さの仕様は主な製造プロセスの制限内で設定する必要があります。
前述の表面粗さの比較表に示されているように、CNC 加工では非常に広範囲の表面粗さを生成できます。では、どのような表面粗さがプロジェクトに最適なのでしょうか?調べてみましょう。
| おおよその表面粗さ換算表 | ||||
| 粗さグレード番号 | アメリカのシステム - Ra (μin) | アメリカのシステム - RMS (µin) | メートル法 - Ra (μm) | メートル法 - RMS (μm) |
| N12 | 2000年 | 2200 | 50 | 55 |
| N11 | 1000 | 1100 | 25 | 27.5 |
| N10 | 500 | 550 | 12.5 | 13.75 |
| N9 | 250 | 275 | 8.3 | 9.13 |
| N8 | 125 | 137.5 | 3.2 | 3.52 |
| N7 | 63 | 69.3 | 1.6 | 1.76 |
| N6 | 32 | 35.2 | 0.8 | 0.88 |
| N5 | 16 | 17.6 | 0.4 | 0.44 |
| N4 | 8 | 8.8 | 0.2 | 0.22 |
| N3 | 4 | 4.4 | 0.1 | 0.11 |
| N2 | 2 | 2.2 | 0.05 | 0.055 |
| N1 | 1 | 1.1 | 0.025 | 0.035 |
上の表では、粗さグレード番号 (N12、N11、N10 など) が ISO 1302 さまざまなレベルの表面粗さを示します。 CNC 加工の代表的な粗さグレードをいくつか示します。
Ra 3.2 μm (N8)
Ra3.2μmの表面仕上げは適度に滑らかな表面を示し、業務用機械の標準としてよく使用されています。この表面仕上げは、目に見えるものの過度の切断痕は残さず、ほとんどの消費者向け部品に許容され、多くの用途に十分に滑らかな表面を提供します。
Ra 1.6 μm (N7)
Ra 1.6 µm の表面仕上げは、切削痕がほとんど目立たない比較的滑らかな表面を表します。この仕上げは、ゆっくりと動く表面や軽度の耐荷重面に適しており、ポンプ部品や油圧コンポーネントに最適です。
Ra 0.8 μm (N6)
Ra 0.8 μm の表面仕上げは、非常に滑らかで精密な表面を意味します。これは、航空宇宙部品や自動車部品など、多くの精密工学アプリケーションの標準です。
Ra 0.4 μm (N5)
表面仕上げはRa0.4μmで鏡面に近い仕上がりです。このレベルの滑らかさを実現するには多大な労力が必要であり、それが最優先の場合にのみ要求する必要があります。光学部品、科学機器、その他の高精度用途に使用されます。
表面仕上げは製造に不可欠な要素であり、使用されるプロセスに直接影響されます。最終製品の機能性、美しさ、耐久性に大きな影響を与えます。ただし、表面粗さが低いほど必ずしも良いわけではないことに注意することが重要であり、実際の用途と予算を考慮する必要があります。
ワンストップ加工メーカーとして、 Chiggo は、厳格な表面仕上げ基準を達成するために幅広い製造プロセスと表面仕上げサービスを適用するだけでなく、特定のプロジェクトのニーズに合わせたコスト効率の高いソリューションを提供します。
重要なポイント:
延性は、物質科学の基本的な概念であり、一部の材料(金属など)がストレスの下で大幅に曲がったり伸ばすことができるのかを説明しますが、他の材料(ガラスなど)が突然スナップします。この記事では、延性とは何か、それがどのように測定され、なぜ重要なのか、どの要因がそれに影響するかを説明します。 延性の定義 延性とは、骨折前に張力で塑性変形を受ける材料の能力です。簡単に言えば、延性材料は、スナップせずに長い道のりを伸ばすことができます。対照的に、ガラスのような脆い材料は、ほとんど変形がほとんどない後、割れたり粉砕する傾向があります。材料科学では、塑性変形は形状の永続的な変化です。これは弾性変形とは異なり、荷重が除去されると回復可能です。延性は可塑性と密接に関連していますが、より具体的です。可塑性は、任意のモード(張力、圧縮、またはせん断)で永続的な変形の一般的な能力ですが、延性は張力の能力を指します。 原子の観点から見ると、多くの金属の高い延性は、非方向性金属結合と、転位を移動できるスリップシステムの利用可能性に由来しています。ストレスが加えられると、転位グライドは金属製の結晶がプラスチックのひずみに対応できるため、金属は骨折ではなく曲がったり伸びたりすることがよくあります。対照的に、セラミックとガラスには方向性のあるイオンまたは共有結合があり、非常に限られたスリップがあるため、緊張の下でかなりのプラスチックの流れの前に割れる傾向があります。ただし、すべての金属が室温で延性しているわけではありません(たとえば、一部のBCC金属、高炭素鋼、金属グラスは比較的脆くなる可能性があります)、およびメタリックスタイルの延性ではないガラス遷移温度を上回る粘性流量によって主に加熱されたガラス曲げが加熱されます。 延性の測定 引張試験は延性を定量化する最も一般的な方法です。標本は骨折に一軸の張力で負荷をかけ、延性は破損時の伸長と面積の減少率として報告されます。 休憩時の伸び率(A%) 破壊時のゲージ長の増加率:A%=(LF -L0)/L0×100%、L0は元のゲージ長、LFは破壊時の最終長さです。 A%が高いほど、引張延性が大きくなることを示します。 面積の減少率(RA%) 破壊位置での断面の割合の減少:RA%=(A0 - AF)/A0×100%。ここで、A0は元の面積であり、AFはブレークの最小面積です。大規模なRA%は、顕著なネッキングと強力なセブキング後延性を反映しています。 (ゲージの長さに敏感ではありません。非常に薄いシートには理想的ではありません。) 両方の測定値は、通常、引張試験の一部として報告されます。たとえば、鋼のサンプルは、たとえば20%の伸びと破損時の面積の60%の減少を持っていると説明される場合があります。これは、延性挙動を示しています。対照的に、脆性セラミックは、伸びが1%しかなく、本質的に0%の面積の減少を示す場合があります(ほぼ薄くなることなく壊れます)。伸びと面積の減少が大きいほど、材料の延性が高くなります。 延性を視覚化する別の方法は、引張試験から得られたグラフであるストレス - ひずみ曲線です。ストレス(単位面積あたりの力)は、ひずみ(相対変形)に対してプロットされます。この曲線のキーポイントには次のものがあります。 ヤングモジュラス(E):線形弾性領域の勾配。剛性の尺度。 降伏強度(σᵧ):塑性変形の開始(多くの場合、シャープな降伏点が存在しない場合、0.2%のオフセット法で定義されます)。 究極の引張強度(UTS):最大のエンジニアリング応力。標本の首を超えて。骨折は、通常、エンジニアリングストレスが低い場合に発生します。 骨折ポイント:標本が最終的に壊れる場所。 延性材料(青)の代表的な応力 - ひずみ曲線(赤) 延性材料の曲線は、生成後に長いプラスチック領域を示し、骨折前に大きなひずみを維持できることを示しています。対照的に、脆性材料の曲線は降伏点の近くで終わり、プラスチック領域はほとんどまたはまったくありません。要約すると、エンジニアリング応力 - 伸縮グラフ(指定されたゲージの長さの場合)では、延性が骨折する総ひずみによって延性が反映されます。これは、乳酸材料の長いもので、脆性材料の略です。ただし、見かけの骨折ひずみは選択したゲージの長さに依存し、ネッキングが開始すると変形が局所化されるため、エンジニアリング曲線は延性後延性の直接的な尺度ではありません。そのため、仕様は通常、面積の割合(RA%)の割合とともに、破損時の伸び(A%)を報告します。 延性と柔軟性の違いは何ですか? 延性は、壊れずに緊張を伸ばす材料の能力です。引張試験からの面積の伸長率または縮小で定量化します。金属をワイヤーに引き込むことができる場合、延性があります。閉鎖性とは、亀裂なしで圧縮で変形する材料である材料の能力です。曲げ/平坦化/カッピングテスト、またはどれだけの厚さの減少が許容できるかで判断します。 実際には、金、銅、アルミニウムは両方とも非常に延性があり、順応性があります(ワイヤーとシートに最適です)。鉛は非常に順応性がありますが、適度に延性しかありません(シートに転がるのは簡単で、細いワイヤーのように貧弱です)。マグネシウムは室温で順応性が制限されていますが、亜鉛は温めたときに順応性が高くなります。製造用に、描画、深いストレッチ、プル支配的な機能のための延性合金を選択します。圧縮が支配する場所でローリング、スタンピング、および鍛造のために、順応性合金を選択します。温度と結晶構造は両方の特性をシフトします。クイックルール:ダクタリティ=張力/ワイヤー;閉鎖性=圧縮/シート。 なぜ延性が重要なのか 延性は、製造可能性とサービス内の安全性の両方の背後にある静かな主力です。工場では、金属をシートに丸め、ワイヤーに引き込んで、割れずに鍛造できます。フィールドでは、コンポーネントがエネルギーを吸収し、ストレスを再分配し、故障前に警告を提供できるようにします。 製造用の延性材料 一般に、延性が高いということは、材料が実行可能であることを意味します。亀裂なしに、鍛造、巻き、巻き、描画、またはさまざまな形に押し出ることができます。低延性(brittleness)は、材料を変形させるのが難しく、鋳造や機械加工などのプロセスに適していることを意味します(材料が形状を幅広く変化させない場合)。 鍛造とローリング:これらのプロセスは、固体金属を形状に変形させます - ハンマー(鍛造)またはロール間の通過(ローリング)。延性金属は、関与する大きなプラスチック株に耐えます。実際には、鋼のスラブ/ブルームはシート、プレート、およびIビームなどの構造形状にホットロールされ、アルミニウムはコンポーネントに容易に鍛造されます。対照的に、鋳鉄のような脆い合金は、重い変形の下で割れる傾向があるため、通常、ネットの形に鋳造することで形作られます。 押し出しとワイヤー/バーの描画:押し出しは、ダイを通して金属を押して、長く一定の交差セクション製品を作る。ワイヤー/バーの描画は、直径を減らすためにダイを通して固体ストックを引っ張ります。どちらもプラスチックの流れに依存しています。アルミニウム、銅、低炭素鋼などの延性合金は、チューブとプロファイル(窓枠、ヒートシンクセクションなど)に押し出され、細かい電気線に引き込まれます。加工温度で十分な延性のない材料は、ダイをチェックまたは亀裂する傾向があるため、ガラスまたはセラミックが固体状態に押し出されたり描かれたりしないのです。代わりに繊維が溶けて描かれています。 ディープドローイング:深い描画は、パンチでシートをダイに強制することにより、軸対称カップと缶を形成します。フランジは内側に餌を与え、壁はわずかに薄くなります。適切な延性は、分割やしわを防ぎます。アルミニウムの飲料canボディは古典的な例です。 板金の曲げとスタンピング:ボディパネルとエンクロージャーの一般的な曲げとスタンピングは、シートがダイで伸びているときにエッジのひび割れやオレンジピールを避けるために延性を必要とします。鋼鉄とアルミニウムのグレードは、形成性に合わせて調整されているため、複雑な形状(車のフードなど)は故障せずにスタンプすることができます。 メタル3D印刷(AM):延性は依然として重要です。特にレーザーパウダーベッドフュージョン(LPBF)からのプリント部品は、細かく、テクスチャーの微細構造、残留応力、および多孔性により延性が低下することを示すことができます。ストレス緩和と高温等吸着プレス(股関節)(しばしば軽い熱処理が続き、延性が回復し、亀裂リスクを減らします。 Ti-6AL-4VやAlSi10Mgなどの合金は、有用なインサービス延性をもたらすことができます。 実世界のアプリケーション用の延性材料 延性は単なるラボメトリックではなく、現実世界の構造、車両、および機器のパフォーマンスに直接影響します。エンジニアリングと設計で重要な理由は次のとおりです。 突然の故障を防ぎ、安全性の向上:延性材料は徐々に失敗します。骨折前にエネルギーを生成および吸収し、目に見える警告を提供し、荷重を再分配できるようにします。建物では、これが構造鋼が好まれる理由です。過負荷のビームは、スナップではなく曲がります。鉄筋コンクリートは同じロジックに従います。埋め込まれた鋼鉄鉄筋は延性を加えて、メンバーが割れずに地震需要の下で曲げることができます。 衝撃のエネルギー吸収(地震およびクラッシュアプリケーション):動的荷重の下で、延性は衝撃エネルギーをプラスチック作業に変えます。鉄骨フレームは、収穫量を介して地震の力を消散させ、自動車は鋼鉄またはアルミニウムの折り畳み帯のゾーンを制御された方法で、キャビンの減速を低下させます。現代の体構造は、強度と延性(DP/トリップ鋼など)とのバランスをとり、航空宇宙AL/TI合金は、鳥のストライキ、加圧、および冷たい耐性のために十分な延性を保持します。 構造の回復力と冗長性:延性システムは、隣接するメンバーにストレスを広めることにより、局所降伏後に負荷を運び続けることができ、進行性崩壊の可能性を減らします。そのため、橋は延性鋼を使用し、パイプラインとケーブルが破裂ではなく地面の動きや過負荷の下で曲がったり、へこみを止めたりするように設計されている理由です。 延性に影響する要因 延性はすべての条件下で固定されていません。これに影響を与える主な要因は次のとおりです。 温度:延性は温度依存性が高くなります。より高い温度が原子の可動性と転位の動きを増加させ、プラスチックの流れを可能にします。低温が動きを制限し、切断型亀裂を促進します。多くのBCC金属(特定の鋼など)は、延性から脆性の遷移温度(DBTT)を持っています。その下では、突然骨折することができます。古典的な例は構造鋼です。周囲温度では曲がる可能性がありますが、非常に低い温度では骨折する可能性があります。したがって、エンジニアはサービス温度をDBTTより上に保持するか、低温グレードを指定します。対照的に、ほとんどのFCC金属(アルミニウム、銅など)は鋭いDBTTを欠いており、寒い場合でも延性があります。 構成と合金:存在する要素とそれらが形成するフェーズは、延性に強く影響します。金、銅、アルミニウムなどの純粋な金属は、通常非常に延性があります。溶質を追加したり、硬い第2フェーズを作成したりすると強度が向上しますが、しばしば転位運動を妨げることで延性を低下させます。炭素鋼では、低炭素グレードは形成可能なままですが、高炭素と工具鋼は和らげない限りはるかに延性が少なくなります。微量不純物も抑制鋼です。硫黄は高温の短さを引き起こす可能性があり、リンは冷たい脆弱性を引き起こす可能性があります。熱処理はバランスを調整します。消光されたマルテンサイトは強いですが、和らげるまで延性が低く、アニーリングは延性を回復します。メタリックメガネは限界を示しています。クリスタルスリップが存在しないため、それらは非常に強いが、通常は脆い。 クリスタル構造とスリップシステム:延性は、脱臼が容易に移動する方法を反映しています。アルミニウム、銅、ニッケル、金などのFCC金属には、多くのアクティブスリップシステムがあり、低温でも延性があり、鋭利な延性から脆性の移行はありません。フェライト鋼、クロム、タングステンなどのBCC金属は、スリップのために熱活性化を必要とし、しばしば延性から脆性への移行を示すため、延性は寒さに低下します。室温でのマグネシウム、亜鉛、チタンなどのHCP金属のスリップシステムは少なくなっています。双子または上昇した温度がなければ、それらは不十分に変形し、亀裂が生じる可能性があります。一般に、利用可能なスリップシステムが多く、固有の延性が高く、低温性能が向上します。 構造の回復力と冗長性:延性システムは、隣接するメンバーにストレスを広めることにより、局所降伏後に負荷を運び続けることができ、進行性崩壊の可能性を減らします。そのため、橋は延性鋼を使用し、パイプラインとケーブルが破裂ではなく地面の動きや過負荷の下で曲がったり、へこみを止めたりするように設計されている理由です。 […]
機械加工という製造工程により、材料を目的の製品に成形することができます。ただし、材料の加工は必ずしも簡単な作業ではありません。材料の特性と特定の加工条件が、プロセス全体のスムーズさと効率を決定する上で重要な役割を果たすからです。このような考慮事項はすべて「被削性」というキーワードに関連しています。
パイプスレッドとは何ですか? パイプスレッドはネジですスレッドパイプとフィッティングを結合するために特別に設計されています。パイプをねじ込み、液体またはガスの緊密な耐圧シールを形成します。パイプスレッドには2つの基本的なタイプがあります。 テーパースレッド直径が徐々に減少し、コーンのような形状が作成されます。 パラレル(ストレート)スレッド長さに沿って一定の直径を維持します。 テーパーパイプスレッドは、漏れた接合部を達成するために特に重要です。オスとメスのテーパーの糸が締められると、それらは互いにくびれて、圧縮フィットを形成します。このテーパーウェッジは、シールと強力な機械的ホールドを作成します。ただし、適切にマシンされた金属スレッドでさえ小さなギャップがあるため、シーラント(配管工のPTFEテープやパイプドープなど)が糸に適用され、ボイドを埋め、完全に漏れない接続を確保します。 一方、パラレル(ストレート)パイプスレッドは、それ自体でシールを提供しません。彼らはくさびずにねじ込みます。通常、ストレートスレッドは、漏れを防ぐために、フランジのフラットワッシャー、Oリング、またはガスケットで密閉されています。どちらのタイプのスレッドも一般的ですが、選択はアプリケーションのシーリングニーズに依存します。たとえば、庭のホースは、ゴム製の洗濯機を備えたストレートスレッドを使用してシールしますが、スチールの配管パイプはテープでテーパー糸を使用します。 タップドリルチャートとは何ですか? タップドリルチャートは、スレッドをタップする前に使用するドリルビットを示すテーブルです。穴が大きすぎると穴を開けると、糸が浅く漏れやすくなります。ドリルが小さすぎると、タップが過度に深い糸を切るときにバインドしたり壊れたりすることさえあります。チャートに従うことで、通常は約75%である最適なスレッドエンゲージメントが得られます。これは、強度とタッピングのバランスをとります。言い換えれば、完全な糸の高さの約4分の3が形成され、タッピング中に過度のトルクなしで強力なホールドを生成します。次のセクションでは、北米の最も一般的なパイプスレッド標準NPTに焦点を当て、NPTパイプタップの包括的なタップドリルチャートを提供します。 NPT(National Pipe Taper)スレッドの理解 NPTは、ナショナルパイプテーパースレッドの略です。これは、配管、エアホース、燃料ライン、その他多くのアプリケーションのために米国およびカナダで使用される標準的なテーパーパイプスレッドです。パイプの周りにPTFE(Teflon)テープを巻き付けたり、フィッティングをラップしたことがある場合は、NPTスレッドを使用した可能性があります。これらのスレッドは1:16の比率でテーパーします。つまり、長さ16インチ(1フィートあたり約0.75インチ)ごとに直径が1インチ増加します。これは、パイプの中心線に比べて1.79°の半角に対応します。それはわずかに見えるかもしれませんが、男性のnptフィッティングが女性のポートにねじ込まれているため、スレッドがくすくると、さらに密集して干渉のフィット感が生じることを保証するのに十分です。 NPTは、標準の米国のネジと同じ60°スレッドプロファイルを使用しますが、強度を高めるために平らな紋章と根を備えています。インチあたりのスレッド(TPI)、ピッチの直径の制限、スレッドエンゲージメントの長さを含むすべての重要な寸法と公差は、ANSI/ASME B1.20.1で定義されています。パイプのサイズは、公称内径(例:½インチまたは¾インチ)で命名されていますが、その数は実際の外径を反映していません。たとえば、¾インチNPTパイプは約1.050インチのODです。さらに、BSPTやNPSなどの標準は名目サイズを共有しているが、異なるピッチまたはスレッドフォームを使用するため、名目サイズ(ODと一致するように)とTPI(スレッドピッチと一致するように)の両方を指定して、正しいタップまたはフィッティングを選択する必要があります。 NPTジオメトリの公式感覚を示すには、½インチNPTスレッドを例として使用します。14TPIと16テーパーに1つあります。スレッドフォームは、中心線から正確に1°47 '24' '(1.7899°)のコーンハーフアングルが付いた平らな60°「V」です。これは、男性と女性の両方のスレッドに等しく適用されます。フィッティングを手渡すと、約3〜4個のスレッド(「L1ゲージの長さ」)が小さなサイズで関与します。レンチを使用すると、「レンチメイク」の別の1.5〜3個のスレッドが追加され、シールが完成されます。 多くの場合、「MIP/FIP」や「MNPT/FNPT」(男性/女性の鉄パイプまたはNPT)などのショップの速記を見ると、外部スレッドと内部スレッドを区別します。関係なく、ANSIは単に外部または内部NPTを呼び出しますが、ニックネームはどちらが現場であるかを迅速に識別します。 NPTスレッドのしくみ 男性と女性の両方の糸が先細になっているため、それらを締めるとくさび効果が生じます。糸の側面は互いに絞り、機械的に強くて非常にタイトなジョイントを形成します。わずか数回転した後、適切に締められたNPTジョイントがぴったりと感じることに気付くでしょう。それがテーパーが仕事をしていることです。ただし、NPTスレッドは、それ自体で完全に漏れているわけではありません。シーラントを使用しないと、糸の間に小さなスパイラルギャップが残り、漏れがあります。そのため、インストーラーはオスの糸をPTFEテープに包むか、アセンブリ前に液体/ペーストシーラントにブラシをかけます。糸を潤滑してマイクロギャップを埋め、ガスまたは水密シールを確保します。燃料ガスまたは油圧システムでは、細断されたテープがバルブを詰まらせることができますが、技術者はしばしばペーストシーラントを好みます。 NPTスレッドのアプリケーション NPTスレッドは、日常的および産業用設定のいたるところにあります。住宅水とガス配管は、信頼できる漏れ抵抗のためにNPT継手に依存しています。空気圧ツールとエアコンプレッサーは、ホース、バルブ、クイックコネクトカプラーにNPTコネクタを使用します。自動車および重機では、NPT継手はセンサー(油圧送信者など)や流動的なライン(ブレーキまたはクーラントシステム)を提供し、そのシンプルさとさまざまな既製の部品を誇示しています。 ANSIに準拠したタップ、ダイ、フィッティングはすべて同じ仕様に従うため、心配することなくブランドを混ぜることができます。この普遍的な互換性により、NPTは北米の頼りになるパイプスレッドになりました。 NPTタップドリルチャート 穴に内部NPTスレッドを作成する場合(たとえば、NPTプラグ用のタンクのパイプフィッティングまたは穴をタップする場合)、最初に適切なサイズの穴をドリルする必要があります。 NPTスレッドはテーパーになっているため、掘削された穴は通常、タップの最大の直径よりも少し小さく、タップがテーパーを進むにつれてテーパーをカットできるようにします。以下は、一般的なパイプサイズの包括的なNPTタップドリルチャートです: 公称パイプサイズ(in。)インチあたりのスレッド(TPI)ドリルをタップする(in。)タップドリル(mm)スレッドエンゲージメント(%)1/16270.2426.15〜75%1/8270.3328.43〜75%1/4180.4375(7/16インチ)11.11〜75%3/8180.5625(9/16インチ)14.29〜75%1/2140.7031(45/64インチ)17.86〜75%3/4140.9063(29/32インチ)23.02〜75%111½1.1406(1-9/64インチ)28.97〜75%1¼11½1.4844(1-31/64インチ)37.70〜75%1½11½1.7188(1-23/32インチ)43.66〜75%211½2.2188(2-7/32インチ)56.36〜75%2½82.6250(2-5/8インチ)66.67〜75%383.2500(3-1/4インチ)82.55〜75%3½83.7500(3-3/4インチ)95.25〜75%484.2500(4-1/4インチ)107.95〜75% 注記: 上記のタップドリルサイズは、リーミングせずに直接タッピングを想定しています。スレッドエンゲージメント(%)は、達成された完全なスレッドの深さの割合を示します。たとえば、パイプスレッドでは75%が典型的であり、ジョイント強度のバランス、タッピングトルクです。括弧内のドリルサイズは、標準的な文字またはフラクションのビットまたはリーマーサイズです(たとえば、1/8-27 NPTは、文字Qドリル、0.332インチを使用します)。 パイプタップはテーパーになっているため、正しいスレッドテーパーを形成するのに十分な深さをタップする必要があります。メーカーは、多くの場合、必要な数のエンゲージスレッドを指定するか、NPTプラグゲージで確認することができます。定期的に戻ってチップをクリアし、金属をタップするときに切断液を使用します。パイプタップは、大きな直径とテーパーのためにかなりの量の材料を除去します。 テーパーリーマーが利用可能な場合は、タップする前に1:16テーパーリーマーで掘削された穴を最初に繰り返すことができます。これにより、タッピングトルクが減少し、穴の端でスレッドエンゲージメントがわずかに増加する可能性があります。ただし、ほとんどのフィールドアプリケーションとDIYアプリケーションは、上記のストレートドリルアンドタップ方法を使用しており、十分にタイトなジョイントを提供します。 NPTを他のスレッドタイプと比較します NPTF(ナショナルパイプテーパー燃料) これは、ドライシールテーパーパイプスレッドで、しばしばDryseal NPTまたはパイプスレッド燃料と呼ばれます。標準NPTと同じテーパー(1:16)とスレッドピッチ、および60°のスレッド角もあります。重要な違いは、スレッドの頂上とルートの設計です。NPTFスレッドは、頂上と根でクリアランスがゼロであるため、シーラントなしで金属間をシールする干渉適合が生成されます。これにより、NPTFは超漏れに敏感なアプリケーションに理想的になります。ここでは、小さな漏れやシーラントの汚染でさえも受け入れられません。 NPTFとNPTは次元を共有し、物理的に合わせますが、NPTFの男性と女性のみが乾燥シールを生成します。 NPTFはANSI/ASME B1.20.3で定義され、標準NPTはB1.20.1を使用します。 典型的な用途:高圧油圧システム;燃料システム;その他の流体電力アプリケーション(たとえば、ブレーキシステムコンポーネントや燃料網装備)。 NPS(全国パイプストレート) このスレッド標準は、対応するNPTサイズと同じスレッド角、形状、ピッチを持っていますが、先細ではなくまっすぐ(平行)です。 NPSスレッドは同じサイズとTPIのNPTフィッティングにねじ込まれますが、テーパーの欠如はくさびシールを防ぎ、漏れる可能性があります。 NPSスレッドは、機械的接続に使用されます。または、SEALINGがOリングやガスケットなどの別の要素によって提供されます。 典型的な用途:電気導管糸(しばしばNPSMと呼ばれる)、火災ホースのカップリングまたは大口径の水パイプユニオン、ガスランタンまたは古いスタイルの配管組合がシール洗濯機またはガスケットがシールを作成します。 BSPスレッド(BSPT&BSPP - 英国の標準パイプ) このパイプスレッドシステムは、英国、ヨーロッパ、アジア、および北米以外の多くの地域で一般的に使用されています。 BSPT(英国の標準パイプテーパー)とBSPP(英国標準パイプパラレル)の2つの基準があります。 BSPTは、NPTと同様の概念で囲まれたくさびで圧力標識ジョイントを形成することを目的としたテーパースレッドですが、NPTの60°の平らなプロファイルの代わりに、丸い紋章と根を備えた55°の糸角(ホイットワース形式)を使用します。公称サイズあたりのスレッドピッチもNPTとは異なるため、BSPTとNPTフィッティングは互換性がなく、適切にシールしたり、1ターンもターンしたりすることはありません。 BSPPスレッドはストレート(パラレル)であり、独自にシールしません。彼らは、ポートフェイスで結合洗濯機またはOリングに依存しています(たとえば、バルブやシリンダーの「G」スレッドは、肩の下にOリングを使用します)。 BSP標準は、ISO 7-1(テーパーパイプスレッド)とISO 228-1(平行パイプスレッド)で定義されます。実際には、「BSP」または「Gスレッド」というラベルの付いたフィッティングには、NPTと結合するためにBSPスレッドパーツまたはアダプターを一致させる必要があります。 […]
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