METAL SPEED 金属加工・切削加工

アルミ加工の基礎知識【アルミ切削加工メーカー】

アルミは加工性に優れ、金属の中では非常に軽い特徴を持つ金属加工材質です。さらに、単位重量あたりの強度が高く、主に製品の軽量化・効率化を目的に広く利用されています。切削加工に使われるアルミの多くは、アルミニウム合金という純アルミにマグネシウムやマンガンなどの他の金属を添加したものです。これにより純アルミの弱点を補いながら、長所を活かした加工ができます。アルミニウム合金の種類は多岐に渡り、用途に応じた材質選定ができます。

アルミは以下の要件を満たす材質です。この記事ではアルミの特徴と種類、加工事例を紹介します。

• 軽く比強度に優れ、製品の軽量化に適している
• 熱伝導性と電気伝導性が高い
• 種類（番手）が豊富で、さらに比較的安価であり、汎用性が高い
• 液体窒素や液体酸素などの極低温環境でも脆性破壊が起きにくい

アルミニウムの特徴

軽い

アルミの比重は2.7です。鉄の7.8や銅の8.9と比べ、約3分の1と軽い金属です。摺動・回転部品の作動効率や燃費の向上、電気消費量の低減など、軽量化による効率化を期待できます。

比強度が高い

アルミは単位重量当りの強度に優れた金属です。純アルミの引張強さは高くありませんが、マグネシウムやマンガンなどを添加した、強度の高いアルミニウム合金もあります。

加工しやすい

アルミは塑性加工がしやすく、さまざまな形状に成形できる素材です。紙のように薄い箔や、複雑な形状の押出形材を製造することができます。切削加工性にも優れ、精密加工に適し、機械部品の素材に使われます。

熱伝導率が高い

純アルミの熱伝導率は約240(W/m・K)と高く、熱しやすく冷めやすい金属です。
この性質から冷暖房装置、エンジン部品、各種熱交換器、放熱フィン、ヒートシンクなどに使われています。

アルミニウム合金の種類

金属切削加工に用いるアルミは、そのほとんどが合金です。純アルミは軽い一方で柔らかい性質があります。そのため純アルミの加工品は、用途によっては強度が不十分であることがあります。一般的に使用されているアルミは、アルミ本来の弱点を改善するために、マンガンや亜鉛、マグネシウム、ニッケルなどの他の金属を添加した合金です。

合金化することで、強度を高めつつアルミの長所である軽さを併せ持った金属になります。加える金属や量によってそれぞれ違った特徴を持ち、番手という頭文字「A」と4桁の数字で分類されます。

ジュラルミンとは

アルミニウム合金の中でA2017、A2024、A7075はそれぞれジュラルミン、超ジュラルミン、超々ジュラルミンと呼ばれます。ジュラルミンは銅を添加することで強度を高めた合金です。銅が腐食しやすいという性質から、耐食性が低い合金であるため、腐食環境での使用ではアルマイト処理などの防錆処理が必要です。

超ジュラルミン

超ジュラルミン（A2024）は、ジュラルミン（A2017）より銅とマグネシウムの添加量が多いアルミニウム合金です。銅の比率が増えた分、ジュラルミンよりさらに強度が高く、切削加工性も同様に優れています。

ジュラルミンと同様、耐食性が低い素材であるため、アルマイト処理などの防錆処理が必要です。耐食性を補うために、表面に純アルミ系のA1230をはり合わせ耐食性を改善したA2024PCという合わせ板があります。

超々ジュラルミン

超々ジュラルミン（A7075）は、アルミニウム合金の中でもトップクラスの強度を持つ素材です。銅が1.2～2.0％、マグネシウムが2.1～2.9％、亜鉛が5.1～6.1％含まれています。

鋼材並みの強度・硬度があり、航空機の構造材にも使用されます。ブリネル硬度で見ると、超々ジュラルミンの硬度は160HBで、鋼材のSKD11の硬度は58～63HB、ステンレス材のSUS303・SUS304は187HBです。

単純に硬度の高さはステンレスが優れていますが、比強度で比較すると超々ジュラルミンが約2倍優れています。

応力腐食割れや耐食性については、使用環境に注意する必要があります。この弱点を補うため、表面にA7072を貼り合わせ耐食性を改善したアルミ材があります。規格として流通しているのは丸棒材と板材のみです。

アルミ加工のメリット

日本のものづくりの現場では様々なロボットが活躍しています。以前は人の手で生産していたものも、工場の自動化が進んでいます。自動車産業や食品産業、半導体産業など多くの業界で産業ロボットが導入されています。

それらの部品の素材の中でも、使用率が高いのがアルミです。アルミは下記の条件を満たす素材です。

軽量化に適している

アルミは鉄やステンレスと同じ体積で比べると3分の1以下の重量です。軽く運搬しやすいため加工がしやすく、輸送コストを下げることもできます。

金属を素材にして作る装置は、大型化すればそれに伴い重量も大きくなります。そのため重量によっては2階以上の建物に設置することが困難になることもあります。そのような場合にアルミ加工で部品を軽量化することができます。

アルミは単位重量あたりの強度（比強度）が高く、ジュラルミンと呼ばれる2000番系7000番系は特にこの性質が優れています。そのため十分な強度を維持しながら部品の軽量化を進めることができます。

複雑形状の加工に適している

アルミは加工性に優れ、切削加工に適した素材です。複雑な形状でも比較的加工時間が短く、再現性の高い加工ができます。

強度が高くて軽い金属は、他にマグネシウム合金やチタン合金がありますが、これらは切削加工において難削材にあたります。精度を出せない場合や、出せても加工に時間がかかるため、加工性の良い素材に比べて加工費は高くなります。

5000番系のアルミニウム合金は加工性が良いため、複雑形状や精度が必要な加工に適しています。

腐食に強い

金属は基本的に空気中で腐食していきます。アルミは空気中の酸素と反応して表面に酸化皮膜が形成され、腐食しにくい性質があります。この自然にできた酸化皮膜は非常に薄い膜なので、環境によっては腐食する可能性があります。そのため人工的に酸化皮膜を生成するアルマイト処理をすることもあります。

アルミ加工を選定する上での注意点

アルミは優れた面の多い金属です。しかし、アルミを選定する際には以下の側面も持つという点に注意が必要です。

• 7000番系の超々ジュラルミン（A7075）などの特別強度の高いもの以外は、他の金属に比べると強度が低く、強い衝撃でへこんだり、傷がつきやすい素材です。摺動部分での使用では摩耗します。
• アルミは他の金属と比べると線膨張係数が高く、温度変化による影響で寸法が変化しやすい素材です。

アルミ加工上の注意点

アルミは加工性が非常に良い金属ですが、加工中に切削工具へ溶着する可能性があるという点に注意が必要です。アルミは熱伝導率が高いため、加工中に熱が逃げやすいと思われますが、加工品の形状やアルミの種類によっては溶着が起こります。

溶着により切削工具にアルミが溶けて付着することで、構成刃先と呼ばれる刃先ができます。加工精度が出なくなり、細い刃物はこの現象により折れて加工品の中に埋まってしまうこともあります。この溶着を防ぐ対策は主に2つあります。

エアブローによる切り粉の排除
加工により発生した切り粉をこまめに取り除くことで、溶着をある程度防ぐことができます。袋穴や細いタップ加工では、切り粉を排出するために一回の切込み量を調整します。

切削油の使用
アルミは鉄や銅に比べて比重が3分の1程度と軽く、切り粉も切削油に比較的に浮きやすいため溶着のリスクを減少させることができます。切り粉が切削工具へ絡まらないようにするには多量の切削油を流す必要があります。

アルミ加工事例

以下は当社で製作したアルミニウム合金材質の加工事例の一部です。切削加工で単品・1個の製作から1000個以内の量産まで対応可能です。

アルミの切削加工依頼のためのFAQ

METAL SPEEDのサービス内容は？

METAL SPEEDは、金属の切削加工によるパーツメーカーです。試作・量産・追加工など、必要な部品の製作を1個から承ります。CADデータの作成段階からも対応いたします。切削加工以外にも、3Dプリンター出力や板金加工の実績もございますので、加工内容に合わせて柔軟に対応可能です。

対応サイズは？

アルミニウム合金の最大加工サイズ（切削加工）は角物で700×400×150mm、丸物で最大経がΦ300、最大長さが500Lです。加工条件によって多少前後する場合があるので、予めご了承ください。

対応ロット数は？

最小単品1個から、最大1000個の量産が当社の得意領域です。多品種小ロットの短納期生産に適した生産体制を構築しています。

他の材質の図面もまとめて依頼したい

アルミニウム合金以外にも以下の材質の加工のご相談を承ります。これら以外の材質についても一度ご相談ください。材料の調達から完成までワンストップで対応します。

加工の見積に必要な情報は？

お見積りには3D-CADまたは2D-CADデータと、材質・数量・希望納期の情報が必要です。必要な表面処理・熱処理もあれば記載頂くと正確な見積りができます。3D-CADデータを頂けますと最も速く見積が可能です。また、CADデータがない場合はPDF図面からも見積可能です。

このサイトはアルミ加工やステンレス加工の金属加工の情報をまとめています。金属部品の切削加工を中心に、設計や加工のご相談も承っています。不明点などある場合はお気軽にお問い合わせください。

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