チタンへの取り組み：チタンとその合金の機械加工ガイド

今日の製造業では、チタンとその合金は、航空宇宙、医療、自動車、および銃器の用途で定番となっています。この人気のある金属は、錆や化学薬品に耐性があり、リサイクル可能で、その重量に対して非常に強いです。ただし、チタンを機械加工し、作業に適した工具とパラメータを選択する際に考慮しなければならないいくつかの課題があります。

チタンの品種

チタンは、40近くのASTMグレード、およびいくつかの追加の合金を含む多くの種類で入手できます。グレード1から4は、極限引張強さに関するさまざまな要件を持つ商業的に純粋なチタンと見なされます。グレード5（Ti6Al4VまたはTi 6-4）は最も一般的な組み合わせで、6パーセントのアルミニウムと4パーセントのバナジウムと合金化されています。チタンとその合金はしばしば一緒にグループ化されますが、理想的な機械加工アプローチを決定する前に注意しなければならないいくつかの重要な違いがあります。

Helical SolutionsのHVTIエンドミルは、チタンの高効率ツールパスに最適です。

チタンの懸念

ワークホールディング

チタンは平均的な鋼よりも望ましい材料特性を持っているかもしれませんが、それはまたより柔軟に振る舞い、他の金属ほど硬くないことがよくあります。これには、チタンワークピースのしっかりとしたグリップと、可能な限り堅固な機械のセットアップが必要です。その他の考慮事項には、切断の中断を回避すること、およびワークピースと常に接触しているときにツールを動かし続けることが含まれます。ドリル穴に住むか、プロファイルされた壁の横にあるツールを停止すると、ツールがこすれ、過剰な熱が発生し、材料が加工硬化し、ツールの早期摩耗が発生します。

熱の発生

熱は手ごわい敵であり、速度と送りを選択する際には発熱を考慮する必要があります。商業的に純粋なグレードのチタンは、ほとんどの合金よりも柔らかく、粘着性がありますが、合金元素を追加すると、通常、チタンの硬度が上がります。これにより、発生する熱と工具の摩耗に関する懸念が高まります。より大きなチップ負荷を維持し、不要な摩擦を回避することで、より硬いチタン合金の工具性能が向上し、加工硬化の量が最小限に抑えられます。より低いRPMを選択し、より大きなチップロードと組み合わせると、より高速のオプションと比較して、温度を大幅に下げることができます。伝導特性が低いため、温度を最小限に抑えることで工具へのストレスを軽減し、摩耗を低減します。高圧クーラントの使用も、チタン加工時の発熱を抑える効果的な方法です。

これらのカムシャフトカバーは、三菱エボスのためにチタンでカスタムメイドされました。
@RebootEng（Instagram）の写真提供

かじりと構成刃先

次に考慮すべきハードルは、チタンは切削工具に付着する傾向が強く、構成刃先が形成されることです。これはトリッキーな問題であり、切削面に直接向けられた大量の高圧クーラントを使用することで軽減できます。目標は、切りくずの再切断を防ぐためにできるだけ早く切りくずを取り除き、フルートを清潔に保ち、破片がないようにすることです。かじりは、「粘着性」の性質があるため、商業的に純粋なグレードのチタンでは大きな懸念事項です。これは、ワークピースが接触している間は常にフィードを継続する、高圧クーラントを大量に使用するなど、前述の戦略を使用して対処できます。

チタンソリューション

チタンとその合金を機械加工する際の主な懸念事項は変わる可能性がありますが、それらを軽減する方法はある程度一定のままです。主なアイデアは、かじり、発熱、加工硬化、およびワークピースまたはツールのたわみを回避することです。高圧で大量のクーラントを使用し、速度を下げて送り上げ、ワークピースと接触しているときにツールを動かし続け、可能な限り剛性の高いセットアップを使用します。

さらに、適切なツールコーティングを選択すると、仕事を成功させるのに役立ちます。チタンの機械加工作業では高熱が発生するため、温度に適切に対応できるコーティングを施すことが、作業を通じて性能を維持するための鍵となります。適切なコーティングは、かじりを防ぎ、チップを効果的に排出するのにも役立ちます。 Harvey Toolのアルミニウムチタンナイトライド（AlTiN Nano）などのコーティングは、高温で酸化物層を生成し、ツールの潤滑性を高めます。

ツーリングソリューション

Helical Solutionsは、チタンとその合金の高効率フライス盤（HEM）用に最適化されたHVTI-6ツールラインを提供しています。 HelicalのHVTI-6は、Aplusコーティングを備えており、潤滑性と高温耐性が向上し、工具寿命が向上し、速度と送りが速くなります。

チタンとその多くの合金がさまざまな産業で使用されるようになり続けるにつれて、より多くの機械工がこの難しい材料を切断する任務を負います。ただし、適切なコーティングと組み合わせると、熱管理と適切な切りくず排出により、正常な実行が可能になります。