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CNC機械加工プロジェクトでは、アルミニウムはその望ましい物理的特性により、最も人気のある材料の選択肢の1つです。丈夫で機械部品に最適で、酸化された外層は元素による腐食に強いです。これらの利点により、アルミニウム部品はすべての産業に共通になっていますが、自動車、航空宇宙、ヘルスケア、および家庭用電化製品の分野で特に好まれています。
アルミニウムには、CNC機械加工プロセスを簡素化および改善する特定の利点もあります。同様の材料特性を持つ他の多くの金属とは異なり、アルミニウムは優れた被削性を提供します。そのグレードの多くは、切削工具で効果的に浸透でき、比較的成形が容易でありながら、簡単に欠けます。このため、アルミニウムは鉄や鋼の3倍以上の速さで加工できます。
この記事では、アルミニウムのCNC機械加工の主な利点のいくつかについて説明します。これは、アルミニウムが最も要求されているプロトタイピングおよび製造プロセスの1つである理由ですが、アルミニウムの代替機械加工についても提案します。
他の金属やプラスチックは、それらに固有の固有の利点に加えて、アルミニウムと同様の利点を提供する場合があります。
アルミニウムのCNC機械加工の利点
被削性
耐食性
強度/重量比
電気伝導性
陽極酸化の可能性
リサイクル性
被削性
エンジニアが機械加工部品にアルミニウムを選択する主な理由の1つは、非常に簡単に言えば、材料が機械加工しやすいことです。これは、部品を製造する機械工にとってはより大きなメリットのように見えますが、部品を注文する会社や、最終的にそれを使用するエンドユーザーにとっても大きなメリットがあります。
アルミフレークが容易で成形が容易なため、CNC工作機械で迅速かつ正確に切断できます。これには重要な結果があります。まず、機械加工の作業時間が短いため、プロセスが安価になります（機械加工者の作業が少なくて済み、機械自体の稼働時間が短くなるため）。第二に、良好な被削性は、切削工具がワークピースを通過するときのワークピースの変形が少ないことを意味します。これにより、機械はより厳しい公差（±0.025mmまで）を満たすことができ、より高い精度と再現性を実現できます。
耐食性
アルミニウムのグレードが異なれば、耐食性、つまり酸化や化学的損傷に耐えられる程度が大きく異なります。幸いなことに、CNC機械加工で最も人気のあるグレードのいくつかは最もタフです。たとえば、6061は、抵抗スペクトルの下限にある他の合金と同様に、優れた耐食性を提供します。 （強力なアルミニウム合金は、合金化された銅が存在するため、腐食に対する耐性が低い場合があります。）
強度/重量比
アルミニウムには望ましい物理的特性があり、機械部品や外観部品に最適です。最も重要な2つは、金属の高強度とその軽さです。これにより、航空宇宙産業や自動車産業で必要とされる部品などの重要な部品に適した材料になります。航空機の付属品と自動車のシャフトは、アルミニウムでうまく加工できる部品の2つの例です。
ただし、アルミニウムのグレードが異なれば、目的も異なります。強度と重量の比率が良好なため、6061などの汎用グレードはさまざまな部品に使用できますが、航空宇宙および海洋用途では7075などの高強度グレードが適しています。
電気伝導性
CNC機械加工されたアルミニウム部品は、導電性があるため、電気部品に役立ちます。純アルミニウムは銅ほど導電性ではありませんが、室温で1メートルあたり約3770万ジーメンスの電気伝導率を持っています。合金は導電率が低くなる可能性がありますが、アルミニウム材料は、たとえばステンレス鋼よりも導電性が大幅に高くなります。
陽極酸化の可能性
機械加工されたアルミニウム部品は、強度と重量の要件だけでなく、重要な美的考慮事項のために、家電業界で特に人気があります。アルミニウムは、塗料や汚れを受け入れるだけでなく、部品の保護および酸化された外層を厚くする表面仕上げ手順である陽極酸化によって処理することができます。
通常、機械加工が完了した後に行われる陽極酸化プロセスでは、電解酸浴でワークピースに電流を流すことで、物理的な衝撃や応力、腐食に対する耐性が高いアルミニウム部品が得られます。
重要なことに、陽極酸化処理された外層は非常に多孔質であるため、陽極酸化処理により、機械加工されたアルミニウム部品に色を付けやすくなります。染料は、外層の多孔質部分を通り抜けることができ、金属部品の硬い外部に埋め込まれるため、剥がれたり剥がれたりする可能性が低くなります。
CNC機械加工におけるアルミニウムの代替品
企業は、さまざまな理由から、CNC機械加工用のアルミニウムの代替品を探す場合があります。 結局のところ、金属にはいくつかの弱点があります。その酸化物コーティングは工具に損傷を与える可能性があり、アルミニウムの製造にかかるエネルギーコストが高いこともあり、一般に鋼などの代替品よりも高価です。
ここでは、人気のあるシルバーグレーの金属との相違点と類似点を強調して、アルミニウムに代わるいくつかの潜在的な機械加工を紹介します。
金属
鋼およびステンレス鋼
アルミニウムよりも優れている：
力
耐熱性
アルミニウムよりも悪い：
被削性
重さ
鋼とステンレス鋼は、CNC機械加工で広く使用されている材料です。鋼は強度が高いため、高応力の用途や強力な溶接が必要な用途に好まれる傾向があります。鋼は非常に高温に耐性があり、ステンレス鋼は耐食性を向上させるために熱処理することができます。
ただし、機械加工用鋼は機械加工性を向上させるように設計されていますが、アルミニウムは2つの材料の中でより機械加工可能です。鋼はまた、アルミニウムよりも重く、硬度が高いため、用途によっては望ましい場合と望ましくない場合があります。
耐熱性が重要な要素であり、重量が重要でない場合、鋼はアルミニウムの理想的な代替品となる可能性があります。
チタン
アルミニウムよりも優れている：
強度/重量比
アルミニウムよりも悪い：
料金
チタンは、その主な利点が並外れた強度対重量比であるため、アルミニウムの代わりに使用できます。これは、アルミニウムの主な利点の1つでもあります。チタンはアルミニウムと重量が似ていますが、強度はほぼ2倍です。アルミニウムと同様に、腐食にも非常に耐性があります。
これらの利点は、チタンの価格の高さに反映されています。この材料は航空機部品や医療機器などの部品に最適ですが、そのコストは法外なものになる可能性があります。
チタンは、軽量性が主要な懸念事項であり、さらに重要なことに、製造予算にある程度の柔軟性がある場合に、アルミニウムの適切な代替品です。
マグネシウム
アルミニウムよりも優れている：
被削性
重さ
アルミニウムよりも悪い：
加工の安全性
耐食性
最も一般的な機械加工材料ではありませんが、軽量の金属マグネシウムは一般的なアルミニウム合金の多くの利点を提供します。実際、マグネシウムは最も機械加工可能な金属の1つであり、機械加工プロセスを高速かつ効率的にします。
機械工場の潜在的な欠点は？マグネシウムの削りくずは非常に可燃性であり、水によってさらに悪化します。つまり、機械工は破片を取り除くときに注意を払う必要があります。
真鍮
アルミニウムよりも優れている：
いくつかの美的アプリケーション
アルミニウムよりも悪い：
料金
金色の外観を持つ金属である真ちゅうは、アルミニウムよりもわずかに高い価格で入手できる機械加工性の高い金属です。 バルブやノズルなどの部品や構造部品によく見られますが、機械加工性が高いため、大量注文に適しています。
銅
アルミニウムよりも優れている：
電気伝導性
アルミニウムよりも悪い：
被削性
銅はアルミニウムといくつかの材料特性を共有しています。 ただし、銅の優れた電気伝導率により、さまざまな電気的用途に適しています。 純銅は機械加工が困難ですが、多くの銅合金は一般的なグレードのアルミニウムと同様の機械加工性を提供します。
POM（デリン）
アルミニウムよりも優れている：
電気絶縁
低摩擦
アルミニウムよりも悪い：
力
耐熱性
CNC機械加工プロジェクトは、金属に限定される必要はありません。実際、いくつかのエンジニアリング熱可塑性プラスチックは、用途に応じて、アルミニウムの利点のいくつかと同等またはそれを超える可能性があります。
アルミニウムはその優れた機械加工性のために好まれることが多いため、実行可能なプラスチックの代替品はPOM（Delrin）です。これは、機械加工プロセスに非常に適したアルミニウムのようなものです。 POMは融点が低いですが、プラスチックとしては印象的な強度を持っています。
POMは電気絶縁体であるため、電子エンクロージャなどの部品に適しています。機械部品にも適しています。ただし、アルミニウムとは根本的に異なる絶縁挙動を考えると、熱伝導率と電気伝導率の重要性が無視できる状況での同等の代替品としてのみ使用する必要があります。
PTFE（テフロン）
アルミニウムよりも優れている：
電気絶縁
非常に低い摩擦
アルミニウムよりも悪い：
力
POMと同様に、PTFE（テフロン）は機械加工性の高い熱可塑性プラスチックであり、優れた電気絶縁体です。 ただし、POMとは異なり、PTFEは高温（最大260°C）にも耐性があるため、高温用途向けのアルミニウムの代替として実行可能です。
PTFEは耐薬品性が高いため、食品業界で使用される部品の機械加工材料としても人気があります。
ルック
アルミニウムよりも優れている：
医療用途
アルミニウムよりも悪い：
被削性
料金
PEEKは、前の2つの熱可塑性プラスチックよりも機械加工が困難ですが、その高い強度と熱安定性（260°Cまでの温度に耐える）により、アルミニウムの真の代替品になります。 バルブ、ベアリング、ポンプ、ノズルなどの部品に対するPEEKの人気は、その金属のような機能の証です。
障害は価格です。 高性能ポリマーであるPEEKは、より高価な機械加工可能な熱可塑性プラスチックの1つであり、アルミニウムなどの遍在する材料が使用できない機械加工プロジェクトにのみ適しています。
ABS
アルミニウムよりも優れている：
耐熱衝撃性
アルミニウムよりも悪い：
力
ABSは、射出成形材料として、また数年の間、3D印刷フィラメントとして広く使用されています。 ABSはアルミニウムとの共通点がほとんどありませんが、CNC機械加工用の用途が広く軽量な素材であり、平均以上の耐衝撃性を提供します。