チタン加工で発生するビビリ・バリ・変形を解決するには？

チタン加工における一般的な問題（ビビり、バリ、部品変形など）を解決するには、チタン特有の材料特性――低い熱伝導率、高温での高強度、化学的反応性――に起因する根本原因に対処する体系的なアプローチが必要です。成功の鍵は、剛性の高いセットアップ、最適化された工具およびパラメータ、そして戦略的なプロセス設計の組み合わせにあります。

ビビりと振動の抑制

ビビりは工具とワークの間に発生する共振振動であり、表面仕上げを損ない、工具寿命を著しく短縮します。チタンの弾性特性はこれをさらに悪化させます。

• 剛性の最大化： これが最優先のルールです。可能な限り短く剛性の高いツールホルダー（例：ヒートシュリンクチャックやハイドロチャック）を使用します。ワークは剛性の高いバイス、もしくは理想的にはトゥームストーンやサブプレートに直接ボルト固定し、柔軟性を排除します。多軸加工センターは、このような複雑部品を1回の剛性の高いセットアップで完了できる点で有利です。

• ツールパスと切削負荷の最適化： 全幅スロッティングは避け、トロコイド加工やダイナミックミリングなどの戦略を採用し、工具径の5〜15％程度の低い径方向切込みを一定に保ちつつ、高い軸方向切込みを使用します。これにより衝撃負荷が軽減され、切削力がより剛性の高いスピンドル軸方向に分散されます。

• パラメータ調整： ビビりが発生した場合、単純に回転速度を下げないでください。多くの場合、送り速度を上げる、またはスピンドル回転数（RPM）をわずかに変化させることで、共振域からプロセスを外すことができます。

バリの抑制と最小化

特にチタンで発生しやすい「巻き込みバリ」は、材料の延性と工具の退出角度に起因します。

• 工具形状と鋭利さ： シャープでポジティブレーク（正のすくい角）を持つ工具を使用し、エッジ準備が最適化されたものを選択します。鋭い切れ刃は材料を押しつぶすのではなく「せん断」して切削するため、バリの発生を最小限に抑えます。工具は鈍化する前に交換する必要があります。

• 退出戦略： 工具刃がエッジに垂直に退出しないようにプログラムします。可能であれば、最終工程でエッジを面取り（チャンファー）するか、「ランプオン／ランプオフ」動作を使用します。穴あけの場合、CNC穴あけサービス中に、裏当て材または犠牲板を使用することで、出口側のバリを防止できます。

• バリ取りプロセス： 最善の努力をしても、ある程度のバリ取りは必要になります。手作業によるバリ取りは一貫性がありません。専用メディアを使用したCNCバレル研磨・バリ取りのような自動化工程が、アクセス可能なバリに有効です。硬化材や複雑な内形状の場合は、放電加工（EDM）や電解研磨を用いることで、機械的応力を与えずにバリを除去できます。

部品変形の防止

チタン部品の変形は、多くの場合、原材料に残留している内部応力、または加工中に発生する応力のいずれかが原因です。

• 素材の応力除去： ビレット加工には常に応力除去済みまたは焼鈍材を指定します。これにより、加工前の素材が均一で安定した内部応力状態に保たれます。

• バランスの取れた除去加工： 一方の面だけから全ての材料を一度に除去するのは避けてください。これにより内部応力が不均衡になり、ワークが反ります。最良の方法は「段階的切削」アプローチで、両面を交互に加工し、それぞれ同程度の材料を除去して応力バランスを保つことです。

• 熱管理： 加工によって発生する局所的な高熱は、熱膨張や冷却後の残留応力を引き起こします。大量の高圧クーラントを使用し、低温を維持します。変形しやすい形状では、荒加工後にCNC加工部品の熱処理（応力除去）を行い、最終仕上げ前に応力を緩和させるのが有効です。

• 治具とクランプ力： クランプ力は均等に分配し、過度な締付けを避けます。特に薄肉部品では、弾性的変形が起こりやすく、加工後にクランプを外すと部品が元に戻って形状が歪むことがあります。治具の設計と支持点の配置は極めて重要であり、これは当社の精密加工サービスにおける基本原則でもあります。