チタンは、かつては一部の選ばれたショップでのみ使用され、一般的なマシニストが触れることはほとんどなかった素材でしたが、今では使用頻度が格段に上がり、キャリアを通じて多くのマシニストに使用されています。チタンの機械加工は、アルミニウムや鋼鉄のような標準的な材料の加工とは似て非なるものです。しかし、その莫大な利益のために、より多くの店がこれらの仕事に興味を示し始めている。

この記事では、チタンのCNC加工の成功事例、適切な切削工具の選択方法、機械工が考慮すべき点について説明する。 旋削部品メーカー ページを参照されたい。

チタンの加工：主な考慮事項

チタンのCNC加工は、その強度のために複雑なプロセスであり、最も要求の厳しい用途に適していると同時に、加工が困難です。最良の結果を得て、工具の寿命を延ばすためには、加工プロセスの詳細を理解することが不可欠です。

1. 切削工具の選択

チタンの加工には切削工具の検討が必要です。チタンは熱に強く硬いため、それに耐えられる工具を選ぶことが重要です。タングステン、カーボン、バナジウムのコーティングされた高速度鋼工具は、600℃までの温度で硬度を保持するため適しています。これらの工具は、切れ味が良く、刃先が欠ける可能性を低減し、加工工程を改善することができる。

2. 工具コーティングの重要性

切削工具のコーティングは重要であり、正しいタイプのコーティングを施すことで、チタン加工時の切削工具の性能を向上させることができます。窒化チタンアルミ（TiAlN）などのコーティングは、工具表面に酸化アルミニウムの層を形成することで発熱を抑えます。この層は、工具とワーク間の熱伝導と化学的相互作用を最小限に抑え、工具寿命と切り屑排出を向上させます。

3. 加工における安定性の確保

チタン加工中の安定性は、振動を減らし、切削精度を高めるために不可欠です。チタンの柔軟性と大きな力のため、びびりが発生しやすく、加工面の品質に悪影響を及ぼします。より巨大なコア径のエンドミルを使用して安定性を向上させ、スピンドル先端と工具先端の最短距離を確保します。また、一定の加工送りや加工速度を使用することで、工具の熱やひずみの硬化を抑え、工具の機能や耐久性を維持することができます。

4. クライム・フライス加工の利点

クライムミリングは、カスタムチタン加工に使用する場合、いくつかの利点があります。クライムミリングでは、切り屑の厚みは広いものから徐々に薄くなりますが、ダウンミリングではその逆です。これにより、ワークではなく切り屑への熱伝達が促進され、熱応力と工具の摩耗が最小限に抑えられます。クライム加工は、せん断力を高め、切り屑をカッタの後方で適切に排除し、加工と仕上げ面の効率を向上させます。

これらの戦略に関する知識は、チタンの加工を成功させるために極めて重要である。このように、適切な工具、適切なコーティング、安定性、適切なフライス加工戦略を選択することで、機械工は工業的要求の下でチタン部品の所望の寸法と効率を得ることができます。

CNC加工に使用される一般的なグレード

CNCチタン加工で一般的に使用されるグレードについて説明しましょう。

グレード1：0.3%以下の酸素を含む市販の純チタン。

最も一般的な種類には、高い延性と低い酸素含有量を持つグレード1のチタンがあります。これは良好な機械加工性、高い衝撃靭性、高い耐食性を持ち、医療、自動車、航空宇宙産業で応用されています。しかしながら、グレード1チタンには欠点もあり、他のグレードのチタンよりも強度が低いため、応力がかかる部分には使用できません。

グレード2（標準的な酸素量を含む市販の純チタン）

チタンの第二グレードは、平均的な酸素含有量、高い耐食性、成形性、溶接性、および延性のため、主力チタンとしても知られています。適用される条件に耐えることができるその機械的特性により、医療および航空宇宙産業、特に航空機エンジン部品に広く使用されています。

グレード3(適度な酸素を含む純チタン)

グレード3のチタンは、腐食性、加工性、強度などの機械的性質が中程度であると考えられています。グレード1や2ほど一般的な商業用途では使用されません。しかし、医療、海洋、航空宇宙産業など、部品や組立品の一貫した性能が求められる分野では使用されています。

グレード4（高酸素含有純チタン）

グレード4のチタンは、CNCチタン加工のための最も強力で化学的に安定した材料の一つです。とはいえ、酸素含有量が高いため、加工はかなり困難です。クーラントを大量に使用し、加工中の送り速度も速い。この材種は、高い強度と靭性が不可欠な極低温容器、化学処理装置、機体部品に使用されます。

グレード 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4Vは、6% Alと4% Vを含むα-βチタン合金で、この材料は、高強度、合理的な成形性、良好な耐食性などの良好な機械的特性を持っています。発電所、海上プラットフォーム、船舶、船舶部品、高強度航空宇宙製品などに使用されています。 グレード5チタンは、様々な環境条件下で高性能が必要とされる全ての分野に適用されます。

グレード 6 (Ti 5Al-2.5Sn)

グレード6チタン合金は安定性に優れ、高い強度を持ち、特に高い使用温度で素早く接合することができます。そのため、機体、ジェットエンジン、その他材料の強度が最も考慮される航空宇宙部品やコンポーネントへの使用に最適です。高温や応力条件にも対応できるため、厳しい条件下での使用に適している。

グレード 7 (Ti-0.15Pd)

2級と7級を比較すると、7級はパラジウムを含有してお り、特に化学用途での腐食特性を向上させている。成形や溶接の特性も良好で、腐食剤に強いため、強度と耐久性が不可欠な化学処理装置に広く使用されている。

グレード 11 (Ti-0.15Pd)

以前のグレード7チタンと同様に、グレード11チタン合金はより高い延性と低い不純物受容性を持っています。非腐食性で塩水との相性が良いため、海洋用途や塩素酸塩製造に使用されます。グレード11のチタンはグレード7のチタンより強度が低いため、柔軟性と耐食性が必要な場合に使用されます。

12級 (Ti 0.3 Mo 0.8 Ni)

グレード12チタン合金はモリブデンとニッケルを含み、溶接可能で、高温での強度が高く、耐食性に優れています。機械的強度が高く、環境に耐えることができるため、シェルや熱交換器、海洋部品、航空機部品、その他の産業で使用されています。

グレード23 (Ti6Al4V-ELI)

超低間充チタンまたはグレード23チタンはグレード5のように正確ではなく、グレード5よりも優れた生体適合性と破壊靭性を持っています。純度が高いため、整形外科用インプラント、外科用ステープル、歯列矯正器具など、体組織との適合性と強度が最も重要な医療用途に使用することができます。

CNC加工部品にチタンを選ぶ利点

これらの材料の中で、チタンは、特定の産業に適している特殊性のために、CNC機械加工で特別に選択することができます。その改善された生体適合性は、インプラントが体から排出されないことを保証するため、医療において非常に重要なものとなります。この品質は高い耐食性であり、材料の長持ちする能力が最も重要である海洋および化学処理産業においてチタンを貴重なものにしています。

チタンのもう一つの特性は、その高い強度対重量比であり、強度を高めながら重量を減らすことが機器の性能と効率を高める上で重要な意味を持つ航空宇宙産業や自動車産業において非常に有用です。その高い延性は、様々な産業における特定の用途に必要とされる複雑な形状や複雑なプロファイルを可能にします。しかし、チタンは機械加工が容易であるため、部品は所望の公差レベルを達成するために、高精度と高い信頼性で製造することができます。

チタン加工における課題

チタン合金の加工は容易ではありません。なぜなら、チタン合金を加工する場合、次のような課題に直面する可能性が高いからです。化学反応性が高く、カジリが発生しやすいため、機械加工中に酸化や脆化などの表面欠陥が形成され、部品の品質と信頼性が損なわれる。

チタンは熱伝導率が低いため、温度上昇と力の制御は非常に重要です。熱は切削ゾーンに蓄積され、工具の急速な摩耗につながり、表面仕上げに影響を与える可能性があります。さらに、チタンは加工後に残留応力と硬化応力**を持ち、これらの応力は寸法を不安定にし、時には部品の破損を引き起こします。

効率的なチタン加工のための貴重なヒント

しかし、チタン加工を最適化することは容易ではないため、いくつかの重要な要素を制御する必要があります。ワークピースのクランプは、振動や工具のびびりを最小限に抑え、ワークピースの精度と表面仕上げを向上させるのに役立ちます。プリロードの高い工具やショートカット工具を使用することで、たわみ量が減少するため、問題のある部品でも精度が達成されます。

TiCNやTiAlNのような優れたコーティングを施したチタン用の特定の切削工具を選択することで、耐摩耗性が向上します。それは工具の耐久性を高め、プロセスの効率とコストを向上させます。このように、工具の状態を管理し、必要であれば新しいものに交換することは、加工された部品の高品質を維持し、長時間の生産中に工具の摩耗率を増加させないために必要です。

送り速度、主軸回転速度、切屑負荷などの切削パラメータを制御することは、発熱と工具摩耗を最小限に抑えるために不可欠である。切削ゾーンに適切なクーラントを供給することで、切り屑の流れを助け、切削温度を低く保つことができる。

軸方向の切り込み量や半径方向の切り込み量などの切削パラメータを最適化することで、材料除去率が向上し、切削力と発熱が減少するため、チタンの加工は信頼性の高いプロセスとなります。そのため、チタンの加工は簡単な作業ではないと言えます。それでも、その特異な特性と正しい加工方法のため、高強度、高温、高信頼性のCNC加工部品を必要とする産業では、チタンの加工は避けて通れないのです。

チタンと他の材料との機械加工の違い

金属というカテゴリーにおいて、チタンはその強度という最も顕著な特徴のひとつを持っています。そのため、高負荷のかかる要素や部品を必要とするすべての産業は、過酷な条件下で使用されなければなりません。そのため、高い耐熱性と耐腐食性を持つチタンは、様々な分野でさらに望ましいものとなっています。

強度と耐久性

他の金属に比べ、チタンは引張強度が高く、高温での高い強度が要求される用途に使用されます。鋼は合金元素によって分類され、その特性は主材料と大きく異なることがありますが、チタンは純粋な形でも合金としても使用することができ、最もポピュラーなものはグレード5（Ti 6Al-4V）で、世界のチタン消費量の50%を占めています。

コストに関する考察

とはいえ、チタンには大きな欠点があります-コストがスチールやアルミニウムのような他の素材よりもかなり高いのです。これらの材料は、エンジニアや製造業者によって一般的に使用され、コスト要因が非常に重要になり、アプリケーションは材料のより高い品質を必要としません。例えば、スチールには溶接性、強度、耐食性があり、構造物や家庭での使用に理想的です。

スチールとの比較

ステンレス・スチールやその他のスチール合金は、溶接が可能で強度があり、家庭用品から建築まであらゆる用途に使用できることから珍重されている。しかし、ステンレス鋼はチタンよりも重い。そのため、強くて軽いチタンと同様に、重量が重要視される場合には使用できません。

アルミニウムとの比較

アルミニウムは、高い強度対重量比と高い耐腐食性という点でチタンに似ているが、それほど高価ではない。低コストで大掛かりな作業が必要な場合や、構造体の製作が容易な場合に好まれます。アルミニウムは、他の多くの金属よりも電気および熱伝導性が高い。そのため、熱や電気を伝える用途に使用できますが、チタンほどの強度や耐熱性はありません。

耐食性

特筆すべきは、チタンはすべての既知の金属の中で非常に高い耐食性を有しており、この特性が重要な場合にその使用が好まれることである。チタンは空気に触れると酸化皮膜を形成し、腐食性雰囲気に対する耐久性と耐性を高めます。この自己修復機能により、チタンは長期間の使用とほとんどメンテナンスが必要ない状況での使用に非常に適しています。

チタン加工部品の用途

チタン加工部品は、耐久性、耐腐食性に優れ、美しい外観を持つことから好まれています。これらの特性により、多くの産業や分野での使用に適しています。

海運/海軍産業

チタンは最も腐食に強い材料の一つであり、そのため海洋産業での使用に非常に適しています。応用分野としては、プロペラシャフト、水中ロボット、艤装品、ボールバルブ、船舶用熱交換器、消防システム配管、ポンプ、排気筒ライナー、船内冷却システムなどがあります。これにより、いくつかの海洋部品や付属品の耐久性と効率を持つことが可能になります。

航空宇宙

航空宇宙産業において、チタンはその高い強度対重量比、優れた耐食性、極端な温度に耐える能力で高く評価されています。これらの特性は、シート、タービン、シャフト、バルブ、ケーシング、フィルター部品、酸素発生を含む重要な航空宇宙部品に適しています。これらの用途では、低密度、高強度、高応力下での許容可能な性能という利点を提供するチタン材料の使用に注目することが可能です。

自動車：

自動車産業では、その入手しやすさと費用対効果からアルミニウムが好まれることが多いですが、チタンは高性能自動車部品の製造において依然として重要な役割を果たしています。内燃エンジンでは、バルブ、バルブスプリング、リテーナー、車止めブラケット、吊り耳ナット、エンジンピストンピン、サスペンションスプリング、ブレーキキャリパーピストン、エンジンロッカー、コネクティングロッドがチタンとその合金から製造されています。これらの部品に含まれるチタンは、自動車の効率と耐久性を高めるため、製造工程に組み込まれています。

医療と歯科：

医療および歯科産業は、その優れた耐食性、低い電気伝導性、および生理学的pHレベルとの適合性により、チタンを信頼しています。チタンは、整形外科や歯科用のテーパー、ストレート、セルフタッピング骨ネジ、頭蓋固定システム用の頭蓋ネジ、脊椎固定ロッド、コネクター、プレート、整形外科用ピンなど、様々な医療機器やインプラントの製造に応用されています。チタンは、人体との適合性と強度により、これらの重要な機能に使用され、患者の安全と機器の寿命を保証します。

結論として

以上の観察から、チタンは機械加工が容易ではない素材ではあるが、適切な工具と技術を用いれば、それに伴う問題を克服することができると結論づけることができる。CNMは以下の分野でコンサルタントとサービスを提供しています。 マグネシウム加工CNMのチタン加工は、お客様の業務を実用的かつ効率的にします。信頼できる CNM をお選びください。 中国チタン加工 の特殊性をマスターするためのパートナーである。 チタン を加工し、仕事の成果を高める。