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TC4チタン合金精密部品研削工程の説明

TC4チタン合金の加工は非常に困難です。 チタンとチタン合金の複合プロセスは、結晶構造、物理的性質および化学的性質の点で鋼、アルミニウム合金および多くの重金属とは大きく異なります。 次の3つの要因から、チタンは研削しにくい金属であると判断されます。

(1)化学組成が不安定なため。
TC4チタン合金は、熱変形下で酸素および窒素と反応し、さらにはいくらかの酸素含有ガスと反応することさえあり、その反応はワークピースの表面に付着してスケールを生成することになる。 温度が900℃を超えると、ワークピースの表面に付着した酸化スケールがスケールを生成します。 このようにして、酸素および窒素元素は金属中に浸透しそして拡散しそして最終的に表面ゲッターを形成する。 より高い硬度およびより低い可塑性は、ゲッタリング層の特徴である。


チタン合金製エンジンコンロッド


(2)金属組織におけるセメンタイトの性能は、HV1100までのビッカース硬度を持ち、ほとんど衝撃靭性を持たない複雑なFe-C化合物です。

(3)熱伝導率が高くない:チタン合金の熱伝導率をアルミニウム合金のような他の合金と比較すると、熱伝導率はアルミニウム合金の1/15および鋼鉄の1/5に過ぎない。 チタン合金の熱伝導率は、アルミニウム合金および鋼の熱伝導率よりはるかに低いです。 熱伝導率は、アルミニウム合金の1/15とスチールの2/7です。 これらは一部のチタン合金部品の表面品質に大きな影響を与えます。


F-20航空機用チタン合金部品


チタン合金の主な研削特性:

(1)砥石接合の問題は非常に深刻である。
砥石の表面はチタン合金で接着されており、接合面の表面はスモークのようです。 主な理由は、結合剤(チタン粉末)が研削プロセス中に脱落し、それが砥粒を破壊して脱落させ、最終的には研削砥石に深刻な損傷を与えることである。


(2)大きな研削力と高い研削温度。
単一砥粒研削試験では、チタン合金を粉砕したとき、大部分が滑り工程であり、砥粒と加工物との間の接触時間が非常に短いことが分かった。 この非常に短時間で、激しい摩擦および激しい弾性および塑性変形が起こり、次いでチタン合金が細かく砕かれ、それが大きな研削熱を発生し、研削温度は1500℃にもなり得る。

(3)研削は、主に複雑な変形のために積層割れを引き起こす可能性がある。
より多くの帯状の切りくずが形成されたとき、45鋼を白いコランダム砥石車(WA60KV)で研削した。 積層チップが形成されたとき、チタン合金はグリーンの炭化ケイ素研削砥石(GC46KV)で研削された。


(4)TC4チタン合金の化学活性は高温条件下で非常に活発です。 空気中の酸素、窒素および水素などの元素と反応して、二酸化チタン、窒化チタンまたは水素化チタンなどの脆い硬い変成層を形成することは容易であり、その結果、TC4の可塑性が低下する。

(5)チタン合金の研削加工では、侵入するワークの研削熱が出力されにくいことが主な原因となり、解決が困難な問題がある。 加工物の一部を変形させたり、燃やしたり、ひびを入れたりするのは簡単です。 したがって、加工物の表面には異なる程度の粗さが現れる。


解決策
チタン合金研削における火傷・割れ防止対策
砥石車でTC4チタン合金を加工するときいくつかの問題があります。 もっと深刻なのは癒着の現象です。 高速度のために、研削力と温度は比較的高く、それは表面を燃やしそして亀裂を引き起こすでしょう。 Kangは、加工中に発生するやけどや亀裂を減らすための実験的研究をいくつか行っています。 彼らは、彼らがコランダム砥石車の代わりに炭化ケイ素または炭化ケイ素砥石車のようなより柔らかい砥石車を使うことができると感じます。 コランダム砥石は樹脂で接着されており、前者はセラミックで接着されている。 さらに、加工パラメータは、例えば、砥石車の速度が速すぎてはならず、実験的分析が毎秒20メートルを超えてはならないことにも留意されたい。 研削深さは大きすぎず、0.02 mmを超えてはいけません。 工作物の移動速度も必要とされ、おそらく毎分12〜16メートル以内である。 研磨液は、熱をよく放散させる必要があるだけでなく、潤滑効果も強調し、効果的に接着の発生を抑制することができる。 乾式粉砕の場合、潤滑剤に固体潤滑剤を含浸させることができる。


チタン合金砥石研削
チタン合金砥石の接合現象とその抑制対策

チタン合金は一般に、より高い研削温度および研削プロセス中のより大きい垂直力を有する。 この激しい塑性変形は研削ゾーンのチタン合金に起こり、研磨材と金属との間の物理的または化学的吸着が結合効果を生み出す;研磨金属への粉砕金属の移動の理由は剪断力の効果である。 これは研削砥石を結合させそして最終的には砥粒を破壊させる。 研磨力が研磨剤間の接着力を超えると、研磨剤と接着剤が研削砥石から剥がれる。

高速で効率的な研削
TC4チタン合金材料の高速かつ高効率の研削を行った研究者もいる。 本研究では、研削量に及ぼす研削力と単位面積当たりの研削量の影響を解析した。 ワイヤ速度vsが増加すると、単位面積当たりの研削力は著しく減少するであろう。 しかし、テーブル速度vwおよび研削深さapが大きくなると、単位面積当たりの研削力が大きくなる。 砥石車線速度vsが増加するとそれは研削エネルギーよりも高いが、テーブル速度vwと研削深さが増加するとそれは研削エネルギーよりも低い。
TC4チタン合金高速研削
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