チタンCNC加工のプロフェッショナルヒント：航空宇宙、自動車など

優れた強度重量比と耐食性により、チタンは産業エンジニア、建築家、消費者製品デザイナーにとって最も有用で人気のある金属の一つです。古代ギリシャ神話のティターンにちなんで名付けられ、通常その名に恥じない性能を発揮します。

チタンは望ましい材料特性を持ち、比較的扱いやすい材料でもあります。溶接可能（不活性雰囲気下で）であり、ステンレス鋼のようにCNC加工できます。またビードブラスト、粉体塗装、電気泳動塗装など事実上全ての表面処理プロセスに適し、チタンに適用すると良好な結果を生みます。もちろんチタンより被削性の高い金属もありますが、チタンは成形性と機械的性能の良いバランスを提供します。

そうは言っても、チタン部品の設計と製造はアルミニウム部品や低コスト材料部品とは常に同じではありません。チタンブランクはアルミニウム6061の約10倍のコストがかかるため、最初から正しく部品を作りたいものです。

この記事では、チタンCNC加工の基本について、最適な用途、加工時の考慮事項、表面仕上げオプションを議論します。

チタンとは？

チタンは18世紀に英国で発見された光沢のある遷移金属です。銀白色の外観を持ち、低密度にもかかわらず非常に強靭です。これにより軽量化が特に重要な産業で貴重な商品となっています。

優れた強度重量比に加え、チタンは海水、塩素、酸からの腐食に高い耐性を持ち、大量でも無毒です。これが医療分野、特にインプラントと医療デバイスで特に有用である理由です。

製造業では、チタンは鉄、アルミニウム、バナジウムなどの元素と合金化されることが多々あります。

なぜチタンを使うのか？

プレミアムな価格タグにもかかわらず、チタンは信じられないほど人気のある材料です。チタン使用の理由：

• 高強度
• 耐食性
• 良好な強度重量比
• 延性
• 良好な被削性
• 表面処理オプション
• リサイクル可能

これら理由により、チタンは航空宇宙、自動車、医療などの産業で定期的に使用されています。

チタン航空宇宙部品には航空機エンジン部品、機体部品、ローター、コンプレッサーブレードが含まれます。実際、航空宇宙がチタン生産を牽引しており、世界で生産されるチタンの3分の2が航空機エンジンと機体に使用されます。

医療分野では、チタン部品には手術用インプラント（長期股関節置換等）と器具が含まれます。この金属は車椅子や松葉杖などのアイテムにも使用されます。

なぜチタンをCNC加工するのか？

最も精密で手頃なチタン部品を得るには、CNC加工がほぼ常に最良の製造技術です。なぜか理解するため、代替案を見てみましょう。

メーカーはチタン部品を鋳造で作ることは稀です。加熱されたチタンは酸素と激しく反応し、鋳造に用いられる多くの耐火材料に微量の酸素が含まれるためです。

回避策として酸素フリーのグラファイト鋳型を用いるラミンググラファイト鋳造がありますが、ほとんどの医療、航空宇宙、産業用途に不適切な非常に粗い表面テクスチャの部品ができます。ロストワックス鋳造も可能ですが、真空チャンバーが必要です。

新しい選択肢はチタン部品への積層造形利用です。選択的レーザー溶解（SLM）、電子ビーム溶解（EBM）、直接エネルギー堆積（DED）などのごく一部の3Dプリント技術がチタン3Dプリント材料を処理できます。しかしこれら3Dプリントシステムは非常に高価で、多くの産業では安全性クリティカルな最終用途部品への3Dプリントチタンをまだ認証していません。

代替案と比較して、CNC加工はチタン部品製造において精密、安全、汎用、手頃な方法です。

チタン加工時の考慮事項

チタンは多くの用途に優れた材料ですが、CNC加工プロセス中に尊重すべき独自の特性を持ちます。チタン加工時の考慮事項：

熱の蓄積

チタン合金はアルミニウム合金のような一般的な加工材料より硬い場合があります。これにより工具摩耗が増加し、同時に接触点での熱蓄積が増加します。

これら硬いチタン合金では、CNCマシン回転数を下げながらより大きなチップロードを使用する必要があるかもしれません。高圧クーラントも切削工具への負担を軽減し、より高品質なチタン部品製造に役立ちます。

一部の市販純チタン（グレード1-2）は過剰熱発生の傾向が低いかもしれませんが、予防措置は依然として取るべきです。

ガリング（溶着）

チタン合金より市販純チタンでより顕著な問題はガリングとビルトアップエッジです。

チタングレード1-2は加工中にガム状になり、切削工具に付着しやすくなります。しかし高圧クーラント使用と迅速なチップ排出で緩和可能です。

この問題に対処しないと熱蓄積問題も複合し、切削工具の鈍化を加速させます。

ワーク保持

チタンとその被削性合金は他の一般的金属より剛性が低く、CNC加工中に強固なグリップが必要です。

剛性の高いマシンセットアップに加え、切削を中断せずに一定の工具動作を維持することが有益です。

機械加工チタンの表面仕上げ

CNC機械加工チタン部品は、機能的または美観目的で様々な表面仕上げ処理により改善できます。

表面仕上げには：

• スムージング
• ポリッシング
• ビードブラスト
• ブラッシング
• 塗装
• クロムメッキ
• メタライジング
• PVDコーティング
• 粉体塗装
• 電気泳動塗装

一般的なチタングレード

チタングレード	強度	耐食性	成形性	用途
1	低	高	高	機体、熱交換器
2	中	高	高	機体、航空機エンジン、海洋
3	高	高	中	機体、航空機エンジン
4	高	高	中	機体、航空機エンジン、医療、油圧
5 (6AL-4V)	中	高	高	機体、タービンエンジン、医療

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