ダイカスト製品におけるドリル加工の抜け際バリの低減
株式会社アーレスティプリテック
加工技術課

野寄 貴康

1．はじめに
弊社では自動車のアルミダイカスト製品の切削加工を主に行っている。切削加工とは工作機械、切削工具を用いて切粉を出しながら所定の寸法形状、及び表面精度に仕上げるための加工方法である。さまざまな切削加工方法がある中で、本改善活動ではドリル加工について取り組んだ。
近年の自動車産業は自動車の電動化、CASE と MaaS に代表されるようなモーター、インバータ、バッテリー等の電動化部品が急増している。
電動化部品はコンタミや異物付着に対する要求品質が非常に高い。切削加工を行うと必ずバリが発生するが、コンタミや異物の原因となるので根本から抑える必要がある。
2.現状把握2.1 バリとはバリとは「機械加工後のかどのエッジの残留物」と定義されている。
図 1 の赤印部がバリと言われる部分である。図 2 は実際のバリの写真である。

図 1. バリの例

図 2. 抜け際バリの写真

2.2 バリ発生の原理
ドリル加工におけるバリの大半は【ロールオーバーバリ】と呼ばれるもので、ドリルが貫通する際に最後の切残しが押し倒されて生じる。

図 3. バリ発生のメカニズム

2.3 量産品のバリ発生状況
量産品におけるバリの発生状況を確認した。形状も大きさも異なっており、ヒストグラムも正規分布しているとはいえない。

図 4. 抜け際バリの写真

図 5. バリ高さのヒストグラム

3.目標設定加工バリ高さ 0.15ｍｍの規格に対して Cp≧1.67 以上を目標とする。
これを達成するために平均値とばらつき（標準偏差）を両方抑える対策をしていく。
4.要因解析
4.1 バリの平均値に対する特性要因図
刃物では①先端肩形状②先端角が小さい③ネジレ角が弱い④刃先処理、加工条件では①送り②周速、素材では①鋳抜き穴の７項目を主な要因とした。

図 6. 平均値に対する特性要因図

4.2 バリのばらつきに対する特性要因図
刃物では①構成刃先、条件では①送り②周速の３項目を主な要因とした。

図 7. ばらつきに対する特性要因図

4.3 抽出した要因とその目論見
主要因と検証内容、目論見を表 1 に示す。
表 1. 形状変更による作用要因

検証内容

目論見

先端肩形状の違いによるバリの出方の検証

先端肩形状を変えることで、素材に掛かるスラスト力を分散し切残しを減らす

先端角

先端角の違いによるバリの出方の検証

先端角を変えることで、素材に掛かるスラスト力の方向を変え押し倒しを減らす

ネジレ角

ネジレ角の違いによるバリの出方、ばらつきの検証

ネジレ角を変えることで、切味を上げ切削抵抗を減らす事で切残しを減らす
構成刃先を制御しばらつきを減らす

刃先処理

刃先処理の違いによるバリの出方の検証

刃先処理を変えることで、切削抵抗を下げ切残しを減らす
構成刃先を制御しばらつきを減らす

コーティングコーティング有無によるバリの出方、ばらつきの検証 コーティングすることで、構成刃先を制御しばらつきを減らす

先端肩形状

送り

送りの違いによるバリの出方、ばらつきの検証

送りを変化させることで、切取量が減り切削抵抗を下げ切残しを減らす

周速

周速の違いによるバリの出方、ばらつきの検証

周速を変化させることで、発熱量を下げ切残しを減らす

鋳抜き有無によるバリの出方の検証

取り代を変化させることで、切削抵抗を下げ切残し、押し倒しを減らす

鋳抜き穴

4.4 実験計画・実施
抜け際バリに影響を及ぼすと考えられる要因について検証した。
アルミプレートを用意し L16 直交実験を行った。
ここで考慮する交互作用は A×B、A×C、A×G、B×C、G×H である。
因子と水準を表 2 に示す。

表 2. 実験内容表

因子AB
CDFGH
I

先端肩形状
先端角
ネジレ角
刃先処理
コーティング
送り (mm/rev)
周速 (m/min)
鋳抜き水準1Ａ１
Ｂ１
Ｃ１
無Ｆ１
大大Ｉ１2Ａ２
Ｂ２Ｃ２
有Ｆ２
小小Ｉ２

4.5 実験結果の解析
有意水準は 1％とする。平均値の実験結果を図 8 と表 3 に示す。因子 C、因子 D、因子 G、因子 H が１％で有意となった。因子 GH については交互作用が見られる。

図 8. ﾃﾞｰﾀﾌﾟﾛｯﾄ
表 3. ﾌﾟｰﾘﾝｸﾞ後の分散分析表

次にばらつきの実験結果を図 9 と表 4 に示す。因子 A、因子 G、因子 H が１％で有意となった。

図 9. ﾃﾞｰﾀﾌﾟﾛｯﾄ

表 4. ﾌﾟｰﾘﾝｸﾞ後の分散分析表

4.6 実験結果のまとめ
実験結果のまとめを表 5 に示す。
◎目論見通りの点・ネジレ角を大きくするとバリは小さくなる。
・刃先処理を無くすとバリは小さくなる。
・送りを落とすとバリは小さくなりばらつきが減る。
・周速を落とすとバリは小さくなりばらつきが減る。
◎目論見との相違点
・先端肩形状を変えてもバリの高さは変わらない。
・先端角を変えてもバリの高さとばらつきは変わらない。
・コーティングの有無によってバリの高さ、ばらつきは変わらない。
・鋳抜き穴の有無によってバリの高さ、ばらつきは変わらない。
表 5. 刃具形状変更による作用まとめ
目論見

バリ高さ結果ばらつき結果先端肩形状の違いによるバリの出方の検証

先端肩形状を変えることで、素材に掛かるスラスト力を分散し切残しを減らす

×

○

先端角

先端角の違いによるバリの出方の検証

先端角を変えることで、素材に掛かるスラスト力の方向を変え押し倒しを減らす

×

×

ネジレ角

ネジレ角の違いによるバリの出方、ばらつきの検証

ネジレ角を変えることで、切味を上げ切削抵抗を減らす事で切残しを減らす
構成刃先を制御しばらつきを減らす

○

×

刃先処理

刃先処理の違いによるバリの出方の検証

刃先処理を変えることで、切削抵抗を下げ切残しを減らす
構成刃先を制御しばらつきを減らす○

×

コーティング コーティング有無によるバリの出方、ばらつきの検証 コーティングすることで、構成刃先を制御しばらつきを減らす

×

×

要因
先端肩形状

検証内容

送り

送りの違いによるバリの出方、ばらつきの検証

送りを変化させることで、切取量が減り切削抵抗を下げ切残しを減らす

○

○

周速

周速の違いによるバリの出方、ばらつきの検証

周速を変化させることで、発熱量を下げ切残しを減らす○○

鋳抜き有無によるバリの出方の検証

取り代を変化させることで、切削抵抗を下げ切残し、押し倒しを減らす

××

鋳抜き穴

4.7 最適水準組合せでの確認実験
推定を行ったところ、因子 A、G、H において最適水準は平均値とばらつきでそれぞれ異なる水準となった。今回の目標を達成するためには平均値とばらつきを抑える必要があるので、因子 A、G、H 各水準の中間値にて確認実験を行った。なお、表 3、表 4 において因子 A1、G2、H2 はバリ高さ、ばらつきに関して高度に有意だが、推定結果と生産性の維持管理を考慮して各水準の中間値とした。また、量産加工を考慮して鋳抜き穴有無を因子に加え、層別ヒストグラムを描いた。
確認実験の結果を図 10 と表 6 に示す。バリの最大値とばらつきは、共に推定の結果の中間付近の値となった。Cp≧1.67 となっており狙い通りの結果が得られた。
表 6. 確認実験結果

図 10. 確認実験結果のヒストグラム

5.効果の確認
5.1 バリ高さ確認
対策前のバリ高さは平均 0.16mm であったが、対策後は平均 0.027mm となった。データ数は少ないが有意となったため、対策は有効と判断する。
対策前

バリ高さ(mm)

対策後

0.18
0.160.140.120.100.080.06
0.04

0.020.00
123456(回)図 12. バリ高さの検定結果

図 11. バリ高さのグラフ

5.2 量産ラインへの展開
量産ラインにて対策ドリルを使用した。約 10,000 台加工し Cp≧1.67 を満たしている。現在も継続して加工を行いバリの出方、刃具寿命の見極めを行っていく。
Cp値

[Cp]

目標値

98765432[加工台数]

図 13. 対策後の Cp 値推移

10000

9500

9000

8500

8000

7500

7000

6500

6000

5500

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

011参考文献(1)棟近雅彦[編著]奥原正夫[著]

JUSE-StatWorks による QC 七つ道具，検定・推定入門【第 2 版】
日科技連出版,2016(2)棟近雅彦[編著]奥原正夫[著]
JUSE-StatWorks による実験計画法入門【第 2 版】
日科技連出版,2016(3)奥原正夫 統計的品質管理（SQC）速習コース 株式会社日本科学技術研修所,2017(4)JIS-B-0051 製図－部品のエッジ－用語及び指示方法

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