大型チタン部品のCNC加工をマスターする

チタンはステンレス鋼のようにCNC加工できます。ご存知の通り、望ましい材料特性を持ち、比較的扱いやすい材料です。チタン合金精密鋳造技術の応用初期段階では、このプロセスは主に、形状が比較的単純な中型普通精密鋳物の製造に使用されていました。これらの鋳物の多くはサイズ500mm以内で、形状は棒状、円盤状、平面状、環状などが多く、壁厚の多くは6〜10mmの範囲内です。人体に埋め込まれる義肢、エンジンブレード、ストラット、その他の構造物などが含まれます。深溝、溝、リブなどの複雑なプロセス構造がないため、注湯時の構造応力が比較的小さく、給湯が比較的十分で、このタイプの鋳物の成形プロセスは比較的シンプルなので、成形品質を常に高いレベルで維持できます。一方、大型チタンCNC加工では、完璧な加工はそれほど簡単ではありません。この記事では、完璧な大型チタン鋳物を作る詳細な方法を紹介します。

大型の種類を知る

精密CNCチタン加工の方法を知る前に、まず大型の種類を知りましょう。チタンがその良い特性で人気を博すにつれ、人々はそれをより大型の薄肉複雑鋳物に応用し始めました。これには2つのタイプがあります。

中大型チタン部品

この鋳物は、航空宇宙産業の実用的な応用ニーズを満たすために継続的に開発されてきたタイプの鋳物です。航空宇宙分野の段階的な発展に伴い、このタイプの鋳造成形技術の応用は、さまざまな大規模研究機関の主要な研究対象となっています。ほとんどの大型薄肉複雑鋳物は、サイズ500〜1000mm、壁厚1〜3mmで厳密に管理され、構造が比較的複雑で、成形が非常に困難です。

大型チタン部品

このような鋳物は、品質と性能のあらゆる面で他の鋳物と比較できません。このタイプの鋳物のサイズはほぼ1500mm以上、最小壁厚は約1mm、質量はほぼ50〜1000kgです。このタイプの鋳物は、多くのファスナーと部品組み立てによって形成される構造を置き換えるためによく使用され、鋳造構造の安定性と精度を包括的に向上させ、コストを大幅に削減し、生産を高速化します。

大型チタンを加工する従来の方法とは？

チタン合金の加工プロセスには、従来の機械加工操作（旋削、面フライス、高速切削（HSC）、フライス、穴あけ）、成形操作（冷間・熱間成形、水圧成形、鍛造）、代替機械加工操作（レーザー切断、ウォータージェット切断、直接金属レーザー焼結）が含まれます。チタン合金の機械加工操作は、比較的高い引張強度、低い延性降伏、50%低い弾性率（104 GPa）、鋼の約80%低い熱伝導率のため、難しいと考えられています。低い弾性率は、ワークピースにより大きな「スプリングバック」とたわみ効果を引き起こす可能性があります。したがって、より剛性の高いセットアップと工具のより大きなクリアランスが必要です。

なぜ大型チタンの加工は難しいのか？

第一の側面は、部品構造の観点から見た大型チタン合金精密鋳物の特性です。 大型チタン合金精密鋳物は一般的に一体型フレームタイプの部品です。Z方向のクリア高さは通常650mm以上で、部品内部で効果的に支持できる面積は小さいです。局所的な剛性が比較的低く、鋳物表面には比較的多くの薄肉構造があり、リブ厚の多くは2〜3mmで、加工性は比較的悪いです。チタン合金精密鋳物は一般的に4つの径ステップを持ちます。焦点穴と深溝ラグはCNC加工が非常に困難で、溝幅、同軸度、穴径などの構造精度要求も非常に高いです。

第二の側面は、鋳物ブランクの特性です。 チタン合金精密鋳物のブランクサイズはこの段階で基本的に固定されていますが、チタン合金鋳物の鍛造プロセス中の精度誤差を制御するのは難しいため、後続のCNC加工プロセスで以下の2つの問題が現れやすくなります。一方では、非加工面と加工面の効果的な調整が難しく、加工工程で加工段差が生じやすく、フィッターの研磨作業の実際の作業負荷を大幅に増加させます。他方では、鋳物加工の不均一な代（しろ）問題を増加させ、CNC加工操作中に深刻な鋳物変形を引き起こします。

第三の側面は、部品の変形特性の分析です。 大型チタン合金鋳物の応力分布が不均一な場合、チタン合金鋳物の深刻な変形問題を引き起こしやすくなります。ほとんどの大型チタン合金精密鋳物は半閉鎖フレーム構造で、強力な内部支持が少なく、精密鋳物の後端も開放構造を示し、部品構造の剛性が悪く、工程リブによる補強がないため、加工中に開放端の張力、高さ方向の位置ずれ、輪郭曲げなどの変形問題が発生しやすくなります。主な変形要因には、局所的な材料の過剰除去と内部応力の不十分な解放、ブランク鋳造後、精密鋳物の微細構造分布が十分に均一でないことによる熱応力解放のアンバランス問題が含まれます。

これらの挫折にもかかわらず、チタン加工を容易にする技術があります。

チタンを加工する完璧な方法とは？

大型チタン合金鋳物の構造的特徴と実際の加工困難に基づき、クランピング、迅速な位置決め、変形制御、寸法精度制御を含む具体的な数値制御加工技術計画が策定されます。

チタン加工の詳細な紹介

第一はクランピング技術の適用計画です。

大型チタン合金鋳物の構造上部はほぼフリー状態にあり、鋳物両端の開口部と中央の大きな穴は比較的剛性が弱いです。通常、加工中に振動問題が発生しやすく、CNC加工品質に悪影響を与えます。この問題に対して、CNC加工プラットフォームに3セットの追加調整可能サポート工具を追加し、チタン合金精密鋳物のCNC加工部分の実際の剛性を効果的に高め、CNC加工中の精密鋳物の表面品質と性能を確保できます。

第二は迅速な位置決め方法です。

迅速な位置決め作業は、加工プラットフォームの工具部分に固定位置決めピン装置を設け、鋳物加工の技術ボスの対応位置に位置決め穴構造を設け、穴と軸のクリアランスが呼応するようにすることで、CNC加工プロセス中に迅速かつ正確な位置決めを実現します。同時に、工具の原点側の位置決めピンを円筒形に設計し、遠位側の位置決めピンを六角形に設計することで、精密鋳物をよりよく固定する基盤上に加工変形のための余分な代を残し、後続のクランピング操作の基盤を築きます。

第三は変形制御加工です。

切削工具と関連パラメータの最適化が第一です。精密鋳物を切削する際、切削力は精密鋳物の品質に最大の影響を与える要因の一つです。切削力はチタン合金鋳物の切削熱と加工変形を大きく決定し、実際の切削効率にも影響します。したがって、切削作業では、鋭利な刃先または比較的大きなすくい角を持つ鋭い工具を通常選択し、小さな切込み深さの段階的加工法を用いて、CNC加工プロセス中のチタン合金精密鋳物の変形問題の確率を減らします。第二は応力フリー切削の実現です。さまざまな加工応力の影響下で、チタン合金精密鋳物には一定の変形問題が生じます。この場合、応力フリークランピングと応力フリー切削などの方法を使用する必要があります。鋳物の変形を減らします。大型チタン合金精密鋳物がフリー状態にあるとき、位置決めボスの底面を銅ガスケットなどの部品でクッションし、部品が圧着操作中に応力なしでクランプされ、位置決めボスが変形しないようにすることで、加工プロセスでのクランピング応力と鋳物変形問題を排除します。

第四は寸法精度の制御計画です。

CNC加工作業を開始する前に、加工面と非加工面を包括的に測定し、その後の変形と加工代の検査を容易にし、検査結果を通じてCNCプログラムの加工代を決定する必要があります。実際のCNC加工プロセスでは、大型チタン合金精密鋳物の薄肉構造に明らかなナイフ引き（工具たわみ）の問題があるため、精密鋳物のCNC加工精度が影響を受けやすく、最終的に精密鋳物の局所的な不均一さや寸法差異などを引き起こします。

CNCチタン部品の特徴

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

これらの理由から、チタンは航空宇宙、自動車、医療などの業界で定期的に使用されています。

プロフェッショナルなチタンCNC加工メーカー - JTR

JTRはCNC加工サービスの経験豊富なプロバイダーであり、チタン部品とプロトタイプの製造に高度な専門性を持っています。今すぐ無料見積もりを取得してください。