精密銅加工：優れた表面品質を実現するための重要な注意点
高い表面品質と外観精度が要求される銅精密部品の場合、精密加工プロセスに従って研削加工を行うことで品質基準を満たすことができます。しかし、一般部品の製造プロセスを機械的に適用することはできません。これは砥石の目詰まり問題を解決できないだけでなく、精密部品の表面が粗くなり傷がつく原因となり、精密加工品質の低下を招きます。以下に精密銅加工における注意点を説明します。
精密銅部品加工における注意点
銅の特性を考慮すると、加工プロセスにおいて最初に考慮すべきはその延性です。延性の高いワークは柔らかいことが知られています。軟質銅部品の場合、旋盤加工が困難なため、CNC旋盤による加工が必要となります。銅部品の加工には2つの非常に重要な要因があります。1つは切削時の送り速度、もう1つは切削時の切込み深さです。これら2つの要因は極めて重要であり、CNC旋盤による銅部品加工プロセスにおいて特に指摘される2つの重要な要素です。
銅の非常に重要な特性の1つは硬度が低いことであり、これが加工時に様々な問題を引き起こしやすくしています。銅は柔らかく、切りくずが刃先に溶着しやすいため、加工面品質と工具寿命に影響を与えます。また、加工面に水紋状の波形が生じたり、騒音が発生したりしやすくなります。純銅は熱膨張係数が大きく、切削温度の影響で変形しやすいため、仕上げ寸法と幾何精度の制御が困難です。純銅に硫黄などの切削性向上元素が含まれている場合、その切削性が向上します。銅の靭性と可塑性は比較的大きいため、切削時の熱変形が大きく、鋭利な切削工具、軽切削、スムーズな切りくず排出が必要であり、切削温度をできるだけ低減するよう努める必要があります。
CNC立形マシニングセンタを用いて銅ワークを高速フライス加工する場合、切削速度の上昇に伴い切削力が低下し、銅ワークの切削変形係数が大幅に減少します。高速フライス加工による銅合金の表面品質は非常に良好で、後工程の仕上げ加工を省略できる場合があります。銅加工部品の切削において、表面品質は切削速度の上昇とともに向上し、送り速度の上昇とともに低下します。しかし、高速加工では送り速度の増加が表面品質に与える影響は、低速加工に比べてはるかに小さくなります。
銅部品の表面処理プロセス
銅部品は耐食性があるため、通常の状況では表面処理は不要です。しかし、精密銅部品のお客様の表面処理要求を満たすために、精密銅部品の一般的な表面処理プロセスを見てみましょう。
- 電気めっき：
被めっき部品を析出金属化合物を含む水溶液に浸し、めっき液に電流を流してめっき金属を部品上に析出・付着させます。一般的に亜鉛めっき、銅めっき、ニッケルめっき、銅ニッケル合金めっきなどが用いられ、場合によっては黒染め（ブルーイング）、リン酸塩処理なども含まれます。
- 機械めっき：
被覆金属の粒子で製品表面を衝撃し、めっきを製品表面に冷間溶接させます。
- 溶融亜鉛めっき：
炭素鋼部品を約510℃の溶融亜鉛浴に浸漬することで完了します。その結果、鋼部品表面の鉄亜鉛合金が徐々に製品外表面の不動態化亜鉛となります。溶融アルミニウムめっきも同様のプロセスです。
精密銅部品の表面処理プロセスは、一定の方法でワーク表面に皮膜を形成するプロセスです。その目的は、精密銅部品に美しい外観と防食効果を与えることです。
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