超合金の機械加工：専門家が難削材のヒントを提供

今日の競争の激しい機械加工の世界で優位に立つには、ショップが切削工具技術に遅れないようにする必要があります。ここに超合金のいくつかの解決策があります—機械加工が難しいことで有名ですが、航空宇宙、エネルギー、医療業界で一般的な金属です。

インコネルは、すべての金属合金の中で最も機械加工が難しいものの1つです。ハステロイ、ナイモニック、ワスパロイ、ルネについても同じことが言えます。すべてに比較的大量のニッケル、コバルト、またはクロム（3つすべての場合もある）、およびモリブデンやタンタルなどの高融点金属が含まれています。

それらの極端な靭性、硬度、および熱と摩耗に対する耐性を考えると、これらの重要な金属が「超合金」という高い称号を持っていることは当然のことです。

たとえば、インコネル718は、ガスタービンエンジンに見られるホットセクションコンポーネントの製造に広く使用されているため、耐熱超合金（HRSA）と呼ばれています。

モネルK-500は蒸気や海水に対する耐性が高く、海洋用途に人気があります。

一方、コバルトクロム（CoCR）は、歯科用ブリッジや人工膝から風力タービンや結婚指輪まで、あらゆるものに使用されています。

超合金には、ニッケルベース、コバルトベース、鉄ベースの3つの一般的なクラスがあります。ほとんどは独自のものであり、HaynesInternationalやSpecialMetals Corporation（SMC）などの企業によって、航空宇宙用途、および非常に高温、低温、または腐食性の環境向けに開発されています。すでに述べたように、すべてが機械加工に挑戦しており、これらの要求の厳しい材料用に設計された剛性のある機器と切削工具が必要です。

エンドミル、ドリル、ターニングインサート

幸いなことに、HRSAやその他の超合金に積極的に取り組む機械工場には、最近では豊富な切削工具があります。

この記事で話をした3つの切削工具メーカーはすべて、他のプロバイダーと同様に、このような難しい材料用に特別に設計されたエンドミル、ドリル、ターニングインサートを提供しています。ただし、いずれの場合も、ショップがこれらのツールを最大限に活用する場合は、異なる機械加工戦術が必要になる可能性があることに注意してください。

たとえば、KYOCERA SGS Precision Tools Inc.にはMulti-Carbシリーズのエンドミルがあり、アプリケーションエンジニアのJacob Rakは、7、9、または11のフルートで利用でき、剛性のために非常に重いコアを誇っています。

「数年前、超合金を使用した従来のアプローチは、フルートの少ないエンドミルを使用して積極的に攻撃することでした」と彼は言います。 「しかし、内部テストと航空宇宙の顧客から、フルートの数が多い工具を、かなり軽い切削深さと低速から中程度の切削速度で適用すると、超合金に非常に効果的であることがわかりました。」

特定の材料に応じて、Rakは通常、工具径の5％以下の半径方向の切り込み深さ（DOC）から開始することをお勧めします。もちろん、これは、高効率加工（HEM）または動的フライス盤戦略が使用されていることを前提としています。これらはチップを薄くし、切削ゾーンの熱を減らすのに役立ちます。

「9フルートツールで最大20％のDOCを達成しましたが、非常にうまく機能しました」と彼は言います。 「重要なのは、これらの高効率の機械加工ツールパスを利用して、切削抵抗を分散させ、工具荷重のスパイクを防ぐことです。」

ヘビーコアツールの使用

Rakは、超合金加工で一般的なたわみを低減するため、重いコアツールの必要性を繰り返し述べています。 M.A. FordMfg。Co.Inc.のアプリケーションエンジニアであるDerekNadingも同様です。彼は通常、困難な超合金アプリケーションに直面したときに、同社のTuffCut XT9（380シリーズ）から始めます。

「XT9は、数年前に特別なものとして大規模な航空宇宙アカウント向けに設計された、9フルート、可変ピッチ、37度のらせんエンドミルです」と彼は言います。 「耐熱性超合金で比類のない性能を発揮することがすぐにわかりました。そのため、TiAlSiNベース（ALtima Xtreme）コーティングをさらに微調整した後、標準製品にしました。」

SGSや他の切削工具メーカーと同様に、M.A。Fordも、トロコイドフライス盤戦略が超合金加工の明確な道であると示唆しています。

「近年の工作機械とその制御システムの進歩により、動的フライス盤技術とコーティングされた超硬が、可能な限り最高の工具寿命と金属除去率を実現します」と、M.A。フォードの五大湖地域の地域ビジネスマネージャーであるDirkDietschは述べています。 。

「しかし、ダイナミックミリングの利点はこれらだけではありません」と彼は付け加えます。 「また、切削抵抗の低減、部品の表面品質の向上、ワークピースの臨界熱の低減に加えて、切削工具の壊滅的な故障に対して最も一貫して安全なプロセスを提供します。」

ツールをクールに保つ

KennametalIncの地域製品マネージャーであるSteveArchambaultがそうであるように、両方の切削工具の専門家は、堅固なセットアップと同等に堅牢な工作機械の必要性を強調しています。彼の最初の選択肢としてHARVI1TEを強調しました。

「HARVI1TEをよりスムーズに、より少ない摩擦で実行できるようにする設計には、いくつかのトリックがあります」と彼は言います。 「これらの高温合金では、この最後の部分である熱と摩擦が大きな問題になります。偏心ファセットレリーフ、特殊なチップガッシング、強度のための放物線コアを備えたこのツールは、効率的な超合金切削に必要なすべての属性を備えています。」

ケナメタルで旋削を行う地域の製品マネージャーであるGregSageは、超硬を機械加工するための町でのゲームは超硬だけではないことをすぐに指摘します。セラミックもあります。

セージは剛性に関する他のアドバイスを無視しますが、ケナメタルのフルセラミックエンドミルなどの工具や、セラミックまたはPCBN（多結晶立方晶窒化ホウ素）が使用される旋削用途では特に必要であると付け加えています。

「厳格な設定により、KYS25セラミックのようなグレードは、超合金で700 sfm以上の切削速度を達成し、スループットを大幅に向上させることができます」とSage氏は言います。 「そして仕上げ作業では、ケナメタルのKB1630PCBNターニングインサートは素晴らしい仕事をします。ただし、重要なのは、ショップには選択肢がたくさんあることを覚えておくことです。使用するオプションとその適用方法を決定する際には、切削工具のサプライヤーにサポートを依頼する必要があります。」

セットアップをスーパーにする

切削工具メーカーは、インコネルやハステロイなどの耐熱超合金の加工を成功させるには、材料固有のグレードと形状、剛性の高いセットアップ、および適切な工作機械がすべて必要であると説明します。

もちろん、それらは正しいですが、HRSAの話にはそれ以上のものがあります。

ドリルまたはエンドミルで許可されている場合は、70バール以上（1,000 psi）の圧力でツールを介してフィルター処理された手入れの行き届いたクーラントを使用することもお勧めします。もちろん、このステートメントは、ほとんどの旋削加工の場合と同様に、要求の少ない材料にも同様に当てはまります。

ツールホルダーの構造も慎重に検討する価値があります。超合金、チタン、さらにはアルミニウムを荒削りする場合、工具の引き抜きが問題になるため、HaimerSafe-Lockまたは同等の滑り止め工具ホルダーは適切な投資です。ツールバランシングシステムもそうです。機械工なら誰でも知っているように、振れや振動をなくすことは、工具寿命を延ばし、部品の品質を向上させるための鍵です。これを実現するための最良の方法の1つは、高品質の油圧、機械、または焼きばめツールホルダーを使用することに加えて、使用前にツールホルダーアセンブリ全体のバランスを取ることです。

これらの手順に従うと、やがて超合金はそれほど難しくないことがわかります。

超合金の機械加工について、どのようなヒントやテクニックを提供できますか？以下のコメントであなたの考えや洞察を共有してください。

切削が難しい材料の加工をどのように管理しますか？

メーカーが困難な世界市場で優位に立つことを目指しているため、特定の金属を機械加工する方法を理解することが重要です。

したがって、超合金（機械加工が難しいことで有名ですが、航空宇宙、エネルギー、医療業界で一般的な金属）を機械加工する技術は、知っておくと便利です。

世論調査に参加して、他の人がこれらの材料の機械加工について洞察を得るのを手伝ってください。

超合金を機械加工するためのどの技術が最も役立つと思いますか？