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や現象についての深い理解が不足しているためです。
1. チタン加工の物理現象
切削力チタン合金チタン合金の加工は同じ硬度の鋼よりもわずかに高いだけですが、チタン合金の加工の物理現象は鋼のそれよりもはるかに複雑であるため、チタン合金の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、鋼のわずか 1/7、アルミニウムの 1/16 です。 したがって、チタン合金の切断プロセスで発生する熱は、ワークピースにすぐには伝達されず、または削り取られることはなく、切断領域に集まり、発生する温度は最大1 000度以上になる可能性があるため、切断は工具の刃先が急速に摩耗し、亀裂や破片が発生し、刃が急速に摩耗し、切断領域の発熱が増加し、工具の寿命がさらに短くなります。
切断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損傷し、その結果部品の幾何学的精度が低下し、部品の疲労強度を大幅に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すが、切削加工ではワークピースの弾性変形が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遠ざかって反発するため、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が低いという問題がさらに悪化します。
この問題は、変形しやすい薄肉部品やリング部品を加工する場合にさらに深刻になります。 薄肉のチタン合金部品を所望の寸法精度に加工するのは容易ではありません。 工具で被削材を押し込むと、薄肉部の局所的な変形が弾性領域を超えて塑性変形するため、切削点における材料の強度と硬度が大幅に上昇します。 この時点で、事前に決定された切削速度での加工が高速になりすぎるため、さらに鋭利な工具の摩耗が発生します。
「熱」は加工が難しいチタン合金の「犯人」！
2. チタン合金の加工技術ノウハウ
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主な技術ノウハウは次のとおりです。
(1) ポジティブアングル刃形を採用し、切削抵抗、切削熱、ワーク変形を低減します。
(2) ワークの硬化を防ぐため、送りは一定にしてください。 切削工具は、切削プロセス中常に送り状態にある必要があります。 半径方向の切削量 A と e は、フライス加工時の半径の 30% である必要があります。
(3) 加工プロセスの熱的安定性を確保し、高温によるワークの表面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を採用しています。
(4) 刃先を鋭利に保ち、鈍くなった工具は熱の蓄積や摩耗の原因となり、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に熱処理を行うと加工が難しくなり、強度が増し刃の磨耗が増加するため、できるだけ柔らかい状態で加工します。
(6) 工具先端半径を大きくするか、面取り加工を施し、できるだけ刃先まで食い込んで切削してください。 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において、工具寿命 vc に最も大きな影響を与えるのは切削速度、次いで径方向の切削量（加工深さ） ae です。
3. ブレードからのチタン加工問題を解決
チタン合金加工における刃溝摩耗は、切込み深さ方向の前後の局所的な摩耗であり、多くの場合、初期の加工で残された硬化層によって引き起こされます。 800度を超える加工温度での工具と被削材の化学反応と拡散も溝摩耗が発生する原因の1つです。 加工の過程で、ワークピース内のチタン分子がブレードの前面に蓄積し、高圧および高温でブレードに「溶接」され、破片の塊が形成されるためです。 切りくずの塊がブレードから除去されると、ブレードから硬質合金のコーティングが剥がされてしまうため、チタン合金の加工には特殊なブレードの材質と形状が必要になります。
4. チタン加工に適した工具構造
チタン合金加工の焦点は熱であり、熱を素早く除去するために、大量の高圧切削液をタイムリーかつ正確に刃先に注入します。 チタン合金加工用に独自の構造を持った専用フライスが市販されています。
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