チタン、チタン合金にはそれぞれ加工難度を上昇させる要因がいくつかございます。 加工の難しさやチタンの特性を知れば、チタンのイメージも変わります。
チタン加工経験豊富なチタンのオーファがチタン・チタン合金加工について徹底解明します。
チタン加工の難しさ ― 切削加工時の注意点
①高温の際、活性なこと
化学的に活性で酸素や窒素と反応しやすい。 高温の場合、酸化・窒化硬化層が生成しやすく、それが影響し、工具の摩耗を促進させます。
②ヤング率が小さいこと
ヤング率が鋼の約1/2と小さいために、弾性変形がしやすく、 切削した際、ワークが通常の鋼の約2倍弾性変形する。 また、薄肉のワークでは加工精度が悪く、びびりが生じることがある。 例えば、S45Cに比べると約10倍の振動が生じる。
③熱伝導率が低いこと
④耐摩耗性が劣ること
～難削材となる理由～
①化学的に活性で酸素や窒素と反応しやすい。
高温の場合、酸化・窒化硬化層が生成しやすく、それが影響し、工具の摩耗を促進させます。
②ヤング率が鋼の約1/2と小さいために、弾性変形がしやすく、
切削した際、ワークが通常の鋼の約２倍弾性変形する。
また、薄肉のワークでは加工精度が悪く、 びびりが生じる
③熱伝導率が銅を100%とすると、チタンは1～3％程度と低く、ステンレス鋼と同程度である。
また、切削した際に、発生した熱が逃げにくい。（その他、熱伝導率の例：アルミ…64％）
そのため、工具とワークに熱が蓄積し、その熱影響により、工具の摩耗が大きくなる。
④耐摩耗性に劣り、焼き付きを起こしやすい。
粘り気のある純チタンはアルミ・ステンレスと違い、切粉が工具に付着し摩耗を促進させる。
～チタン切削加工のポイント～
- 切削熱を抑える、もしくはコントロールすること。
- 切削工具によるが、切削速度や機械のパワーに留意し、加工すること。
- 工具の突き出し長さは出来る限り短くし、振れを抑制する。
- 工具交換時期を適切にすること。
チタン加工の難しさ ― 成形加工時における注意点
耐力/ヤング率比が大きい（＊チタン2種の場合…ヤング率 kgf/m㎡：10850 耐力：29.3）
⇒スプリングバックが大きいので、その分を見込んだ曲げが必要。
予め要求数値よりも深く、基準を設定しておくことが有効。（写真①参照）
②加工硬化指数(n値)が他鋼種より比較的小さい（＊チタン1種：0.148、SUS304：0.404）
⇒プレス成型時には、チタン2種より低強度で延びが大きい1種を使用することが有効。（写真②参照）
③圧延による異方性(r値)が非常に大きい （＊チタン1種 ： 5.28 、SUS304 ： 1.01）
⇒異方性（物理的性質が圧延方向により異なること）の性質が大きいため、
ブランクの取り方などを決める際、圧延方向の配慮が必要。（写真③参照）
～チタン成形加工のポイント～
- スプリングバックの対策としては温間成形も有効。
室温から300℃の間で強度が減少し伸びが大きくなるため効果的。
但し、上記温度域では曲げ性が劣化するため、割れを生じたりする可能性もあるため注意。 - チタン1、2種、15-3-3-3(チタン合金)などは冷間での塑性加工が可能だが、チタン64合金の場合は、室温では高強度かつ伸びが小さいので、熱間加工が基本となる。
- 成形時に工具との焼付きが起こりやすいため、摩擦を伴う成形の場合は、潤滑剤の使用が好ましい。
チタン、チタン合金の加工には、十分な加工経験と知識が必要です。
オーファでは切削油の温度管理はもちろん、空調管理・工具刃物管理また外注管理ほか徹底した管理の下で製造に取り組んでおります。
チタン、チタン合金の加工でお困りの際には、ぜひ私達にご相談ください。
