石油化学および石油・ガス輸送の分野において、フランジはパイプラインシステムの中心的な接続部品です。シール面の平面度、ボルト穴の位置、材料加工の安定性は、直接的にパイプライン運転の安全性を決定します（石油・ガスパイプラインにおけるフランジ漏れによって引き起こされる爆発や環境汚染といった重大な事故に関して、国家標準ではフランジシール面の平面度を≤0.03mm／100mm、ボルト穴のピッチ誤差を≤±5′と規定しています）。国内の大手石油化学設備メーカーはかつてフランジ加工におけるボトルネックに直面していました。DN400-DN1200mmのフランジ（材質はQ345R炭素鋼、316Lステンレス鋼、12Cr1MoVG合金など）の場合、従来の加工では「横型旋盤による荒削り→立形旋盤によるシール面の精密旋削→振り子ドリル盤によるボルト穴開け」という3工程が必要で、単一加工サイクルが最大45分に達していました。複数回のチャッキングが必要なため、フランジ内径とシール面の同軸度が頻繁に0.08mmを超え、シール面の平面度誤差が0.06～0.09mmに達し、結果としてパイプラインの耐圧試験での漏れ率が8％に上りました。また、ステンレス鋼製フランジは高速切削中に作業硬化を起こしやすく、表面粗さがRa1.6μmを超えるため追加の研磨工程が必要となり、単一フランジあたりの労務費が18元増加していました。
処理サイト
このジレンマを克服するため、同社は中捷友誼機械工具VTC100A CNC立形旋盤を導入し、「一度のチャッキングで全工程を完結」とするフランジ専用加工システムを構築した。装置は一体型の厚肉鋳鉄製ベッド（壁厚最大80mm）を採用しており、振動応力除去処理および自然時効処理の二重の応力除去処理を施している。クロススライドテーブルの重荷重設計と組み合わせることで、有限要素解析により剛性分布を最適化。径方向切削剛性は32kN/mmに達し、合金フランジ切削時の22kNの径方向切削力を安定して耐えることができる。シーメンス828DアドバンスドCNCシステムおよびグレーティング尺による完全閉ループ制御（分解能0.1μm）を装備し、±0.002mmの定位精度および±0.001mmの繰り返し定位精度を実現。これにより、フランジの密封面の平面度要求±0.02mmに正確に適合する。異なる材料特性に対応するため、装置にはデュアルチャンネル主軸冷却システムを搭載。炭素鋼の加工には乳化液冷却（冷却効率≥95%）を使用し、ステンレス鋼の加工時には油霧冷却（液滴径5～10μm）に切り替える。さらに、超微粒子硬質合金切削工具（ステンレス鋼加工用にはWC-Co含有量92%のTiAlNコーティング工具）と組み合わせることで、加工硬化および切粉の付着を効果的に抑制し、表面粗さの安定性を確保している。
技術革新の面では、この装置はフランジ加工において「工程統合＋材料適応」の二重ブレークスルーを達成しています。Φ32mmの三爪動力チャック（締付力120kN、DN750-DN1000mmフランジの締付要件に対応）、24ステーションサーボタレット（ツール交換時間1.5秒）、CNCインデックスディスク（インデックス精度±3′）を統合することで、フランジ内径穴（公差H8）、外周（公差IT7）、シール面（継手溝面／凸凹面、平面度≤0.03mm）、および8～24個のボルト穴（開口公差H9、インデックス誤差≤±4′）を一工程で加工可能です。シール面の高精度加工に関しては、「スパイラル補間精密加工プロセス」を革新的に採用しています。1周あたり500点の表面データ取得と補正を行うことで、シール面の平面度を100mmあたり安定して0.02mmに制御できます。合金フランジ（12Cr1MoVG）の高温強度特性に対応して、装置には材料・加工条件データベースが内蔵されており、自動的に切削条件（主軸回転数800～1200r/min、送り速度60～100mm/min）を最適化し、工具破損を回避します。多品種フランジの切り替えに対しては、装置がプロセスパラメータの一括調整機能をサポートしており（30種類のフランジ加工テンプレートを内蔵）、従来の2時間から18分へと交換時間を短縮します。
フランジ締め付け
実施結果は石油化学産業の厳しい基準に完全に適合しています。単一の加工サイクルは45分から32分に短縮され、日産能力は150セットから260セットに向上しました。フランジ内径とシール面間の同軸度は安定して≤0.04mmに制御されており、シール面の平面度は≤0.03mm、表面粗さはRa0.8μmに達し、ボルト穴のピッチ誤差は≤±3.5′です。これはすべてGB/T 9113.1-2022「一体形鋼管フランジ」とASME B16.5「パイプフランジおよびフランジ継手」の規格要求を完全に満たしています。配管の圧力試験における漏れ率は8%から0.5%に低減され、研磨工程を廃止したことで単体フランジの製造コストが15元削減されました。316Lステンレス鋼製フランジでは、油霧冷却とパラメータ最適化により工具寿命が40%延長されています。装置に搭載されたインテリジェント診断モジュールは、スピンドル負荷（精度±0.5%）と切削温度（分解能0.1℃）をリアルタイムで監視します。工具摩耗予測アルゴリズムと組み合わせることで、設備の総合的利用率は80%から94%まで向上し、年間停止時間は380時間短縮されました。
CK5263は、フランジにおける『シール安全性と加工効率』という二重の課題を完全に解決しました。」同社の製造担当ディレクターは、「現在、当社のフランジは国家石油管品質監督検査センターの厳しい試験を通過しただけでなく、西気東輸パイプライン3号などの大規模プロジェクトにおける高圧フランジ（PN40）の究極的な要件も満たしており、これにより石油化学設備分野での競合他社に対する技術的障壁が築かれました。」この事例は、CNC立形旋盤が「剛性構造の適応＋材料および工程のカスタマイズ＋精密閉ループ制御」の深層的融合を通じて、「安全性・精度・効率」のボトルネックを突破するための石油化学設備用フランジ製造分野のコア設備となっていることを裏付けています。
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