なぜ私たちは考えるのかチタン合金加工が難しい素材なのでしょうか？それは、その処理メカニズムや現象についての深い理解が欠けているからです。
1. チタン加工の物理現象
チタン合金加工における切削抵抗は、同じ硬度の鋼に比べてわずかに高いだけですが、チタン合金加工の物理現象は鋼加工よりもはるかに複雑であるため、チタン合金加工は大きな困難に直面しています。
なぜチタン合金は加工が難しい材料だと思われるのでしょうか?その処理メカニズムが理解されていないため、
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。したがって、チタン合金の切断中に発生する熱は、すぐにはワークピースに伝達されず、または切りくずによって持ち去られず、切断領域に蓄積されます。発生する温度は 1,000 度以上になる可能性があり、工具の刃先が急速に摩耗、亀裂、構成刃先の生成を引き起こし、摩耗した刃は切削中に急速にさらに多くの熱を発生します。面積が大きくなり、工具の寿命がさらに短くなります。
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、疲労強度を著しく低下させる加工硬化現象を引き起こします。
チタン合金の弾性は部品の性能に有益である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反発するため、工具とワークピースの間の摩擦が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するため、チタン合金の熱伝導率の低さはさらに悪化します。
この問題は、変形しやすい薄肉部品やリング状部品を加工する場合にさらに深刻になります。チタン合金の薄肉部品を期待どおりの寸法精度で加工することは容易ではありません。ワーク材料が工具によって押しのけられると、薄肉の局所的な変形が弾性範囲を超えて塑性変形が生じ、材料の強度と刃先の硬度が大幅に増加するためです。このとき、当初決められた切削速度での加工が高速になりすぎて、さらに工具の摩耗が激しくなる。
チタン合金加工の難しさの“元凶”は「熱」！
2. チタン合金加工の加工のコツ
チタン合金の加工メカニズムの理解とこれまでの経験に基づいて、チタン合金を加工するための主なプロセスのヒントは次のとおりです。
(1) 切削抵抗、切削熱、ワーク変形を軽減するために、ポジティブアングル刃形を使用します。
(2) ワークの硬化を避けるため、一定の送りを維持してください。切削プロセス中、工具は常に送り状態にある必要があります。フライス加工時の半径方向の切削深さ ae は半径の 30% である必要があります。
(3) 加工プロセスの熱安定性を確保し、過度の温度による表面の変質や工具の損傷を防ぐために、高圧および高流量の切削液を使用します。
(4) 刃先を鋭利に保ちます。鈍い工具は熱の蓄積と摩耗の原因となり、工具の故障につながりやすくなります。
(5) チタン合金は硬化後は加工しにくくなるため、できるだけ柔らかい状態で加工してください。熱処理により材料の強度が増し、刃の摩耗が増加します。
(6) 大きな刃先半径または面取りを使用して、できるだけ多くの刃を切り込みます。これにより、各点での切削抵抗と熱が軽減され、局所的な損傷を防ぐことができます。チタン合金のフライス加工では、すべての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及ぼし、次に半径方向の切削深さ ae が続きます。
3. ブレードからのチタン加工問題を解決
チタン合金加工時に発生する刃溝摩耗は、切り込み深さ方向に沿った表裏の局部的な摩耗です。多くの場合、前の加工で残った硬化層が原因で発生します。 800度を超える加工温度での工具と被削材の化学反応や拡散も溝摩耗が発生する原因の1つです。加工中、ワークピースのチタン分子がブレードの前に蓄積し、高圧高温下でブレードに「溶着」して構成刃先を形成するためです。構成刃先が刃から剥離すると、刃の超硬皮膜が剥がれてしまいます。したがって、チタン合金の加工には特殊な刃材と形状が必要です。
4. チタン加工に適した工具構造
チタン合金加工のポイントは熱です。熱を素早く除去するには、大量の高圧切削液をタイムリーかつ正確に刃先に噴射する必要があります。チタン合金加工専用のユニークな構造のフライスが市販されています。
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