金属加工・金属切削加工

アルミ・アルミニウムの加工【アルミの切削加工】

2020.02.20

アルミニウムは身の回りの様々な場面で使用されている使用頻度の高い金属です。
その理由は特性にあります。
アルミニウムは軽い上に強度が高く、電気をよく通します。
さらに後述の特徴一覧に挙げているように、他にも様々な特性を備えています。
一般に切削加工に利用されているアルミニウムの多くは純粋なものではありません
アルミニウムに他の元素を化合することで、様々な特性が付与されたアルミニウム合金が使用されています。

メタルスピードではアルミの切削加工をはじめ、ステンレス等の様々な金属の加工を承っております。
対応可能な加工は主に下記のものになります。

  • フライス・マシニング加工
  • NC旋盤加工
  • 板金加工
  • ワイヤーカット放電加工
  • 歯切り・キー溝加工

上記以外に研磨やメッキ等の処理にも対応しておりますので、まずはご相談ください。

アルミ切削加工品例

アルミa6061加工品 アルミa7075加工品 アルミa6041加工品 アルミa2017加工品
アルミa5052加工品 アルミa5056加工品

メタルスピードではフライス・マシニング加工、旋盤加工など様々な加工に対応しております。
アルミ加工、ステンレス加工、金属加工はメタルスピードにお任せください。
短納期で高品質の金属加工部品を大阪・東京より全国へお届けします。
ご相談、お見積りは画面右端のバナーかこちらのお問い合わせフォームからお願いします。

アルミニウムの特徴一覧

アルミニウムは軽く、比強度が高く、電気をよく通すという代表的なもの以外にも、多くの特徴があります。
以下の表では特徴をまとめています。

アルミニウムの特徴 詳細
軽い アルミニウムの比重は2.7。鉄(7.8)や銅(8.9)と比べると約1/3です。
その軽さを生かして、摺動・回転部品の作動効率を高める、燃費の向上、電気消費量の低減など、軽量化により様々な場面での効率化を期待できます。
高強度 アルミニウムは比強度(単位重量当りの強度)が高いため、輸送機器や建築物などの構造材料として多く使用されています。
純アルミニウムの引張強さはあまり大きくありません。
これにマグネシウム、マンガン、銅、けい素、亜鉛などを添加して合金化、圧延などの加工や、熱処理を施したりして、強度を高くします。
高剛性の合金が開発され、航空機や大型構造物用の材料として注目されています。
錆びにくい アルミニウムは空気中では、緻密で安定な酸化皮膜を生成し、この皮膜が腐食を自然に防止します。(皮膜の自己補修作用)
優れた加工性 アルミニウムは塑性加工がしやすく、さまざまな形状に成形することが可能です。
たとえば、紙のように薄い箔や、複雑な形状の押出形材を容易に製造することができることから、きわめて広い用途で使用されています。
切削加工性にも優れており、金型などの工具類や機械部品に使われています。
電気を良く通す アルミニウムの電気伝導率は銅の約60%ですが、比重が約1/3のため、同じ重さの銅に比べて2倍の電流を通します。
現在では高電圧の送電線の約99%に採用されるとともに、導体(板・管)などに広く使われており、エネルギー利用、エレクトロニクス分野での需要が大きく伸びてきています。
磁気を帯びない アルミニウムは非磁性体で磁場に影響されません。
主な製品としては、電子医療機器・メカトロニクス機器、リニアモーターカーなど様々な用途の製品に生かされています。
熱伝導率が高い アルミニウムの熱伝導率は鉄の約3倍、導電率は銅の約2倍です。
熱をよく伝えるという性質から冷暖房装置、エンジン部品、各種熱交換器、放熱フィン、ヒートシンクなどに使われています。
また、この性質を利用してプラスチックやゴムの成形用金型などの新分野にもアルミニウムが使われます。
低温下で使用可能 アルミニウムは鉄鋼などと違って液体窒素(-196℃)や液体酸素(-183℃)の極低温下でも脆性破壊がなく靭性が大きいのが特長です。
低温プラントやLNG(-162℃)のタンク材として使われている上、最近では宇宙開発やバイオテクノロジー、極低温の超電導関連といった最先端分野でもこの特性が脚光を浴びています。
光や熱を反射する よく磨いたアルミニウムは、赤外線や紫外線、電磁波、各種熱線をよく反射し、純度の高いアルミニウムほどこの性質は優れています。
暖房器具、照明器具の反射板に使用される他、鏡面加工を施してこの特性を一層高め、エレクトロニクス製品にも多く使用されています。
毒性がない アルミニウムは、無害・無臭で衛生的。
万-なんらかの化学作用で金属が溶出したり化合物をつくったとしても、重金属のように人体を害したり土壌をいためたりしません。
この特性を生かして、食品や医薬品の包装、飲料缶、医療機器および家庭用器物などで広く使用されています。
鋳造しやすい アルミニウムは融点が低い、溶けた状態でも表面が酸化皮膜で覆われガスを吸収しにくい、湯流れがよいといった性質をもっています。
このため薄肉の鋳物や、複雑な形状の鋳物をつくることができます。
アルミ鋳造品はピストン、シリンダーブロック、ホイールなどの自動車部品、また各種産業機械部品など幅広い分野で使用されています。
接合しやすい 溶接、ろう付け、はんだ付け、電気抵抗溶接、リベット接合、接着など様々な方法で容易に信頼性の高い継手が得られます。
設計と施工の合理化を実現します。
再利用しやすい アルミニウムは他の金属と比べると腐食しにくく、融点が低いため、使用後のアルミ製品を溶かして、簡単に再生することができます。
再生地金をつくるのに必要なエネルギーは、新地金と比べてわずか3%で済むことから経済的な材料だといえます。

アルミニウム合金の種類とそれぞれの特徴

切削加工に用いるアルミ材料は、純度100%であることは滅多にありません。
アルミニウムという金属は軽い性質がありますが、その一方で柔らかい性質を備えています。
その為アルミ100%の加工品は部品の強度としては不十分である可能性があります。
一般に世の中で使われている部品のアルミには、純アルミの欠点を克服する為にマンガンや銅、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、ニッケルなどが加えられています。
上記の金属の性質を合わせることで、強度を上げつつアルミの長所である軽さを併せ持った金属ができます。

アルミニウムには頭文字である「A」の後に4桁の数字で分類された番手というものがあります。
ここでは主に展伸法と言われる方法で製作されたアルミニウムについてそれぞれ番手とその特徴を紹介します。

アルミニウム合金番手一覧表

番手 化合物 特徴
1000番系 なし 純アルミのことを指します。
純度が99パーセント以上の為、導電性や熱伝導性、耐蝕性に優れています。
但し強度が低く、粘り気が有るため加工時に切り粉が絡まってしまうと傷や凹みの原因になるので、加工時は注意が必要な材料です。
代表的な合金番号はA1100、A1070、A1050などがあります。
ちなみに下二桁は純度を表し、A1100は99パーセント以上、A1070は99.7パーセント以上、A1050は99.5パーセント以上の純度と定められています。
2000番系 Cu 強度のあるジュラルミンと呼称される番手があります。
強度を向上させる為に、Cu(銅)が多く含有されています。
Cu(銅)が酸化しやすい性質を持つので耐蝕性には劣ります。
なので腐食の懸念が有る場合は通常アルマイトを行います。
またアルミの溶接は難しいとされていますが、特にこの番手は溶接割れが発生しやすい為不向きとされています。
代表的な合金番号としてA2017(ジュラルミン)やA2024(超ジュラルミン)などがあります。
3000番系 Mn 純アルミニウムにマンガン(Mn)を加えることにより、純アルミニウムの特性である耐蝕性を維持させつつ強度を上げたものです。
通常切削材料としてはあまり用いることがありませんが、アルミ缶の材質がこの番手のものです。
代表的な合金番号はA3003です。
4000番系 Si シリコン(Si)が加えられたアルミ合金です。
シリコンの特性として熱に強く、耐摩耗性が向上する為その性質が付与されています。
また熱膨張が少ないことから鍛造のピストンに使用されているようです。
代表的な合金番号はA4032などがありますが、切削加工にはあまり使用することがありません。
5000番系 Mg マグネシウム(Mg)が添加されることで耐食性と強度をアップさせた合金で、加工性も良い為アルミニウムの切削材料としては最もメジャーな材料です。
代表的な合金番号は一般的に板材のA5052、丸材のA5056やマグネシウム含有率を上げた高強度のA5083などがあります。
補足ですが、A5052は板厚素材の精度が比較的良いので、厚みに公差が無ければ通常そのまま4面仕上げで使用できます。
(2000番系、6000番系、7000番系の板厚素材公差については注意が必要です。)
6000番系 Mg Si シリコン(Si)、マグネシウム(Mg)が含有されており、5000番系のアルミニウムより強度や耐食性が優れています。
代表的な合金番号のA6061は銅(Cu)が添加されており熱処理による硬化で、SS400程度の強度があります。
またA6063は押出成型性が良い為、アングルやチャンネルなどの型材が広く出回っています。
7000番系 Zn Mg 亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)が添加されており、熱処理による硬化でアルミニウム合金のなかでは一番強度のあるものです。
代表的なA7075は超々ジュラルミンと呼ばれており、航空機の部品や車両、スポーツ用品にも使用されています。
なお、上記以外鋳造法という方法で製作された材料もあります。
ダイカスト用のADCなどがよく使用される材料です。

メタルスピードで取り扱っているのは、1000番系、2000番系、5000番系、6000番系、7000番系のアルミニウムです。
切削加工から表面処理(アルマイト等)まで一括して対応致します。

アルミa5052加工品 アルミa7075加工品
左はA5052加工品(黒アルマイト処理)右はA7075加工品(白アルマイト処理)

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ジュラルミン アルミの中でも強度の高い合成金属

アルミニウム合金の中でA2017、A2024、A7075にはそれぞれジュラルミン超ジュラルミン超々ジュラルミンと呼ばれます。
ジュラルミンは、英語表記では”Duralumin”です。
遡ること1903年、ドイツ中西部のデュレンで、アルフレート・ヴィルムによって偶然発見されました。
ジュラルミンとは地名のデュレン(Duren)とアルミニウム(Aluminium)の合成語である、と言われています。
他には、ラテン語で「硬い」を意味するdurusとアルミニウム(Aluminium)の合成語であるという説もあります。

ジュラルミンの特性

ジュラルミンはその成分に、Cu(銅)やMg(マグネシウム)を含んでいます。
銅が3.5~4.5%、マグネシウムが0.40~0.8%含まれています。
銅を含むアルミは、強度が高くなると言われています。
ジュラルミンは、強度に優れた熱処理型のアルミ合金として知られています。
環境によっては強度面では鉄鋼材料に匹敵します。
他にも、切削加工性においても優れていると言われています。
しかし、溶融溶接性や耐食性においては、他のアルミに比べてやや劣るという欠点があります。
その為、腐食環境にて使用するものにジュラルミンを使用する際には、十分な防食処理が必要となります。
ちなみに、規格として流通しているのは丸棒材と板材のみとなります。

主な使用用途としては、ねじ類・航空宇宙機器・ギヤ部品・リベット類・油圧部品・船舶用材等があげられます。
他には現金輸送箱やトランクの材料としても使用されています。
最近ではジュラルミンの特性を活かしてスマホケースにも使用されています。

超ジュラルミン

A2024は超ジュラルミンと呼ばれ、ジュラルミン(A2017)より銅とマグネシウムの量が多くなっています。
内訳としては、銅が3.8~4.9%、マグネシウムが1.2~1.8%です。
銅の比率が増えた分、ジュラルミンよりさらに強度が高く、切削加工性も同様に優れたアルミ合金です。
しかし、ジュラルミンと同様、強度のかわりに耐食性がやや低い材質となります。
耐食性が低いことを補う合わせ板として、表面に純アルミ系のA1230をはりあわせ、耐食性を改善したA2024PCという合わせ板があります。
超ジュラルミンは、航空機、スピンドル、ボルト、各種構造材料として使われます。
規格として流通しているのは丸棒材のみとなります。

超々ジュラルミン

A7075は超々ジュラルミンと呼ばれ、アルミ合金の中でもトップクラスの強度を持つ材質の一つです。
こちらは1936年に住友金属工業株式会社様が開発完成した材質です。
戦時中、戦闘機の機能を飛躍させるために、と海軍から要請を受け、開発をする中で出来た材質だそうです。
銅が1.2~2.0%、マグネシウムが2.1~2.9%、亜鉛が5.1~6.1%含まれています。

ジュラルミンとは異なり、亜鉛が含まれていますが、開発に用いられた合金の名前に由来して超々ジュラルミンと呼ばれています。
超々ジュラルミンの開発には3つの合金が使用されました。
D合金(Duralumin)・S合金(Sander合金)・E合金(Zinc Duralumin)という合金です。
これらの頭文字からESD合金と名付けられ、そこからExtra Super Duralumin=超々ジュラルミンいう名となりました。

超々ジュラルミンは鋼材並みの強度・硬度がありますが、その反面、応力腐食割れや耐食性については使用環境に注意する必要があります。
これらの弱点を補った合わせ板として、表面にA7072を貼り合わせ耐食性を改善したものがあります。
超々ジュラルミンは、航空機の構造材や鉄道車両、スキー板・ストック・金属バット等のスポーツ用品に使われています。
規格として流通しているのは丸棒材と板材のみとなります。

ジュラルミン、超ジュラルミン、超々ジュラルミンとその他金属の硬度比較

ジュラルミン系の硬度は以下の通りです。
硬度の尺度はブリネル硬さを用いています。

  • ジュラルミン(A2017)の硬度 105HB
  • 超ジュラルミン(A2024)の硬度 120HB
  • 超々ジュラルミンの硬度 160HB

使用頻度の高いA5052の硬度は65HBで、他のアルミ材と比較すると硬度は高くなっています。
鋼材のSKD11の硬度は58~63HB、ステンレス材のSUS303・SUS304は187HBです。
硬度だけでみるとステンレスの方が高いですが、比重でみるとステンレスが7.93に対し、ジュラルミン、超ジュラルミン、超々ジュラルミンは2.79、2.78、2.80です。
比強度で見るとジュラルミンの方が優れており、軽くて尚且つ強い材質ということが分かります。

部品は強度条件を満たせるのであれば、軽くすることで装置の運搬コストや、使用効率を上げることができます。
機械等の部品を製作する際に、強度が欲しいけどできるだけ軽くしたいという時は、
ジュラルミン(A2017)、超ジュラルミン(A2024)、超々ジュラルミン(A7075)を検討されてはいかがでしょうか。

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アルミへのメッキ処理 アルマイトとは

金属には様々な表面処理を施すことができます。
耐食性、耐摩耗性等の向上を目的として行われます。

アルミへの表面処理の代表はアルマイトです。
アルマイトとは、陽極酸化皮膜を作る処理のことです。
アルミの表面に人工的に分厚い酸化アルミニウム被膜を作る事によって、アルミの耐食性、耐摩耗性の向上させます。
その他には、装飾や他の機能の付加を目的として行われることもあります。
アルミは1000~7000番台の材質、アルミ合金などに処理が可能です。
処理の難易度は1000番台→5000番台→6000番台→2000番台→7000番台の順です。
1000番台が一番処理しやすく、7000番台が一番処理が難しいです。

アルマイトの種類

種類 特徴
白アルマイト アルマイト加工処理が正式名称です。
白色に着色する処理ではありませんので、色はアルミ素材に近い色となります。
膜厚は6~10μ、使用目的は防錆で、寸法精度の要求が高いものに適しています。
カラーアルマイト 様々な色に着色するアルマイト処理です。
代表的な色は黒色ですが、ほかにも青・赤・緑等対応可能です。
膜厚は15~30μ、使用目的は装飾のためのカラーリングです。
目に見える箇所に使用される部品ではよくカラーアルマイトの依頼があります。
艶消し黒色アルマイト アルミの素地の表面をブラスト等の前処理で艶消し状態にし、黒アルマイト処理を行うことで、光が反射しにくい表面にすることが可能です。
メッキ後に摺動性を向上させたい場合に選定されます。
硬質アルマイト 皮膜の硬さ、および耐摩耗性に優れたアルマイト処理です。
また、絶縁皮膜を希望される場合は、この処理をすることになります。
膜厚を厚くすることにより、破壊電圧と耐摩耗性が向上します。
膜厚は50μm程度が一般的となります。
皮膜の特性は通電しない絶縁皮膜となります。
硬質アルマイトは膜厚を厚くすることで、硬度を変化させることは出来ませんが、破壊電圧と耐摩耗性は向上します。
また、光沢が必要となる場合には、バフ研磨を施すことによって光沢を向上させることも可能です。
色は材質や膜厚によって変化します。
例えば、A2017に30μ程のせると、緑色のような色になります。

メタルスピードではアルミの切削加工からアルマイト処理まで一括で対応可能です。
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アルミでの産業用ロボット部品加工が主流な理由

日本のものづくりの現場では色々なロボットが活躍しています。
以前は人の手で生産していたものも、工場の自動化(ファクトリーオートメーション)が進んでいます。
自動車だけでなく食品、半導体を代表とした電気産業など多くの業界で産業ロボットが導入されています。
メタルスピードではこの産業ロボットの部品、いわゆる自動化設備の部品を数多く製作しています。

産業ロボットは、組み立ての他、搬送や仕分け、塗装など広く活躍しております。
産業ロボット部品として適した材料の条件は、必要な強度を満たすこと、求められる精度で製作できることですが、軽量化も求められています。
アルミは上記の条件を満たす適切な素材です。

部品の軽量化に適している

アルミは例えば鉄やステンレス(SUS)と同じ大きさと比べると1/3以下の重量です。
軽いためその分加工しやすく、輸送コストを下げることもできます。
金属を材料に使う装置は、大型化すればそれに伴い重量も大きくなります。
そのため重量によっては2階以上の建物に設置することが困難になることもあります。
そういう場合にアルミを用いて軽量化することにメリットがあります。
アルミは単位重量あたりの強度(比強度)が高く、ジュラルミンと呼ばれる2000番系7000番系は特にこの性質が優れています。

搬送機や生産ラインなどの産業ロボットにはアルミフレームが多く用いられます。
6000番系のアルミは押し出し成型性が良い為、アングルやチャンネル、パイプやフレームの規格も多く、産業ロボットの生産で活躍しています。
またロボットのアーム、ハンド部分にも強くて軽いアルミを使用されることが多いです。
強くて軽い性質にフォーカスすればマグネシウム合金やチタン合金もありますが、こちらは加工性が良い材料とは言えず、切削加工においては難削材にあたります。
難削材であると精度を出せない場合や出せても加工に時間がかかり、その分コスト増になります。
その点5000番系を代表としたアルミニウム合金は加工性が良い為、複雑である場合や、精度が必要な加工に適しています。
なおアルミは切削加工だけでなく、曲げ加工や溶接加工などの加工も可能です。
ただし他の金属に比べると傷が付きやすいので、切削加工時は特に注意が必要です。
外観重視の場合はショットブラストを施し表面を均一にする方法もあります。

腐食に強い

通常金属は腐食していくものですが、アルミは酸化被膜で覆われている為、鉄のように錆びることが通常はありません。
自然の酸化被膜は非常に薄い膜ですので、環境によっては腐食する可能性もある為、人工的に酸化被膜を生成するアルマイト処理をすることもあります。
2000番系や7000番系のジュラルミンは他のアルミに比べて耐食性が劣る為注意が必要です。
なお半導体業界の産業ロボット部品には腐食が致命的となる為、アルマイト処理をしたアルミを使用することが多いです。

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アルミ加工上の注意点

アルミは加工性が非常に良い金属ですが、注意する点もあります。
それは加工中に刃物へ溶着する可能性があるという点です。 アルミは熱伝導率が高く加工中に熱が逃げやすいと思われますが、加工品の形状やアルミの種類によっては溶着が起こります。

溶着が加工に及ぼす影響は、刃物にアルミが溶けて付着することで刃物に構成刃先と呼ばれる刃先を作ってしまうことです。
加工精度が出なくなり、ネジ切りタップや細い刃物はこの現象により折れて加工品の中に埋まってしまうこともあります。
この溶着を防ぐためには大きく分けて対策が二つあります。

一つ目はエアブローによる切粉の排除です。
前述した通り、熱伝導率が高いアルミは乾式環境下での加工が多くなりますが、加工により発生した切粉をこまめに取り除くことで溶着はある程度防ぐことが可能です。
また、袋穴や細いタップ加工の際には切粉を排出するために一回の切込み量を調整、タップは誘いのみを機械加工しタップ加工は手加工で数回に分けてタップを切る事で失敗を防げます。

二つ目の対策は切削油を用いることです。
アルミは鉄や銅に比べて比重が1/3程度と軽く、切粉も切削油に比較的に浮きやすいため溶着のリスクを減少させることが出来ます。
またタップ加工の際にも通常はステンレスや耐熱鋼などの難削材に用いるタッピングペーストを用いることで刃物の負荷を抑えることが出来ます。

メタルスピードは、アルミ加工品を含めて年間12000件以上の金属加工、樹脂加工で培ったデータがあります。
そのデータを基にお客様の望む使用用途に合わせて素材の選定も可能です。
本社工場およびベトナム工場ではアルミ加工のみを対応する機械を設けることにより、刃物の交換やプログラム作製にかかる時間を極限まで減らしております。
短納期はもちろんのこと、製作にかかる時間を減らすことにより同業他社よりもコストダウンを実現しました。
またアルミ以外にも製作が必要な金属加工品・樹脂加工品もセットでお任せ下さい。
他材質部品との嵌合合わせやお手元にある嵌合物との調整もメタルスピードにて対応致します。

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