チタンおよびHRSA金属の切削：被削性、クーラントおよびそれ以降

耐熱超合金やチタンなどの金属は非常に難しい場合がありますが、機械加工、工具保持、インサートの選択における適切なアプローチとガイダンスにより、機械のオペレーターは問題のある領域を克服できます。

人体の埋め込み型ジョイントから石油産業の海洋施設の大きな部品、航空宇宙のエンジンタービンまで、耐熱性の超合金やその他の合金が主要な製造セグメントで定期的に使用されています。しかし、それらは機械加工するのが難しい場合があります。

最短時間で最高品質の部品を製造することが目標である場合、使用する工具の種類を理解することが不可欠です。機械を回転させるが、超低速または不正確に切断する超高密度の硬質金属のために、工具を焼き尽くしたり、生産の遅延を引き起こしたりすることは誰も望んでいません。機械の機能を理解することも不可欠です。また、丈夫な材料に最適なツールを知ることも重要です。

「HRSAの主な用途は、航空機と発電の両方のホットゾーンタービンコンポーネントです。ブレード、ブリスク、ブラケット、バルブ、マニホールドなどの部品は、ほとんどが複雑で輪郭があります」と、EdSinkoraのAdvancedManufacturingの記事に書いています。高温合金を切断するためのホットテクニック。」

「つまり、5軸フライス盤を使用して、1回のクランプで必要な形状と公差を実現します。また、部品が小さい場合は、超硬丸工具が必要であり、特に剛性の高い工具ホルダーが必要です」とSinkora氏は説明します。

多くの産業が製造業の圧力にさらされています。特に非常に競争の激しい市場では、高品質の部品を実現するためにかかる時間が非常に重要です。

「これらの構造部品は非常に高価であるため、主な焦点はプロセスの信頼性にあります」と、航空宇宙でのチタンのポケットフライス盤に関する記事でWalterToolsは述べています。 「同時に、市場からのコスト圧力により、高い機械加工と生産性のパフォーマンスが求められます。」

その快適なレベルの「プロセスの信頼性」を実現するには、適切な機械、ワークホールディング、ツーリング、ツールパス、クーラントをすべて一緒に使用して、機械加工とツーリングの専門家を見つけるための多くのノウハウがあります。チタン、HRSA、合金の最高の工具と機械加工のガイダンスを探ります。

金属の被削性評価を知る

チタン、ステンレス鋼、またはHRSAを切断する場合、製造される部品の多くにニッケルまたはクロム、場合によってはコバルトが含まれている可能性があります。一般的なニッケル合金には、インコネル、ワスパロイ、ハステロイ、304、316、17-4などのステンレス鋼などがあります。

「[ニッケルは]丈夫で耐食性があり、優れた強度と衝撃特性を示します」と、製造コンサルタントのキップ・ハンソンは「ニッケルベースの高温合金の5つの金属切削のヒント」の記事で述べています。

「鋭利な工具と適切な切削パラメータがあれば、Ni-Span-C902やMonelK-500などのニッケル合金の被削性評価は15％以下ですが、純ニッケルの旋削やフライス加工はそれほど難しくありません」とハンソン氏は説明します。 。

そして、機械加工性が要点です。幸いなことに、今日の機械や切削工具の多くはほとんどの材料を処理できますが、繰り返し可能でタイムリーな機械加工プロセスを作成するための適切な工具と技術を知ることが課題です。そのためには、材料がどのように評価されているかを理解するのに役立つため、被削性評価チャートを使用すると役立ちます。

しかし、実際の経験と知識に取って代わるものはありません。機械加工性の問題について、今日それを行っている人々と話し合ってください。金属加工フォーラムに参加してください[登録が必要です]。

多くの場合、Sandvik Coromantの次のような工具サプライヤーが提供するテクニカルガイドを使用することも役立ちます：

「アプリケーションガイド：耐熱性超合金」

このガイドでは、サンドビックコロマントは、HRSAについて次のように述べています。「各[合金グループ]の物理的特性と機械加工動作は、合金の化学的性質と製造中に受ける正確な冶金処理の両方により、大幅に異なります。金属が焼きなましされているかエージングされているかは、その後の加工特性に特に影響します。」

これは、難しいモネルK-500を、そのために設計されたアップグレードされたツールで切断するビデオの例です。

これは、インコネル718をカットする別の例です。

使用している素材の構成についてもっと知りたいですか？ 「 切削工具選択ガイド：鉄と非鉄の金属 。」

熱を監視し、金属加工クーラントを使用する

適切なチップで正確で信頼性の高い切断を行うために必要な速度と送りで材料の表面にCNCマシンで発生する熱は、過小評価することはできません。インサートとツールにとって、それは本当の挑戦になる可能性があります。

「熱伝導率が低く、硬度が高いと、機械加工中に高温が発生します」と、サンドビックコロマントは「HRSA材料の右旋削インサートの選択」の記事で述べています。 「高強度、加工硬化、接着硬化の特性により、最大の切込み深さでノッチ摩耗が発生し、刃先が非常に摩耗しやすくなります。」

機械工はこれをどのように防ぐ必要がありますか？多くの用途では、超硬ベースのカッティングインサートを使用して、エッジを丈夫に保ち、基板に接着し、変形を防ぎます。

「一般に、大きな入射角のインサート（丸型インサート）を使用し、ポジティブインサート形状を選択します。旋削やフライス盤では、用途に応じてセラミックグレードを使用できます」とSandvikCoromant氏は説明します。

また、コーティングとクーラントの役割を忘れないでください。ケナメタルの製品管理ディレクターであるスコットエトリングは、「The Heat Is OnDifficult-to-MachineMetals」の記事でアドバイスしています。

「適切なPVDコーティング、丈夫な基板、適切な形状、適切なエッジの準備、および高せん断形状が必要です」とEtling氏は言います。 「鋼のように熱がチップに入るわけではありません。熱はどこかに行く必要があるため、ほとんどのチタンアプリケーションでは、大量のクーラントを使用する必要があります。」

クーラントとHRSAの詳細については、SandvikCoromantのアプリケーションガイドを参照してください。工具メーカーは次のことを提案しています：

「クーラントは、セラミックによるフライス盤を除くすべての操作に適用する必要があります。ボリュームは大きく、適切に方向付けられている必要があります。高圧クーラントHPC（最大1160 psi）は、工具寿命と一貫性の点で良好な結果を示しています。」

ワークピースを堅く保つ

「HRSAの機械加工には、非常に安定した機械、堅固なワークホールディング、およびスピンドルとツールホルダー間の非常に堅固なインターフェースが必要です」とSinkora氏は述べています。

単に材料と切削工具だけでなく、知っておくべきことがたくさんあります。また、今日の機械や革新的な切削工具で処理できる非常に高いrpmとスループットに耐えることができる、ワークピースを所定の位置にバランスの取れた強度で維持するのに役立つ必要な要素もあります。

「チタンやその他の耐熱超合金の加工は、半径方向だけでなく軸方向にも高い切削抵抗を発生させ、工具の引き抜きにつながる可能性があります」とハンソンは記事「高性能加工の教訓：ツールホルダーを忘れないでください。」 「工具の故障や部品のスクラップを防ぐために、適切なタイプの工具ホルダーを使用することがさらに重要です。それほど多くはないかもしれません。一度に数千分の1インチかもしれませんが、非常に高価な部品を廃棄するのに十分である可能性があります。」

サイドロックホルダーを使用している場合は、新しく改良されたものを導入する時期かもしれません。多くのベンダーが、Haimerの特許取得済みのSafe-Lockテクノロジーのライセンスを取得しています。しかし、それは引き抜きを減らすことで工具寿命を延ばすだけではありません。また、チャタリングと高調波を低減し、機械のスピンドルに損傷を与えないようにすることも重要です。したがって、CNCにHSK、Capto、KM4X、またはその他のテクノロジーが搭載されていることを確認するのと同様に、HRSA部品製造の油圧チャックは評価に値します。

「通常12,000rpmを超える高速の工作機械を実行している場合は、常にシステム全体のバランスをとることをお勧めします（つまり、工具ホルダーと切削工具）」と、ケナメタルのツールホルダーのシニアグローバル製品マネージャーであるRonaldWestは述べています。論文。 「工具寿命を延ばし、スピンドルの摩耗を減らすだけです…コレットチャックまたはエンドミルアダプターを使用すると、設計と必要なハードウェアのためにバランスを維持するのが少し難しくなりますが、通常、油圧チャックと焼きばめアダプターは、高速アプリケーション。」

HRSAを大まかにするには、セラミックツールを試してください。ツールパスを長く保つ

「セラミック切削材料は、FSMおよびISMの荒加工作業で優れた生産性を提供します。それらのアプリケーションは、カーバイドとは大きく異なります…」と、HRSAを使用するためのアプリケーションガイドでSandvikCoromant氏は述べています。その理由は、セラミックが高速の切削速度を可能にし、「高度に可塑化されせん断されたチップ」を生成するのに役立つためです。

専門家によると、HRSAを荒削りするための鍵は、適切な温度に到達できるように速度と送りにあります。毎分3,000表面フィートを超える速度が推奨されます。

「最初のステップは、適切な速度を設定して切削ゾーンの温度を上げ、材料をある程度可塑化して、機械加工を容易にすることです」と、GreenleafCorpのグローバルマネージャーであるJanAnderssonは述べています。 、予測できない工具寿命に苦しんでいます。適切な速度を決定したら、送り速度を使用して熱排気を管理します。送り速度が速いほど、チップ内の質量が大きくなります。チップ内の質量が大きいほど、カッティングゾーンから移動する熱が多くなります。それが化学摩耗成分を制御します。」

もう1つの重要なポイント：ツールパスは、ツールを可能な限り存続させ、有用な状態に保つために、可能な限り長くカットにとどまる必要があります。これは、CAMで適切なプログラミングを使用して、すべてのツールパスに半径を強制することを意味します。

「インコネルや他の超合金で私たちが探している重要なプログラミング技術は、可能な限りツールをカットし続けることです」と、AdvancedManufacturingの記事でMethodsMachineToolsの製品マネージャーであるDaleMickelsonは述べています。 「カットに出入りするたびに、工具寿命が失われるためです。そこで、らせん状にパーツに移動するポケットルーチンを作成します。フラットがある場合は、そのフラットにらせん状に切り取り、平らな面を仕上げます。」

これは、タービンブレードを切断するセラミックフライスのビデオ例です。

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