チタン合金とアルミニウム合金は、次の点で似ていますね。 どちらのタイプの金属も航空機の構造部品に使用され、どちらの場合も部品が完成する前に材料の90パーセントを削り取ることが必要になることがあります。
おそらく多くのショップが、この金属にこれ以上の共通点があることを望んでいることでしょう。 切削工具メーカー Stellram 社のグローバル航空宇宙セグメント マネージャー John Palmer 氏は、これらのショップの多くが、実際に思っているよりも多くのチタン加工能力を持っていると述べています。 チタンを効果的に加工するための多くの貴重な技術は、採用するのが難しくありませんが、この金属を生産的にフライス加工するために利用可能な技術をすべて使用しているショップはほとんどありません。 彼は、チタン合金を含む様々な航空宇宙用合金のフライス加工性能を向上させる方法について、メーカーと協議しています。 チタンは難しくありません。ただ、加工プロセス全体を考慮しなければならないのです。 工具がワークピースに触れると、円環が閉じられます。 工具、ツールホルダー、スピンドル、コラム、ウェイ、テーブル、固定具、ワークピースはすべてその円の一部であり、必要な安定性の一部でもあります。 その他、クーラントの圧力や量、クーラントの供給方法、方法論、そしてこの記事の焦点であるアプリケーションも重要な検討事項です。 チタン加工の可能性を広げるために、パルマー氏は以下のようなアドバイスをよくしている。
Keep Radial Engagement Low
チタンの重要な課題のひとつは放熱性です。 この金属では、加工作業中に発生する熱のうち、切りくずと一緒に排出されるものが比較的少ないのです。 他の金属の加工に比べ、チタンの加工では熱が工具に入る割合が大きいのです。 この影響により、この金属では径方向のかみ合わせの選択が表面速度の選択を決定します。
図1のグラフは、これを示しています。 完全な溝加工、つまり180度のかみ合いでは、比較的低い表面速度が要求される。 しかし、半径方向のかみ合わせを小さくすると、切れ刃が発熱する時間が短くなり、次の回転で材料に入る前に切れ刃が冷える時間が長くなります。 そのため、径方向のかみ合わせを小さくすると、切削点の温度を維持したまま、面速度を上げることができる。 仕上げ加工では、鋭利でホーニングされた切れ刃との接触弧が非常に小さく、歯当たりの表面速度が高く送りが最小のフライス加工で、並外れた結果を実現することができます。
フルート数を増やす
一般に用いられるエンドミルは4または6のフルートを備えています。 チタンの場合、これでは少なすぎるかもしれません。 より効果的なフルート数は10本以上です（図2参照）。
フルートの数を増やすことは、歯あたりの低送りの必要性を補うことになります。 10枚刃の工具の刃の間隔が狭いと、多くの用途で切りくずのクリアランスが狭すぎる。 しかし、チタンの生産的なフライス加工では、すでに半径方向の深さを低くすることが推奨されています（ヒント1を参照）。 このため、切り屑が少なく、高刃数のエンドミルを使用して生産性を向上させることができます。
Make a thick-to-thin chip
“Climb milling” はこの考えに対するおなじみの言葉である。 つまり、工具の送り方向と同じ方向に刃先が材料を通過するようにフライスカッターを送らないことである。 コンベンショナルミリングと呼ばれるこの加工方法では、切りくずが薄く始まり、次第に厚くなる。 工具が材料に衝突すると、摩擦力によって熱が発生し、材料は母材から剪断され始める。 薄い切りくずでは、この熱を吸収・排出することができず、工具の中に入ってしまう。 そして、切りくずが厚い出口では、切削圧力の増加により切りくずの付着が危険となる。
クライムミリング（厚切りから薄切りへの移行）は、切刃が余分な材料に入り込み、仕上げ面に出ることから始まる（図3参照）。 サイドミル加工では、工具は材料を「乗り越え」ようとし、入口では熱を最大限に吸収するために厚い切りくずを作り、出口では切りくずの付着を防ぐために薄い切りくずを作ります。
輪郭面加工では、工具がこのように過剰な材料に入り、仕上げ面に出ることを確実にするため、工具経路をよく調べることが必要である。
Arc In
チタンやその他の金属では、力が急激に変化する瞬間に工具の寿命が失われます。 これらの瞬間のうち最悪のものは、しばしば工具が材料に入るときに発生します。 (ほぼすべての標準的なツールパスがそうであるように) 素材に直接送り込むと、ハンマーで刃先を叩くのと同様の効果が得られます。
代わりにソフトにスライドします。 これを行うには、工具が材料に直線的に入るのではなく、弧を描くように工具パスを作成します (図 4 参照)。 厚みから薄さへの加工では、工具パスの進入の円弧は工具の回転と同じ方向（時計回りか反時計回り）に沿っている必要があります。 円弧状の進入経路により、切削力を徐々に増加させることができ、ひっかかりや工具の不安定さを防ぐことができます。 また、発熱や切り屑の発生も、工具が切り込みに完全に入るまで、徐々に増加します。
End on a Chamfer
Jarring force changes at the tool exit as well can occur. 厚みから薄さへの切削が有用であるのと同様に（ヒント3）、この方法の問題は、工具がパスの終わりに到達して金属をクリアし始めると、厚みから薄さへの形成が突然停止してしまうことである。 この急激な変化により、同様に急激な力の変化が生じ、工具に衝撃を与え、部品表面に傷をつける可能性があります。 このような急激な変化を防ぐには、まずパスの終わりに45度の面取りを行い、工具の半径方向の切込み深さが徐々に減少するようにします（図5参照）。
Rely on Secondary Relief
鋭い刃はチタンの切断力を最小限にしますが、刃も切断圧力に対して十分強くなければなりません。 二次リリーフの工具設計は、刃先の最初のポジティブエリアが力に抵抗し、その後、二番目のエリアがクリアランスを増やすために落ち、これらの目的を達成します（図6を参照）。 二次レリーフは工具によく見られますが、特にチタンでは、異なる二次レリーフ設計の工具を実験することで、切削性能や工具寿命に驚くべき変化が見られるかもしれません。 同じ深さで繰り返し使用すると、この1カ所で初期損傷が発生することがあります。 軸方向に連続して切削する場合、工具のこの損傷部位は加工硬化を引き起こし、航空宇宙部品として許容できない線が部品に発生する可能性があり、表面への影響により早期の工具交換が必要となる。 これを防ぐには、パスごとに軸方向の切り込み深さを変え、問題箇所をフルート上の異なる位置に分散させることで工具を保護する（図7参照）。 旋削加工では、最初のパスをテーパー加工し、次のパスを平行加工することで同様の結果が得られ、切り込み深さのノッチングを防止することができる。
Limit the Axial Depth Around Slender Feature
チタンの薄い壁やサポートされていないフィーチャーを加工する際に覚えていると役に立つ比率8：1である． ポケット壁のたわみを避けるには、エンドミルの1パスで壁全体の深さまで加工するのではなく、軸方向に連続した段階で加工します。 具体的には、各段階の軸方向の切込み深さは、これらのフライス加工を行った後に残る壁の厚さの8倍以下でなければならない（図8を参照）。 たとえば、壁の厚さが0.1インチの場合、それに隣接するミリングパスの軸方向の切削深さは0.8インチ以下でなければなりません。
深さの制限にもかかわらず、この規則を適用して、生産的なミリングが可能なようにすることは可能です。 これを行うには、壁の周囲に粗いストックの包絡線が残るように薄い壁を加工し、最終的なフィーチャーの3倍または4倍の厚さにします。 例えば、壁の厚さを0.3インチに抑える場合、8:1ルールでは軸方向の深さを2.4インチにすることができます。 これらのパスの後、より軽い軸方向の深さを取って、厚い壁を最終的な寸法まで加工します。
ポケットよりかなり小さい工具を選ぶ
チタンでは工具が熱を吸収するので、冷却できるように工具には隙間が必要である。 小さなポケットをフライス加工する場合、工具の直径はポケットの直径（または同等の寸法）の70％以下でなければなりません（図9を参照）。 これよりすき間が少ないと、工具がクーラントから本質的に絶縁され、そうしなければ少なくとも熱の一部を運ぶはずの切りくずが閉じ込められる危険がある。 この場合、形状の幅は工具の直径の70%でなければならない。 工具は10%オフセットされ、厚みと薄みのある切り屑の生成を促します。
工具鋼から学ぶ
High-Quality (高)金型産業で工具鋼を加工するために開発された工具コンセプトであるフィードミルは、近年チタンの加工に適用されています。 ハイフィードミルは軸方向に軽い切り込みを必要とするが、この軽い切り込みで加工すると、従来のフライスカッターよりも高い送り速度が可能になる。 高送りミルの鍵は、刃先のカーブが大きいチップである（図10参照）。 この半径は切りくずの形成を刃先の広い接触面積に広げる。 このため、軸方向の切込みが0.040インチの場合、切り屑の厚さは0.008インチ程度にしかならないことがある。 チタンでは、この薄い切りくずが、一般的に必要とされる歯当たりの低い送りを克服します。 切り屑を薄くすることで、他の方法では不可能な高いプログラム送り速度への道を開くことができます。
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