METAL SPEED 金属加工・切削加工

アルミ合金の番手ごとの特徴

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。

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。

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。
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。

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

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います。
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。
アルミは下記の条件を満たす産業ロボットの部品の材料として適切な素材です。

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。

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。