CNC 加工の表面仕上げを詳しく見る:種類、利点、選択ガイド

CNC 加工にはどのような表面仕上げが利用できますか?後処理および表面仕上げにより、金属部品の表面粗さ、外観、耐摩耗性が向上します。このガイドでは、CNC 加工された金属部品の最も一般的な表面仕上げと、加工コンポーネントに適切な表面仕上げを選択する方法について説明します。

CNC 機械加工では、さまざまな金属やプラスチックから、公差が厳しく、細部にまでこだわった部品が製造されます。材料は追加されるのではなく除去されるため、機械加工された部品には目に見える工具跡が残ることがよくあります。表面仕上げにより、これらの工具跡が軽減され、機能が向上し、外観が向上します。 

表面仕上げは、CNC 加工された金属部品の表面粗さ、外観、耐摩耗性を向上させるための後処理を適用します。仕上げが用途にマッチすると、機能と美観の両方が向上します。  

この記事では、エンジニアが外注生産に最適なオプションを選択できるように、金属 CNC 部品の最も一般的な表面仕上げについて概説します。 

どのような CNC 加工表面仕上げを提供していますか?

以下は、金属部品用のプラットフォームで利用できる最も一般的な表面仕上げです。 

機械加工されたまま 機械加工されたままの部品には、目に見える小さな工具跡が見られます。標準の表面粗さ (Ra) は 3.2 μm ですが、1.6、0.8、0.4 μm のより細かいオプションも利用できます。 ビーズブラスト ビーズブラストパーツは上質な質感のマット仕上げ。この仕上げは主に部品の外観を改善するために使用されます。 アルマイト タイプ II (クリアまたはカラー) タイプ II 陽極酸化処理は、部品の表面に耐食性の酸化物層を作成します。アルミニウムとチタンに使用でき、この仕上げはさまざまな色に染色できます。 陽極酸化タイプ III (ハードコート) タイプ III の陽極酸化は、タイプ II よりも優れた保護を提供する、より厚く耐摩耗性と耐腐食性の酸化物層を作成します。この仕上げはアルミニウムとチタンに利用でき、さまざまな色に染色することもできます。 粉体塗装 タイプ III の陽極酸化は、タイプ II よりも優れた保護を提供する、より厚く耐摩耗性と耐腐食性の酸化物層を作成します。この仕上げはアルミニウムとチタンに利用でき、さまざまな色に染色することもできます。

技術概要: Protolabs Network で利用可能な仕上げの完全なリストをご覧ください。金属およびプラスチック部品は CNC 加工され、最短 5 日で完成します。

表面仕上げの説明:機械加工のまま

すべての CNC 機械加工部品には、切削工具の経路に沿ったマークが表示されます。表面品質は平均表面粗さ Ra で表され、理想的な表面からの機械加工プロファイルの平均偏差を測定します。 

標準の加工直後の Ra は 3.2 μm (125 μインチ) です。仕上げ切削パスでは、Ra を 1.6、0.8、または 0.4 μm (63、32、または 16 μin) に下げることができます。 Ra 値が厳しくなると、追加の機械加工ステップとより厳格な品質管理が必要になるため、部品コストが増加します。 

平滑化または研磨により Ra を下げて外観を改善できますが、これらのプロセスでは材料が除去されるため、寸法公差に影響を与える可能性があります。 

長所

最も厳しい寸法公差

標準仕上げの場合は追加料金はかかりません

短所

目に見える工具マーク

終了 ★ ★ ☆ ☆ ☆ 公差 ★ ★ ★ ★ ★ 保護 ★ ☆ ☆ ☆ ☆ 費用 $ 次の用途に適しています あらゆる材質 アルミニウムの機械加工部品として、上面に小さな工具跡が見られます

表面仕上げの説明:ビードブラスト

ビードブラストは均一なマット仕上げまたはサテン仕上げを生成し、目に見えるツールマークを減らします。このプロセスでは、加圧空気によって推進されるガラスビーズの流れを使用して、少量の材料を除去し、部品の表面を滑らかにします。穴などの重要なフィーチャをマスクして、寸法の変化を防ぐことができます。 

ビーズブラストは主に美観を目的として使用されます。手動操作であるため、最終的な外観はオペレーターのスキルに依存します。主なプロセス変数は、空気圧とビード サイズです。ガラスビーズは、サンドペーパーグレードと同様に、粗いものから非常に細かいものまであります。 Protolabs Network は通常、ビーズ ブラストに #120 グリットを使用します。 

長所

均一なマットまたはサテン仕上げ

低コストの表面仕上げ

短所

重要な寸法と表面粗さに影響を与える可能性があります

終了 ★ ★ ★ ☆ ☆ 公差 ★ ★ ★ ☆ ☆ 保護 ★ ☆ ☆ ☆ ☆ 費用 $$ 次の用途に適しています あらゆる材質のビーズブラストアルミニウム部品に均一なマット仕上げを与えます。

表面仕上げの説明:陽極酸化処理 (タイプ II およびタイプ III)

陽極酸化処理により、金属部品上に薄いセラミック酸化物層が形成され、腐食や摩耗から保護されます。陽極皮膜は非導電性で、タイプ III はタイプ II よりも厚く硬い層を生成します。アルマイト処理はアルミニウムとチタンのみに対応しています。コーティングを染色して色を付けることができます。 

タイプ II およびタイプ III 陽極酸化では、部品を希硫酸溶液に浸し、部品と陰極の間に電圧を印加します。電気化学反応により、露出した表面材料が硬質アルミニウムまたは酸化チタンに変換されます。ねじ穴など、厳密な寸法や導電性が必要な領域は、陽極酸化を防ぐためにマスキングできます。染色は色を加えるためにシーリングの前に行われます。 

メーカーは、電流、陽極酸化時間、溶液濃度、温度を変化させることで、コーティングの厚さと密度を制御し、エンジニアリング要件を満たします。 

タイプ II (透明またはカラー) 陽極酸化とは何ですか?

タイプ II 陽極酸化処理は、標準陽極酸化処理または装飾陽極酸化処理とも呼ばれ、色に応じて通常 4 ～ 12 μm の範囲の酸化皮膜を生成します。黒染め部品は通常 8 ～ 12 μm の範囲にありますが、クリア (未染色) コーティングは通常 4 ～ 8 μm です。  

タイプ II は表面の平滑性を向上させ、耐摩耗性を制限しながら優れた耐食性を提供します。 

タイプ III (ハードコート) 陽極酸化とは何ですか?

タイプ III 陽極酸化処理は、ハードコート陽極酸化処理とも呼ばれ、より厚いセラミック酸化物層を生成します。一般的なハードコートの厚さは、別の厚さが指定されない限り約 50 μm で、コーティングは最大 125 μm まで製造できます。  

タイプ III は、機能用途向けに高密度で優れた耐食性と耐摩耗性を実現します。より高い電流密度や 0 °C 付近に維持される溶液温度など、タイプ II よりも厳密なプロセス制御が必要となるため、プロセスコストが増加します。 

陽極酸化処理のプロのヒント

陽極皮膜は元の表面から外側と内側に成長します。たとえば、50 μm のコーティングは、元の表面から約 25 μm 上に広がり、その下約 25 μm が除去されます。陽極酸化処理前の直径 1.00 mm の円柱は、50 μm のコーティング後の直径は約 1.05 mm になります。詳細な仕様については、MIL-A-8625 を参照してください。 

長所

耐久性のある化粧コーティング

トップエンドのエンジニアリング用途向けの高耐摩耗性コーティング (タイプ III)

内部のキャビティや小さな部品に適しています

良好な寸法制御

短所

アルミニウムおよびチタン合金とのみ互換性があります

粉体塗装に比べて比較的脆い

タイプ III は、ここで説明する最も高価な仕上げです。

終了 ★ ★ ★ ★ ★ 公差 ★ ★ ★ ★ ☆ 保護 ★ ★ ★ ☆ ☆ (タイプ II); ★ ★ ★ ★ ☆ (タイプ III)コスト $$$ (タイプ II); $$$$ (タイプ III) 次の用途に適しています アルミニウムとチタン 陽極酸化（タイプ II）され、陽極酸化およびクロムメッキ中に銀の部分がマスクされた、赤に染色された陽極酸化（タイプ II）アルミニウム部品 陽極酸化（タイプ II）され黒に染色された小さなアルミニウム部品（幅約 10 mm）の拡大図

表面仕上げの説明:粉体塗装

粉体塗装は、部品の表面に薄い保護ポリマー層を追加します。耐久性、耐摩耗性、耐食性に優れた仕上げで、あらゆる金属に適用でき、均一で滑らかな外観を作り出すためにビード ブラストと組み合わせて使用​​されることがよくあります。 

粉体塗装プロセスはスプレー塗装に似ていますが、液体の代わりに乾燥粉体を使用します。耐食性を向上させるために、部品にオプションのリン酸塩またはクロム酸塩プライマーを塗布する場合があります。乾燥粉末は静電スプレーガンで塗布され、部品は通常摂氏約 200 度のオーブンで硬化されます。  

複数の層を適用してコーティングの厚さを増やすことができます。一般的な厚さは約 18 μm ～ 72 μm の範囲です。幅広い色をご用意しております。 

長所

機能用途向けの強力、耐摩耗性、耐腐食性仕上げ

陽極酸化処理よりも高い耐衝撃性

すべての金属と互換性があります

幅広い色のオプション

短所

内面への塗布が難しい

陽極酸化処理よりも寸法制御が少ない

陽極酸化処理よりも寸法制御が少ない

終了 ★ ★ ★ ★ ★ 公差 ★ ★ ★ ☆ ☆ 保護 ★ ★ ★ ☆ ☆ 費用 $$$ 次の用途に適しています 熱硬化プロセスに耐えられるあらゆる材料 粉体塗装されたアルミニウム部品

CNC 加工用の表面仕上げを選択するための Protolabs Network の重要なヒントとコツは何ですか? 

適切な表面仕上げを選択するかどうかは、仕上げ特性が部品の要件および用途にどの程度適合するかによって決まります。各仕上げにはトレードオフがあるため、好みだけではなく機能と外観に基づいて決定する必要があります。 

機能的要件と美的要件は個別に定義する必要があります。摩耗、腐食、または電流に耐える必要がある表面には、通常、表面とは異なる処理が必要です。完成した部品が隣接するコンポーネントとどのように嵌合するか、またシール、導電性、または厳しい公差が必要かどうかを検討します。 

摩擦と摩耗が重要な要素です。繰り返しの接触、滑り、摩耗にさらされる部品には、通常、より硬くて厚いコーティングが必要です。ビードブラストなどの化粧仕上げは外観を改善できますが、陽極酸化処理またはコーティングと組み合わせない限り、保護は限定的です。 

使用環境は仕上げの選択に影響します。屋外での暴露、塩水噴霧、高温、紫外線では、屋内での使用よりも堅牢な仕上げが必要になる場合があります。コーティングによる寸法変化や重要な機能のマスキングの必要性は、設計時に考慮し、図面に指定する必要があります。 

表面仕上げごとのベスト プラクティス

• ビーズブラスト : 寸法公差が重要でない場合に適しています。均一なマットな質感を提供し、外観を向上させます。 

• 陽極酸化処理 (タイプ II) : 耐食性と化粧仕上げが必要な場合のアルミニウムおよびチタンに適しています。透明または染色が可能です。 

• 陽極酸化処理 (タイプ III): 高い耐摩耗性と表面硬度が要求される機能部品に適しています。耐久性を重視する場合に使用されます。 

• 粉体塗装 : 高い耐衝撃性と幅広い色範囲が必要な用途に推奨します。ほとんどの金属に適用でき、陽極酸化処理が適さない場合の代替品となります。 

よくある質問

表面処理とは何ですか?

表面仕上げは、部品の外観と性能を向上させる CNC 加工の最終段階です。仕上げ加工により工具跡や軽微な欠陥が除去され、耐食性や耐摩耗性が向上し、導電性や表面質感が調整されます。仕上げは寸法と公差に影響を与える可能性があるため、部品を注文する際には重要な表面とマスキング要件を指定してください。 

表面仕上げの目的は何ですか?

表面仕上げは、外観を向上させながら、部品を摩耗、腐食、化学的攻撃から保護します。適切な仕上げは、耐摩耗性の向上、摩擦の制御、細孔の封止、または電気特性の調整によって機能を強化することもできます。フィット感や機能を損なうことなく、必要な箇所に仕上げが施されるように、重要な表面と公差を指定する必要があります。 

表面仕上げにはどのような種類がありますか?

Protolabs Network は、ビード ブラスト、タイプ II およびタイプ III の陽極酸化、粉体塗装、ブラシ仕上げおよび電解研磨、ブラシ仕上げなど、金属部品のさまざまな表面仕上げを提供します。材質や用途に応じて他の仕上げも可能です。設計部品に正しい仕上げが適用されるように、注文時に必要な領域と公差を指定してください。 

表面仕上げと表面粗さの違いは何ですか?

表面仕上げは、外観や性能を変えるために機械加工後に部品に適用される後処理です。表面粗さは、表面上の小規模な凹凸を定量化する方法です。 Ra パラメータは、特定の表面積にわたって測定されたすべての表面高さの平均を表します。 

表面仕上げを施す前にどのような準備が必要ですか?

多くの場合、機械から部品を取り外してから表面仕上げを施すまでの間にいくつかのステップがあります。たとえば、仕上げによっては材料の厚みが増すため、特定の表面や穴を保護するためにマスキングが必要になる場合があります。厚みが増すと、ねじ穴や厳しい公差が妨げられる可能性があるため、仕上げ前に重要な領域を特定して保護する必要があります。 

複数の表面仕上げを組み合わせることはできますか?

はい。必要な外観と機能特性の両方を実現するために、複数の表面仕上げが組み合わせられることがよくあります。たとえば、陽極酸化処理の前にビードブラストを行うと、均一なマットな外観が得られ、耐食性と耐摩耗性が向上します。最終部品が公差と性能の要件を満たすように、順序、マスキング、および寸法の許容値を考慮する必要があります。 

アルミニウムやチタン以外の素材に陽極酸化処理の代替手段はありますか?

はい。ステンレス鋼および工具鋼の場合、一般的な代替品は表面に薄い酸化鉄の層を形成する黒色酸化物です。このコーティングは光の反射を軽減し、オイルやワックスで密封すると耐食性が向上し、摩擦が低下します。黒色酸化物は、陽極酸化処理ができない鉄材料に適しています。 

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