樹脂(プラスチック)切削加工とは?対応する樹脂(プラスチック)と切削加工時の注意点を解説

樹脂(プラスチック)切削加工とは?対応する樹脂(プラスチック)と切削加工時の注意点を解説

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※本シリーズは設計者の皆さまの学習にお役立ていただくために、一般的な製造手法のノウハウについてご紹介します。記事内でご紹介する内容はプロトラブズにて未展開のものも含まれます。

 


≪目次≫

1. 樹脂(プラスチック)切削加工とは?

2. 切削加工できる樹脂(プラスチック)の種類

(1)切削加工に向いている樹脂(プラスチック)の特徴

(2)切削可能な樹脂(プラスチック)の種類

3. 樹脂(プラスチック)を切削加工する際の注意点

(1)熱や応力に対する樹脂(プラスチック)の特徴を考慮する

(2)材料によってはコストが高くなる


切削加工というと金属材料向けの加工法と思われがちですが、金属だけでなく樹脂(プラスチック)材料を切削加工することもあります。樹脂(プラスチック)の切削加工では金属とは異なる樹脂(プラスチック)の特徴に応じて、加工条件の設定などを合わせ込むことが必要です。

この記事では、樹脂(プラスチック)の切削加工に関する特徴や切削加工ができる代表的な樹脂(プラスチック)の種類、樹脂(プラスチック)の切削加工をする際に考慮すべき注意点などを解説します。

 

1.樹脂(プラスチック)切削加工とは?

切削加工では、金属や木材だけでなく樹脂(プラスチック)を加工することもあります。この中でもっとも難易度が高いのは、樹脂(プラスチック)の切削加工です。樹脂(プラスチック)は切削加工時の摩擦で発生した熱によって、金属や木材よりも材料への影響は大きく出ます。加工時の影響を考慮しながら、加工条件の設定を行う必要があるため、難易度が高くなってしまいます。

具体的には、熱が加えられている場合には材料が膨張し、冷えると収縮する点です。そのため、加工時の温度変化による材料の寸法変化を考慮した条件設定が必要であり、冷却しながら加工したり、特性を変化させた材料を選定したりと、さまざまな工夫が行われています。

調整が難しい樹脂(プラスチック)の切削加工ですが、熱による影響を考慮しながら加工ができれば、射出成形や3Dプリンターよりも高い精度を実現できます。

また、既に完成している樹脂(プラスチック)製品に対して、追加工という形で形状を調整できる点や1個などの小ロットからでもコストを上げずに対応できる点は、大きなメリットになります。一方で、射出成形のように大量生産には向かないため、生産数が多い場合には納期やコストの面で、他の加工法に比べて不利です。

これらの特徴から、樹脂(プラスチック)の切削加工は短納期で性能要求を満たす試作品などを製造する際に、用いられることが多くなっています。

 

 

2.切削加工できる樹脂(プラスチック)の種類

ほとんどの樹脂(プラスチック)が切削加工に対応できます。しかし、樹脂(プラスチック)の特徴によっては向いていないものもあるため、切削加工に向いている樹脂(プラスチック)の特徴と具体的な種類についてご紹介します。

 

(1)切削加工に向いている樹脂(プラスチック)の特徴

樹脂(プラスチック)の切削加工が難しい点は、加工中に寸法が変化してしまうことです。そこで、寸法変化が少ない樹脂(プラスチック)が切削加工に向いているといえます。樹脂(プラスチック)が寸法変化を起こす主な要素は、次の3つです。

  • 気温や温度の変化
  • 内部応力による変化
  • 吸水による変化

切削加工全般で、摩擦熱による温度変化は生じます。特に複雑な形状の場合には、加工時に内部応力が解放されることで寸法変化が生じる可能性があるため、これらの影響を受けにくい材料を選定するのがおすすめです。

 

(2)切削可能な樹脂(プラスチック)の種類

樹脂(プラスチック)は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂に分類できますが、その両方が切削加工に対応しています。

熱可塑性樹脂の代表的なものとしては、ABS樹脂やアクリルなどの汎用樹脂に加えて、機械的な特性を強化したエンジニアリングプラスチックがあります。熱硬化性樹脂の代表的なものとしては、布ベークライトやガラス繊維エポキシ樹脂積層板などがあります。

切削加工で製造した製品の使用環境やコストの要求を元に、これらの樹脂(プラスチック)材料から条件に合致するものを選ぶ必要があります。製造を依頼する際に指定が難しい場合には、使用条件を明確にすることで加工業者に提案してもらうことも可能です。

 

 

3.樹脂(プラスチック)を切削加工する際の注意点

切削加工にさまざまな樹脂(プラスチック)材料が対応していると説明しましたが、実際に加工をする際には、注意すべきポイントがあります。ここでは、注意すべきポイントの中でも代表的なものをご紹介します。

 

(1)熱や応力に対する樹脂(プラスチック)の特徴を考慮する

ほとんどの樹脂(プラスチック)材料は、加工時の摩擦熱や内部応力の影響で加工中に寸法が変化します。変化量は樹脂(プラスチック)の種類や加工条件、加工する形状によって異なるため、どの程度の寸法変化が生じるのかを見込みながら加工を進めていく必要があります。

このあたりの調整は加工業者任せになってしまうため、依頼する材料の加工に慣れている業者かどうかは、事前に確認するようにしましょう。特に短納期の依頼をする場合には、加工を失敗することで貴重な時間のロスが発生し、巻き返しができない場合があります。

確認のポイントとしては、その樹脂(プラスチック)を過去に扱った経験がどの程度あるかが重要です。また、加工時に用いる工具の種類が豊富に準備されているかどうかも参考になるでしょう。

(2)材料によってはコストが高くなる

寸法変化の影響を受けにくくしたり、製品の機械的特性を高めたりしたい場合には、汎用の樹脂(プラスチック)材料ではなく、スーパーエンプラとよばれる材料が使われる場合があります。

加工性や機能性には優れていますが、材料自体のコストが高くなりがちです。射出成形よりも加工単価が高い切削加工の場合には、想定よりもコストが高くなる可能性があります。特に加工する数が多い場合には差が大きくなっていきますので、事前に加工業者とコストに対するすり合わせをしておきましょう。

 

まとめ

樹脂(プラスチック)の切削加工は、射出成形などに比べて金型を必要とせず高精度で短納期、1個からの製造にも対応可能な点が大きなメリットです。一方で大量生産をする際には、射出成形に比べ納期やコスト面で不利といえます。

実際に切削加工をする際には、加工時に発生する熱や内部応力の影響で寸法変化が生じるため、これらの影響を考慮した加工が必要です。実績が豊富で信頼できる加工業者を見つけ、コストや使用する材料について相談しながら依頼をすると、狙い通りの製品を作ることができるでしょう。