業界のチタンバーのサプライヤーとして、私はチタンの機械加工に関連する課題と複雑さを直接目撃しました。高強度と重量の比率、優れた腐食抵抗、生体適合性などのチタンのユニークな特性は、航空宇宙、医療、自動車など、さまざまな業界で非常に人気のある材料になります。ただし、これらの同じ特性は、機械加工に関しても大きな課題を提示し、多くの場合、表面仕上げが不十分で、ツールの摩耗が高く、生産性が低下します。このブログ投稿では、私の経験と業界のベストプラクティスに基づいて、業界のチタンバーの加工性を改善する方法に関するいくつかの実用的なヒントと戦略を共有します。
機械加工チタンの課題を理解する
加工性を改善するための戦略を掘り下げる前に、機械加工チタンに関連する課題の根本原因を理解することが不可欠です。チタンの高強度と低熱伝導率が主な犯人です。チタンを加工すると、最先端にかなりの量の熱が発生し、すぐにツールの摩耗や損傷につながる可能性があります。さらに、機械加工中にチタンが硬化する傾向は、材料を削減するのがより困難になり、さらに問題を悪化させる可能性があります。
もう1つの課題は、チタンの化学反応性です。チタンは酸素と窒素に対して高い親和性を持っており、機械加工中に材料の表面に硬くて脆い化合物を形成できます。これらの化合物は、ツールをチップまたは破壊する可能性があり、表面仕上げが不十分でツールの寿命が低下します。
適切なチタングレードの選択
チタングレードの選択は、その機密性に大きな影響を与える可能性があります。異なるチタングレードには、組成と特性が異なるため、簡単に機械加工できることがあります。例えば、チタングレード2ロッド優れた腐食抵抗と比較的優れた機械加工性で知られています。他のグレードと比較して強度が低いため、切断が容易になります。
一方で、チタングレード5ヘックスバー、Ti-6AL-4Vとしても知られているため、その高強度と優れた腐食抵抗があるため、最も広く使用されているチタン合金の1つです。ただし、強度と合金の要素が高いため、グレード2と比較して機械加工することも困難です。
加工性が主な関心事である場合は、使用を検討してくださいチタングレード9チタンロッド。 Ti-3AL-2.5Vとしても知られるグレード9は、強度と機械性のバランスをとることができます。グレード5と比較してアルミニウムとバナジウムの含有量が低いため、優れた機械的特性を維持しながら機械加工が容易になります。
切削工具の最適化
切削工具の選択は、チタンの加工性を改善するために重要です。高速鋼（HSS）ツールは、耐熱性が低いため、チタンを機械加工するために一般的に推奨されません。代わりに、炭化物ツールが好ましい選択です。炭化物のツールは、硬度と耐摩耗性が高く、チタンの機械加工中に発生する高温と圧力に耐えることができます。
コーティングされた炭化物ツールは、パフォーマンスをさらに向上させることができます。窒化チタン（TIN）、コルクリトリドチタン（TICN）、窒化アルミニウム（アルティン）などのコーティングは、摩擦を減らし、チップの避難を改善し、ツールの寿命を延ばすことができます。コーティングされた炭化物ツールを選択するときは、特定の加工操作と機械加工されるチタングレードを検討してください。
適切なツールジオメトリも不可欠です。鋭い切断エッジと適切なレーキとクリアランスの角を備えたツールは、切断力と熱生成を減らすことができます。たとえば、正のレーキ角度は切断力を減らすのに役立ちますが、大規模なクリアランス角度は、ツールがワークピースにこすりつぶすのを防ぐことができます。
切断パラメーターの制御
切断速度、飼料速度、切断の深さを含む切断パラメーターは、チタンの機械加工に重要な役割を果たします。誤った切断パラメーターは、過度のツール摩耗、表面仕上げの不十分、さらにはツールの破損につながる可能性があります。
- 切断速度：チタンは、他の金属と比較して比較的低い切断速度で機械加工する必要があります。切断速度が高いと過度の熱が発生する可能性があり、ツールが迅速に摩耗し、材料が硬化する可能性があります。一般的な経験則は、粗い操作の場合は1分あたり約30〜60の表面フィート（SFM）、仕上げ操作のための60〜120 SFMの切断速度から始めることです。ただし、最適な切削速度は、チタングレード、ツール材料、および機械加工操作によって異なる場合があります。
- フィードレート：生産性とツールの寿命のバランスをとるために、飼料レートを慎重に選択する必要があります。高すぎる飼料レートはツールを過負荷と破壊する可能性がありますが、飼料速度が低すぎると表面仕上げが不十分になり、ツールの摩耗が増加する可能性があります。チタン加工の典型的な飼料速度は、歯あたり0.002-0.010インチ（IPT）の範囲です。
- カットの深さ：浅いカットの深さは、切断力と熱生成を減らすのに役立ちます。粗い操作には、0.05-0.15インチの深さのカットの深さが推奨されますが、仕上げ操作には0.005-0.02インチの深さのカットの深さが適切です。
クーラントと潤滑剤を使用します
クーラントと潤滑剤は、チタンの機械加工に不可欠です。彼らは、熱の生成を減らし、チップの避難を改善し、ツールに組み込まれたエッジ（BUE）の形成を防ぐのに役立ちます。
水ベースのクーラントは、一般的にチタンの機械加工に使用されます。彼らは良好な冷却特性を持ち、切断ゾーンから効果的に熱を除去することができます。ただし、クーラントとチタン間の化学反応を防ぐために、チタン加工用に特異的に処方されたクーラントを選択することが重要です。
場合によっては、オイルの切断や合成潤滑剤などの潤滑剤をクーラントと組み合わせて使用できます。潤滑剤は、ツールとワークピースの間の摩擦を減らすことができ、ツールの寿命と表面仕上げをさらに改善できます。
適切なチップ管理の実装
適切なチップ管理は、チタンの機械加工を成功させるために重要です。チタンチップは長くて糸状になる可能性があり、ツールを包み込み、壊すことができます。これを防ぐために、チップブレーカーまたは溝付きフルートを備えたツールを使用して、チップをより小さく、より管理しやすいピースに分割します。
チップの避難には、適切なクーラントフローも不可欠です。クーラントは、ツールとワークピースからチップを洗い流すために最先端に向けてください。さらに、チップコンベアまたはその他のチップ除去システムを使用して、機械加工エリアからチップを除去できます。
マシニング後の治療
機械加工後、マシン後の治療を行い、汚染物質を除去し、チタンバーの表面仕上げを改善することが重要です。これには、清掃、討論、パッシベーションなどのプロセスが含まれます。
機械加工された表面を掃除すると、存在する可能性のあるクーラント、チップ、またはその他の破片を除去できます。討論は、機械加工中に作成された鋭いエッジまたはバリを除去することができ、部品の安全性と機能を改善できます。不動態化とは、遊離鉄やその他の汚染物質を除去することにより、チタン表面の耐食性を高めることができる化学処理です。
結論
業界のチタンバーの機械加工性を改善するには、適切なチタングレードの選択、切削工具の最適化、切断パラメーターの制御、クーラントと潤滑剤の使用、適切なチップ管理の実装、およびチャシング後の治療の実行を含む包括的なアプローチが必要です。これらのヒントと戦略に従うことにより、ツールの摩耗を削減し、表面仕上げを改善し、チタン加工作業の生産性を向上させることができます。
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参照
- Kalpakjian、S。、＆Schmid、SR（2010）。製造工学と技術。ピアソン。
- Trent、Em、＆Wright、PK（2000）。金属切断。 Butterworth-Heinemann。
- ASMハンドブック、ボリューム16：機械加工。 ASM International。
