クーラントの最適化でチタンCNC部品の表面仕上げ不良を解決する方法

チタン'熱伝導率が低く、化学反応性が高いため、加工中に表面欠陥が発生しやすい。CNC加工. 工具形状と切削パラメータは十分に研究されているものの、クーラントの最適化は産業界の実務において十分に活用されていません。本研究(2025年実施)は、クーラントの適切な供給がスループットを損なうことなく仕上げ品質をどの程度向上させるかを定量化することで、このギャップを解消します。

クーラントの最適化でチタンCNC部品の表面仕上げ不良を解決する方法

方法論

1. 実験設計

材料:Ti-6Al-4Vロッド(Ø50mm)

装置:工具貫通クーラント付き5軸CNC(圧力範囲:20~100バール)

追跡される指標:

接触式プロファイロメーターによる表面粗さ(Ra)

USB顕微鏡画像を用いた工具側面摩耗

切断部温度(FLIRサーマルカメラ)

2. 再現性コントロール

●パラメータセットごとに3回のテスト繰り返し

● 各実験後にツールインサートを交換する

●周囲温度は22℃±1℃に安定

結果と分析

1. クーラント圧力と表面仕上げ

圧力(バール):20 50 80

平均Ra(μm) :3.2 2.1 1.4

工具摩耗量(mm):0.28 0.19 0.12

高圧冷却剤 (80 bar) により、ベースライン (20 bar) と比較して Ra が 56% 減少しました。

2. ノズル位置の影響

角度付きノズル (ツール先端に向かって 15°) は、ラジアル セットアップよりも次の点で優れています。

● 熱蓄積を27%削減(熱データ)

●工具寿命を30%延長(摩耗測定)

議論

1. 主要なメカニズム

チップの排出:高圧クーラントにより長い切りくずを切断し、再切削を防止します。

熱制御:局所的な冷却によりワークピースの歪みを最小限に抑えます。

2. 実用的な制限

● CNC セットアップの変更が必要 (最低 50 bar のポンプ容量)

● 少量生産には費用対効果が低い

結論

冷却液の圧力とノズルの位置を最適化することで、チタンの表面仕上げが大幅に向上します。メーカーは以下の点を優先すべきです。

●80バール以上の冷却システムへのアップグレード

● 特定のツールに対するノズルの位置試験の実施

さらなる研究では、加工が困難な合金のハイブリッド冷却(例:極低温+MQL)を検討する必要があります。


投稿日時: 2025年8月1日