金属加工とは？主な金属加工の種類を解説【金属加工会社】
金属加工は主に「機械加工」「塑性加工」「鋳造」の、素材の形状を変える金属加工と、「熱処理加工」「表面処理」の、素材の性質を変える金属加工に分類されます。この記事では、金属加工の種類と特徴を解説します。
銅加工の基礎【銅切削加工】
銅は熱・電気の伝導性が高い特徴を持つ有色の金属です。金属素材の中では、常温で銀に次いで2番目に電気抵抗が小さく、電線や電池などに使用されています。また、金属の中では硬度が低い部類に入り、切削加工がしやすいため、複雑形状への加工や精密な加工がしやすい素材です。銅の特徴は主に以下の4つです。この記事ではこれらの特徴の詳細と銅の種類について紹介します。
- 電気伝導性が高い
- 熱伝導性が高い
- 非磁性
- 極低温環境でも使用可能
銅の特徴
電気伝導性が高い
常温（20℃）で銀に次いで電気抵抗値が低い銅は、電気を効率的に伝えることができます。電力伝送の設備や、電子機器に使用する電極など、電気を伝える必要がある部品に適しています。金属素材は温度が上昇するにつれて金属原子の振動が激しくなることで抵抗値は上昇します。銅についても同様の現象が起こり、電気伝導性は悪化しますが、依然として金属の中では高い電気伝導性を発揮します。
温度毎の銅の体積抵抗率[μΩcm] 0℃：1.55 , 100℃：2.23 , 300℃：3.6 , 700℃：6.7
抵抗値[Ω] = 体積抵抗率[μΩcm] × 長さ[m] / 断面積[mm^2] × 0.01
体積抵抗率の参考「各種物質の性質：金属の電気抵抗」（外部サイト）
熱伝導性が高い
銅の熱伝導率は常温（20℃）で372[W/m・K]です。これは熱伝導率が高い素材であるアルミニウム合金（236[W/m・K]）よりもさらに高い数値です。この性質は熱源から温度の低い方へ、効率的に熱を移動させることに利用することができます。そのため、銅は冷暖房装置や熱交換器などの放熱を目的とした部品に多く利用されます。また、金属の電気伝導性と熱伝導性は正の相関関係があるため、一般的にはどちらかが高ければもう一方も高い関係にあります。これは1853年に報告されたウィーデマンとフランツによる経験則によるものです。
銅は人工衛星や宇宙船のヒートパイプにも利用されています。ヒートパイプというのは金属パイプの中に入れた作動液の蒸発と凝縮による潜熱を使って、冷却から加熱にもどることをくり返す熱輸送体です。宇宙船の温度差（太陽光線の当る側は高温で反対側は零下となる）の均熱化と地球帰還の際の摩擦熱による燃え尽きを防止するために用いられます。
非磁性
銅は完全非磁性を持つ金属です。一般的な素材は強い磁石など近づける磁性を帯びることがありますが、銅は磁性を帯びることがありません。そのため磁気による影響が大きい電子機器などに利用されています。例えば地球の磁気の観測機器では銅合金が使用されています。磁気による観測データの狂いをなくすために重要な役割を果たしています。
極低温環境でも使用可能
純銅は極低温下でも脆性破壊が起こらない金属です。さらに極低温下においても電気伝導性・熱伝導性が高い性質を持ち、構造部材だけでなく熱交換器などにも利用されます。純銅が極低温下で電気伝導性・熱伝導性が高いのは不純物が少ないことに起因しています。銅合金は不純物が純銅に比べて多く、極低温下では電気伝導性・熱伝導性は低下します。
銅の種類
銅は純銅と銅合金の2つに大別されます。純銅は銅の純度が99.90％以上の工業用の銅を指します。銅本来の性質が強く、銅合金よりも電気伝導性と熱伝導性が高い特徴があります。銅合金は銅に他の金属元素を添加した化合物です。純銅よりも銅の性質は弱くなりますが、剛性などの他の性質が改良されています。
- 無酸素銅（C1011・C1020）
無酸素銅は酸素をほとんど含まない最も純度が高い純銅です。電気伝導性と熱伝導性が非常に高く、加工性にも優れています。高温加熱による水素脆化に対する耐性があります。
- タフピッチ銅（C1100）
タフピッチ銅は無酸素銅よりも純度の低い純銅です。無酸素銅よりも安価で、高い電気伝導性と熱伝導性であることからコストパフォーマンス重視の場面などで利用されます。無酸素銅とは異なり600℃以上に加熱すると水素が材料内部に残っている酸素と反応して水蒸気を作り出し、材料に亀裂を生じさせる水素脆化が起こります。そのため、高温加熱や溶接、はんだ、溶接には向きません。
- 脱酸銅（C1201・C1220・C1221）
脱酸銅は脱酸剤で酸素を除去し、タフピッチ銅の持つ水素脆性の対策を行った純銅です。タフピッチ銅に比べて電気伝導性は劣りますが、高温加熱しても水素と反応して内側から水蒸気が生成されません。このため水素脆性を起こしにくくなっています。
- ベリリウム銅
ベリリウム銅は銅にベリリウムを加えた合金です。ベリリウムにより引張強度とばね性が向上しています。導電ばね材料として広く利用されています。
- りん青銅
りん青銅は銅とスズの合金である青銅に、りんを添加して青銅内部の酸化銅を脱酸した銅合金です。引張強度・ばね性に優れ、薬品などに対する腐食に対しても強い特徴があります。
- 黄銅
黄銅は銅と亜鉛の合金で、亜鉛の割合が20％以上の金属です。真鍮とも呼ばれます。亜鉛により硬度が向上しています。また、耐食性に優れており、空気中で表面が酸化して黒ずんだ皮膜を形成し、内部を保護します。磨けば鮮やかな光沢を取り戻し、装飾品の素材としても利用されます。
純銅・銅合金の切削加工事例
銅の切削加工依頼のためのFAQ
サービス内容は？
METAL SPEEDは、短納期の金属切削加工サービスです。銅などの金属素材を、お客様の図面や3D-CADデータを元に加工機械で削り出します。製品開発の試作や、小ロットで必要な部品の製作を中心にお引き合い頂いています。頂いたデータに基づいた切削加工だけではなく、図面のない設計段階からのご相談にも対応可能です。製図には別途費用を頂きます。
どのような加工に対応していますか？
当社は切削加工による両手に乗るサイズまでの小さな部品の高精度加工が得意な加工会社です。フライス・旋盤加工で可能な範囲の加工に対応いたします。銅以外の金属素材も含めて、これまでにさまざまな形状の加工実績があります。これまでの加工実績は納品実績をご覧ください。加工後の表面処理や熱処理もまとめて依頼できます。
加工の見積もりに必要なものは何ですか？
見積もりには形状と寸法が分かる図面やCADデータと、材質・数量・希望納期の情報が必要です。条件や形状によっては、これら以外の情報も必要になる場合があります。
最小ロットは？
当社の最小ロットは1個です。多品種小ロットの生産に特化した生産管理を行っています。1図面の1個のみの試作もお任せください。1000個以内の量産にも対応可能です。
依頼方法は？
お問い合わせフォームから必要な情報を入力・添付して送信頂ければスムーズにお見積りすることができます。ファイルの容量などの都合でフォームからの送信ができない場合は、お問い合わせページ上部に記載のメールアドレスからご連絡ください。
Point
銅は電気伝導性と熱伝導性に優れ、金属の中では柔らかい部類に入るので、切削加工がしやすい金属です。完全非磁性であるため、磁性を帯びることがありません。極低温環境でも脆性破壊が起こらず、構造材や熱交換器の部品として使用することができます。
銅の切削加工はMETAL SPEEDにお任せください
当社は金属加工のパーツメーカーです。銅及び銅合金の切削加工による部品・製品の製作を承ります。図面・3D-CADデータから必要な製品を1個から短納期で製作します。
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