樹脂切削加工とは？特徴や樹脂素材についてご紹介

身の回りには多く存在するプラスチック製品。これらプラスチックなどの樹脂製の素材を加工する方法として、「樹脂切削加工」、「射出成形」、「3Dプリンター」などが挙げられます。
本記事では、「樹脂切削加工」とは何か、特徴や用いられる樹脂素材についてご紹介します。

樹脂切削加工とは

樹脂切削加工とはプラスチックなどの樹脂製の素材を切削工具を用いて切断したり削ったりする加工方法です。
型に溶かした樹脂材料を流し入れ、冷やして成形する「射出成形」とは異なり、
マシニングセンタや旋盤、フライス加工機などで1つ1つ材料を加工するため精度を出すのに適しています。

切削加工とは機械加工の中では代表的な加工方法であり、旋盤加工やフライス加工などが切削加工に含まれております。切削加工について詳しくは以下の記事をご参考ください。
切削加工とは？加工の特徴や種類、注意点についてご紹介

樹脂切削加工の特徴

切削加工の中でも樹脂の加工の難易度は高く、加工時には摩擦による熱を考慮して加工しなければ変形をしてしまう特徴を持ちます。
樹脂素材は金属などの他の素材に比べて熱伝導率が低いため、熱の影響を受けやすいことから、熱による膨張や冷却後の変形などが発生しやすい傾向にあります。
熱を抑えるために工具が接触する面積を減らしたり、素材の特徴を把握して冷却後の寸法を考えたりといった工夫が必要です。
誰でも簡単にできる加工という訳ではないため、熟練者に加工を依頼することが多くなると言えるでしょう。

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樹脂／プラスチック切削加工

樹脂切削の加工方法

樹脂切削加工と言っても、採用される加工方法は通常の切削加工とほとんど変わりません。
こちらでは樹脂切削加工で比較的よく採用される2つの加工方法についてご紹介します。

旋盤加工

旋盤加工は回転させている加工物にバイトと呼ばれる工具を当てて加工を行うものを指し、回転速度や工具を当てる速度、切込みの幅などによって精度への影響が異なります。
加工に合わせてバイト選定することで、穴あけ加工やねじ切り加工、テーパー加工などが可能です。
また、プログラムによって加工を制御するNC旋盤加工も採用されることがあります。

フライス加工

フライス加工は加工物を固定し、高速回転させた切削工具を押し当てて成形していく加工方法を指し、平面や側面、段差や溝などといった加工が可能です。
旋盤加工と同様、プログラム制御を用いて自動加工が可能なNCフライス盤も活用されています。
手動で加工する場合は、ハンドル、ボタン、レバーなどと、必要な操作が多い傾向にありますが、NCフライス盤を用いることで、操作が簡易化され、加工物の品質も統一されるでしょう。

これらの加工方法はよく耳にするのではないでしょうか。
今回ご紹介した加工方法は多品種少量生産に向いている加工方法とも言え、大量生産を行う場合に最も多く採用されるのは成形加工です。
成形加工は切削加工ではないため、樹脂切削加工としては紹介しておりません。
簡単に説明すると、成形加工は素材に直接加工を行うのではなく、金型を製作し、その型に溶かした材料を流し込むなどで成形する加工方法です。
加工目的に合った加工方法を選定することで、生産性の向上にもつながりますのでご参考ください。

切削加工については別の記事でもご紹介していますので、こちらも併せてご覧ください。
⇒切削加工とは？加工の特徴や種類、注意点についてご紹介

樹脂切削加工の作業工程

樹脂切削加工の作業工程について見ていきましょう。

1.製作方法の検討、モデリング

試作品や加工データなど、製作したい加工物の情報をもとに製作方法を検討します。
製作に関する要件が定まっていない場合はヒアリングの上、加工物の設計や強度、性能などを確認しながらモデリングを行います。

2.材料の検討、用意

製作する加工物に合ったサイズや素材の材料を用意します。

3.マシニングセンタの加工準備

マシニングセンタ（MC）に素材をセットしたり、エンドミルや位置を設定したりといった加工準備を行います。

4.加工

マシニングセンタや5軸加工機（5軸マシニングセンタ）で加工を行います。

5.仕上げ処理

加工後は、バリ取りやブラスト仕上げなど、完成に向けた仕上げ処理を行います。

樹脂切削加工に用いられる素材

製造業で使用される樹脂は大きく分類して、【熱可塑性樹脂（熱可塑性プラスチック）】と【熱硬化性樹脂（熱硬化性プラスチック）】の2種類に分けられます。
樹脂切削加工に用いられる素材は一般的に流通している熱可塑性樹脂が大半で、その中でも下記の素材が代表的です。
 

▶ 汎用プラスチック

代表的なものでは、PP（ポリプロピレン）、PE(ポリエチレン) や、そのほかアクリル(PMMA)、PS（ポリスチレン）、PVC（ポリ塩化ビニル）、ABS 樹脂などが挙げられます。
 

▶ エンプラ（エンジニアリングプラスチック）

代表的なものでは、PA（ナイロン/ポリアミド）、6ナイロン、66ナイロン、MCナイロン(MC901)、POM（ポリアセタール）、ジュラコン®(ポリアセタールPOM)、UHMWPE(超高分子量ポリエチレン )、PC（ポリカーボネート）、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PBT（ポリブチレンテレフタレート）、PVDF (ポリフッ化ビニリデン) などが挙げられます。
※ジュラコン® はポリプラスチックス株式会社の日本その他の国の登録商標です。
 

▶ スーパーエンプラ（スーパーエンジニアリングプラスチック）

代表的なものでは、PTFE(テフロン)、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、LCP（液晶ポリマー）、PPS（ポリフェニレンスルファイド）、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)などが挙げられます。

◆今回紹介した汎用プラスチック、エンプラ、スーパーエンプラの特性についてまとめています。

樹脂切削加工の注意点

特徴としてご紹介した通り、樹脂切削加工を行う際にはプラスチックの特性を理解した上で加工することが必須と言えます。
その他にも、プラスチックを加工する際に発生する切りくず「切子」の処理にも注意が必要です。
切子を取り除かないまま加工を進めると、加工物の精度が悪くなったり、切れ味が悪化したりします。
木材や金属とは違い、プラスチックは摩擦熱で溶けてしまうため、工具にこびりついて加工面も良くない状態になりかねませんので、切子は適切に取り除くようにしましょう。
樹脂切削加工向けに切子が絡みにくくなっている工具もあるため、必要に応じて選定することも大切です。

おわりに

樹脂切削加工とは何か、特徴や用いられる樹脂素材についてご紹介しました。
樹脂切削加工は切削加工と同様、切削工具を用いて切断したり削ったりといった加工を行いますが、樹脂の加工時には摩擦による熱を考慮して加工しなければ変形することもあるため、難易度が高いと言えるでしょう。