アルミCNCマシン：利点と可能な代替案
CNC機械加工プロジェクトでは、アルミニウムはその望ましい物理的特性により、最も人気のある材料の選択肢の1つです。丈夫で機械部品に最適で、酸化された外層は元素による腐食に強いです。これらの利点により、アルミニウム部品はすべての業界で共通になっていますが、自動車、航空宇宙、ヘルスケア、家電の分野で特に好まれています。
アルミニウムには、CNC機械加工のプロセスを簡素化および改善する特定の利点もあります。同様の材料特性を持つ他の多くの金属とは異なり、アルミニウムは優れた被削性を提供します。そのグレードの多くは、切削工具で効果的に浸透でき、比較的成形が容易でありながら、簡単に欠けます。このため、アルミニウムは鉄や鋼の3倍以上の速さで加工できます。
この記事では、アルミニウムCNC機械加工の主な利点のいくつかについて説明します。これは、最も広く要求されているプロトタイピングおよび製造プロセスの1つである理由ですが、アルミニウムの代替機械加工についても提案します。
他の金属やプラスチックは、独自の利点に加えて、アルミニウムと同様の利点を提供できます。
アルミCNC加工のメリット
3ERPの典型的なCNCアルミニウム部品
機械加工性
エンジニアが機械加工部品にアルミニウムを選択する主な理由の1つは、非常に単純に、材料が機械加工しやすいためです。これは、部品を製造する機械工にとってはより大きなメリットのように見えますが、部品を注文するビジネスや、最終的にそれを使用するエンドユーザーにとっても大きなメリットがあります。
アルミ切りくずが簡単で、成形も簡単なため、CNC工作機械で素早く正確に切断できます。これにはいくつかの重要な結果があります。まず、機械加工作業の時間枠が短いため、プロセスが安価になります（機械工に必要な労力が少なくなり、機械自体に必要な操作時間が少なくなるため）。第二に、良好な被削性は、切削工具がワークピースを通過する際の部品の変形が少ないことを意味します。これにより、機械はより厳しい公差（±0.025mm程度）を満たすことができ、より高い精度と再現性が得られます。
耐食性
アルミニウムのグレードが異なれば、耐食性、つまり酸化や化学的損傷に耐えられる程度が大きく異なります。幸いなことに、CNC機械加工で最も人気のあるグレードのいくつかは最も耐性があります。たとえば、6061は、強度スペクトルの下端にある他の合金と同様に、優れた耐食性を提供します。 （強力なアルミニウム合金は、合金化された銅が存在するため、腐食に対する耐性が低い場合があります。）
強度と重量の比率
アルミニウムは、機械部品とアスペクト部品の両方に理想的な望ましい物理的特性を備えています。最も重要な2つは、金属の高強度と軽量です。どちらも、航空宇宙産業や自動車産業で必要とされるような重要な部品に適した材料になっています。航空機の付属品と自動車のシャフトは、アルミニウムでうまく加工できる部品の2つの例です。
ただし、アルミニウムのグレードが異なれば、目的も異なります。強度と重量の比率が良好なため、6061のような汎用グレードはさまざまな部品に使用できますが、特に7075のような高強度グレードは、航空宇宙および海洋用途で好まれる可能性があります。
電気伝導率
CNC機械加工されたアルミニウム部品は、導電性があるため、電気部品に役立ちます。純アルミニウムは銅ほど導電性ではありませんが、室温で1メートルあたり約3770万シーメンの電気伝導率を持っています。合金は導電率が低い場合がありますが、アルミニウム材料は、たとえばステンレス鋼よりも大幅に導電性が高くなります。
| 素材 | 室温での導電率（S / m） |
| 銅 | 5960万 |
| アルミニウム | 3770万 |
| 亜鉛 | 1690万 |
| 鉄 | 1000万 |
| 炭素鋼 | 700万 |
| チタン | 240万 |
| ステンレス鋼 | 150万 |
陽極酸化の可能性
機械加工されたアルミニウム部品は、強度と重量の要求だけでなく、重要な美的配慮のために、家電業界で特に人気があります。アルミニウムは、塗料や色合いを受け入れるだけでなく、部品の保護および酸化された外層を厚くする表面仕上げ手順である陽極酸化処理で処理できます。
陽極酸化処理は、通常、機械加工が完了した後に行われ、電解酸浴内の部品に電流を流すことで、物理的な衝撃や腐食に対してより耐性のあるアルミニウム片を生成します。
重要なのは、陽極酸化処理された外層は非常に多孔質であるため、陽極酸化処理により、機械加工されたアルミニウム部品に色を付けるのが容易になることです。染料は、外層の多孔質部分を通り抜けることができ、金属部品の頑丈な外部に埋め込まれているため、欠けたり剥がれたりする可能性が低くなります。
リサイクル性
アルミニウムのもう1つの利点は、リサイクル性が高いことです。これにより、環境への影響を最小限に抑えたい企業や、単に材料の無駄を減らして支出の一部を回収したい企業に適しています。リサイクル可能な材料は、切削工具からの切りくずの形で比較的大量の廃棄物が存在するCNC機械加工で特に重要です。
CNC機械加工におけるアルミニウムの代替品
企業は、さまざまな理由で、CNC機械加工用のアルミニウムの代替品を探す可能性があります。結局のところ、金属にはいくつかの弱点があります。その酸化物コーティングは工具に損傷を与える可能性があり、アルミニウム製造のエネルギーコストが高いこともあり、一般に鋼などの代替品よりも高価です。
人気のあるシルバーグレーの金属との相違点と類似点に重点を置いて、アルミニウムに代わる可能性のある機械加工をいくつか紹介します。
金属
鋼およびステンレス鋼
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
鋼とステンレス鋼は、CNC機械加工で広く使用されている材料です。鋼は強度が高いため、高張力用途や強力な溶接が必要な用途に好まれる傾向があります。鋼は非常に高温に耐性があり、ステンレス鋼は耐食性を高めるために熱処理することができます。
ただし、機械加工用鋼は機械加工性を向上させるように設計されていますが、アルミニウムは2つの材料の中でより機械加工可能です。鋼はまた、アルミニウムよりも重く、硬度が高いため、用途によっては望ましい場合と望ましくない場合があります。
耐熱性が重要な考慮事項であり、重量が重要でない場合は、鋼がアルミニウムの理想的な代替品になる可能性があります。
チタン
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
チタンは、その主な利点が並外れた強度対重量比であるため、アルミニウムの同様の代替品として使用できます。これは、アルミニウムの主な利点の1つでもあります。チタンの重量はアルミニウムと同じですが、強度はほぼ2倍です。アルミニウムと同様に、耐食性にも優れています。
これらの利点は、チタンの価格が高いことに反映されています。この材料は航空機の部品や医療機器などの部品に最適ですが、そのコストは法外なものになる可能性があります。
軽量が主な関心事であり、重要なことに、製造予算にある程度の柔軟性がある場合、チタンはアルミニウムの適切な代替品です。
マグネシウム
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
最も一般的な機械加工材料ではありませんが、軽量の金属マグネシウムは一般的なアルミニウム合金の多くの利点を提供します。実際、マグネシウムは世の中で最も機械加工可能な金属の1つであり、機械加工プロセスを高速かつ効率的にしています。
機械工場の潜在的な欠点の1つは？マグネシウムチップは非常に可燃性であり、水によってさらに悪化します。つまり、機械工は破片を取り除く際に注意する必要があります。
真ちゅう
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
金色の外観を持つ金属である真ちゅうは、アルミニウムよりもわずかに高い価格で入手できる機械加工性の高い金属です。バルブやノズルなどの部品や構造部品によく見られますが、機械加工性が高いため、大量注文に適しています。
銅
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
銅はアルミニウムといくつかの材料特性を共有しています。ただし、銅の優れた電気伝導率により、さまざまな電気用途に適しています。純銅は機械加工が困難ですが、多くの銅合金は一般的なアルミニウムグレードと同様の機械加工性を提供します。
エンジニアリング熱可塑性プラスチック
POM（デルリン）
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
CNC機械加工プロジェクトは金属に限定される必要はありません。実際、いくつかのエンジニアリング熱可塑性プラスチックは、用途に応じて、アルミニウムの利点のいくつかに匹敵するか、それを超える可能性があります。
アルミニウムはその優れた機械加工性で好まれることが多いため、実行可能なプラスチックの代替品の1つはPOM（Delrin）です。これは、アルミニウムと同様に、機械加工プロセスに非常に適しています。 POMは融点が低いですが、プラスチックとしては非常に高い強度を持っています。
POMは電気絶縁体であるため、電子エンクロージャなどの部品に適しています。機械部品にも適しています。ただし、アルミニウムとは根本的に異なる絶縁挙動を考えると、熱伝導率と電気伝導率の重要性が無視できる状況での同様の代替品としてのみ使用する必要があります。
PTFE（テフロン）
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
POMと同様に、PTFE（テフロン）は機械加工性の高い熱可塑性プラスチックであり、優れた電気絶縁体です。ただし、POMとは異なり、PTFEは高温（最大260°C）にも耐性があるため、高温用途向けの実行可能なアルミニウム代替品になります。
PTFEは耐薬品性が高いため、食品業界で使用される部品の機械加工材料としても人気があります。
ピーク
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
PEEKは、前の2つの熱可塑性プラスチックよりも機械加工が困難ですが、その高い強度と熱安定性（260°Cまでの温度に耐える）により、アルミニウムの真の代替品になります。バルブ、ベアリング、ポンプ、ノズルなどの部品に対するPEEKの人気は、その金属のような能力を証明しています。
1つの障害は価格です。高性能ポリマーであるPEEKは、より高価な機械加工可能な熱可塑性プラスチックの1つであり、アルミニウムなどの遍在する材料が使用できない機械加工プロジェクトにのみ適しています。
ABS
アルミニウムよりも優れている：
アルミニウムより悪い：
ABSは、射出成形材料として一般的に使用されており、近年では3D印刷フィラメントとして使用されています。 ABSはアルミニウムとの共通点がほとんどありませんが、CNC機械加工用の用途が広く軽量な素材であり、平均以上の衝撃強度を提供します。
その他
他の機械加工可能なプラスチックは、そのほとんどがアルミニウムとは非常に異なり、PC、ABS + PC、PP、PS、PMMA（アクリル）、PAGF30、PCGF30、DHPE、HDPE、およびPPSが含まれます。
特定のアルミニウムグレードの代替品
| アプリケーション | アルミニウム | 代替 |
| 一般 | 6061 | 軟鋼1018 |
| 航空宇宙 | 7075 | ステンレス鋼303 |
| マリン | 5083 | ステンレス鋼304 ステンレス鋼316 |
| 建設 | 5083 | 軟鋼A36 |
| 食べ物 | 6061 | PTFE PC |
CNC機械加工と他のプロセスの組み合わせ
アルミニウムがプロジェクトで推奨される材料の選択肢である場合は、CNC機械加工を他の製造プロセスと組み合わせて、より複雑で高性能なアルミニウム部品を作成する方法があります。そうすることで、複数の製造プロセスのメリットを享受しながら、アルミニウムの機能を最大化できます。
オールインワンの製造プロセスであることに加えて、CNC機械加工は、他の機械を使用して製造された部品を改良または変更するために使用できます。押し出し、鋳造、鍛造の各プロセスを機械加工プロセスで補完して、より優れたアルミニウム部品を製造することができます。
アルミニウム押し出し+CNC機械加工
押し出しは、溶融材料をダイの開口部から押し出し、連続したプロファイルを持つ細長いコンポーネントを生成するプロセスです。アルミニウム押し出しは、高品質の表面仕上げと複雑な断面を備えた機能コンポーネントを製造する効果的な方法ですが、これらの断面は部品全体で一貫している必要があるため、範囲が制限されます。
もちろん、押し出し後にパーツが変更されない限り。アルミニウムの押し出しには、6061や6063などの可鍛性、延性、機械加工可能なアルミニウムグレードが含まれる傾向があるため、押し出し成形された部品は後加工できます。CNCマシニングセンターを使用してさまざまな方法で切断できます。
アルミニウム押し出しとCNC機械加工を組み合わせることは、複雑な断面と不規則な形状の弾力性のある部品を製造するための優れた方法です。
ダイカスト+CNC機械加工
圧力ダイカストは、溶融金属を高圧で金型キャビティに押し込む製造プロセスです。必要な工具鋼の金型は製造に費用がかかるため、一般的に大量の部品を製造する場合に使用されます。
アルミニウムは、鋼、マグネシウム、亜鉛と並んで、圧力ダイカストで最も人気のある金属の1つであり、ダイカストアルミニウム部品は一般に優れた表面仕上げと寸法の一貫性を備えています。
これらの利点は、CNC機械加工の利点と組み合わせることができます。アルミニウム部品をダイカストし、マシニングセンターを使用してさらにカットを追加することで、どちらのプロセスを単独でも使用できる、優れた仕上げとより複雑な形状の部品を作成できます。
高精度を確保したり、薄い壁を作成したりするよりもコストを削減することが重要な場合は、圧力ダイカストの代わりに重力ダイカストを使用できます。
インベストメント鋳造+CNC機械加工
インベストメント鋳造は、ワックスパターンを使用して金属部品を作成する金属鋳造プロセスです。他の鋳造プロセスと同様に、優れた表面仕上げと高い寸法精度を備えた部品を製造します。
このプロセスには、独自の利点もあります。ダイカストよりも複雑な部品を作成するために使用でき、部品はパーティングラインなしで出現します。
アルミニウム合金はインベストメント鋳造に使用される一般的な材料であり、鋳造されたアルミニウム部品は精製のために後加工することができます。
鍛造+CNC機械加工
多くの機械加工可能なアルミニウム合金は、圧縮力によって金属を成形するという昔ながらの鍛造プロセスにも適しています。 （これには、多くの場合、ハンマーで金属を叩くことが含まれます。）
たとえば、アルミニウム6061は、自動車や産業用部品の製造に一般的に使用されるプロセスである、閉じた金型を使用した熱間鍛造に適しています。
鍛造されたアルミニウム片は、CNCマシニングセンターで後加工することができます。鍛造部品は一般に完全に鋳造された、または完全に機械加工された同等品よりも強力であるため、これは機械加工のみに比べて有益です。ただし、後加工により、部品の完全性を完全に損なうことなく、より複雑な形状を作成できます。
アルミニウムやその他の材料を使用したCNC機械加工の詳細については、 3ERPに連絡する 。
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