アルミ

アルミ材とは

1円玉やアルミ缶など、日々の生活の中でも見ることの多いアルミですが、軽く、加工性が良いことから様々な分野の機械部品の加工材料としても私たちの生活を支えています。

アルミの特徴

酸化アルミニウムを多く含むボーキサイトから製錬される物質がアルミです。抽出した酸化アルミニウムを電気分解することでアルミニウムのみを取り出し、さまざまな加工を経て製品素材になります。アルミはやわらかいため、場合によっては、強度をアップさせる必要が生じます。その際には、銅やマンガン、ケイ素、マグネシウムといった金属を加えてアルミニウム合金をつくり、対応します。

アルミのメリット

• 【加工性が良い】塑性加工がしやすいので、薄い物から複雑な形状のものまで、かなり自由に成形することができます。
• 【軽い】鉄の比重が7.8であることや銅の比重が8.9であることと比較するとわかりやすいです。アルミの比重はわずか2.7です。
• 【磁気を帯びない】非磁性体であるため、磁場の影響を受けません。そのため、パラボラアンテナや船の磁気コンパス、電子医療機器メカトロニクス機器などにも活用されています。
• 【耐食性が良い】空気中では緻密であるため、安定した酸化皮膜を生成します。この皮膜によって、腐食を防止することができます
• 【低温に強い】液体窒素や液体酸素といった極低温下にあっても、脆弱破壊が起こりません。そのため、低温プラントやLNGのタンク材としても活用されています。
• 【熱を伝えやすい】鉄と比較すると、アルミの熱伝導率はおよそ3倍です。つまり、急速に冷えるという性質も併せ持っているのです。そのため、冷暖房装置やエンジン部分、ソーラーコレクターなどにも活用されています。
• 【電気を通しやすい】電気伝導率自体は銅の60%にとどまりますが、比重が銅のおよそ3分の1しかないので、同じ重さの銅と比べると2倍の電流を通すことができます。

参照元：理研軽金属工業株式会社（https://www.rikenkeikinzoku.co.jp/products/aluminum/character/index.html）

アルミのデメリット

一部のアルミが持つおもなデメリットとしては、強度の低さがあげられます。特に、一般に多く使用されている「A5052」や「A2017」などのアルミは、強度の低さにより凹みやすい性質があります。また、金属がこすれるような使い方をすると、充分な強度がないため、焼き入れなどの処理ができません。その結果、摩耗が生じる原因となってしまいます。

参照元：金属加工.net(https://www.kinzoku-kakou.net/column/cutting/aluminum)

アルミ加工の注意点

非常に多くのメリットをもつアルミですが、切削加工においては注意が必要な問題点もあります。次のようなポイントをおさえつつ加工をおこなうことが大切です。

• 熱による寸法変化が大きいため、加工がしやすいという側面がある一方、加工中や加工後の寸法測定を慎重におこなう必要もあります。
• 摩擦熱で、切削加工に使用する刃がゆがみやすくなります。そのため、できるだけスピーディーに加工を進めたり、クーラントで刃先を冷やしたりするなどの工夫が求められます。
• チップ状や粉状になった切粉が、加工中のポケット形状内などにたまりやすくなります。切粉によって加工品が傷つくのを回避する方法のひとつとして、切削油を大量に使用することがあげられます。

アルミ材の種類

切削加工で使用されるアルミ材は、アルミの欠点を解消するために他の金属が加えられてアルミ合金となっています。このため、アルミ材と一口にいっても実は複数種類のアルミ合金があります。

加えられている金属によって「番手」という呼び名があり、1000番系～7000番系までの7種類があります。

1000番手系

1000番手系は純アルミのことで、純度99％以上のアルミを指します。

耐食性、熱伝導性、導電性に優れますが、強度が低く、扱いが難しい素材です。

主にそれほど強度が必要ではない部品に使用されています。

2000番手系

2000番手系はジュラルミンと呼ばれ、アルミに銅を加えた金属材料。

1000番手よりも強度は上がりますが、耐食性は低くなります。

3000番手系

3000番手系は、アルミニウムにマンガンを加えることで、強度・耐食性を向上させています。

切削加工の材料として使用されることはあまりありませんが、アルミ缶など様々なものに活用されています。

4000番手系

4000番手系は、シリコンを加えたアルミニウム。シリコンの特性でもある耐熱性と耐摩耗性を付与することが可能です。

他のアルミニウムと比べると融点が低く、熱膨張も少ないため、鍛造ピストン等使用されます。

5000番手系

5000番手系は、マグネシウムを加えたアルミニウム。

マグネシウムの特性である耐食性と強度を高めることが可能。加構成にも優れ、アルミニウムを材料とする切削加工においてはメジャーな素材と言えます。

船舶や車輌など強度を求められるものに使用されています。

6000番手系

6000番手系は、シリコンとマグネシウムが加えられています。

5000番手系と桑部手も耐食性や強度に優れており、熱を加えることでさらに硬化するものもあります。

主にボルトやナット、リベットなどの機械的な接合に用いられます。

7000番手系

7000番手系は、亜鉛とマグネシウムが加えられたアルミ材。

熱処理を加えることで強度が上がり、アルミニウムの中でもトップクラスの硬度となります。

耐久性を必要とする物に使用されており、車や飛行機の部品、スマートフォンの筐体などに活用されています。

アルミの切削加工機の種類

アルミは、番手にもよりますが、素材の剛性がそこまで高いわけではないので、金属切削・木材切削の加工機、「NCルータ」か「マシニングセンタ」があれば、切削加工は可能です。

これからアルミ材切削のために新規導入を考えるのであれば、導入費用を考慮するのであればNCルータ、精度を重視するならマシニングセンタがよいでしょう。

自社に適切な機器は「NCルータ」なのか、「マシニングセンタ」なのか、スペック表を見て確認しましょう。

自社に合うのはどっち？
「NCルータ」「マシニングセンタ」
スペック表を見てみる

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