まず最初にお話しするのは、チタン合金加工の物理現象です。チタン合金の切削抵抗は同じ硬度の鋼よりもわずかに高いだけですが、チタン合金の加工の物理現象は鋼の加工よりもはるかに複雑であるため、チタン合金の加工の難易度は直線的に上昇します。
ほとんどのチタン合金の熱伝導率は非常に低く、鋼鉄の 1/7、アルミニウムの 1/16 に過ぎません。したがって、チタン合金の切断プロセスで発生する熱は、すぐにワークピースに伝達したり、切りくずによって奪われることはなく、切断領域に集まり、発生する温度は1000℃以上にも達する可能性があります。工具の刃先が急速に摩耗し、亀裂が発生し、切りくず腫瘍が発生し、ブレードが急速に摩耗するだけでなく、切削領域の発熱が増加し、工具の寿命がさらに短くなります。
切断プロセス中に発生する高温もチタン合金部品の表面の完全性を破壊し、部品の幾何学的精度の低下や疲労強度を著しく低下させる加工硬化現象を引き起こします。
チタン合金の弾性は部品の性能に有益ですが、切削加工ではワークピースの弾性変形が振動の重要な原因となります。切削圧力により「弾性」ワークピースが工具から離れて反発するため、工具とワークピースの間の摩擦が切削動作よりも大きくなります。摩擦プロセスでも熱が発生するため、チタン合金の熱伝導率が低いという問題がさらに悪化します。
この問題は、薄肉部品やトーラス部品、その他の変形可能な部品を加工する場合にはさらに深刻であり、薄肉チタン合金部品を期待される寸法精度で加工することは容易な作業ではありません。これは、被削材を工具で押し出す際に、薄肉の局所的な変形が弾性範囲を超えて塑性変形を起こし、切削点における材料の強度と硬度が大幅に上昇するためです。このとき、あらかじめ決められた切削速度での加工が高速になりすぎ、さらに工具の摩耗が激しくなります。 「熱」はチタン合金加工の難しさをもたらす「病根」とも言えます。
