チタン切削加工を成功させるための実務ガイド：難削材の特性理解から精度確保まで徹底解説
目次
チタンが難削材とされる理由と加工への影響
チタン（Ti）は軽量・高強度・耐食性に優れ、航空宇宙、医療、半導体製造装置など多くの分野で使用されています。しかし、切削加工においては熱伝導率の低さや弾性変形の大きさが大きな障害となるため、一般的な鋼材やステンレスと比較して難易度が高くなります。
難削材となる主要因
チタンが難削材と呼ばれる要因には、以下の特性が密接に関係します。
| 要因 | 加工への影響 |
|---|---|
| 熱伝導率が低い | 切削熱が工具刃先に集中しやすく、摩耗が急速に進む |
| ヤング率が低い | 弾性変形が起きやすく、びびり振動が発生しやすい |
| 比強度が高い | 切削抵抗が増大し、工具折損リスクが高まる |
| 化学的反応性が高い | 高温で工具材質と溶着を起こし、刃先欠損が増える |
チタン切削における工具選定と推奨仕様
チタンは発熱しやすいため、工具材質・コーティング・刃先形状の選定が非常に重要です。適切な工具を使用することで、摩耗の抑制だけでなく、仕上げ面の安定性も向上します。
推奨される工具材質
- 超硬工具（カーバイド）：耐摩耗性に優れるため、チタン加工の一般用途に最適
- コーティング工具（TiAlN、AlTiNなど）：高温強度が高く、溶着防止に効果的
- CBN工具：高硬度材料向けだが、チタンでは適用範囲は限定的
最適な刃先形状とすくい角
刃先は鋭利であるほど切削抵抗を低減できますが、同時に刃先欠損のリスクが高まるため、適切なバランスが必要です。
| 形状 | 特徴 |
|---|---|
| シャープエッジ | 低抵抗で発熱抑制に有効だが欠損しやすい |
| 微小R付き刃先 | 耐欠損性が向上し、総合的に安定した加工が可能 |
チタン切削における最適加工条件と設定値
チタンは熱がこもりやすく、回転数や送り速度の設定が誤っていると工具摩耗が急速に進行します。適切な加工条件を設定することは、加工精度の確保だけでなく、コスト削減にも直結します。
代表的な加工条件（目安値）
| 加工内容 | 回転数（m/min） | 送り（mm/tooth） | 切込み量 |
|---|---|---|---|
| エンドミル加工 | 40–60 | 0.03–0.08 | 0.1–0.3D |
| 旋削加工 | 30–50 | 0.05–0.20 | 0.1–0.3mm |
特に回転数は低めに設定し、熱の集中を抑えることが重要です。高回転で加工すると、刃先温度が急上昇し、欠損の原因となります。
加工トラブルと対処法：びびり・発熱・寸法不良
チタン切削では、びびり振動、熱膨張、工具摩耗が三大トラブルといえます。それぞれの発生原因と対策を理解することで、加工品質を安定させることができます。
びびり振動の対策
- 剛性の高い工具ホルダーを使用する
- 突出し量を最小限に抑える
- 送り速度を上げ、切削負荷を一定に保つ
よくある質問
Q1. チタンが難削材と呼ばれる理由は何ですか？
チタンは熱伝導率が低く、発熱が工具に集中するため摩耗が早く進行します。またヤング率が低く弾性変形しやすいことから、びびりや寸法不良を招きやすいことも難削材とされる理由です。
Q2. チタン切削で推奨される工具材質は何ですか？
チタンは高温で溶着しやすいため、耐摩耗性と高温強度に優れた超硬工具やTiAlN系コーティング工具が推奨されます。
Q3. チタン切削に適した加工条件の設定ポイントは何ですか？
回転数は低めに設定し、送りを適切に確保することが重要です。発熱を抑えるための低S・高Fが基本で、切込み量は浅めに管理します。
まとめ：チタン切削は特性理解と条件最適化が鍵
チタン切削では、材料特性の理解、最適な工具と加工条件の選定、熱管理、びびり対策など多くの要素が品質に影響します。本記事で紹介した内容を基に、工程設計を見直すことで、工具寿命の延長、加工精度の向上、再現性の高い生産体制の構築が可能になります。難削材であるチタンを安定して加工するためには、科学的な根拠に基づいたアプローチと現場での経験を組み合わせることが欠かせません。
