High Pressure Turning
対象部品:
ディスク、リング
材料:
ワスパロイ、インコネル718、インコネル625、 Ti6Al4V、Ti17、Ti6246
チタン合金の金属特性:
チタン合金は熱伝導性が低いため温度変化が多い環境でもその高い引っ張り強さを維持できる。
耐熱合金は耐高温性、 耐腐食性、耐酸化性、耐クリープ性を持つ合金である。 航空機エンジン内部のような高温、高圧で化学的に厳しい環境での使用にとても適している。チタン合金、ニッケル合金は厳しい使用環境においてもその特性は変化しないため、切削加工性は非常に悪い。
α-ß（アルファ‐ベータ）合金
α-ß チタンはα相とβ相の両方の特性を持った合金で、互いの特性によってその性質は安定している。α-ß チタンの代表はTi6Al4Vで、航空機業界で多く採用されている。これに分類される合金は成型しやすく、室温・中高温での高い引っ張り強さが特長となる。熱処理を施すことで、これら金属特性を変更できる。
ß （ベータ）合金
ßチタンはV、Nb、Ta、Moといった添加物が含まれていることで、ß相の安定が保たれている。ßチタンに代表される合金は Ti11.5Mo6Zr4.5Sn、Ti15V3Cr3Al3Sn、 Ti5553で、ßチタンは熱処理、溶接が可能で耐高温性がある。材料の形成するのが容易で複雑な形状な部品にも採用されている。 しかし、低温環境では粘り強さが失われ、脆くなる性質がある。 ßチタンはシート、加重の掛かる部位、ファスナー、スプリングなどの部品に多く採用される。
耐熱合金の特性:
ニッケル基（Ni）合金
耐熱合金の中でNi合金が最も広く使われる。その結果、航空機エンジン部品や発電機のタービン部品に多く活用されている。それ以外の分野では石油化学、食品加工、原子力施設、環境汚染管理システムなどでも採用されている。Ni合金の強度を上げるには、固有強化するか、金属間化合物を析出するかの2通りある。固有強化型のインコネル625、ハステロイXは、炭化物を析出することでさらにその強度が上がる。 しかしながら、インコネル718は、析出により強化される。MA-754に分類される第3のNi合金はyttria (Y2O3)とケースによってはγ´の析出（MA-6000E）により強度が上がる。Ni合金は鋳造と鍛造の両方で製造される。高合金のRene 95、Udimet 720、IN100は粉末冶金で鍛造される。上記の鋳造または鍛造合金 (Rene 80&Mar-M247)は、 γ’の析出により強化される。インコネル718では γ˝の析出により強化される。インコネル725のようなニオブ、チタン、アルミを含む合金は、 γ´ と γ˝の両方の析出により強化される。
コバルト基（Co）合金
Co合金は1093℃以上での耐腐食性に優れていることにより、ガスタービン、燃焼室などの高温部分の部品に使用される。 Co合金は鋳造、または鍛造により製造される。 固有強化型（鉄、クロム、タングステン）であることや立方晶系のケースでは少量の炭素（チタン、タンタル、ハフニウム、ニオブ）が析出されることが特長である。従って、その強化にはγ´析出よりも炭素に依存し、溶接性、耐疲労性がNi合金よりも優れる。鋳造されるステライト31はガスタービンの高温部分（のブレードや羽根）に採用される。鍛造されるHaynes 25はシート形状で製造され、燃焼室部品に多く使用される。
鉄ニッケル基（FeNi）合金
FeNi合金はγ´による強化以外は鍛造されたオーステナイト系ステンレス鋼に近い特性になる。3種類の耐熱合金の中での耐高温性は一番弱い。一般的に鍛造により製造され、ガスタービンディスクやブレードに使用される。高いクロムの含有量により耐腐食性が高くなる。耐高温性質は固有強化（固体溶液硬化）と析出硬化材に依拠する。 Haynes 556 や 19-9DLといった合金はモリブデン、タングステン、チタン、ニオブにより固体硬化される。A286 やIncoloy 909のような合金は析出することで強化される。A286 はγ´, (Ni3 [Al, Ti])により析出され、 Incoloy 909はγ˝, (Ni3Nb)により析出硬化系材料になる。その他のFeNi合金は炭素含有量が多く、炭素、窒素により硬化される。Incoloy 903、907、 909AなどのFeNiCo合金は γ’と低熱伝導率により硬化され, ガスタービンのシャフト、リング、ケースなどに使用される。
挑戦
切削加工工具の寿命を長くするには摩擦係数を低く保つことが重要になる。クーラント供給方法を最適化することで、切れ刃での発熱を管理し、究極的にはその管理方法の信頼を高める。
クーラントを供給する最適な方向と圧力で切りくずが分断・除去されることにより、加工機械、工具の保護につながる。
クーラント量と金属除去量には高い相関関係がある。
クーラントについて
シンセティックまたはセミシンセティック性のクーラントを最適な量、圧力、濃度で使用する。クーラント濃度は10%～12%が絶対条件となる。スピンドルスルークーラントとツーリングは外部給油式に比べて最大4倍の長さの工具寿命が予測される。外部給油の加工機を内部給油に変換可能なリングを使用することも可能である。クーラント排出方向は工具の切れ刃に向けることにより、その効果が発揮される。
クーラント量は最低毎分13リッターで最小3.5MPaが推奨される。
航空宇宙産業で採用される合金の旋盤加工では15MPaなどの超高圧クーラントも最新鋭で推奨される。
大量生産で使用される高流量・高圧クーラントポンプシステムには35MPaにもなるポンプが存在する。