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● 導入
● 高度なテクニック: シミュレーションとプロセス内モニタリング
● 結論
● Q&A
製造工学の人々は、マルチマテリアルであることを知っています。 CNC 加工は 今日の状況を一変させています。強度や重量などのバランスを考慮して、さまざまな合金を組み合わせて作られた部品を扱っています。余分な質量を発生させずに熱に対処するためにチタンとアルミニウムを組み合わせた航空宇宙部品や、片面で耐摩耗性、もう片面で耐食性を高めるために鋼と青銅をブレンドした自動車部品を考えてみてください。これらのハイブリッドは、単一の素材では達成できないパフォーマンスを実現します。問題は、CNC マシンが合金間の境界に到達したときに始まります。工具の摩耗は急増し、仕上げは粗くなり、精度は低下します。失敗を回避し、生産をスムーズに保つためには、これらの材料全体にわたって適切なツール戦略を立てることが重要です。
一般的なセットアップを考えてみましょう。耐久性を高めるベースの Ti-5553 から、切断を容易にする上部の Ti-64 までの勾配を持つチタン ビレットです。スピンドルはクーラントが流れる状態で 2000 RPM で動作しますが、結合線を越えると、硬度が 300 HB から 350 HB に上昇するため、切削抵抗が 30% 増加します。ビビリが発生し、摩耗が急速に増加し、チップの刃先半径が急速に大きくなりすぎます。これは実際の店舗でも起こります。振動により表面に跡がつき、公差がずれます。私は、これらのシフトを無視すると手戻りや廃棄につながることを仕事で直接見てきました。
加算メソッドにより複雑なビルドが可能になり、より多くのビルドが可能になるため、このトピックは現在ホットです。 ハイブリッド加工。 CNC 操作は堆積の後に行われることが多いですが、ツールパスは熱の違い、チップの変動、接合部の潜在的な腐食に合わせて調整する必要があります。標準コードに依存することはできません。適応的なアプローチが鍵となります。主な問題、ツールの選択、チタンブレンドやスチールとニッケルの組み合わせなどの例によるパラメータ調整、さらにシミュレーション支援について説明します。終わりまでに、これらの課題に効果的に対処するための実践的な方法がわかるでしょう。それでは始めましょう。
材料の除去が均一ではないため、複数の材料の CNC 作業には独特のハードルが存在します。各合金には明確な特徴があります。アルミニウム 6061 は高速で容易に切断できますが、工具に蓄積します。チタンは熱伝達と反応性が低いため、インサートを消耗します。インコネルはすぐに硬化し、標準速度に耐えます。これらを組み合わせると、動作が競合するゾーンが作成され、強度や熱反応が急激に変化し、切断中に部品が曲がります。
航空宇宙用ブラケットを見てください。耐久性を高めるために Ti-6Al-4V ベース、軽さを追求する Al-7075 トップを使用しています。ミルが通過するとアルミニウムは急速に冷えますが、チタンは熱を閉じ込め、負荷が増加すると工具が弱くなります。たわみが不安定になります。 Haas VF-2 では、送りを変更しないと、150 Hz の振動により厳しい許容誤差が緩みます。
インターフェースが中心的な問題です。焼結またはクラッディングによって結合されたこれらの領域には、変化した粒子または硬質相などの混合構造が存在します。グレーディングされた材料では変化は微妙ですが、ツールには安定性が求められます。
たとえば、Ti-64、Ti-6242、Ti-5553、およびベータ C を混合したチタン ビレットでは、ペアに沿って切断すると力は 200 N に保たれますが、それらを横切ると位相シフトにより 300 N までスパイクが生じます。表面は 1.2 μm Ra から 3.5 μm まで粗くなり、深さ 50 μm の損傷は検査に影響します。これは 1000°C で焼結した部品の旋削試験から得られたもので、方向が重要であることがわかります。
別の例: スチールアルミニウム製の EV バッテリー ハウジング。 4140 鋼は、硬化を防ぐために低速でコーティングされた工具が必要です。アルミニウムは、10,000 RPM でコーティングされていない高螺旋を必要とします。十字架では、摩耗は鋼が摩耗した箇所のアルミニウムの棒のようになります。一部の操作はチップのクリアのために一時停止しますが、プロアクティブなパス ランプはより適切に機能します。
熱の変化は大きく、チタンの 0.52 J/g°C に対し、アルミニウムの 0.9 J/g°C は、0.02 mm の反りを引き起こします。機械面: 脆性材料はきれいに欠けます。延性のあるものは紐、埋め込み工具。
CoCrMo-Ti-6Al-4V インプラントでは、旋削加工によりコバルトが残るチッピングが 15% 増加します。 150 m/min および 0.2 mm/rev では、ペック サイクルが役に立ちます。
ソリューションは、組み合わせに適したツールから始まります。超硬は汎用性があり、非鉄にはPCD、鋼にはCBNが適しています。高温のチタンには TiAlN、粘着性のあるアルミニウムには DLC などのコーティングが使用されます。
形状は適応します: 45° 螺旋はソフトな剪断を実現しますが、ハードに振動します。 35°から42°までの可変螺旋ブリッジ。
ニッケルアルミニウムブレードでは、12 mm の可変ピッチ エンドミルがパスをゾーンします。80 パーセントが Ni、40 パーセントが Al です。溶接部の Ra が 1.8 µm であっても、寿命は 20 ～ 45 分になります。
超合金加工から、ハステロイ上でインコネル 718 をフライス加工するには、セラミックを 40 m/分で使用し、次に超硬を使用します。 Mastercam のような CAM は、シフト時に 5° ～ 15° の角度を調整します。
動的設定ルール。 SFM: Ti の場合は 120、Al の場合は 300。境界では 2 mm を超える速度で 20 ～ 30% の速度で送ります。
傾斜傾斜 Ti 旋削: 100 m/min、ベータで 0.15 mm/rev。 80、アルファベータで 0.1、力は 250 N 未満です。オイルを使用した MQL はダメージを 25% 軽減します。
スチール - Ti 補綴物のフライス加工: スチールでは乾燥、Ti では低温処理により寿命が 40% 長くなります。 200 SFM スチール、80 Ti、トロコイド パス。
シミュレーションが予測し、モニタリングが反応します。
FEM は応力を予測します。 Ti 勾配では、ABAQUS は結合で 1.5 倍のピークを示します。トロコイドカットは 18% 減少します。
鋼青銅の場合、ANSYS フラグのたわみは 0.15 mm、カットで確認、かみ合い制御で修正。
ハイブリッド AM: シムズは、チタンの 0.5 mm 荒加工からスチールの 0.1 仕上げ加工 (密度 95%) まで DOC をガイドします。
スピンドル上のセンサーが制御を送ります。
レニショー、DMG 森の Al-Cu 用: 120 Hz でフィードが 15% 低下し、寿命が 30% 増加しました。
Ti の IR が 600°C のスポットを捕捉し、クーラントを強化します。
マルチアロイダイ: カムがフラッドをミストに切り替え、摩耗を 22% 削減します。
3 つの例で説明します。
インコネル 718-Ti ブレード: クリープと光の出会い。ゾーンミリング、セラミック 30 m/min インコネル、カーバイド 100 Ti。債券でのランプ。 25% 高速化、2 μm 仕上げ。 30 パートごとに変更され、パスで半分になります。
CoCr-Ti ステム: 互換性のある強度。可変送り 0.08 mm/rev CoCr、0.12 Ti。 Cryo は色を避けます。 ISO 表面、50 部品寿命。
スチール-Al トレイ: スチール上の Al 皮膜。ヘリカルポケット、ランプ。 MQL。スクラップが 15% 減少し、0.05 mm の平坦度になります。
インターフェース、ツール、チューニング、シミュレーション、ケースについて検討してきました。グレード部品やハイブリッド部品が成長するにつれて、戦略も前進する必要があります。初期のゾーンパスをシミュレートし、センサーを使用します。スクラップでテストし、成功したことを確認します。適応力のあるショップは、課題を強みに変えます。適切なセットアップで合金混合に取り組み、信頼性の高い部品を作成します。
Q1: CNC で合金界面を横断して加工する場合の最大のリスクは何ですか?
A1: 主なリスクは、工具の破損につながる切削抵抗の突然のスパイク、さまざまな切りくずの挙動による不均一な表面仕上げ、および部品の反りを引き起こす熱歪みです。段階的なフィード ランプとインターフェイス固有のツールを使用して軽減します。
Q2: チタンとアルミニウムの複数合金の作業での工具のコーティングはどのように選択すればよいですか?
A2: チタンの場合は、耐熱性を考慮して TiAlN を使用します。アルミニウムの場合、DLC を使用して付着を軽減します。ハイブリッド ジョブは、小規模バッチのトライアルでテストされ、両方のバランスをとった多層 PVD コーティングの恩恵を受けます。
Q3: シミュレーション ソフトウェアは、傾斜機能材料を正確に処理できますか?
A3: はい、ABAQUS のようなツールはユーザー定義のプロパティを介して勾配をモデル化し、実際のカットの 10 ～ 15% 以内の力を予測します。最良の結果を得るには、データシートから合金データを入力します。
Q4: さまざまな合金の工具摩耗を管理する際のクーラントの役割は何ですか?
A4: 冷却剤の選択は重要です。Ti などのヒートシンクの場合はフラッド、粘着性の Al の場合は MQL です。移行時にはエステルに切り替えて反応を回避し、寿命を最大 30% 延長します。
Q5: 複数の材料を使用する作業では、どのくらいの頻度でツールを監視する必要がありますか?
A5: 振動/力のプロセス内センサーを使用して継続的。工具寿命の 10 ～ 20% ごとに目視チェックを行います。適応制御は自動調整できるため、手動による介入が軽減されます。
