自動車、航空宇宙、産業用コンポーネント向けのチタンの機械加工性

チタンは 1791 年に初めて発見されましたが、1948 年に米国政府が航空、航空宇宙、および防衛用途で使用するチタン研究への資金提供を開始するまで、チタンの産業的可能性に気づき始めませんでした。チタンは豊富な鉱物ですが、チタン鉱石を純粋なチタンまたはその合金に変換するプロセスは複雑で費用がかかります。機械加工や製造プロセスで使用される他の一般的な金属と比較して、新しいチタンとその合金には割増料金がかかります。

チタンは特性のユニークな組み合わせを提供します

チタンは、その重量と強度の比率で知られています。スチールより 45% 軽量ですが強度は同じで、アルミニウムより 60% 重く、強度は 2 倍です。チタンは、その高サイクル疲労強度と非常に高い融点 (3,034°F または 1,668°C) により極端な温度に耐えることができ、熱膨張係数が低いため、極端な温度環境での寸法変化も最小限に抑えられます。耐腐食性があるため、多くの用途でアルミニウムやスチールよりも好まれており、生体適合性があり非磁性であるため、医療業界でよく利用されています。

この特性の組み合わせは、商用純チタンとその合金を自動車、航空宇宙、産業、海洋、医療、レクリエーション機器のコンポーネントに変換する際にいくつかの課題を提示します。チタンは機械加工可能ですか？はい。ただし、その特性が加工技術にどのように影響するかを理解する必要があります。

チタンは機械加工可能ですか?はい。ただし、これらの要因を考慮してください

チタンは機械加工が可能ですが、機械加工プロセスに関して特別な考慮が必要です。チタンには独特の特性があるため、次の理由からチタンを機械加工する際には注意が必要です:

• 低熱伝導率 切削工具に過度の熱が蓄積し、仕上げの品質に影響を与え、工具の寿命を縮める可能性があります。
• 加工硬化傾向 また、合金の粘着性により、工具に絡まる長く連続した切りくずが生じる可能性があります。
• 低ヤング率 びびりや跳ね返りが発生し、表面品質が低下する可能性があります。

経験豊富なチタン機械工が、適切なセットアップ、適切なツール、切削速度と送りバランス、フライス加工技術を使用して、これらの課題に対処します。

チタン アジャスタブル マウンテン バイク ドロップアウト (画像提供:Paragon Machine Works)

ツールの選択と使用

正確な寸法のコンポーネントを高品質の仕上げで製造するには、適切な工具の選択と手入れが基本です。これは、次の推奨事項を順守することで達成できます。

• シャープなツール エッジを維持します。 鈍いツールは、熱の蓄積を増やし、引き裂きを引き起こし、表面仕上げの質を低下させます。
• 物理蒸着 (PVD) コーティングを施した超硬工具を使用してください。 このコーティングは合金の粘着性に抵抗し、長い切りくずを効率的に粉砕します。
• 高速度鋼またはチタン アルミニウム窒化物でコーティングされた超硬工具を使用する .これらは、一部の用途に最適であり、切断中に発生する高温を管理し、合金の「粘着性」に抵抗し、長い切りくずを分割するのに役立ちます。
• ファイン ピッチまたはコーン コブ ツールの使用を検討してください。 工具の形状、この場合は切れ刃の数を増やすと、除去率が向上します。

チタンは硬度が高いため、工具のビビリが発生し、表面仕上げが損なわれる可能性があります。これを防ぐには、チタン製ワークピースをしっかりとつかみ、機械をしっかりとセットアップします。

高送り

全体として、必要な仕上げ品質を実現するために、可能な限り高い送り速度を維持する必要があります。最適な送り速度の計算には、工具メーカーの推奨事項、スピンドル速度、およびチップ負荷が考慮されます。ツールが切削を開始したら、中断を避けてください。工具を動かし続けて、加工硬化、焼付き、工具の早期摩耗を防ぎます。

低速切断

切削速度は工具の発熱に影響します。 RPM (回転数/分) を低くして切りくず負荷を大きくすると、工具温度を抑えることができます。市販の純チタンは、チタン合金よりも高い速度に耐えます。技術も切断速度に影響します。たとえば、完全なスロット加工 (180 度のツール エンゲージメント) では、低い表面速度が必要です。ただし、ラジアル エンゲージメントを減らすと、刃先が熱を生成する時間も短縮され、冷却時間が長くなります。その結果、径方向の食いつきが少なくなり、切削速度を上げて、許容できる工具温度を維持できます。

クーラントは重要

チタンの機械加工に伴う熱の問題を考慮すると、クーラントは目的の仕上げを行う上で重要です。温度管理、切りくずの除去、工具刃先の保護、および工具寿命の延長のために、さまざまな水溶性クーラントが用意されています。切りくずを効率的に除去するには、高圧クーラントの供給が必要です。一部のフライス加工では、スピンドルを介して刃先にクーラントを直接供給する工具を利用できます。

チタンの機械加工コストを削減

スチールやアルミニウムなどの一般的な金属の機械加工と比較して、チタンの独自の特性により、必要な仕上げを実現するには、フライス工具と金属の相互作用に関する高度なスキルと知識が必要になります。チタンの機械加工に余分な時間と注意が必要なため、チタンとその合金のコストがさらに高くなります。

新しいチタンの費用に代わるものとして、多くの機械工場は、製造プロセスで検証済みのチタンの残骸を使用しています。インダストリアル メタル サービスは、サンフランシスコ ベイエリアおよびその先の機械工場に、使用可能なチタンの残材を供給することを専門としています。残留物は、蛍光X線技術を使用して検証され、チタンのグレードを保証します。また、チタンの残材をカットしてお届けすることも可能ですので、すぐに加工を開始することができます。サンフランシスコのベイエリア全体で定期的かつ信頼性の高い配送を提供しており、多くの場合、地元の金属サプライヤーを持たない全国の機械工場にチタンを出荷しています.