チタン合金はなぜ加工が難しい素材なのでしょうか？

 

1. チタン加工の物理現象

チタン合金加工の切削抵抗は、同じ硬度の鋼に比べて若干高くなります。それでも、チタン合金の加工の物理現象は鋼の加工よりもはるかに複雑であるため、チタン合金の加工は非常に困難に直面しています。

ほとんどのチタン合金の熱伝導率は非常に低く、鋼鉄の 1/7、アルミニウムの 1/16 にすぎません。そのため、チタン合金の切削時に発生する熱がすぐにワークに伝わりにくく、切りくずに奪われません。それでも、切削領域に蓄積し、発生する温度は 1,000 °C 以上にもなり、工具の刃先が急速に摩耗、欠け、亀裂を引き起こす可能性があります。構成刃の形成と摩耗刃の急速な出現により、切削領域でより多くの熱が発生し、工具の寿命がさらに短くなります。チタン加工

切削プロセス中に発生する高温もチタン合金部品の表面の完全性を破壊し、その結果、部品の幾何学的精度が低下し、加工硬化により疲労強度が大幅に低下します。

チタン合金の弾性は部品の性能にとって有益である可能性がありますが、切断中のワークピースの弾性変形は振動の重要な原因となります。切削圧力により「弾性」ワークピースが工具から離れて弾むため、工具とワークピースの間の摩擦は切削動作よりも大きくなります。摩擦プロセスでも熱が発生し、チタン合金の熱伝導率の低さの問題がさらに悪化します。

この問題は、薄肉またはリング状の変形しやすい部品を加工する場合にはさらに深刻になります。薄肉チタン合金部品を期待される寸法精度に機械加工することは容易ではありません。工具が加工材料を押し出すと、薄壁の局所的な変形が弾性範囲を超えます。塑性変形が起こり、材料強度と刃先硬度が大幅に向上します。あらかじめ決められた切削速度での加工が高速になりすぎ、工具の摩耗が激しくなります。

チタン合金の加工を難しくする「元凶」は「熱さ」！

 

2. チタンCNC加工の技術ノウハウ 

チタン合金の加工メカニズムの理解と経験の追加に基づいて、チタン合金を加工するための主なプロセスのノウハウは次のとおりです。

(1) ポジ形状のインサートを採用し、ワークの切削抵抗、切削熱、変形を低減します。

(2) ワークの硬化を避けるため、一定送りを維持してください。切削加工中、工具は常に送り状態にし、フライス加工中の半径方向の切削量は半径の 30% にする必要があります。

(3) 加工プロセスの熱的安定性を確保し、過度の温度によるワーク表面の変質や工具の損傷を防ぐために、高圧および大流量の切削油が使用されます。

(4) 刃先を鋭く保ちます。鈍い工具は熱の蓄積と摩耗を引き起こし、すぐに工具の故障につながります。

(5) チタン合金は硬化後は加工が難しくなり、熱処理により材料の強度が増し、インサートの摩耗が増加するため、できるだけ柔らかい状態で加工します。

(6) ノーズRや面取りを大きくし、刃先をできるだけ深く切り込みます。これにより、あらゆる点で切削抵抗と熱が軽減され、局部的な破損が防止されます。チタン合金のフライス加工では、切削パラメータの中で切削速度が工具寿命 vc に最も大きな影響を与え、次にラジアルかみ合い (加工深さ) ae が続きます。

 

3. チタン加工の問題をブレードから解決する

チタン合金の加工におけるインサート溝の摩耗は、前加工で残った硬化層が原因で、切込み深さ方向の表裏の局部的に摩耗することが多いです。 800 °C を超える加工温度での工具とワーク材料の化学反応と拡散も、溝摩耗が発生する原因となります。これは、加工プロセス中にワークピースのチタン分子がブレードの前面に蓄積し、高圧高温下でブレードのエッジに「溶接」され、ビルドアップエッジが形成されるためです。構成刃先が刃先から剥離すると、インサートの超硬コーティングが剥げてしまうため、チタン加工には独自のインサート材質と形状が必要になります。cカスタム精密加工

 

4. チタン加工に適した工具構造

チタン合金の加工の焦点は熱であり、熱を素早く除去するために、大量の高圧の切削液を刃先に素早く正確に噴射する必要があります。チタンの加工に特化した独自の構成のフライスがあります。