チタンプレスの説明：等級、方法、用途

チタンプレスとは？

チタンのスタンピングは、平らなチタンシートやコイルを、金型や強力なプレス機を使って特定の形状にプレスするプロセスです。スタンピングプロセスは、深絞り、ブランキング、曲げ、エンボス、ピアスなどのステップを含むことができ、それぞれが金属を最終的な部品に成形するのに役立ちます。

チタンは強度重量比が高く、変形しにくいため、曲げ加工時にスプリングバックが発生しやすくなります。また、チタンは熱を伝えにくいため、工具の摩耗が早く、成形に時間がかかることがあります。そのため、店舗ではしばしば、より硬い工具や特殊な潤滑剤を使用し、プレスの速度と圧力を注意深く制御する必要があります。

チタン材料の基礎

チタンを適切に扱うには、その素材を理解する必要があります。異なるグレードのチタンは、スタンピングの際に異なる働きをします。その主な特徴を知ることで、エラーを避け、より良い結果を得ることができます。

スタンピングに使用されるチタンのグレード

チタンには大きく分けて、商業純度（CP）グレードと合金グレードの2種類があります。それぞれ強度、錆びにくさ、形成のしやすさによって異なるニーズに応えます。

• グレード1:最も柔らかく、成形しやすい。深絞りや細かい部品に適している。化学薬品タンクや医療部品によく使われる。
• グレード2:1級よりやや強いが、スタンピングは容易。一般的な金属加工では最もポピュラーなCPグレード。
• 3・4年生:強度は高いが、成形が難しい。圧力容器や構造部品によく使われる。
• グレード 5 (Ti-6Al-4V) は最も広く使用されているチタン合金です。非常に強く、軽く、耐食性に優れています。しかし、簡単に曲がらないため、プレスするのが難しい。
• グレード9（Ti-3Al-2.5V）:こちらは強度と成形性のバランスが取れている。グレード5よりも加工しやすく、純チタンよりも強靭です。

チタンの機械的・物理的特性

チタンは強く、軽く、錆びにくいことで知られています。これらの特性により、プレス加工時の挙動が鉄やアルミニウムのような金属とは異なります。

• 強度重量比:チタンは鋼鉄と同等の強度を持ちながら、はるかに軽量です。そのため、強度は必要だが重くない部品に最適です。
• 延性:CPグレードは曲がりやすい。グレード5のような合金はより硬く、適切に扱わないと割れることがある。
• 跳ね返ります:チタンは曲げると元に戻る性質があります。曲げすぎたり、正しい形状に合わせるために金型を調整する必要があるかもしれません。
• 熱伝導率:チタンは熱を伝えにくい。スタンピング中に熱くなるので、管理しないと工具の磨耗を早めてしまいます。
• 耐食性:チタンは海水、化学薬品、その他の過酷な環境にも耐える。

チタンプレス加工

チタンは様々な方法で成形できますが、それぞれの方法には限界があります。正しい選択は、部品デザイン、生産サイズ、使用するチタングレードによって異なります。

チタンのコールドスタンピングとホットスタンピングの比較

コールドスタンピングは室温でチタンを成形します。薄いシートや単純な部品に効果的です。この方法は、グレード1やグレード2のような柔らかいグレードによく用いられます。コールドスタンピングは金属の結晶粒と表面仕上げを保つのに役立ちます。しかしながら、チタンの高い強度と低い延性は スプリングバック あるいはひび割れ。

コールドスタンピングを行うには、通常、以下のものが必要である：

• 滑らかな半径を持つよく設計された金型。
• 大きな力を発揮するプレス機
• 摩耗と摩擦を低減する潤滑剤

ホットスタンピングは、成形前にチタンを加熱します。ほとんどのグレードは500℃から900℃の間で成形されます。加熱は金属の強度を下げ、損傷することなく曲げや成形を容易にします。この方法はグレード5のような硬い合金、特に航空宇宙や自動車部品に最適です。

ホットスタンプのセットアップが必要：

• シートまたは金型用加熱システム
• 高温に対応できる金型
• 反りや酸化を避けるための適切な冷却

プログレッシブダイスタンピング

プログレッシブ・スタンピング は、大量の部品が必要な場合に使用されます。チタンの長いストリップは、いくつかのステージを持つダイを通して供給されます。各ステージは、切断、曲げ、成形といった1つの作業を行い、最後に最終部品が作られます。

この方法は、複数の工程が必要な部品に最適です。ハンドリングが軽減され、生産がスピードアップし、結果が一定に保たれます。航空宇宙や電子機器のクリップ、ブラケット、小型コネクターなどによく使われます。

チタンは丈夫でバネ性があるため、金型は慎重に設計されなければならない。各ステーションはスプリングバックと応力を調整しなければなりません。カジリを防ぎ、工具の摩耗を減らすために、潤滑も非常に重要です。

ディープ・ドローイングとエンボスのテクニック

深い描画 平らなチタン板を金型に伸ばし、丸い形や箱のような形を作ります。この方法によって、医療用シェル、容器、薄い筐体などが作られます。チタンはあまり延性がないため、正しい形状を得るには多くの場合、いくつかの工程が必要です。段階間の加熱（アニール）は、クラックを減らすのに役立ちます。

深いドローイングでより良い結果を得るために：

• 各ステップでドローの深さを低く保つ
• シートを固定するために均等な力を加える
• 金属が破れ始めたら、焼きなましを加える。

エンボス加工はチタンの表面に模様を押します。ロゴ、テクスチャー、グリップマークなどです。一対のマッチした金型が形状を部品にプレスします。エンボスはメインのスタンピングステップの一部、または最後に別々に行うことができます。

チタンは成形後にスプリングバックするため、エンボス加工の細部はシャープさを保てない場合があります。より深いデザインには、より強い圧力や余分な工程が必要になるかもしれません。それでも、エンボス加工は機能やブランド名を追加する迅速で低コストの方法です。