CNC 加工プラスチック部品の変形原因と効果的な解決策の調査

一、プラスチック部品における CNC 後の変形の 4 つの主な原因

金属と比較して、プラスチックは機械加工中の物理的特性や反応がより敏感であり、変形しやすくなります。技術専門家は、次の 4 つの重要な要素を特定します。

プラスチックの熱膨張係数は金属をはるかに上回ります

プラスチックは通常、金属よりも 3 ～ 8 倍高い熱膨張係数を示します。 CNC フライス加工中、工具と材料の間の摩擦によりかなりの熱が発生し、局所的な温度が 60 ～ 80°C まで急速に上昇します。熱がすぐに放散できないと、不規則な塑性膨張が発生します。加工後の不均一な冷却や収縮により、反りや曲げ変形が発生します。

内部塑性応力の解放が不十分

射出成形中、プラスチックブランクの冷却が不均一であると、分子鎖内に「内部応力」が残留する可能性があります。機械加工前に適切な前処理を行わないと、CNC フライス加工により表面材料が除去され、急速な応力解放が引き起こされ、部品の「スプリングバック変形」が発生します。この効果は、ナイロン (PA) やポリカーボネート (PC) などの素材で特に顕著です。

不適切なクランプ方法とクランプ力

加工中に部品を固定するためにクランプ力がかかります。力が強すぎると塑性変形が発生する可能性があり、力が不足すると加工時の振動により部品がずれる可能性があります。これは精度を損なうだけでなく、不均一な応力分布により変形を悪化させます。

加工パラメータと材料特性の不一致

一部のメーカーは、ポリエチレン (PE) などの柔らかい材料に高い切削速度と低い送り速度を使用するなど、金属加工パラメータをプラスチックに適用しており、熱の蓄積につながります。あるいは、不適切なツールパス設計 (片面連続切削など) により、部品に過度の局所的な応力が加わり、最終的に変形が生じます。

２、プラスチック部品の変形を防止・軽減する５つの対策

これらの原因に対処するために、当社の専門家チームは、実際の産業経験に基づいて、実証済みの 5 つの解決策を抽出しました。

機械加工前にプラスチックブランクを前処理する

PA や PBT などの吸湿性の高いプラスチックの場合は、80 ～ 120°C のオーブンで 2 ～ 4 時間乾燥させて、内部の水分を除去します (熱による蒸発により変形が促進されます)。内部応力を有するブランク材については、「恒温応力除去処理」（例：50℃で12時間静置）を行い、内部応力を60～70％事前に解放してください。

柔軟なクランプ ソリューションを採用

従来の硬い治具を真空カップ (大きな平らな部品の場合) または弾性ジョー (不規則な形状の部品の場合) に置き換えて、接触面積を増やしてクランプ力を分散させます。メーカーによっては、圧力をさらに緩和するために、治具と部品の間にシリコン パッドを挿入することもあります。

プラスチックの加工パラメータをカスタマイズする

プラスチックの硬さに基づいてパラメータを調整します。

- 柔らかいプラスチック（PE、PP など）の場合は、摩擦熱を最小限に抑えるために「高送り + 低切削速度」（送り速度 1200 ～ 1800 mm/min、切削速度 600 ～ 800 m/min）を使用してください。硬質プラスチック (PC、POM など) の場合、切削速度は適度に上げることができますが、摩擦係数を下げるためにダイヤモンド コーティングされた工具を使用することをお勧めします。過度のシングルパス除去を避けるために、積層切削 (1 層あたり 0.1 ～ 0.3 mm) を採用します。

強化された切削熱制御

専用の冷却システムを構成し、加工中に乾燥した圧縮空気を使用します (液体冷却によるプラスチックの吸湿を防ぐため)。リアルタイムで切削ゾーンを直接冷却し、部品の温度変動を±3℃以内に維持します。熱の影響を受けやすい薄肉部品の場合は、冷却間隔をあけるため「断続切削」を採用してください。

寸法安定化後処理を実施

完成した部品を 25 ～ 30°C の一定温度環境に 4 ～ 8 時間置き、寸法を自然に安定させます。極度の精度（公差±0.01 mmなど）が必要な部品の場合は、「低温時効処理」（10～15℃で24時間）を実行して、その後の変形リスクをさらに低減します。