アルミニウムCNC機械加工の利点と可能な代替案

アルミCNC加工
アルミCNC加工

Aluminum is one of the most popular of material choices for various CNCアルミ加工 projects. It is mainly due to the physical properties it possesses. Fundamentally, aluminum is a strong material, which makes it perfect to manufacture durable mechanical parts. Moreover, the material contains an oxidized outer layer, making it resistant to corrosion from elements. Both these properties have led to the widespread use of parts made of aluminum. In particular, automotive, aerospace, healthcare, and electronic industries for general consumers seem to favor aluminum as their material of choice.
アルミニウムは、その特性に加えて、プロセスを簡素化および改善することにより、CNC機械加工にいくつかの利点をもたらします。 アルミニウムは優れた被削性を提供します。これは、同様の特性を持つ他の金属ではしばしば見られない要因です。 また、アルミニウムは比較的柔らかく、工具による切断、欠け、成形、浸透が効果的に容易です。 鉄や鋼などの他の通常使用される金属とは対照的に、アルミニウムの機械加工は3倍高速です。
今日、この記事ではアルミニウムの主な利点について説明します CNCマシニング、プロトタイピングと製造プロセスで有名な理由を含みます。 また、アルミニウムと同様の利点と機能の追加セットを提供できるエンジニアリング熱可塑性プラスチックや金属など、アルミニウムと材料のいくつかの代替案についても検討します。

アルミニウムCNC機械加工:利点

  • 被削性
  • 耐食性
  • 強度対重量比
  • 電気伝導性
  • 陽極酸化の可能性
  • リサイクル

被削性

アルミニウムは機械加工に適しているため、エンジニアは機械加工部品を優先的に選択します。 いずれにせよ、ここで考慮すべき点は、これから恩恵を受けるのは機械工だけではないということです。 これらの部品を供給する企業とそれらを使用するエンドユーザーの両方が、アルミニウムから部品を機械加工するだけで大​​きなメリットを得ることができます。
アルミニウムは欠けや成形が容易で、CNC工作機械で切断する際の速度と精度をもたらします。 機械加工作業の時間枠が短いと、(機械工からの)労力と(機械からの)操作時間の要件が少なくなるため、プロセス全体のコストが大幅に削減されます。 もう1つの利点は、切削工具が金属片を通り抜けるときの小さな変形です。 材料の公差が厳しくなる(約±0.025mm)ため、プロセスの精度と一貫性が向上します。

耐食性

アルミニウムには、耐食性が異なるさまざまなグレードがあります。これは、酸化や化学的損傷に耐える能力を意味します。 アルミニウムCNC機械加工で最も一般的に使用されるグレードは、耐食性です。 たとえば、6061は、信じられないほどの耐食性を提供するそのようなグレードの1つです。 強度スペクトルの下部にある他の合金はそうします。 対照的に、強いアルミニウム合金は、合金化された銅が存在するため、耐食性が低くなります。

強度対重量比

アルミニウムは、高強度や軽量などの多くの物理的特性があるため、重要な機械部品やアスペクト部品に最適です。 特に、これら2つは、航空宇宙および自動車産業の重要な部品製造に適した材料になります。 機械加工にアルミニウムを使用するこれらの業界の2つの例は、航空機の付属品と自動車のシャフトです。
それでも、各グレードのアルミニウムを同じ目的に使用することはできないことに注意する必要があります。 これは、グレードごとに強度と重量の比率があり、用途に違いが生じるためです。 一般的な使用グレードには6061が含まれますが、7075は高強度のグレードのひとつであり、航空宇宙や海洋部品などの圧力ベースのアプリケーションに適しています。

材料強度(Rm / MPa)
AL6061-T6290
AL7075524
AL2024-T351470



電気伝導性

アルミニウムは優れた電気伝導体であり、純アルミニウムの場合、室温で1メートルあたり約3,770万ジーメンスです(銅にそれほど遅れていません)。 アルミ製のCNC機械加工部品を電気部品等に使用します。 さらに、合金は導電率がわずかに低い場合があります。 それでも、アルミニウム材料は、ステンレス鋼などの一般的に使用される材料よりもかなり導電性があります。

陽極酸化の可能性

陽極酸化は、表面仕上げ手順を使用して、金属部品の保護用の酸化された外層を厚くするプロセスです。 これは、アルミニウムなどの特定の金属で実行できることを指します。 この機能は、強度と重量の比率が高く、美的配慮があるため、現在の家電業界全体でアルミニウム金属の人気を高めています。 したがって、アルミニウムは塗料や色合いを受け入れ、陽極酸化することができます。
陽極酸化処理は、アルミニウムCNC機械加工が実行された後に行われます。 それは一般的な電解プロセスを組み込んでいます。 電解酸浴の作用により、機械加工部品に電流を流します。 その結果、腐食や物理的衝撃要素に対してより耐性のあるアルミニウム片が得られます。
カスタマイズ性に戻ると、陽極酸化処理により外層の多孔性が高くなり、アルミニウム加工部品への色付けが容易になります。 染料は、外層の多孔質部分に入る方法を見つけることによって、アルミニウム部品の丈夫な外層に埋め込まれます。 最終的には、欠けたり剥がれたりする可能性も非常に低くなります。

リサイクル

CNC機械加工では、切りくずや余分なビットを切り取って失われた部分に多くの廃棄物が発生します。 したがって、アルミニウムなどのリサイクル可能な材料を利用することは有益です。 間違いなく、アルミニウムはリサイクル性が高いため、材料資源の浪費を削減し、支出と環境への影響を最小限に抑えたい企業に最適です。

アルミニウムCNC機械加工:代替

アルミニウムにはCNC機械加工材料としての主要な利点と利点がありますが、すべての企業に最適であるとは限りません。 他の材料と同様に、アルミニウムには制限と欠点があります。 たとえば、企業は酸化物コーティングによる工具の損傷を回避するために他のオプションを検討する場合があります。 それ以外に、彼らはまた、鋼のようなより安価な代替品や、アルミニウムよりも生産のためのエネルギーコストが低いものを見つけたいと思うかもしれません。
機械加工に利用できるアルミニウムのいくつかの代替品について、アルミニウム自体と比較して保持している重要な相違点と類似点とともに、以下で説明します。

金属

鋼およびステンレス鋼

鋼とステンレス鋼は、強度と耐えられる温度という2つの重要な理由から、アルミニウムよりも優れています。 アルミニウムは、これらの両方の特性の点で遅れをとっています。 ただし、鋼は軽量の金属アルミニウムよりもはるかに重く、機械加工も比較的困難です。 一方、鋼はアルミニウムよりも高い硬度を持っています。
とにかく、高応力および強力な溶接を含むような強度ベースのアプリケーションでは、鋼およびステンレス鋼がCNC機械加工に広く使用されています。 鋼は非常に高温にも耐性があり、ステンレス鋼は熱処理すると耐食性になります。 したがって、温度が重要な要素である場合、鋼は機械加工性のためにアルミニウムよりも勝ちます。

チタン

チタンは、並外れた強度対重量比になるとアルミニウムよりも優れていますが、アルミニウムと比較すると、作業にはるかにコストがかかります。 アルミニウムも同様に適切な強度対重量比を持っていますが、チタンは同様の重量の2倍の強度を持っています。 それに加えて、両方の材料は耐食性の点で非常に効果的です。
これらすべての要因を考慮すると、軽量が主要な要因である場合、チタンが最適な代替品です。 同時に、柔軟な製造予算を維持する必要があります。 航空宇宙産業とヘルスケア産業は、それぞれ航空機部品と医療機器にそれを利用しています。

マグネシウム

マグネシウムは、アルミニウムよりも機械加工性が高く、はるかに軽量であるため、機械加工に適したオプションです。 マグネシウムは一般的な機械加工材料とは見なされていませんが、最も機械加工可能な材料の1つです。 マグネシウムを機械加工に使用することにより、プロセスは比較的高速で効率的になります。
それにもかかわらず、マグネシウムには、機械加工の安全性と不十分な耐食性に関して欠点があります。 また、可燃性が高く揮発性の高いアルカリ金属です。 したがって、機械加工中に作成された切りくずは火災の危険性があり、水に落とすことができず、むしろ悪化させます。 したがって、破片を掃除するときは注意が必要です。

ブラス

真ちゅうはアルミニウムよりも比較的高価ですが、その金色の外観と高い被削性のために、特定の審美的用途に適しています。 その用途に関する限り、バルブ、ノズル、構造部品、および大量注文は真ちゅうの恩恵を受けます。

最高の電気伝導率を実現するため、この点で銅は他のすべての金属に取って代わります。 アルミニウムとも異なる特性を共有しています。 導電性があるため、電気用途での使用に適しています。 純銅は機械加工が難しいことを忘れないでください。 しかし、銅合金は、一般的なアルミニウムグレードと比較的類似した被削性を提供する可能性があります。

エンジニアリング熱可塑性プラスチック

Materials other than metal also partake in CNC machining projects. It might include several engineering thermoplastics that are often on par with, if not better than aluminum, contingent upon applications. So, let’s look at some alternative engineering thermoplastics to aluminum.

POM(デルリン)

被削性に関しては、POM(Delrin)はアルミニウムや同様の特性の金属に匹敵します。 さらに、POMは他のプラスチックに比べて非常に高い強度を持っていますが、融点は低くなっています。 この材料は電気絶縁体としても機能し、電気エンクロージャ部品に適しており、摩擦が少ないです。 ただし、アルミに比べて耐熱性や強度に欠けます。

PTFE(テフロン)

PTFE(テフロン)は、非常に低い摩擦で優れた電気絶縁体として機能する、もう1つの高度に機械加工可能な熱可塑性プラスチックです。 しかし、PTFEは高温(最大260°C)に対する耐性で優位に立っているため、高温用途に適しています。 PTFEは耐薬品性に​​も優れているため、食品業界の部品に最適です。 写真の欠点を見ていると、PTFEはアルミニウムに比べて強度が不足しています。

ピーク

PEEKは機械加工が困難ですが、強度と熱安定性が高く、260°Cまでの耐熱性を備えた熱可塑性プラスチックです。 バルブ、ベアリング、ポンプ、ノズルなどの機械加工部品、または医療の特定の部品で有名です。
ただし、PEEKは、このリストのほとんどの資料よりもはるかに高価であることに注意してください。 したがって、アルミニウムやその他の代替品が使用できないアプリケーション固有の目的でのみ機械加工されます。

もっと

他の機械加工可能なプラスチックは、通常はアルミニウムとは異なり、ABS、PC、ABS + PC、PS、PP、PMMA(アクリル)、PCGF30、PAGF30、HDPE、DHPE、およびPPSを含みます。

アルミニウムCNC機械加工と他のプロセスの組み合わせ

ある製造業者が、不利な状況でアルミニウムを阻止する用途に関係なく、アルミニウムを使用したいとします。 その場合、問題の解決策は、CNC製造と一緒に製造プロセスを組み合わせて使用​​することです。 最終的には、アルミニウム製のより複雑で高性能な部品の作成に役立ちます。 それ以外に、それはアルミニウムの機能性を最大化し、関連するさまざまなプロセスの利点を追加します。
CNC機械加工とは、オールインワンの製造プロセスを指します。 押し出し、鋳造、鍛造などの他の方法で製造された部品を修正、改良、または加工することができます。 これらの各製品は、アルミニウム部品をアップグレードするための機械加工プロセスで補完することができます。

アルミニウム押し出しとアルミニウムCNC機械加工

押し出しにより、溶融金属がダイの開口部を通過することにより、連続したプロファイルを持つ細長いコンポーネントが生成されます。 NS アルミニウム 押し出しプロセスは、複雑な断面や表面仕上げの高い機能部品に効果的であることが証明されています。 それでも、これらの断面がピース全体で一貫している必要があるため、範囲は限られています。
ただし、この問題を回避する方法は、アルミニウムCNCマシニングセンターで押し出しおよび後加工後に部品を修正することです。 展性、機械加工性、延性の特性から、6061や6063などのアルミニウムグレードに便利です。 したがって、両方の方法を組み合わせることは、複雑で不規則な形状の弾力性のあるコンポーネントを作成するための優れた方法です。

ダイカストとアルミCNC機械加工

別の方法は、圧力ダイカストです。 このプロセスでは、溶融金属を高圧で金型キャビティに押し込みます。 工具鋼の金型は製造に費用がかかるため、このプロセスは主に大量生産に使用されます。 暫定的に、アルミニウムダイカスト部品は優れた表面仕上げと寸法の一貫性を備えています。
ダイカストとアルミCNCマシニングを組み合わせたり、マシニングセンターでカットを追加したりすると、優れた仕上がりのパーツが作成されます。 どちらのプロセスも単独では得られない、より複雑な形状を生成する可能性があります。 高精度または薄肉の作成よりもコスト削減を優先する場合は、圧力ダイカストよりも重力ダイカストが優先されます。

鍛造とアルミCNC機械加工

鍛造は、多くの機械加工可能なアルミニウム合金で今でも人気のあるプロセスです。 これは、圧縮力を使用して金属を成形する従来の方法を含み、多くの場合、ハンマーで叩くことによって提供されます。 たとえば、アルミニウム6061は、この方法を利用する標準合金です。
鍛造後、CNCマシニングセンターで後加工することができます。 鍛造部品は、完全に機械加工された部品や完全に鋳造された部品よりも頑丈です。 後で後加工を追加すると、複雑な形状を作成できます。 ただし、パーツの整合性を完全に損なうわけではありません。

最後の言葉

この読み物が本格的なガイドになることを願っています。 アルミニウムCNC機械加工、プロセス自体、その利点、および今日の市場で手元にある他の金属や熱可塑性プラスチックなどの代替品に関するすべての質問に答えます。 この記事を読んだ後、あなたはあなたの製造要件に合った製品と方法を選ぶことができると確信しています。