軽量、高耐久性、高強度のため、チタンは、自動車、航空宇宙、海洋、軍事など、さまざまな分野でさまざまな用途に使用される素材です。金属の比類のない硬度と強度により、世界で最も望ましい種類の金属の 1 つとして一貫してランク付けされています。摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れているため、金属は高い応力レベルにさらされる用途に最適です。この金属は、硬度が高く、熱伝導率が低いなどの特殊な特性があるため、従来の機械加工技術を使用して成形することは困難です。
コンピューター数値制御 (CNC) 機械加工の使用は、特定の公差を維持しながらチタンを複雑な形状やサイズに彫刻できる正確な手順であり、この時点で重要になります。これは、可能な限り最高の精度を達成するために細心の注意を払って実行する必要がある特別な手順です。
ビーズブラスト、粉末コーティング、および電気泳動はすべて、チタンに適用すると優れた結果をもたらす手順です。チタンは、実質的にすべての表面仕上げ方法に適した材料です。チタンは、他の金属と比較して最高度の機械加工性を備えていない場合があります。それでも、成形能力と機械的用途での性能との間で優れたバランスを保っています。
チタン製のコンポーネントの開発と製造は、アルミニウム製のコンポーネントや低コストの材料から製造されたコンポーネントの設計と製造に必ずしも匹敵するものではありません。さらに、チタン ブランクは 6061 製のアルミニウム ブランクよりも約 10 倍高価であるため、作成したピースが最初から完璧であることを確認する必要があります。
この記事では、その基本を紹介します CNC加工チタンでは、チタン CNC 加工の利点、チタン CNC 加工の背後にある動機、最適な用途、加工への影響、利用可能な表面仕上げオプションなどのトピックを取り上げます。
チタンの紹介
記号 Ti で示され、原子番号 22 が割り当てられたチタン金属は、銀色の光沢のある遷移金属です。密度が低く、強度に優れています。優れた疲労強度、優れた耐食性、および軽量のため、最強の金属の 1 つです。航空、医療、軍隊、原子力、石油産業でよく使用されます。製造に広く使用されているチタンは、通常、鉄、アルミニウム、バナジウムなどの他の元素と合金化されています。
チタンCNC加工のメリット
チタンは、地球の地殻で最も豊富に見つかる可能性のある金属の 1 つです。この金属の次の特徴は、この分野で協力している企業の間でチタン CNC 加工の人気に貢献しています。
- チタンは、腐食に強く、生体との生体適合性があり、無毒の金属です。この 2 つの特徴により、医療分野での使用に優れた選択肢となります。
- チタンコンポーネントは非磁性であり、他の金属よりも強度対重量比が大きくなっています。
- この金属は磁気特性を示さず、耐酸化性に優れています。
- チタンは、耐久性のある金属部品を形成するために、鉄、バナジウム、モリブデン、アルミニウム、ニッケルなどの他の元素と容易に合金化できる用途の広い金属です。
- 金属は無期限にリサイクルできるため、環境に優しい素材です。
- チタンは非常に耐久性があるため、部品が過酷な条件にさらされる可能性がある用途では、CNC 機械加工部品がよく使用されます。
CNC マシン チタンを検討する理由
CNC 機械加工は、ほとんどの場合、最も正確で費用対効果の高いチタン コンポーネントを実現するために使用する優れた生産技術になります。理由を理解するのに役立つ他の可能性を見てみましょう。
チタン部品の鋳造は、独自の製法です。これは、酸素と高温のチタンが結合すると激しく反応するためです。鋳造に使用される多くの耐火材料には、微量の酸素が含まれています。
無酸素グラファイト キャストを含む、グラファイト キャスティングの使用は、回避策として使用できます。ただし、これにより、医療、航空、および産業用途の大部分には適さない非常に粗い表面粗さを持つコンポーネントが製造されます。ロストワックス鋳造法は、チタン部品の製造にも使用できます。ただし、そのためには真空チャンバーが必要です。
チタン部品の製造にアディティブ マニュファクチャリングまたは 3D プリンティングを使用することは、最近の代替手段です。選択的レーザー溶融、電子ビーム溶融、直接エネルギー蒸着など、チタン 3D 印刷材料を処理できるいくつかの異なる 3D 印刷プロセスがあります。残念ながら、これらの 3D プリント機器はかなり高価であり、多くのセクターでは、高度な安全性を必要とする最終用途のアイテムに 3D プリント チタンを使用することをまだ承認していません。
他のオプションと比較して、CNC 機械加工は、安全で柔軟性があり、安価なチタン コンポーネントを製造するための効率的な方法です。
チタン加工時の注意事項
チタンは、さまざまな状況で使用できる素晴らしい素材ですが、CNC 加工プロセス全体で考慮しなければならない独自の特性があります。チタンを加工するときは、次の点に注意してください。
熱の蓄積
チタン合金は、アルミニウム合金などの他の一般的に機械加工される材料よりも硬度が高くなります。このため、ツールの摩耗が激しくなり、接触部位での熱の蓄積が増加する可能性があります。
特定のチタン合金は硬度が高いため、チップ負荷が増加すると、CNC マシンの RPM を遅くする必要がある場合があります。切削工具への負荷を軽減することに加えて、高圧クーラントは、より高品質のチタン コンポーネントの製造に役立つ場合があります。
特定の経済的に純粋な形態のチタン (グレード 1 ～ 2) によって生成される熱が少なくなる可能性がある場合でも、安全対策を実施する必要があります。
かじり
かじりと構成刃先は、チタン合金よりも純チタンでより一般的な 2 つの問題です。
グレード 1 ～ 2 のチタンは、機械加工中に粘着性になる傾向があり、切削工具に付着する可能性があります。ただし、高圧クーラントを使用して切りくずをできるだけ早く除去することで、このリスクを軽減することができます。
この問題に対処しないと、蓄熱の問題が悪化し、切削工具の効果が低下するプロセスが加速する可能性があります.
ワーク保持
チタンとそれから機械加工される合金は、他の一般的に使用される金属よりも柔軟性が低くなります。その結果、これらの材料の CNC 加工では、よりしっかりとした把握が必要になります。
剛性の高い機械を確立することに加えて、切削を中断させずに工具を連続動作の状態に保つことが有利な場合があります。
機械加工されたチタンに利用可能な表面仕上げ
の機能的および美的特性を高めるため CNC加工のチタンパーツ、通常、次のようなさまざまな表面仕上げ操作が伴います。
- パウダーコーティング
- ビーズブラスト
- 研磨
- ペインティング
- スムージング
- 電気泳動
- クローミング
- ブラッシング
- 金属化
- PVDコーティング
チタン素材の主なグレード
| 学年 | 成形性 | 力 | 耐食性 | アプリケーション |
| 1 | 高い | 低い | 高い | 熱交換器、機体部品、 コンデンサーチューブ、極低温容器 |
| 2 | 高い | 中くらい | 高い | 医療、航空宇宙、海洋産業 |
| 3 | 中くらい | 高い | 高い | 航空機エンジン、機体 |
| 4 | 中くらい | 高い | 高い | 医療、油圧、 機体、航空機エンジン |
| 5 (6AL-4V) | 高い | 中くらい | 高い | タービンエンジン、航空宇宙 |
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