溶接構造物を機械加工する前に、取り代はどれだけ残すべきか
溶接は金属を動かします。どの継手も冷えるときに収縮し、組立台の上で平らだったフレームも、台から降ろしたときには平らではありません。これは正常なことで、防ぐのではなく、それを前提に設計します。機械加工する部品が描いた部品とまったく同じになることはなく、図面には各寸法がどの状態に適用されるかを書いておく必要があります。
まず取り代から
機械加工の取り代とは、すべての変形が終わった後に刃物で面をきれいに仕上げられるよう、面に残しておく余分な材料のことです。
少なすぎると、面の一角しか削れず、反対側にはスパッタやミルスケールが残ったままになります。多すぎると加工時間が倍になり、必要な溶接部まで削り込んでしまうおそれもあります。
出発点としては次のとおりです。
| 加工箇所 | 一般的な取り代 |
|---|---|
| 短く剛性の高い部品の加工面 | 3 mm |
| 長い部品または補強の少ない部品の加工面 | 5から6 mm、それ以上の場合もある |
| ラインボーリングする穴 | 半径で約3 mm |
| 機械加工後に研削する面 | さらに0.3から0.5 mmを追加 |
これらは出発点であり、規則ではありません。実際の数値は、部品の長さ、溶着量、継手の拘束の度合い、応力除去を行うかどうかで決まります。良い工場は、ある面にはもっと、別の面にはもっと少なくと言ってきます。その答えは表よりも価値があります。
公差を分ける
図面に2つの公差体系を記載し、どちらがどこに適用されるかを明記します。
溶接構造物は通常、溶接構造物の普通公差の規格で管理します。ISO 13920 は、長さと角度の寸法に等級AからD、真直度、平面度、平行度に等級EからHを定めています。マシンフレームでは、等級Bと等級Fの組み合わせが一般的で妥当です。
機械加工箇所には、ISO 2768 のような普通公差の規格か、各箇所に直接記入した通常の図面公差を適用します。
図面全体に厳しい普通公差を1つだけ書くと、前提条件だらけの見積が最短で返ってきます。工場は不可能な条件で価格を出すか、意図を推測するしかないからです。
データムは機械が届く場所に置く
機械加工され、治具を当てられる面をデータムに選んでください。実務上の確認点は3つです。
- 部品をデータム面に置いたときにがたつかないか。あるいは、それ自体が誤差になるスペーサーが必要にならないか。
- 部品を機械に載せた後でデータムに届くか。主軸がワークを突き抜けないと触れられない位置になっていないか。
- データム面は、それを基準にする箇所と同じ段取りで加工されるか。そうでなければ、公差の連鎖に2回目の段取りを持ち込んだことになります。
各数値がいつ適用されるかを明記する
マシンベースの図面に条件なしで「平面度0.05 mm」と書くと、2通りの見積を招きます。加工面の平面度は機械加工後に得られるもので、先に応力除去をした場合にのみ維持されます。「応力除去および仕上げ加工後」のように条件を図面に書き、見積と同じ条件で検査されるようにしてください。
穴の同軸度も同じです。応力除去後に1回の段取りでラインボーリングした穴と、応力除去前に中ぐりした穴は別の仕事であり、後者はそもそも仕事として成り立ちません。
工程順序の要点
ほとんどの機械加工付き溶接構造物で有効な工程順序は、切断と開先加工、組立と仮付け、計画した順序での溶接、溶接部の検査、応力除去、取り代が多ければ荒加工、仕上げ加工、そして加工面をマスキングしての塗装です。
応力除去を機械加工の後に回すこと、亜鉛めっきを機械加工の後に回すこと。この2つの変更が、工場では合格したのにお客様の現場では不合格になる部品の最も多い原因です。
図面を送る前の確認事項
- 取り代は推測ではなく明記されている。
- 溶接構造物の公差と機械加工の公差が分かれていて、両方とも規格名が書かれている。
- データムは機械加工される面にある。
- すべての幾何公差に、どの状態に適用されるかが書かれている。
- 仕上げの注記に、どの面をマスキングするかが書かれている。
図面にたった5行加えるだけで、工場がリスクとして価格に上乗せしていたはずの疑問の大半がなくなります。
よくある質問
溶接構造物には、どれくらいの取り代を残せばよいですか？
一般的な出発点は、面で3から6 mm、穴で半径約3 mmです。動きやすい長い断面や薄い断面ではさらに増やします。適切な数値は部品の長さ、溶着量、応力除去の有無で変わるため、既定値をそのまま使うのではなく、工場と相談して決める価値があります。
溶接構造物の図面に、普通公差を1つだけ指定してもよいですか？
実用的ではありません。溶接構造物と機械加工箇所は、能力の異なる別々の工程で作られるため、それぞれに公差が必要です。溶接構造物の普通公差は ISO 13920 が、機械加工箇所は ISO 2768 のような通常の図面公差が対象とします。
データムは溶接面と加工面のどちらに置くべきですか？
できる限り加工面に置いてください。溶接のままの面に置いたデータムはひずみとともに動き、それを基準にしたすべての箇所も一緒に動きます。機械加工され、治具を物理的に当てられる面をデータムに選んでください。