チタン合金の効率的なフライス加工

チタン部品をフライス加工する場合、他の難削材と同様に、切削速度を少し上げると、工具の刃先の摩耗が速くなる。

その違いは、チタン合金が高強度・高粘度という特性を持っているため、切削加工において、切削部分に熱が発生・蓄積しやすく、熱伝導率の悪さも相まって、切削加工が大量に行われると発火の危険性があることにあります。これはチタン合金部品のフライス加工であり、絶対に理由の高い切削速度に行くことはできません。

しかし、チタン部品の加工速度を上げることは不可能ではありません。切削速度が一定に保たれている場合、金属除去速度を上げることで部品をより速く加工することができます。これは、より強力な機械やより高級な機械を使用することによってではなく、既存の機械の切削能力をフルに活用でき、剛性の低さなど機械の欠点を補うことができるタイプの工具を装備することによって達成することができます。

ある有名な工具メーカーがあり、その会社はチタン合金のフライス加工のテスト研究に力を入れている、この会社には技術コンサルタント、フライス加工製品マネージャーのブライアン氏がいる、彼はチタン合金のフライス加工技術のユーザーについて多くの問い合わせを受けている、この記事はチタン合金のフライス加工における豊富な経験に焦点を当てている。

チタン合金のフライス加工は、なぜ人々はそれに特別な注意を払うようになります、少なくとも2つの理由があります、1つは、チタン合金は、主に高級部品に使用され、それは航空機の機体やエンジン部品の製造に使用されるだけでなく、部品の数の医療機器の製造に使用されるだけでなく、特に米国の製造企業の成長過程で、米国のいくつかのために、彼らは高級製品に向かって移動する必要があり、多くの場合、チタン合金部品のフライス加工の技術的な困難に遭遇するでしょう。チタン合金部品のフライス加工は、しばしば技術的な挑戦です。

もうひとつの理由は、すべての加工店が高送りを実現できるわけではないことで、チタンのフライス加工では、加工が容易でない素材や、加工中の切削速度が十分でない場合、いかにして高い加工効率を実現するかが喫緊の課題となっており、メーカー各社が大きな関心を寄せている。

高靭性工具の使用

チタン合金の効率的なフライス加工を実現するための最初の重要な問題は、切削工具の材質を正しく選択することだろう、とケネディ氏は言う。超硬切削工具は正しい選択である可能性があり、機械加工工場は最高の切削工具材料として超硬切削工具を使用することに慣れていることが多い。しかし、チタン加工では、新世代の高速度鋼が超硬に代わる良い選択肢となる。

耐摩耗性に優れた超硬工具は、合理的な加工コストで高速切削が可能であると考えるのが妥当である。しかし、このいわゆる合理的な加工コストは、工具が「高い靭性」、すなわち衝撃や破壊に耐える能力を持つという前提条件によって支えられている。しかし残念ながら、一般的に使用される超硬合金の脆性は、高速度鋼よりもはるかに大きい。

このことは、チタン合金のフライス加工において極めて重要である。一般的に、超硬工具の破損の主な原因は、刃先の摩耗ではなく、ボディの破損である。第二に、チタン合金のフライス加工における切削熱の上昇も、超硬工具が高切削速度加工の優位性を発揮できない原因となっている。高温と低温の交互の役割のこの種のクーラントを大量に充填するために、高速切削速度で処理するために、工具と被削材は、脆性の超硬工具の刃先の間に強い熱衝撃を生成しますすぐに破砕によってトリガされます。上記の2つの技術的な困難は、工具自体に内在する高い靭性によって解決されなければならない。通常の超硬工具は、チタン合金の被削材をフライス加工する高速度鋼工具のような高靭性工具の使用は、切削と切刃の破断の影響を心配する必要はありません、特に小さな剛性の工作機械加工では、高靭性高速度鋼工具は、金属切削加工の高い速度を達成するために切削速度を上げるのではなく、切削深さの増加を通じて行われることを確認した、切削テストは、扱うことができることから遠いです。

この他にも、現在では幅広い種類の高靭性ハイス切削工具材料が利用可能です。ほとんどの作業所は、このことを必ずしも認識していません。彼らはまた、市場で販売されているハイス工具が、特定の元素成分（コバルト含有量の添加など）を添加したハイスの製錬の実施、熱処理（多段焼入れ焼戻し）の実施、または厳密に制御されるようにその製造工程の製造を通じてハイス材料、均質な冶金組織を有する粉末冶金ハイス製など、いくつかの異なる処理手順を受けることができることを知らない。したがって、高コバルト高速度鋼、粉末冶金高速度鋼は、チタン合金理想的な工具材料の効率的なフライス加工に使用されます。

高い切削温度の制御

時には、10%と100%のセクションを参照し、驚異的な高速切削結果を達成することができる小さなラジアルアプローチを使用してチタン部品を切削するために超硬工具を選択する必要があります。このような切削加工では、工具が一般的な耐摩耗性だけでなく、特に高い切削温度にも対応できることが重要であり、そのためには加工用コーティング超硬工具を使用する必要があります。

HSKクイックチェンジホルダーと熱伸縮ホルダーにより高剛性加工が可能となり、加工中の振動が低減されるため、切り屑排出率が大幅に向上します。

その紳士によると、チタンアルミ窒化物、別名TiAlNコーティング超硬工具は、一般的にチタン合金を加工する際の最良の選択である。数ある工具コーティングの基本カテゴリーの中でも、TiAlNは工具の全体的な機械的特性を維持し、高温での工具の高温切削性能を維持するのに効果的です。実際、切削温度が高いほど、コーティングは保護される。アルミニウム分子は、切削加工中の加工エネルギーによってコーティングから放出され、工具表面に酸化アルミニウムの保護層を形成する。この酸化アルミニウム層は、工具と被削材間の熱伝達を減少させ、化学元素の拡散も減少させる。アルミニウム分子は、新しく形成されたこの保護皮膜に継続的に添加することができ、酸化アルミニウム層の形成を促進する化学反応を継続させることができます。

しかし、TiAlNコーティングは振動の強い場所での使用には適さない。その場合は、振動によるコーティングの剥離を防ぐ窒化チタン、別名TiCNが使用される。「交換可能なチップを使用し、剛性の低い機械でハードな切削を行う場合は、TiCNを試すのがベストでしょう。氏は言う。

より多くのカッティングエッジがカッティングに参加

切削中の切削速度を一定に保ち、フライスカッターの1歯あたりの送りを同じにし、切り込み深さを同じにしたとしても、生産性を向上させることができる場合があります。ここでは、切削工程により多くの切れ刃を関与させることが解決策となる。

例えば、ヘリカル・フライス・カッターの場合、ヘリカル・コーン・エンドミルのように、できるだけピッチの小さいカッターを選ぶことが重要である。このような工具を使用することで、ハイスカッターの切れ刃を増やすことができます。ハイスカッターの方が超硬カッターよりも切れ刃が多いため、ハイスカッターの使用頻度が高くなります。

大きな螺旋角エンドミルがあり、これは図に示す工具であり、各切刃は、次の切刃とは異なる軸前方角を持っているので、変更はより良い振動を抑制することができ、大幅に生産性を向上させることができます。

フライス加工とは異なる方向から加工することも、切削に多くの切れ刃を関与させる方法である。インサートフライス荒加工」（ドリルイン荒加工と呼ばれることもある）では、Z軸に沿って穴を開けるように、フライスカッターのセットを使用し、カッターの端と側面の歯が、コンパイルされた加工プログラムとともに、ラップ加工を行う。そのため、生産性が高く、切り屑の排出も便利です。

この方法は荒加工にしか使えない。各ラップの間には常に加工すべきスカラップ・メタルが残っているからだ。しかし、インサートフライス荒加工には多くの切れ刃が使用されるため、工具の1歯あたりの送りを一定に保つと、1分あたりの送り速度を大幅に向上させることができる。さらに、インサートフライス荒加工のZ軸送りは、主軸に沿った多種多様な接続部（例えば、ツールホルダインターフェース）が必然的にX軸またはY軸に沿って撓み、Z軸で圧縮されるため、Z軸に沿った工作機械の剛性が高くなるという利点がある。これは、工具の1歯あたりの送りを大きくできることを意味します。

「挿入フライスによる荒加工は、高強度金属の効率的な加工に理想的なソリューションです。チタン合金のフライス加工の際に、この加工方法を使用することが提案されています。“これは、高強度金属の最も効率的なソリューションです。

防振対策

切削加工では工具のたわみが発生するが、このたわみの原因と解消方法を研究することが重要である。これは、振動という極めて重要な技術的問題につながるからである。チタン合金のフライス加工における振動は、2つの観点から好ましくない。一方では、切削力が発生し増大すると振動を引き起こし、振動を増大させます。 他方では、主軸回転数は振動と関係がないようで、振動に調整できる「理想的な」回転数を見つける方法がありません。

実際、ほとんどのチタンフライス加工の生産性は振動によって決まります。数多くの切削テストにより、チタンフライス加工において最大の金属除去率は、機械の最大出力時ではなく、極端な振動の発生時に達成されることが確認されています。これが、振動を時間内に制御するプログラムを確立することが重要であり、確立することが可能である理由です。チタンフライス加工の生産性を向上させるためには、次のような技術的課題に対処する必要があるとKrakowski氏はアドバイスする：

工具とホルダーの接続部や、ホルダーとスピンドルの接続部など、剛性に関する問題は、可能な限り剛性を高める必要があります。工具ホルダーの場合は、熱膨張収縮タイプが最適な解決策となり、スピンドルの場合は、HSKクイックチェンジツールホルダーが通常のテーパーインターフェースと比較して最高の剛性を発揮します。

工具の背面角度を偏心させるか、または「リブ」を持つビット構造に設計することで、良好な減衰が得られ、切削中に発生する振動が減衰する。工具がたわむと、偏心した背角を持つ工具の背面が被削材と接触し、擦れることになる。すべての材料がワークとうまく擦れるわけではなく、アルミニウム合金は固着する傾向があります。チタンのフライス加工では、工具の切れ刃に施された “突起 ”が、良い衝撃吸収材としても機能します。

切り屑排出溝の切れ刃の間を変形させ、このような工具構造と防振の取り組みを設計するため、多くの工房ではまだあまり馴染みがないかもしれない。工具が高速回転していると、刃先が一定の法則に従って被削材に当たり、振動が発生する。フライスカッターの切りくず排出溝のスペースを不規則な配置に設計すると、切削テスト検証後、非常に優れた振動減衰効果を発揮します。例えば、フライスカッターの第一刃先と第二刃先の間の距離が72°の場合、第二刃先と第三刃先の間の距離は68°、第三刃先と第四刃先の間の距離は75°であるべきで、不均等な分布を示している。同社が特許を取得し、設計したもう一つの防振対策は、フライスカッターの切れ刃を軸方向の前方角度が不均等になるように設計することで、良好な振動減衰効果も得られる。

新しいアルミニウム・リッチ・コーティング

“TiAlNコーティングの中で最も反応性の高い ”Al “分子は、コーティングされた工具の切削性能に大きな影響を及ぼし、工具表面に酸化アルミニウムの保護膜を形成する。この効果は、皮膜中の ”Al "分子の含有量の増加によってさらに効果的になる。

もちろん、コーティングの製造に使用される気相堆積プロセスが継続的に改良されているおかげで、TiAlN中の「Al」分子の含有量は継続的に増加し、新しいTiAlNコーティングは、靭性を損なうことなく、コーティング（工具）の赤硬度を優れた形で向上させて製造される。同社は今年上半期、この新しいアルミリッチTiAlNコーティング工具を開発した。

10%と100%の比較

現在では、技術的に比較的進んだいくつかのワークショップがあり、これらのワークショップは、チタン合金部品を切削するために超硬合金被覆工具を使用することができるようになりました、切削は小さな半径方向アプローチであり、主な目的は、この技術的な問題の高い切削温度中のチタン合金加工を解決することです。切削原理は、小径進入法による切削プロセスにおいて、半径方向の切り込み深さは、半径方向進入用工具の半径よりもはるかに小さくなるように選択すべきであるというものである。非常に小さい切り込み深さを選択する理由は、これにより切削速度を大幅に向上させることができ、各切刃の切削時間を大幅に短縮、つまり切刃の加工時間を短縮することができる一方、非切削時間を延長、つまり切刃の冷却時間を延長することができ、切削温度を非常に良好に制御することができるからである。

同社のブライアン氏によると、チタン合金部品の切削に小さなラジアルカットを使用することで、切削温度の優れた制御と高速加工が可能になるという。ラジアル切込みが小さいからといって、高い切り屑排出率が得られるわけではありませんが、加工精度を向上させるために工場で使用できる方法です」。

氏によって行われた切削テストは、小さなラジアルカットでチタン合金部品をフライス加工する場合、以下の規則に従って加工が行われることを確認した：

半径方向の切り込み深さが直径の25パーセント以下であれば、切削速度を50パーセント（sfm）上げることが可能で、重切削に使用する場合は通常定格速度を超える。

半径方向の切り込み深さが直径の10%未満の場合、100%は改善された切断の100%とすることができる。

宝吉晟源金属材料有限公司は、鍛造工程を中心に、10年以上の後、3D印刷を通じてチタン棒、チタン粉末チタン棒を作成することにコミットしており、鍛造とは異なり、チタンターゲットの質感だけでなく、チタン板、チタン線など、この種の材料のチタンとチタン合金。

電話番号

ウェブサイト