ガンドリル加工とは
金属加工は数千年の歴史があります。諸説ありますが、太古の金発掘が金属加工の始まりといわれ、飛行機や船といった大掛かりの金属加工や、銅像や車といった中程度の加工、スマホや硬貨といった…
銅素材でガンドリル加工する際の特徴と注意点
不二新製作所では、銅素材を使って、ガンドリル加工を依頼したいというお客様の声があります。この銅は、特有の性質があり、これを理解しないまま実際にガンドリル加工を行うと、ひび割れの発生などといった加工品質の低下のリスクがあります。今回は、銅の素材を使用した、ガンドリル加工における特徴や注意点について解説します。
銅のガンドリル加工の特徴
そもそも銅とは
銅はその優れた電気伝導性と熱伝導性により、電子部品や熱交換器など幅広い産業で活用されています。特に純銅（C101）は、ほぼ100%に近い電気伝導性を持っており、電気部品に最適な素材です。また、熱を効率よく伝える特性があるため、ヒートシンクや熱交換器としても利用されています。更に、銅は高い延性と柔軟性を有しており、薄いワイヤーや複雑な形状の加工が可能です。しかし、この特性が原因で、機械加工時には切りくずが工具に付着しやすくなるため、注意が必要です。
銅の特徴
高い電気伝導性
純銅は、ほぼ100%（国際焼鈍銅標準に準拠）の電気伝導性を持っています。これは全金属で最高部類に属し、アルミニウムの電気伝導性の約1.7倍にもなります。そのため、電力ロスを最小限に抑えることができ、効率的なエネルギー伝達が求められる分野で重宝されています。また電気伝導性が高いだけでなく、熱膨張も少ない為、精密機器の内部配線にも多用されています。
高い熱伝導性
銅は熱伝導率も非常に高く、通常はアルミニウムに次いで優れた熱伝導性を誇ります。具体的な熱伝導率は約400W/m･Kで、これはステンレス鋼の約10倍です。この特性で、ヒートシンク、熱交換器、冷却フィンなど、熱の効率的な放散や移動が求められる機器に広く用いられています。特に、電子デバイスの小型化や高性能化に伴い、熱問題の解決が重要視される中、銅の優れた熱伝導性は重要な役割を果たしています。
高い延性と柔軟性
銅は非常に延性と柔軟性に優れています。これは、極めて薄いワイヤーや複雑な形状にも加工が可能であることを意味します。例えば、銅線は直径0.1mm以下の細さにまで引き伸ばすことができ、電子部品の精密な接続にも対応可能です。また、建設分野では配管材としても利用され、曲げ加工や接続が容易なため、複雑なレイアウトにも対応できる柔軟性があります。さらに、銅は加工時に割れにくいため、加工中の破損リスクが低いことも利点です。ただし、加工時には銅の柔らかさゆえに工具への付着が発生しやすいため、適切な冷却や切削条件の調整が必要です。
耐腐食性
銅は水や湿気に対して非常に高い耐腐食性を持っています。これは、表面に酸化皮膜が形成されることで内部の腐食を防ぐ性質があるためです。この皮膜は自然に形成され、さらに長期間にわたって安定した防護層として機能します。そのため、海洋用途や水道配管、外部の電気設備など、湿気や水分に直接さらされる環境でも信頼性を維持できます。また、銅の腐食耐性は薬品にも強く、化学プラントの配管やタンクにも使用されています。
柔らかさ
銅は水や湿気に対して非常に高い耐腐食性を持っています。これは、表面に酸化皮膜が形成されることで内部の腐食を防ぐ性質があるためです。この皮膜は自然に形成され、さらに長期間にわたって安定した防護層として機能します。そのため、海洋用途や水道配管、外部の電気設備など、湿気や水分に直接さらされる環境でも信頼性を維持できます。また、銅の腐食耐性は薬品にも強く、化学プラントの配管やタンクにも使用されています。
ガンドリル加工とは
銅に対するガンドリル加工は、主に高精度な穴あけを目的としています。ガンドリルとは、主に金属やプラスチックなどに長くて深い穴を正確に開けるための特殊な加工技術です。
ガンドリル加工のポイント
- 高真直度
- 長距離でもブレが僅かな穴を開けられる
- 内面仕上げ
- 内部の滑らかさが求められる場合に最適
- 熱影響
- 冷却加工の為、熱変形が少ない
銅へのガンドリル加工のメリット
ガンドリル加工は、長くて深い穴を高精度に、かつ美しく仕上げる特殊な加工技術です。もちろん銅へのガンドリル加工も可能です。銅にガンドリル加工を施した場合の具体的なメリットは以下のようなことが挙げられます。
高精度な穴あけ
ガンドリル加工は、長い深穴を高精度で開けることが可能です。銅は柔らかい素材であるため、通常のドリル加工では穴の真直度や表面精度にばらつきが出やすいですが、ガンドリルの設計は真直度を維持しつつ、安定した加工を実現します。
優れた表面仕上げ
ガンドリル加工は、切削時に均一な削り出しが行われるため、内部の表面粗さが非常に少なくなります。これにより、後工程の研磨処理を省略できるケースも多く、生産効率が向上します。
切りくず排出が容易
銅の加工では、切りくずが工具に付着しやすい傾向がありますが、ガンドリルの内部冷却と切りくず排出設計により、効果的に切りくずを除去できます。これにより、加工中の工具の摩耗も最小限に抑えられます。
高速な加工速度
ガンドリルは通常のドリル加工よりも高速で深穴加工が可能です。これにより、製造工程の時間短縮が可能で、量産加工にも向いています。
精密な冷却システム
内部冷却が行える構造を持つため、加工中に発生する熱を効率的に冷却します。銅の熱伝導率の高さを活かし、熱膨張による寸法誤差を抑えることが可能です。
銅のガンドリル加工の注意点
銅はその優れた導電性と加工のしやすさから、多くの分野で使用されていますが、ガンドリルによる深穴加工においては、工具への付着、熱の管理、切りくず処理、真直度の管理、そして表面の傷防止といった問題に適切に対応しなければ、高精度な加工を実現することは困難です。
ガンドリル工具への付着
銅は非常に柔らかく、ガンドリル加工時に工具に付着しやすい特徴があります。特に深穴加工では切りくずが工具の表面に絡まり、加工精度を大きく損なう原因になります。切りくずが工具に巻きつくと、ドリルの回転が不安定になり、穴の真直度が狂ったり、加工面が粗くなることがあります。
ガンドリル工具への付着対策
- 加工熱を効率よく冷却するクーラントを使う（特に水溶性クーラントや油性クーラントがおすすめ）
- 特殊コーティングドリルを使い、表面の滑り性を向上させる
- 加工の合間に工具表面の清掃
ガンドリル加工時の熱管理
銅は熱伝導率が非常に高い金属で、加工中に発生した熱が工具に集中しやすくなります。この熱集中は、工具の摩耗を早めるだけでなく、加工精度にも悪影響を与える要因です。
ガンドリル加工時の熱管理対策
- 加工部位に十分な量の冷却液を供給
- 加工速度が速すぎると発熱量が増えるため、適切な切削条件の設定
- 一度に深く削るのではなく、複数回に分けて加工
ガンドリル加工時の切りくず処理
銅のガンドリル加工では、長く絡まりやすい切りくずが発生します。この切りくずがドリル内部や工具に巻き付くと、加工面を傷つけたり、工具の寿命を縮める原因となります。
ガンドリル加工時の切りくず処理対策
- ガンドリル内部の切りくず排出システムの活用
- 加工中に定期的に切りくずの排出状態を確認
- エアブローを使って加工穴内部の切りくずを強制的に除去
ガンドリル加工時の真直度の管理
銅は加工時に軟らかく変形しやすいため、ガンドリルによる深穴加工では真直度が損なわれることがあります。真直度が崩れると、穴の位置ずれや径の不均一が生じ、最終製品の品質に悪影響を与える可能性があります。
ガンドリル加工時の真直度の管理対策
- ブレや軸ずれ防止に、適切なガイド装置を設置
- 加工前後に芯出しの確認
ガンドリル加工で世界一を目指す
私たちが得意とするのは、ガンドリルマシン・BTAマシンによる細穴加工と深穴加工です。弊社ではガンドリルマシン・BTAマシン・CNC複合旋盤を複数台設置、徹底した効率化と高度化を図り、国内外からのニーズにお応えしています。
また、人材育成とガンドリル・BTA周辺装置更新を積極的に行い、社内生産効率を大幅アップに成功し、材料手配から納品までをより高品質・短納期対応可能な仕組みを確立しました。
ガンドリル加工の実績
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