チタンの切削加工の見積もりはどうしたら良いですか?

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「純チタン2種の切削加工の見積もりはどうしたら良いですか?」

先日このような相談を受けました。その際に回答した内容をまとめてみました。

やはり、チタンと聞くと、エンドミルや旋盤加工したら「キーキー」なのかな?と思ってしまいます。

チタンと言っても、さまざまな種類があり、俗に言う、硬くて削りにくい「チタン」は、チタン合金、特に「6アルミ4バナ」と呼ばれる、Ti-6al-4vなどを言います。

では、今回ご質問いただいた、純チタン2種(TB340)の機械的性質を見てみます。

引張強さ(MPa) 400以上

耐力(MPa) 215以上

伸び% 23以上

※あくまで参考値ですので、正式な数値は別途、ご確認ください。

では、S50Cはどうかというと

引張強さ(MPa) 600以上

耐力(MPa) 360以上

伸び% 18以上

※あくまで参考値ですので、正式な数値は別途、ご確認ください。

我々がよく切削加工する機会の多い、S50Cと比較すると、このような感じです。

引張強さと耐力は、むしろS50Cの方が強いくらいで、機械のロードメーターは、こちらの方が大きく振れそうです。

ただし、伸びは、純チタン2種の方が伸びますので、

断続切削のフライスとは違い、今回対象としている旋盤加工は連続切削になりますので、

切りくずが折れにくいためつながりやすく、いわゆる「ねばい」といった現象が出そうです。

切りくずを折り、切れ味の良いタイプのブレーカチップを使った方がよさそうです。

また、純チタンの名が示す通り、純度の高い材料は、切削の際の破砕する起点になる合金成分が少ないため、やはり「ネバさ」が出ます。

ネバさは切削の際、切削抵抗や振動(ロードメーターの振れ幅)として現れます。ここは意識して注意したいところです。

ところで、とにかく削りにくいと言われる、Ti-6al-4vの材料特性はどうでしょうか。

時効処理する前の状態で、

引張強さ(MPa) 980以上

耐力(MPa) 920以上

伸び% 14以上

※あくまで参考値ですので、正式な数値は別途、ご確認ください。

数値データをみても、純チタン2種とは、同じチタンの名を冠していても、機械的な性質は異なりますし、

被削性についても、熱伝導率が低いため、エンドミルに熱がこもりやすく傷みやすいとか、

鉄やステンレスよりヤング率はむしろ低いため、切削時にビビりやすいといった、切削の際の難しさは色々あります。

したがいまして、「チタン」とはいっても、実際はどの種類のチタンなのか、把握しておくことが必要です。

また、技術者としては、被削材に対して、どういった機能を持つ工具が必要になるのか、考えて選択したいものです。

「チタン向けの工具よろしくね」と、代理店に丸投げしてしまうのは、なるべくやめましょう。

それと、こういった未知の材料の切削加工の見積もりは、リスクを感じるものですが、

こうした数値データを元に、よく扱う材料、たとえば、S50Cを基準に1.2倍するとか、1.5倍するといったように、

普段の実績から係数計算するという方法がやりやすいと思います。

※ 実際の加工においては、工具材種だけでなく、被削材の物性、機械剛性、工具の消耗状態、被削材のクランプ状態などの外的要因で、如何様にも状態は変化するため、実際の加工においては、自己責任のうえ、充分な確認・検証を行ったうえで、加工してください。

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