ZCC·CT－チタン合金航空構造部品の効率的なNC加工

チタン合金は、その高い強度、優れた機械的特性、強い耐食性により、航空産業でますます広く使用されています。航空機におけるチタン合金の割合が増加するにつれて、チタン合金航空宇宙構造部品の加工効率に対する数値制御による影響は航空製造会社にとっても増大しています。チタン合金は機械加工が難しい材料です。その相対的な被削性は0.15から0.25で、加工効率はアルミ合金の10%に過ぎないのです。したがって、チタン合金の航空宇宙構造部品の加工効率の低さは、現代の航空機の大量生産を著しく制限しています。チタン合金航空宇宙構造部品の効率的な機械加工を実現することは、航空宇宙製造企業、CNC装置メーカー、工具メーカーにとって共通の関心事となっています。

チタン合金の切削性能。

チタン合金は機械的性質がよく、耐食性が強く、比重が小さいという特徴を備えています。しかし、機械加工において、チタン合金の切削性能は非常に悪く、主に以下の側面が挙げられます:

（1）高い切削力が必要。チタン合金材料は強度が高く、切削時の切削抵抗が大きいため、刃先での切削熱量が大きく集めます。

（2）熱伝導率が低い。チタン合金は熱拡散率が低く、大量の切削熱が切削エリアに集中します。

（3）刃先の応力が重い。チタン合金は塑性が低く、機械加工で生成する切りくずが非常に曲がりやすいため、切りくずとすくい面の接触長が短くなります。そのため、刃先の単位面積あたりの力が大きくなり、先端部で応力が集中してしまいます。

（4）高い摩擦力。チタン合金は弾性率が小さいため、すくい面と逃げ面の摩擦が大きくなります。

（5）高い化学活性。高い切削温度では、チタンは空気中の水素、酸素、窒素などのガスと容易に反応し、表面に硬い層を形成し、工具の摩耗を促進します。

チタン合金の効率的な加工装置。

チタン合金構造部品の効率的な加工に対応するため、新しいチタン合金加工装置は次のような発展トレンドを示しています:

（1）高トルク。チタン合金は強度が高く、機械加工時の切削力が大きいです。チタン合金加工機械工具の明らかな特徴の一つは、主軸トルクと振り角トルクが大きいことです。

（2）電動スピンドルの応用。高出力、高トルクの電動スピンドルはチタン合金加工に適用されています。

（3）横型マシニングセンタはチタン合金加工に使用されます。横型マシニングセンタは切りくずの排出に便利で、加工効率と加工品質の向上に寄与しています。交換可能な作業台は、マルチステーション加工を容易に実現し、設備の稼働率を向上させるフレキシブルな生産ラインを設定できます。

（4）高圧内部冷却。チタン合金の機械加工中、切削熱は刃先に集中し、工具の摩耗や損傷を引き起こしやすい。高圧内部冷却は、高圧内部冷却は、切削エリアに正確に噴射して切削熱を取り除くことができます。

チタン合金の効率的な機械加工切削工具。

チタン合金の切削加工性は悪く、従来の加工方法の切削速度は一般的に60m/分を超えない。チタン合金の粗加工では、最大の金属除去率を得るために、主に大きな切り込み深さ、低速度、低送りの方法を使用します。PVDコーティング超硬切削工具は、高速フライス加工の仕上げに使用され、切削幅が小さく、切削深さが大きいため、効率的な切削が可能です。そのため、チタン合金機械加工用工具は、強加工時のチャタリングの回避、切削力の低減、切削温度の低減に主眼を置いています:

（1）チタン合金の正面フライス加工。チタン合金部品の正面フライス加工では、効率的な加工を得るために、小さな切り込みと大きな送りでフライス加工を行います。高送りフライス加工の原理は、工具の主偏向角を小さくすることで、高送り下でも小さな切りくず厚さを維持できるようにすることである。高送り時の切削力を低減し、低切削速度を実現するため、大きな送りが得られ、単位切り込み深さ当たりの切り屑処理量が増加します。同時に、切削力部分は垂直上向きであり、接線力は小さく、消費電力も小さいです。この加工法は、工作機械に高い動力と剛性を必要としないため、広く利用されています。

（2）チタン合金のキャビティ加工。スロットキャビティはチタン合金の航空宇宙構造部品の主な特徴です。材料除去率が高く、作業量が多いことです。したがって、スロットキャビティの加工はチタン合金部品の効率的な加工の鍵となります。最大の金属除去率を得るために、大きな切削深さ、低速度、低送りによる強力な切削は、チタン合金の粗加工に効果的な方法です。現在、チタン合金の粗加工のための強力なフライス工具は、最も効率の高いコーンフライスカッターを広く使用されています。

（3）フィレット加工技術。 航空機の軽量化のため、航空機構造の溝角部のフィレットは通常小さく、加工にはより小径のフライスカッターが必要となります。フィレットの切削量が急激なため、切削力が大きく変化します。急激な切削力の場合、工具は容易に振動を発生させ、さらにはチッピングを発生させ、その結果、工具の摩耗が激しくなり、機械加工効率が低下します。プランジミリングは、コーナー加工の効率を上げる最良の方法です。プランジミリング加工は、従来のフライス加工に比べて振動が少なく、コーナー取り代の除去効率が高いです。直径の異なる工具をコーナー部に挿入とフライス加工することで、コーナー部に残ったマージンをほとんど除去することができ、その後、エンドミルで挿入とフライス加工で発生した残渣を除去することで、加工効率を大幅に向上させることができます。

（4）精密な側面フライス加工技術。 側壁を仕上げる際、高速切削の目的を達成するためにフライス加工の中断を使用し、部品の表面品質と加工効率を向上させます。側面を仕上げる際、切削幅が小さいため、カッターの歯が1回転する切削時間が非常に短く、つまり冷却時間が非常に長くなります。冷却が十分な場合、切削温度を効果的に制御できるため、切削速度を大幅に上げて加工効率を向上させることができます。チタン合金の高速切断と仕上げ加工は、加工効率と精度を大幅に向上させることができます。

（5）シミュレーション最適化技術。チタン合金構造部品の切削代は、粗加工中に連続的に変化します。現在のCAMソフトウェアでコンパイルされたNCプログラムは、固定された切削パラメータしか設定できない。過大な切削量によるローカルプログラムの工具や機械への影響を避けるため、工具寿命や部品品質を確保するために切削パラメータ全体を小さくする方法が一般的です。そのため、加工効率は極端に低くなります。Vericutのシミュレーション最適化技術は、この問題をうまく解決することができます。切削パラメータ最適化ライブラリはVericutソフトウェアによって設定され、シミュレーションには同ソフトウェアが使用されます。シミュレーションによって実際の機械加工代や切削条件を推測し、その機械加工代や切削条件に応じてプログラム内の切削パラメータを最適化します。工具寿命が延び、部品の品質が保証されるだけでなく、加工効率も向上します。