素材部品の深穴ねじ切り加工の解析

特殊材質部品の深穴ねじ加工はさらに困難になります。 たとえば、チタン合金部品の深穴タップ加工は非常に困難です。 完成間近の部品のタップ折れによる削れ効果により、部品を廃棄してしまうと非常に不経済です。 したがって、削れを避けるためには、正しい工具とタッピング技術が必要です。

まず、深い穴とは何か、そしてなぜ特別な考慮が必要なのかを定義する必要があります。 穴あけ加工において、穴の直径の 3 倍を超える深さの穴を深穴と呼びます。 深穴タップとは、タップ深さがタップ径の1.5倍以上であることを指します。 たとえば、直径 1/4 フィートのタップを使用して深さ 3/3 のねじを加工する場合、8

深穴ねじの加工では、工具とワークが長時間接触することになります。 同時に、加工プロセス中により多くの切削熱とより大きな切削力が発生します。 そのため、特殊な材質（チタン部品など）の小さな深穴へのタップ加工では、工具の破損やねじ山の狂いが発生しやすくなります。

この問題を解決するには、次の 2 つの解決策が考えられます。 (1) タップ加工前の穴の直径を大きくする。 (2) タップは深穴タップ専用のものを使用してください。

1. タップ加工前に穴径を大きくする

ねじ加工では、適切なねじ底穴が非常に重要です。 わずかに大きなネジ底穴により、タップ加工時に発生する切削熱と切削抵抗を効果的に低減できます。 ただし、ねじ山の接触率も低下します。

国家標準技術委員会は、深い穴では、ねじ山の全高さの 50% のみを穴壁にタップ加工することが許可されると規定しています。 特殊な材質や難加工材の小さな穴をタップ加工する場合は特に重要です。 穴壁面のねじ高さの減少によりねじ接触率は低下しますが、ねじの長さは増加するため、ねじの確実な接続は維持されます。

底部のねじ穴の直径の増分は、主に必要なねじ接触率とインチあたりのねじ頭の数によって決まります。 上記 2 つの値に基づいて、経験式を使用して正しいねじ底穴直径を計算できます。

2. 切断パラメータ

チタン部品は機械加工が難しいため、切削パラメータと工具形状を十分に考慮する必要があります。

切断速度

チタン合金は弾性率と変形率が大きいため、比較的小さな切削速度で加工する必要があります。 チタン合金部品の小さな穴を加工する場合、推奨される円周切削速度は 10 ～ 14 インチ/分です。 ワークピースの冷間加工硬化につながるため、これより低い速度を使用することはお勧めしません。 また、工具折損による切削熱にも注意してください。

チップフルート

深穴タップ加工では、タップ溝の数を減らして1溝あたりのチップスペースを増やす必要があります。 これにより、タップを後退させるとより多くの鉄粉を除去することができ、鉄粉の詰まりによる工具の損傷を軽減します。 しかしその一方で、タップのチップ溝を大きくするとコア径が小さくなるため、タップの強度に影響が出ます。 したがって、これは切断速度にも影響します。 また、スパイラル溝タップはストレート溝タップに比べて切りくずの除去が容易です。

前隅と後隅

すくい角が小さいと刃先の強度が向上し、工具寿命が長くなります。一方、すくい角が大きいと、切りくずが長い金属の切断に役立ちます。 したがって、チタン合金を加工する場合には、これら 2 つの要素を総合的に考慮して、適切なすくい角を選択する必要があります。

逃げ角が大きいため、工具と切りくずの間の摩擦を軽減できます。 したがって、タッピング角度を40°にする必要がある場合があります。 金属チタンを加工する場合、タップ上で大きな逃げ角を研削するため、切りくずの排出が容易になります。 また、総研削タップや刃裏研削加工を施したタップもタップ加工の利点があります。

クーラント

特殊な材料を加工する場合、切削液が刃先まで確実に届くようにする必要があります。 冷却水の流れを良くするために、蛇口の裏側に冷却溝を開けることをおすすめします。 直径が十分に大きい場合は、内部冷却タップを検討できます。

3. 応用例

ある航空機部品メーカーでは、部品に深穴タップ加工を行う必要があります。 部品の材質はグレード7のチタン合金です。 加工時の周方向切削速度は13インチ/minで、同時にクーラントも使用します。

部品の精度を確保するために、オペレータはタップが鈍くなる前に適時に交換する必要があります。 タップが磨耗すると切断時の音が変化します。 加工前にこの音を聞くことで、タップが摩耗する前に加工できるねじ穴の数を判断できます。

工場には各タッピング装置に 2 つのタッピング ステーションがあり、同じタップが装備されています。 蛇口の 1 つが磨耗しても、すぐに簡単に交換できます