まず最初にお話しするのは、チタン合金加工の物理現象です。チタン合金の切削力は同じ硬度の鋼に比べてわずかに高いだけですが、チタン合金の加工の物理現象は鋼の加工よりもはるかに複雑であるため、チタン合金の加工の難易度は非常に高くなります。
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、チタン合金の切断プロセスで発生する熱は、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ることはなく、切断領域に蓄積され、発生する温度は1000 °C以上にも達します。工具の刃先が急速に摩耗したり、欠けたり、亀裂が入ったりする原因となります。構成刃先の形成、つまり摩耗した刃先の急速な出現により、切削領域でより多くの熱が発生し、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破壊し、その結果、部品の幾何学的精度が低下し、疲労強度が大幅に低下す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遠ざかって跳ね返り、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し、チタン合金の熱伝導率の低さの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のは簡単な作業ではありません。工具で被削材を押しのけると、薄肉の局所的な変形が弾性範囲を超えて塑性変形が起こり、材料強度と刃先硬度が大幅に上昇するためです。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、工具の摩耗がさらに激しくなります。チタン合金の加工を難しくする「根本原因」は「熱」であると言えます。
サンドビック・コロマントは切削工具業界のリーダーとして、チタン合金加工のプロセスノウハウを注意深く編集し、業界全体と共有してきました。サンドビック・コロマントは、チタン合金の加工メカニズムの理解と過去の経験を基に、チタン合金を加工するための主なプロセスのノウハウは次のとおりであると述べました。
(1) ポジ形状のインサートを採用し、切削抵抗、切削熱、ワーク変形を低減します。
(2) ワークの硬化を避けるために一定の送りを保ち、切削加工中は常に工具を送り状態にし、フライス加工時の半径方向の切削量 ae は半径の 30% としてください。
(3) 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ぐために、高圧および大流量の切削油が使用されます。
(4) 刃先は鋭利に保つようにしてください。鈍い工具は発熱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は加工が難しくなり、熱処理により材料の強度が増し、インサートの摩耗が増加するため、できるだけ柔らかい状態で加工します。
(6) 切込みはノーズRまたはチャンファを大きくし、できるだけ多くの切れ刃を入れて切込みを行ってください。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条件 vc であり、次いで径方向の切削量 (加工深さ) ae が影響します。
投稿時間: 2022 年 4 月 6 日