チタン合金の加工が難しい4つの主な理由と6つの解決策！ - ブログ

チタン合金多くの利点があります。例: 高い耐食性、低密度および高強度、非磁性-、生体適合性、高温耐性-。しかし、チタン合金は実際には加工が難しく、特殊な切削工具が必要となります。この記事では、チタン合金の加工が難しい理由とその対策について説明します。

1. チタン合金の加工が難しい理由

まずは熱の集中

ほとんどのチタン合金の熱伝導率は非常に低く、{0}鋼の 1/7、アルミニウムの 1/16、銅の 1/25 です。その結果、チタン合金の機械加工中に発生する熱は、すぐにワークピースに伝達されたり、切りくずによって持ち去られたりすることはなく、切削ゾーンに集中します。

刃先の温度は 1,000 度にも達する可能性があり、工具の刃先に急激な摩耗や亀裂が発生し、切りくずが蓄積して工具の寿命が短くなります。

また、切断中に発生する高温により、チタン合金部品の表面の完全性が損なわれ、その結果、幾何学的精度と加工硬化が低下し、疲労強度が大幅に低下します。

第二に、弾性変形

チタン合金の弾性率はそれほど高くありません。たとえば、TC4 の弾性率はわずか 110 GPa ですが、45 鋼の弾性率は 210 GPa、303、304、316 などのステンレス鋼の弾性率も約 200 GPa です。そのため、チタン合金の加工では弾性変形が起こりやすくなります。

この問題は、薄肉の部品やリング状の部品を加工する場合にはさらに深刻になります。{0}薄肉のチタン合金部品を望みの寸法精度に機械加工するのは簡単ではありません。{3}}これは、工作物材料が切削工具によって押しのけられると、薄肉領域の局所的な変形が弾性限界を超え、その結果塑性変形が生じ、切削点における材料の強度と硬度が大幅に増加するためです。-

切削圧力により「弾性」ワークピースが工具から遠ざかって反発し、工具とワークピースの間に切削力を超える摩擦が生じます。この摩擦により熱が発生し、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。

第三に、チタン合金は親和性が高いため、旋削や穴あけ中に長く連続した切りくずが形成されます。これらの切りくずが工具に巻きつき、その機能が損なわれる可能性があります。過度の切込み深さは、工具の固着、工具の焼き付き、工具の破損を引き起こす可能性があります。

もちろん、この高い親和性は他のアプリケーションでも非常に役立ちます。たとえば、イオンポンプでは陰極板にチタンが使用されます。チタン原子が陽極管壁にスパッタリングされると、チタン原子がガスを吸着し、超高真空が生成されます。-

第四に、振動

チタン合金の弾性は部品の性能に利益をもたらす可能性がありますが、切断プロセス中のワークピースの弾性変形は振動の主な原因となります。

チタン合金の加工時に発生する振動は鋼の約10倍です。切削熱が切削ゾーンに集中するため、鋸歯状の切りくずが発生し、切削能力の変動につながります。

2. チタン合金の難削材への対策

まずは冷却

クーラントを使用すると、切断プロセス中に発生する高温を軽減できます。通常、非溶性油ベースのクーラントは低速、高負荷の切削やせん断に使用されます。一方、可溶性の切削クーラントは高速の切削やせん断に使用されます。-

さらに、液体窒素 (-180 度 ) または液体 CO₂ (-76 度 ) を切削液として使用して、切削ゾーンの温度を下げる極低温切削方法を使用することもできます。この方法により、主切削抵抗を 20% 削減し、切削温度を 300 度以上下げることができます。同時に構成刃先が消失し、加工面品位が向上し、工具寿命が2～3倍に延びます。

第二に、適切な切削工具の選択

適切な切削工具を選択すると、大幅な改善が得られます。

鋼の場合のように、熱はチップを通してではなく、刃先とクーラントを通して放散される必要があるため、{0}}刃先のごく一部は非常に高い熱応力と機械的応力に耐える必要があります。-鋭い切れ刃を使用することで切削抵抗を低減します。

さらに、研磨溝と高いポジすくい角を備えた研削インサートを使用することにより、切削圧力を軽減できます。

必要に応じて、コーティングされた工具を使用して、合金への付着を防ぎ、長い切りくずを粉砕することもできます。これにより、切りくず排出時の摩擦が最小限に抑えられ、加工中の発熱を防ぐことができます。{0}}

第三に、一定の送り速度を維持するか、送り速度を上げます。

チタンは加工硬化する傾向があります。{0}つまり、加工されると硬くなり、工具の摩耗が増加します。一定の送り速度により、加工硬化が最小限に抑えられます。

もちろん、機械が許せば送り速度を上げることができます。これは、工具が特定の領域に費やす時間が短縮され、熱の蓄積と加工硬化にかかる時間が短縮されることを意味します。

第四に、切断速度を下げます

たとえば、発熱を制御するには、鋼に使用される切削速度の 3 分の 1 以下を使用します。{0}}

5つ目は、プロセスに応じてツールを変更する

チタン合金の加工に使用されるセラミック、炭化チタン、窒化チタンのコーティングが施された工具は、寿命が短くなります。