導入
チタンは、その並外れた強度対重量比で高く評価されている素材です, 優れた耐食性, および生体適合性. これらの特性により、航空宇宙、医療機器から自動車、海洋工学に至るまでの分野で不可欠なものとなっています。. CNC (コンピュータ数値制御) チタンの加工は素材の特性上、専門的な知識と技術が必要です。. このガイドでは重要なヒントを詳しく説明します, 課題, 効果的なチタンのグレード CNC加工.
1. CNC 機械加工部品にチタンを選択する理由?
チタンはその優れた特性により CNC 機械加工部品に好まれています:
- 強度重量比: チタンは、あらゆる金属の中で最も高い強度対重量比を備えています。, 耐久性と軽量性の両方が必要な用途に最適です。.
- 耐食性: 自然に保護酸化膜を形成します, 過酷な環境でも腐食に強い.
- 生体適合性: チタンは耐食性に優れています, 高い生体適合性と非毒性特性を備えており、医療業界での使用に最適です。.
- 非磁性: この金属には磁気特性がありません.
- 一般的な産業: 航空宇宙, 医学, 自動車, 海洋分野では、その高性能機能を利用してチタンが広く使用されています。.
2. チタンを加工する際に考慮すべき課題
CNC 加工チタンには多くの利点がありますが、, また、いくつかの課題もあります:
- 高い化学反応性とかじり
チタンは化学反応性が高いため、加工中にガスがチタンの表面と反応する可能性があります。, 酸化につながる, 脆化, 耐食性の低下. さらに, 弾性率が低いため、「ゴム状」になります。,」 切削工具に付着し、工具の損傷や表面仕上げの低下につながります。. - 発熱と切削力
チタンは熱伝導率が低いため、切断点に熱が蓄積します。, 急速な工具の摩耗と潜在的な表面損傷につながります, 特により硬い合金の場合. これを軽減するには, より大きな切りくず負荷でより低い RPM を使用し、より低い切削温度を維持するために高圧クーラントを適用します。. チタン加工に必要な高い切削抵抗も工具摩耗の原因となります。, 振動, 表面品質の低下. - 残留応力と硬化
チタン合金の結晶構造により切削抵抗が増加する可能性がある, 残留応力が発生し、部品が歪む可能性があります, 割れ目, または時間の経過とともに弱まる, 機械加工されたコンポーネントの耐久性と精度に影響を与える.
3. チタン加工に役立つヒント
これらの課題を克服するには, いくつかの戦略を採用できます:
- ツールの選択: チタン用に設計された適切な形状とコーティングを備えた超硬またはセラミック工具を選択してください.
- 切断パラメータ: 速度を調整する, 送り速度, 熱を管理し、工具の摩耗を最小限に抑えるための切込み深さ.
- クーラントと潤滑剤: 高圧クーラントを使用して熱を効果的に管理し、工具寿命を延ばします。.
- ワーク保持技術: 剛性の高い治具を採用し、振動やビビリを最小限に抑えます。.
- 加工戦略: 上昇フライス加工と軽い深さの切削を採用して、熱と工具負荷を軽減します。.
- チップ管理: 効率的な切りくず除去を確保して加工硬化を回避し、表面品質を維持します.
これらのヒントは工具寿命を維持するのに役立ちます, 効率の向上, そして希望の仕上がりを実現する.
4. CNC 加工用のさまざまなチタン グレード
チタンにはさまざまなグレードと合金があります, それぞれが固有の長所と短所を持ち、特定の用途に適しています. 主要なチタングレードの簡潔な概要は次のとおりです。:
純チタングレード
- 学年 1 (低酸素含有量):
最も柔らかく延性のあるチタン, 優れた機械加工性で知られています, 衝撃靱性, 耐食性, と成形性. しかし, 他のグレードに比べて強度が低い. 医療現場で使われています, 自動車, および航空宇宙用途.
- 学年 2 (標準酸素含有量):
「主力チタン」として知られる,」 強さのバランスを提供します, 耐食性, 成形性, 溶接性. 医療機器や航空宇宙の航空機エンジンで一般的に使用されています.
- 学年 3 (中程度の酸素含有量):
グレードよりも人気が低い 1 そして 2, しかし、優れた機械的特性を提供します, 高い耐食性, と機械加工性. 医療現場でも活用されています, 海洋, および航空宇宙分野.
- 学年 4 (高酸素含有量):
高い強度と耐食性を備えていますが、機械加工が困難です, より多くのクーラントとより高い送り速度が必要. 極低温容器で使用されます, 機体コンポーネント, 熱交換器, およびCPI機器.
チタン合金グレード
- 学年 5 (Ti6Al4V):
広く使用されている合金 6% アルミニウムと 4% バナジウム, 高い耐食性と成形性を実現, 最強ではないにしても. 発電に最適, 海洋, および重要な航空宇宙構造物.
- 学年 6 (の 5 Al-2.5Sn):
安定性で知られる, 強さ, 高温での溶接性, 機体やジェットエンジンに適しています.
- 学年 7 (の-0.15PD):
グレードに似ている 2 耐食性を高めるためにパラジウムが添加されています. 成形性、溶接性が良いため化学処理装置に最適です。.
- 学年 11 (の-0.15PD):
ライクグレード 7 しかし延性が高く、不純物耐性が低い. 強度は若干低く、海洋および塩素酸塩の製造に使用されます。.
- 学年 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):
含まれています 0.8% ニッケルと 0.3% モリブデン, 優れた溶接性を実現, 高温強度, 耐食性. 熱交換器に使用される, 海洋, および航空機部品.
- 学年 23 (T6Al4V-ELI):
エクストラローインタースティシャルまたはTAV-EILとも呼ばれます, グレード 23 チタンはグレードと同様の特性を共有します 5 でももっと純粋です. 優れた破壊靱性を持っています, 生体適合性, 相対的に機械加工性が劣る. 整形外科用ピンの製造に使用されます。, ネジ, 外科用ステープル, および歯科矯正器具.
5. 機械加工用チタングレードの比較
被削性はグレードによって異なります, 純チタンを使用した (グレード 1-4) 合金グレードよりも機械加工しやすい. グレードを選ぶときは, アプリケーションの特定の要件を考慮する, 耐食性など, 強さ, そして費用対効果.
6. チタン加工用の工具と装置
- CNCマシン: 精密な動きを実現する高トルクCNCマシンが不可欠.
- ツーリングの種類: エンドミル, ドリル, インサートはチタンの摩耗性に強い素材で作られていなければなりません, コーティングされた超硬またはセラミックなど.
7. チタンの加工に適した切削工具を選択するにはどうすればよいですか?
チタンには金属特有の特性があるため、チタンの加工には適切な切削工具を選択することが重要です。, 高強度など, 熱伝導率が低い, と化学反応性. これらの特性により、チタンの機械加工は困難になります。, 特定の工具材料が必要な場合, ジオメトリ, 最適な結果を達成するためのコーティング. チタン加工に適した切削工具を選択するためのガイドは次のとおりです。:
1. 適切な工具材料の選択
- 超硬工具: 超硬工具はその硬度のため、チタン加工に最も一般的に選択されています。, 靭性, 耐摩耗性. コバルト含有量が高いグレードは、耐熱性とエッジ保持力が優れているため好まれます。.
- コーティングされた超硬工具: 窒化チタンアルミニウムなどのコーティングの適用 (ティアルン) または窒化アルミニウムクロム (AlCrN) 超硬工具を使用することで耐熱性が向上し、工具の摩耗が軽減されます。. これらのコーティングは、刃先からの熱を放散し、チタンとの化学反応を最小限に抑えるのに役立ちます。.
- サーメットツール: セラミックと金属で構成される, サーメット工具は優れた耐摩耗性を備え、より高い切削速度に対応できます。. 熱の発生が少ない仕上げ加工に適しています。.
- セラミックと多結晶ダイヤモンド (PCD) ツール: 特定の高速仕上げ用途向け, セラミックまたは PCD ツールが効果的である可能性があります. しかし, それらは脆く、靭性がないため荒加工には理想的ではありません。.
2. 適切なツール形状の選択
- 鋭い刃先: 鋭利な工具を使用する, ポジティブすくい角により切削抵抗を最小限に抑え、発熱を低減します。. 鋭利な工具は加工硬化やかじりの防止にも役立ちます, チタンを加工するときによくある問題.
- 最適なねじれ角: 正しいねじれ角を持つ工具を選択すると、切りくず排出性が向上し、振動が低減されます。, これは表面仕上げの品質と工具寿命を維持するために非常に重要です. 多くの場合、ねじれ角が大きいほどビビリを低減する効果が高くなります。.
- 強力なコアと剛性の高い設計: コアを厚くし、刃数を減らしたエンドミルは強度が高く、たわみにくくなります。, これにより、精度が維持され、重切削時の破損のリスクが軽減されます。.
3. 工具のコーティングと処理を検討する
- TiAlN および AlCrN コーティング: これらのコーティングは高温に耐え、工具とチタン間の化学親和性を低下させるように設計されています。, 構築されたエッジの可能性を減らす (話す) 形成とかじり.
- ダイヤモンドライクカーボン (DLC) コーティング: 特定の用途向け, DLC コーティングは、摩擦を低減し、耐摩耗性を向上させることにより、性能を向上させることができます。, 特に非鉄チタン合金では.
4. 切削パラメータの最適化
- 切削速度の低下: チタンは熱伝導率が低いため、熱が切断領域付近に集中して残ります。. 低速の切断速度を使用する (通常 30-60 メートル毎分) 熱の蓄積を管理し、工具寿命を延ばします。.
- 中程度の送り速度: 送り速度と切削速度のバランスが重要です. 適度な送り速度により切りくず厚さを維持, これは効率的な熱放散と加工硬化の回避に必要です。.
- 高圧クーラント: チタン加工には高圧冷却システムの使用が重要です. 切断ゾーンから熱と切り粉を除去するのに役立ちます。, 工具の損傷を防ぎ、より良い表面仕上げを保証します.
5. 適切なツールパス戦略を採用する
- トロコイドミーリング: この高度なフライス加工戦略には、半径方向の切込み深さを小さくし、軸方向の深さを大きくすることが含まれます。, 発熱を最小限に抑え、切削力を均等に分散します。, 工具寿命の向上.
- ペックドリリング: チタンの穴あけの場合, ペックドリルを使用すると、切りくずを砕いて穴から取り除くことができます。, 切りくずの詰まりや熱の蓄積のリスクを軽減します。.
- 一定のカッターエンゲージメント: 負荷の急激な変化を避けるため、カッターの噛み合い角度を一定に保ちます。, 振動を引き起こし、工具寿命や部品の品質に影響を与える可能性があります.
6. 適切なワーク保持と機械の剛性を確保
- 安定したワーク保持力: 高精度のものを使用する, 振動を最小限に抑え、加工中の安定性を確保するための剛性ワークホールディング ソリューション. 振動の低減により、仕上げ面が改善されるだけでなく、工具の欠けも防止されます。.
- 剛性工作機械: チタンを効果的に加工するには、高い剛性と減衰能力を備えた CNC マシンが不可欠です. 振動を最小限に抑えるのに役立ちます, 工具の安定性を維持する, 切削抵抗を正確に制御します.
8. チタン機械加工部品の表面仕上げ
の範囲 表面仕上げ この技術により、機能的および美的理由から CNC 加工チタン製品を強化できます。. チタンは研磨などの方法で仕上げることができます, 粉体塗装, PVDコーティング, ブラッシング, 陽極酸化処理, 特定の業界基準を満たす望ましい表面仕上げを実現するためのビード ブラスト処理.
9. チタン加工の高度な技術
- 極低温加工: 液体窒素を利用して切断エリアを冷却します, 工具の摩耗を軽減し、部品の品質を向上させます.
- 超音波支援加工: 超音波振動を適用することで材料の除去率を高め、工具の摩耗を軽減します.
- 5-軸加工: 複雑な形状を作成し、多面部品の高精度を確保するのに最適です.
10. CNC チタン加工における品質管理
チタンを加工する場合、厳しい公差と精度を維持することが重要です. 品質管理対策には以下が含まれます：:
- 三次元測定機 (三次元測定機): 正確な測定と仕様の遵守のため.
- 加工後の処理: 熱処理, 表面仕上げ, 最終製品が仕様を満たしていることを確認する検査.
11. チタン機械加工部品の一般的な用途
チタンは強度が必要な部品として業界全体で広く使用されています, 軽量特性, 耐食性:
チタンの優れた耐食性は海洋用途に最適です. プロペラシャフトの製造によく使用されます, 水中ロボット工学, 談合, ボールバルブ, 船舶用熱交換器, 消防設備配管, パンプス, 排気筒ライナー, およびオンボード冷却システム.
航空宇宙
チタンの高い強度重量比, 耐食性, 耐熱性が高いため、航空宇宙分野で好まれる素材となっています。. シート部品などに使用されています, タービン部品, シャフト, バルブ, ハウジング, フィルター, および酸素発生システム部品.
自動車
アルミニウムはその入手しやすさと費用対効果の高さから自動車分野でよく好まれますが、, チタンは今でも高性能部品に使用されています. これらにはバルブが含まれます, バルブスプリング, 家臣, ブレーキキャリパーピストン, エンジンのピストンピン, サスペンションスプリング, ストップブラケット, エンジンロッカー, そしてコンロッド.
医療および歯科
チタンはその耐食性から医療分野で高く評価されています, 低い電気伝導率, および生体適合性. 骨ネジに使用されています, 歯科インプラント, 固定用頭蓋ネジ, 脊椎ロッド, コネクタ, プレート, と整形外科用ピン.
12. チタン加工の今後の動向
- 工具材料とコーティングの進歩: 新しい材料とコーティングにより工具寿命が延長され、加工効率が向上します.
- 加工技術と自動化の革新: 自動化により生産性と一貫性が向上します.
- 持続可能でコスト効率の高い機械加工の実践: 廃棄物とエネルギー消費を最小限に抑えることに重点を置く.
13. チタン部品の加工にはDEZEをお選びください
DEZE は、先進的な設備を備えた CNC チタン加工の専門知識を提供します, 熟練した機械工, そして品質へのこだわり, お客様の特定の要件に合わせてカスタマイズされた高品質のコンポーネントを保証します.
14. 結論
チタンのユニークな特性により、チタンは CNC 加工に貴重な素材となります。. 課題にもかかわらず, ベストプラクティスに従い、高度な技術を活用すると、優れた結果が得られます. 航空宇宙部品でも医療機器でも, 適切な材種を選択し、効果的な加工戦略を採用することが、チタン加工プロジェクトを成功させる鍵となります.
内容参照：https://dz-machining.com/チタン対アルミニウム/
よくある質問
チタンは鋼よりも機械加工が難しいですか?
はい, チタンは鋼よりも機械加工が難しい, 主な理由は、融点が高いことと、壊れるのではなく伸びる傾向があるためです。. この展性により、精密な機械加工がより困難になります。.
チタンのミーリング送り速度はどれくらいですか?
チタンフライス加工用, 切断速度 40 に 150 m/分を推奨します, 送り速度の範囲は 0.03 に 0.15 歯あたり mm.
機械加工後のチタンの応力をどのように緩和しますか?
チタン合金は、強度や延性を失うことなく応力除去が可能. このプロセスでは金属を加熱して、 595-705 ℃ (1100-1300 °F) 1〜2時間, その後空冷.
