薄肉チタン加工で最も重要な加工パラメータとは？

薄肉チタン部品の加工は、精密製造の中でも最も難易度の高い課題の一つです。チタン特有の難削性に加え、部品自体の構造的柔軟性が加工中の変形や振動を誘発します。成功の鍵は、切削力を最小限に抑え、熱膨張を制御し、振動を抑制するためのパラメータを最適に組み合わせることにあります。これらの要素は個別に機能するものではなく、相互に連動した戦略として管理される必要があります。

1. 径方向切込み（ae）と工具のかかり率

これはおそらく最も重要なパラメータです。径方向の切り込み量が大きすぎると、薄肉部品に過大な側圧がかかり、部品がたわみ、ビビリや形状誤差、表面粗さの悪化を引き起こします。解決策は軽い径方向切込み（工具径の10〜30％程度）を採用することです。これを実現するためには、トロコイド加工やダイナミックミーリングのように一定で低い工具かかり率を維持するツールパスが最適です。この戦略は当社の多軸加工サービスの中心にあり、工具が自由かつ冷却された状態で大部分の時間を切削できるため、壁への持続的な力を大幅に低減し、熱を効果的に分散させます。

2. 工具の選定と形状

工具自体は、材料を最小限の抵抗でシャープに切削できるように設計されている必要があります。鋭利で研磨された切れ刃と高い前すくい角は絶対条件です。これにより切削抵抗が減少し、工具が壁を「押す」ことを防ぎます。大きな工具ノーズRは荷重分散に役立ちますが、工具とワークの接触面積および発熱が増えるリスクもあるため、バランスが重要です。最終仕上げでは、より小さなコーナーRまたは専用の仕上げ工具を使用するのが一般的です。

3. 切削パラメータ：送りと速度

直感に反して、高めの送り量（1刃あたりの送り）が有利な場合が多いです。送りが軽すぎると擦り加工となり、加工硬化を引き起こし、熱だけを発生させて材料除去が効率的に行われません。十分な送りを与えることで、工具が「擦る」ではなく「切る」状態を維持し、きれいなせん断と良好な切りくず排出が実現します。一方で、切削速度（SFM）は適度に抑える必要があります。速度が高すぎると発熱が壁厚に蓄積し、熱変形を引き起こします。当社の精密加工サービスでは、保守的な速度設定と積極的な送りの組み合わせによって、熱と力を制御しながら最大の除去効率を確保しています。

4. 軸方向切込み（ap）と加工順序

軸方向切込みは径方向ほど直接的に曲げを誘発しませんが、深い切込みは全体的な切削力を増加させ、振動を引き起こす可能性があります。したがって、中程度の軸方向切込みを使用し、対称的な加工シーケンスを採用することが重要です。これは、片側を完全に仕上げてから反対側を加工するのではなく、両側から交互に材料を除去して残留応力を均等化する手法です。荒加工後には、最終仕上げ前に中間応力除去熱処理を行い、内部応力を取り除くことが不可欠です。

5. 固定方法と熱管理

部品は、リリース後に変形しないよう、最終組立状態に近い形で支持される必要があります。カスタム治具、真空チャック、または低融点合金を使用して薄肉構造を最大限に支持します。熱管理面では、高圧スルークーラントが必須です。これは切削部と工具を冷却するだけでなく、機械的に切りくずを分断し、再切削や溶着を防ぐ役割も果たします。これらは当社のチタンCNC加工サービスにおける薄肉ミーリングの失敗を防ぐための重要な手法です。