チタン合金切削の大手サプライヤーとして、私はチタン合金切削における切削速度と切りくず形態の複雑な関係を直接目撃してきました。チタン合金は、その卓越した強度対重量比、耐食性、および高温性能で知られています。しかし、まさにこれらの特性により、機械加工が困難になります。機械加工プロセスに大きな影響を与える重要な要素の 1 つは切削速度であり、結果として得られる切りくずの形態に大きな影響を与えます。
チタン合金の切削の基礎
チタン合金は、その優れた特性により、航空宇宙、医療、自動車産業で広く使用されています。チタン合金を切断するとき、切削工具は高温と高い力を受けます。切断中に発生する熱は工具の急速な摩耗を引き起こす可能性があり、チタン合金の高強度には堅牢な切断プロセスが必要です。切削中に形成される切りくずは、切削プロセスの効率と加工面の品質を示す重要な指標です。
切りくず生成に対する切削速度の影響
低速の切削速度
通常 20 m/min 未満の低い切削速度では、形成される切りくずは連続的で長いことがよくあります。切削工具の動きが比較的ゆっくりであるため、材料はより制御された方法で塑性変形することができます。材料に作用するせん断応力は、材料が流動して連続的な切りくずを形成するのに十分な応力です。ただし、これには欠点もあります。切削速度が遅いと、材料を除去するために工具がより激しく働かなければならないため、切削抵抗が大きくなります。さらに、長く連続した切りくずが切削工具やワークピースの周りに絡みつき、切削プロセスを妨げ、表面損傷を引き起こす可能性があります。
たとえば、一部の低速チタン合金切削作業では、連続した切りくずが切削工具の側面に巻き付き、工具とワークピースの間の摩擦が増加することがあります。これにより、工具の摩耗が増加するだけでなく、切削中に振動が発生し、機械加工部品の寸法精度が低下する可能性があります。
適度な切断速度
20 ～ 60 m/min の範囲で、切りくずの形態が変化し始めます。チップはセグメント化されます。切断速度が高くなると、切断される材料のひずみ速度が増加します。その結果、材料は定期的にせん断を受け、チップがセグメントに分割されます。この分割は、低速切削と比較して切削抵抗を低減するため有益です。分割された切りくずは管理しやすく、切削ゾーンから効果的に排出され、切りくずの絡まりを防ぎます。
中程度の切削速度での分割された切りくずの形成は、断熱せん断現象に起因すると考えられます。高速切断ではせん断面に局所的に短時間に大量の熱が発生します。高いひずみ速度と急速加熱の組み合わせにより、せん断面内の材料の強度が失われ、断熱せん断バンドが形成され、その後、分割された切りくずが発生します。
高い切削速度
切削速度が60m/minを超えると切りくずの細分化が進み、形状が不規則になる場合があります。このような高速度では、熱の発生が非常に速くなり、材料には非常に高いひずみ速度が生じます。激しい熱によりチップが溶けたり、端が燃えたりして、チップの物理的および化学的特性が変化する可能性があります。
高度に断片化した切りくずは、切りくずの排出に問題を引き起こす可能性があります。低速では連続した切りくずのように絡み合うことはありませんが、非常に小さいため、クーラントチャネルや切りくず除去システムが詰まる可能性があります。さらに、高速切削時の高温により、工具素材が軟化したり、チタン合金と化学反応したりする可能性があるため、工具の摩耗が早まる可能性があります。
チタン合金切断サプライヤーへの影響
チタン合金の切削サプライヤーとして、顧客に最適なソリューションを提供するには、切削速度が切りくずの形態に与える影響を理解することが重要です。加工作業の特定の要件に基づいて、適切な切削速度を推奨する必要があります。
医療用インプラントなど、表面仕上げが最も重要な用途では、切りくずを分割して切削抵抗を低減し、より高品質の表面を得るために、適度な切削速度が好ましい場合があります。一方、表面仕上げ要件がそれほど厳しくない大量生産の場合は、切りくず排出や工具冷却のための追加措置が必要になる場合がありますが、生産性を向上させるためにより高い切削速度が考慮される場合があります。
当社の製品と関連リンク
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ご購入・ご相談はお問い合わせください
チタン合金の切削工具やサービスをご検討の際は、ぜひ当社までご連絡ください。当社の専門家チームは、お客様の特定の用途に適した切断速度と工具の選択をお手伝いいたします。小規模のワークショップでも大規模な製造工場でも、当社はお客様の要件を満たすソリューションをご用意しています。
参考文献
- アスタホフ副社長 (2010)。金属切削の理論と実践。 CRCプレス。
- ショー、MC (2005)。金属切断の原理。オックスフォード大学出版局。
- トレント、EM、ライト、PK (2000)。金属の切断。バターワース - ハイネマン。