精密金属を精密にする 3 つのこと

「精密金属」とは？

金属加工の世界では、精密金属と呼ばれるものを探していることがよくあります。しかし、それは正確にはどういう意味ですか？

アプリケーションに応じて、精度という用語は多くの特性に関連する場合があります。

• 金属の寸法の精度
• 構成の正確さ
• 金属の性能の精度。

では、これらの重要な特性に関して、製品または製造のニーズに合わせて精密金属について考慮することが重要なことは何ですか?

精密金属の寸法

当社のお客様にとって、精密金属に関しては寸法が第一の焦点です。実際、当社の非常に厳しい切削公差が高い Cpk/Ppk 値をもたらす可能性がある金属切削では、当社の方法は実際に顧客が必要とするものよりも高いレベルの寸法精度を提供します。

一般に、正確な寸法とコストは高い相関関係にあり、精度が高いほど価格が高くなります。これは、正確な寸法を達成するには、通常、それ自体が最も公差の厳しい部品で作られた、最も公差の厳しい機械が必要になるためです。

さらに、この機械から最終的な結果を得るには、長年の経験と最高のオペレーターが必要です。したがって、機械と人件費のコスト、そして最終的には寸法公差が最も厳しい精密金属のコストが高くなります。

レー​​ザーの精度はコストに見合う価値がありますか?

その代表的な例がレーザー加工です。用途が広く、精度が高く、公差が小さく切り口が小さいですが、レーザー切断は一般に時間がかかり、特に 2 軸切断の場合は費用がかかります。

大出力のレーザーは切断を高速化できますが、切断面の仕上げが粗くなり、熱影響部が広く深いものになります。おそらく、精密金属の寸法に求める結果とはなりません。

チューブをレーザーで切断するには、チューブの内側を飛散防止液でコーティングし、材料を一度に 1 つずつレーザーで切断する必要があり、どちらも生産時間が長くなり、コストが高くなります。

3D だけで十分ですか?

コストと寸法のトレードオフのもう 1 つの例は、3D 製造です。ここで、レーザー焼結プロセスは、以下を含む多くの変数に依存します:

• レーザースポットのサイズ
• 金属粉末のミクロン サイズ
• レーザー焼結される新鮮な粉末を提示する「エレベーター」ステップの高さの間隔

レーザー焼結の黎明期には、これらのグラデーション (特にエレベータ ステップの高さの間隔) は、同時代の最先端のスイス式旋盤およびフライス盤と比較してかなり大きかった.

そのため、従来の機械加工では引き算ではできなかった金属の特徴を 3D 法で追加できましたが、仕上がりは驚くほどラフでした。これは、初期の 3D プリントの解像度が比較的低かったためです。

今日の直接金属レーザー焼結では、間隔の精度、粉末サイズ、レーザー サイズが大幅に改善されていますが、これらの基本的なトレードオフのいくつかは残っています。

たとえば、レーザー スポット サイズの縮小において、いくつかの驚くべき進歩がありました。ただし、これに伴い、パーツを追加的に構築するために必要な時間も増加します。

これにより、部品価格が高くなります。また、精度が高いほどコストが高くなるという別の例もあります。

さらに、焼結の性質とアニーリングの課題により、タングステンなどの材料のレーザー焼結は進行中の作業のままです。

医療用放射線遮蔽や核イメージングに使用する 3D プリント タングステンの特性をテストするなど、いくつかの進歩が見られましたが、当面は成功するかどうかはわかりません。

精密金属の組成

その組成が「精密」になるように設計された金属や合金はたくさんあります。

有名な例として、ニッケルチタン合金があります。眼鏡フレームの製造に最初に一般的に使用された NiTi (またはニチノール) は、フレームに形状記憶と超弾性を提供し、頑丈なフレームが曲げに耐え、元の形状に戻ることを可能にしました。

今日、NiTi は医療機器業界のチューブに広く使用されています。 (NiTi やその他の医療機器のチューブ材料については、無料のホワイト ペーパーで詳しく知ることができます。)

もう 1 つの例はタングステン元素です。これは、望ましい非常に具体的な性能目標を達成するために正確な組成を必要とします

たとえば、高レベルの熱伝導性と電気伝導性、および優れた硬度を必要とする高速自動溶接作業のために、Metal Cutting は純タングステン製の高性能電極を提供しています。

タングステン元素と NiTi は、精密金属の化学組成における基本的な二分法、つまり純度と製法をうまく説明しています。一部のアプリケーションでは、精密金属はタングステン元素などの純粋な元素です。しかし、他の用途では、特定のレシピが必要なブレンドです。

レシピはさまざまですが、結果は正確でなければなりません。

純度試験は、純粋な精密金属とレシピに由来する金属の両方で行われ、純度の小数点以下の桁数 (例:99.95% から 99.99%) と成分の正確なパーセンテージ (例:55% ニッケル) が決定されます。

たとえば、NiTi はカスタム ブレンドであり、メーカーによって異なり、ニッケルとチタンの正確な 50/50 ブレンドになることはありません。

実際、すべての金属に ASTM 仕様があるはずですが、例外があり、NiTi はその好例です。ASTM 仕様はありません。純チタンなどの「純」金属でさえ、さまざまな製法 (基本的には合金) があり、さまざまなグレードで入手できます。

別の良い例は、他の金属と頻繁に合金化されるステンレス鋼です。さまざまなメーカーが、精度を必要とする秘密のレシピを使用して独自のブランドのステンレス鋼を製造しています。

すべてのピーナッツ バターが同じであるとは限らないのと同じように (同じ成分を使用していても)、すべてのステンレス鋼が同じというわけではありません。各レシピは、精密金属を製造するために、一定の割合の成分の純度試験要件を満たし、一貫して繰り返し組み合わせて使用​​する必要があります。

純度も結果を左右します。

私たちの事業では、純タングステン素子はプロジェクター ランプ用に需要があります。これらは、ビジネスマンがラップトップやノートブック コンピューターから画面にプレゼンテーションを表示するために時々使用する小型でポータブルな自己完結型プロジェクターなどのアプリケーションで今でも利用されています。

これらの小さなユニットには非常に強力なランプが必要であり、使用されるタングステン要素は、そのレベルの性能を達成するために非常に純粋でなければなりません.

Metal Cutting には 99.999% の純度のタングステン パウダーが含まれており、棒状で販売されると 99.99% の純度のタングステン エレメントが提供されます。このわずかに低下した純度 (<100%) は、処理装置からの微量の不純物によるものです。

精密金属のパフォーマンス

性能は、金属の組成と密接に関連している場合があります。たとえば、新しい金属が発明されたり、特定の性能を発揮するように特別に設計された合金が発明されたりすることがあります。良い例は、形状記憶超弾性合金の代表的な材料である NiTi です。

有名な白熱電球など、タングステンの高融点性能を必要とする用途では、最も純粋なタングステン元素が必要です。そうしないと、素材が正しく機能せず、時期尚早に失敗する可能性があります。

金属の性能は、製造プロセスによっても影響を受ける場合があります。たとえば、金属をワイヤーなどの必要な形状に成形するプロセスでは、材料の硬度が変化します。

つまり、最終目的のために特定の引張強度が必要な場合は、それに応じてワイヤの製造方法を調整する必要があります。おそらく、必要な引張性能を維持するためにアニーリング プロセスを追加する必要があります。

その性能に利用されるもう 1 つの精密金属はマグネシウムです。マグネシウムは、鉄、亜鉛、マンガンとともに、その生体吸収性により医療機器で広く使用されています。

性能は宇宙船、衛星、その他の複雑で高エネルギーのプロセスや機器に関連していると想像するかもしれませんが、生体吸収性ステントに使用されるマグネシウムが正確に作られ、体内で安全に分解されることを確認すること以上に重要な用途はないでしょう。

精度を指定します あなたの 製造のニーズ

精密金属の最も重要な特性 — 特定の金属を精密にするもの — は、用途と生産目標によって異なります。

重視するのが寸法 (ここでは金属切削)、構成、またはパフォーマンスのいずれであっても、パーツの仕様を慎重に作成することで、最良の結果を確実にし、製造可能性を最適化することができます。