なぜチタン合金は難しい材料だと思われるのでしょうか？ 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低く、鋼鉄の 1/7、アルミニウムの 1/16 に過ぎません。 そのため、チタン合金の切削加工中に発生する熱は、急速にワークに伝達したり、切りくずに奪われることはなく、切削領域に集中し、1000度以上の高温になることもあります。これにより、工具の刃先が急速に摩耗し、亀裂が生じ、切りくずが蓄積されます。また、急速に摩耗した刃先により切削領域の発熱が増大し、工具寿命がさらに短くなります。
また、切削プロセスで発生する高温により、チタン合金部品の表面の完全性が破壊され、その結果、部品の幾何学的精度が低下し、部品の疲労強度が大幅に低下する加工硬化現象が発生します。
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効果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環状部品を加工する場合には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。 これは、ワーク材料が工具によって押しのけられるときに、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、切断点での材料の強度と硬度が大幅に増加するためです。 このとき、あらかじめ決められた加工速度が高くなりすぎて、さらに工具の摩耗が激しくなります。
チタン合金難加工の「犯人」は「熱」！
2. チタン合金の加工技術ノウハウ
チタン合金加工のメカニズムの理解とこれまでの経験に基づいて、チタン部品を加工するための主な技術的ノウハウは次のとおりです。
(1) ポジティブアングル刃形の採用により、切削抵抗、切削熱、ワーク変形を低減します。
(2) ワークの硬化を避けるため、一定送りを保ちます。 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。 フライス加工中、ラジアル送り ae は半径の 30% である必要があります。
(3) 加工プロセスの熱的安定性を確保し、高温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液が使用されます。
(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 Z は硬化後は加工が難しくなり、また熱処理により材料の強度が向上し、刃の摩耗が増加するため、柔らかい状態で加工するようにしてください。
(6) 先端円弧半径や面取りを大きくし、できるだけ多くの刃を入れて切削してください。 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においては、切削速度が工具寿命 vc に大きく影響し、次にラジアル送り（加工深さ）が重要となります。
3. ブレードからのチタン加工問題を解決
チタン合金加工における刃溝摩耗は、前加工の際に残った硬化層が原因で発生する、前後の切り込み深さ方向の局所的な摩耗です。 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、溝摩耗の原因の 1 つです。 機械加工の過程で、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に「溶接」され、切りくず蓄積腫瘍が形成されるためです。 切りくずが刃から剥がれると、刃の超硬合金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となります。
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す。 熱を素早く除去するには、大量の高圧切削液を適時に正確に刃先に噴霧する必要があります。 独自構造のチタン合金加工専用フライスが市販されています。
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