なぜチタン合金は加工が難しい素材だと思いますか? その処理メカニズムと現象の深い理解の欠如のため。
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チタン合金加工の難しさの「元凶」は「熱」
チタン合金加工の切削力は、同じ硬度の鋼より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り、チタン合金加工は大きな困難に直面しています。
ほとんどのチタン合金の熱伝導率は非常に低く、鋼の 1/7、アルミニウムの 1/16 にすぎません。 したがって、チタン合金を切断するプロセスで発生した熱は、ワークピースにすぐに伝達されたり、切りくずによって奪われたりすることはありませんが、切断領域に蓄積され、発生した温度は 1000 ℃ に達する可能性があります。ツールの刃先が摩耗し、亀裂が入り、急速に死んでしまいます。 構成刃先の構成刃先の急速な摩耗により、切削領域でより多くの熱が発生し、工具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は、チタン合金部品の表面の完全性も破壊し、その結果、部品の幾何学的精度が低下し、疲労強度を大幅に低下させ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とって有益ですが、切削中のワークの弾性変形は振動の重要な原因です。 切削圧力により、「弾性のある」工作物が工具から離れて跳ね返るため、工具と工作物の間の摩擦が切削動作よりも大きくなります。 摩擦プロセスは熱も発生し、チタン合金の熱伝導率が低いという問題を悪化させます。
この問題は、変形しやすい薄肉またはリング形状の部品を処理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される寸法精度に加工するのは簡単なことではありません。 工作物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、切削点での材料強度と硬度が大幅に増加するためです。 このとき、元々決められていた切削速度での加工は高速になりすぎ、さらに工具の急激な摩耗につながります。
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チタン合金の加工ノウハウ
過去の経験と相まって、チタン合金の加工メカニズムの理解に基づいて、チタン合金を加工するための主なプロセスノウハウは次のとおりです。
(1) 切削抵抗、切削熱、被削材の変形を低減するポジティブアングル形状のインサート。
(2) ワークの硬化を避けるため、送りは一定に保ってください。 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。 半径方向の切削量 ae は、フライス加工時の半径の 30% にする必要があります。
(3) 高圧で大流量の切削液を使用して、機械加工プロセスの熱的安定性を確保し、過度の温度によるワーク表面の変質や工具の損傷を防ぎます。
(4) 刃先を鋭利に保ち、鈍い包丁は熱の蓄積と摩耗の原因となり、包丁の故障につながりやすくなります。
(5) チタン合金の最も柔らかい状態で加工すると、硬化後は加工が難しくなるため、熱処理により素材の強度が向上し、刃の摩耗が大きくなります。
(6) ノーズ R または面取りを大きくして、できるだけ刃先まで切り込みます。 これにより、各ポイントでの切削力と熱を軽減し、局部的な破損を防ぐことができます。 チタン合金のフライス加工では、切削パラメータのうち、工具寿命 vc に最も影響を与えるのは切削速度であり、次に半径方向の切削量 (切削深さ) ae が続きます。
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ブレードからチタン加工の課題解決へ
チタン合金の加工時に発生する刃溝摩耗は、切込み方向に沿った表裏の局部的な摩耗で、前の加工で残った硬化層が原因であることが多いです。 800 度を超える加工温度での工具と被削材間の化学反応と拡散も、溝摩耗の形成の原因の 1 つです。
加工中に、ワークピースのチタン分子がブレードの前面に蓄積し、高圧および高温下でブレードに「溶接」され、構成刃先が形成されるためです。 構成刃先が切れ刃から剥がれると、インサートの超硬コーティングが剥がれるため、チタン加工には特殊なインサート材料と形状が必要です。
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チタン加工用工具構造
チタン合金加工のポイントは熱です。 大量の高圧切削液を刃先に適時に正確に吹き付けて熱をすばやく除去する必要があります。 市販されているチタン合金加工専用のフライスには、独自の構造のものがあります。
