超高強度合金鋼300Mはどのようにして航空機の着陸装置に加工されるのでしょうか?

超高強度鋼300Mは、その優れた材料特性により、ますます使用されていますが、この材料は加工の難度が高いです。この材料の粗加工と微細加工の加工技術を研究し、科学的で合理的な加工パラメータと方法を習得することで、この材料の製品を安定的に生産できます。同時に、その加工技術は他の同様の材料に参照され、使用されることができ、宣伝上の意義があります。
航空産業は「現代産業の花」と評され、国の技術、経済、国防力、工業化レベルの重要な指標であり、一方では国防安全保障の基盤であり、他方では国の経済発展を牽引する重要な柱でもある。国宝である航空製造業は、ハイテク産業と先進製造業の典型的な特徴を兼ね備えており、世界各国から高い注目と優先的な発展を受けています。

国内外の先進的な民間航空機の構造設計では、航空機の長寿命、メンテナンスの容易さ、軽量化などの要件を満たすために、基本部品の構造は統合、複雑化、薄肉化の方向に発展しています。そのため、ますます統合された構造設計が採用され、新しい材料が使用され、航空機の構造強度が向上しています。
材料技術、鍛造技術、加工技術の継続的な発展により、大型航空機の着陸装置の主要な耐荷重部品の製造に超高強度合金鋼を使用することは、避けられない選択となっています。現在、海外で最も広く使用されている着陸装置の材料は、フランスの35NCD16、ロシアの30XCH-2A、米国の300Mなどの超高強度合金鋼です。材料の強度が高いと着陸装置を軽量化できるため、軽量化は常に着陸装置の設計で追求される重要な指標です。同時に、着陸装置の動作の信頼性を確保するために、材料は優れた総合性能を備えている必要があります。

（１）金属特性を有する３００Ｍ超高強度合金鋼は、アメリカの航空産業において重要な中炭素ニッケルクロムモリブデン鋼であり、その金属組成を表１に示す。

表1 材料の化学組成（質量分率）（％）

他の金属と比較して、この金属の化学的、物理的、機械的特性には独自の特徴があり、次のようにまとめることができます。
① 超高強度。超高強度鋼は、炭素と合金の含有量が少ない鋼の一種です。非合金鋼と比較して強度が高く、本質的に低合金超高強度鋼として知られています。
② 降伏強度が高い。低合金鋼は非合金鋼に比べて降伏点が高いため、同じ荷重をかけると部品の重量を20～30％軽減できます。
③ 塑性・靭性が良好。低合金鋼は合金元素の割合が比較的低く、塑性・靭性が良好です。
④ 高い焼入れ性。合金材料にはNi、Cr、Moなどの元素が含まれており、鋼の過冷却オーステナイトを非常に安定させます。空気焼入れ後、マルテンサイトとベイナイト組織が得られます。

（２）材料加工性能分析：この材料は、一般的に、焼準＋焼戻しと焼入れ＋焼戻しの２つの熱処理状態を有する。これら２つの状態に対応する硬度は表２に示される。

T2 材料の硬度

表2から、この材料は硬度が良好で、引張強度値も非常に高いことがわかります。このため、この材料は加工が非常に難しく、難加工材料のカテゴリに属しており、主に次の点で現れています。
① 切削力が大きい。材料の硬度と強度が高く、原子密度と結合力が高く、破壊靭性が高く、塑性が持続するため、切削プロセス中の切削力が大きく、切削力の変動も比較的大きくなります。
② 切削温度が高い。切削加工中、合金は大量の切削変形力を消費し、大量の熱を発生し、切削領域に大量の切削熱を集中させ、高い切削温度を形成します。
③ 加工硬化の傾向が強い。合金は高い塑性と靭性を持ち、高い強化係数と相まって、切削力と切削熱の作用で大きな塑性変形を生じ、加工硬化を引き起こします。切削熱の作用で、材料は周囲の媒体中の水素、酸素、窒素などの元素の原子を吸収し、硬くて脆い表面を形成し、切削に大きな困難をもたらします。
④ 工具の摩耗が過度。切削時には切削力が高く、切削熱が高く、工具と切削片との直接摩擦が激しくなります。工具材料はワークピース材料と親和性があります。また、材料に硬い部分があり、加工硬化現象が激しいため、切削中に工具が凝着摩耗、拡散摩耗、研削摩耗、都合摩耗、溝摩耗を起こしやすく、工具の切削能力が低下します。
⑤ 切りくずの取り扱いが難しい。この材料は強度、可塑性、靭性が高く、切断時に発生する切りくずはリボン状になっており、安全性に問題があるだけでなく、切断工程の円滑な進行にも影響を及ぼし、取り扱いが容易ではありません。
⑥ 切削変形が大きく、合金材料の加工では切削温度が高く、塑性が高く、加工中に熱変形が発生しやすく、正確な寸法や形状を確保することが困難です。

四川慧泰特殊金属有限公司は、長年にわたり超高強度鋼300Mの加工に取り組んできました。この材料の引張強度レベルは1900-2100MPaに達します。特定の加工ツールを使用して、継続的なテストと切断の後、安定した加工計画がまとめられ、製品の安定的かつ効率的な生産が保証されています。この材料の加工技術は、300Mの荒加工、旋削加工、フライス加工の3つの側面から紹介されています。そのうち、300Mの旋削加工とフライス加工は精密加工のカテゴリーに属します。

300Mの荒加工は、一般的に最終熱処理の前に行われます。このとき、材料は正規化+焼き戻し状態にあり、最大硬度は31HRCです。硬度は低く、一定の粘性があり、チップが壊れにくいです。精密加工の切削代を減らすために、荒加工中にできるだけ多くの材料を除去します。
（1）荒削り旋削によく使われる工具は、図1aに示すように、WIDIAのCNMP120408で、荒加工に適しています。原材料が柔らかいため、切りくずをよりよく破断し、高い加工効率を確保するために、その加工パラメータは一般に大きくなります。切削速度は175〜200m / min、切削深さは1.5〜2mm、送り速度は0.2〜0.4mm / rです。加工後、生成される鉄粉は小さく、切りくずの破断は良好です。

a) 外旋削工具

b) チップ

図1 外径旋削工具とチップ

（２）深穴加工は、U字ドリル加工と深穴加工から選択できる高速材料除去加工法であり、2つの方法には若干の違いがある。
1）Uドリルを使用して加工します。Uドリルの使用には高い電力が必要であり、加工穴の直径が比較的大きいため、通常は横型マシニングセンターが選択されます。ドリルを使用する場合、ツールの切削速度は40-60m / minの間であり、ツールの1歯の切削量は0.15-0.3mmの間です。これらの加工パラメータでは、生成されるチップはわずかに薄くなりますが、より良好なチップ破断状態も実現できます。図2は、横型マシニングセンターで使用されるUドリル加工と生成されるチップを示しています。

a) Uドリル

b) チップ
図2 Uドリルとチップ

2）深穴加工。深穴ドリルを使用して加工する場合は、切りくずの破断モードに特に注意する必要があります。特に細長い切りくずは、深穴ドリル工具の切削管を塞ぎ、切りくずを排出できなくなる傾向があります。一般的な加工では、1刃あたりの切り込み量は0.2-0.4mmです。十分な工具強度と機械負荷を確保しながら、1刃あたりの切り込み量を0.3mm以上に抑えるようにしてください。これにより、鉄の切りくずが破断しやすくなり、理想的な切りくずが生成されます。加工ツールと切りくずを図3に示します。

a) 深穴掘削工具

b) 1歯当たり{​​{0}}.3mmの切削量でチップが生成される
図3 深穴加工工具とチップ

旋削加工は、一般的に外円旋削と内穴ボーリングに分けられます。旋削加工の難易度はボーリング加工より低く、旋削加工中の工具強度はボーリング加工より優れているため、切りくずの除去が容易になり、冷却も十分になります。部品の加工品質を確保するために、一般的には荒加工と精加工に分けられます。

図4 旋削刃の精密加工

（1）外径旋削で外円を荒加工する場合、線速度は90-120m/分、切削深さは0.3-0.8mm、送り速度は0.1-0.2mm/rです。この工具を使用して加工すると、部品の外円と接触する工具先端点が1点だけになることを保証できるため、切削力と切削熱を減らすことができます。外円加工に使用する工具とチップを図5に示します。

a) 外旋削工具

b) チップ
図5 外径旋削工具とチップ

図5から、生成された切りくずは色が濃く、長さが長く、カールした形状になっていることがわかります。これは、最終熱処理後、材料の引張強度が大幅に向上し、加工プロセス中に大量の切削熱が発生し、切りくずが破断しにくくなるためです。
外円を精密加工する場合、線速度は{{0}}m/分、切削深さは0.05-0.1mm、送り速度は0.05-0.1mm/rです。このような加工パラメータにより、精密旋削外円の表面が非常に滑らかになることが保証され、生成されたチップは図6に示されています。

図6 微細な旋削チップ

（２）内穴加工時に注意すべき点は３つあります。第一に、良好な冷却、十分な冷却剤、冷却剤の濃度を確保する必要があります。第二に、良好な切りくず除去を確保し、切りくずの圧迫や切断の発生を回避する必要があります。第三に、切削工具の剛性が良好であることを確認することです。
良好な切りくず除去を実現するために、荒加工では通常、内穴をボーリングするときにセグメントボーリング法を採用し、部品の内穴の全長に基づいていくつかのセグメントに分割します。セグメントボーリング中は、生成された切りくずを適時に排出できるため、内穴に大量の切りくずが蓄積して工具がずれるのを回避できます。ボーリング方法を図7に示します。内穴をボーリングするときは、衝撃を吸収するツールホルダーと大径のツールを使用する必要があります。ツールの長さは部品の長さと一致し、ツールは部品よりわずかに長くする必要があります。これにより、ツールの剛性が最大になり、振動や切削が回避され、内穴の表面がより滑らかになります。穴あけに使用するツールを図8に示します。荒加工時の線速度は90〜120m / min、切削深さは0.2〜0.5mm、送り速度は0.1〜0.2mm / rです。 生成されたチップを図9に示します。

図7 ボーリング方法

図8 防振ナイフバー

図9 荒削りチップ

ボーリングで生成されるチップは、切削深さが車の外円よりも小さいため、車の外円から生成されるチップよりも長く、壊れにくく、よりカールしています。精密ボーリングの内穴の加工パラメータは、精密旋削の外円の加工パラメータと似ており、生成されるチップも基本的に似ています。

加工工程を設計する際には、加工工程全体の円滑性を確保するために、部品の最終形状のフライス加工が選択され、選択される加工機能、切削工具、加工方法も異なります。

（1）荒加工では、一般的にカードタイプの切削工具が使用され、加工効率が高く、コストが低くなっています。標準ブレードは、荒加工寸法の安定性を確保できます。この材料を加工する場合、Shante製のツールを選択すると良い結果が得られます。図10に示すように、ツールモデルはR390-020A20-11M、ブレードモデルはR390-11T3 31M-KMです。このツールを使用して加工する場合、切削速度は100-150m / min、切削深さは0.5mm、送り速度は400-800mm / minです。切削深さが大きすぎると、ブレードが破損するなどの異常な損傷が発生する可能性があります。加工後のチップを図11に示します。

図10 荒加工用工具と刃物

図11 粗削りチップ

（2）小型部品のフィーチャサイズが小さい場合、より大きな直径の工具は使用できません。工具の寿命を延ばし、部品の加工品質を確保するためには、ある程度の加工技術が必要です。300Mを加工する場合、小型フィーチャにはレイヤードミリングではなくサイクロイドミリングを使用するのが最適です。

サイクロイドフライス加工には、加工効率が高く、半径方向の切削抵抗が低く、振動に鈍感で、深溝加工時の偏差が小さいなど、多くの利点があります。切りくず除去性能に優れ、発熱量も少ないため、硬い材料や振動に敏感な状態の加工に使用することをお勧めします。加工モードを図 12 に示します。サイクロイドフライス加工では、切削速度は 150-200m/分に達することがあります。

図12 サイクロイドフライス加工

（３）精密加工を行う場合、良好な剛性を確保するために、加工サイズにできるだけ近い切削工具を選択し、図１３に示すようにコーティングされた切削工具を選択する必要があります。図１４に示すように、工具の刃先は鋭利で、生成される表面粗さが要件を満たす必要があります。

図13 サイクロイドフライス加工

図14 精密加工後の表面品質

300M超高強度鋼は材料特性が優れているため、その応用範囲はますます広くなっていますが、同時に加工の難しさも高まっています。生産工程では、部品の再加工や廃棄を避けるために、特定の切削工具と合理的な加工パラメータを選択する必要があります。新興加工技術の発展に伴い、このような材料の加工は必然的に比較的単純で容易になりますが、加工経験の継続的な集約と蓄積も必要です。
航空機部品は過酷な環境で動作するため、製品の品質には特別な注意を払う必要があります。機械加工における小さな欠陥は、その後の特殊加工に悪影響を及ぼす可能性があります。この潜在的なリスクを回避するには、加工中に品質管理を厳格に実施する必要があります。

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