CNC旋盤

CNC旋削加工では、ワークピースが回転する一方で、単刃の切削工具は軸に沿って固定されています。機械によっては、ワークピースまたは切削工具のいずれかが、材料除去を行うために他方に対して送り運動を行います。 

CNCフライス

CNCフライス加工は、アルミニウム部品の加工において最も一般的に用いられています。この加工では、ワークピースは自身の軸に沿って固定されたまま、複数の切削点を軸に沿って回転させます。切削動作とそれに続く材料除去は、ワークピース、切削工具、またはそれらの組み合わせによる送り動作によって実現されます。この動作は複数の軸に沿って実行できます。

ポケット加工

ポケット加工とも呼ばれるポケット加工は、部品に中空のポケットを加工する CNC フライス加工の一種です。

向い

機械加工における面取りとは、面旋削または面フライス加工によってワークピースの表面に平らな断面積を作成することです。

CNCドリル

CNCドリリングは、ワークピースに穴を開ける加工方法です。この加工では、特定のサイズの多点回転切削工具が、穴あけ加工面に対して垂直に直線移動することで、効率的に穴を開けます。

アルミニウム加工用工具

アルミニウム CNC 加工用のツールの選択に影響する要因はいくつかあります。

ツールデザイン

アルミニウム加工における効率性に影響を与える工具形状はいくつかあります。その一つが刃数です。高速切削時の切りくず排出を阻害しないよう、アルミニウムCNC加工用の切削工具には2～3刃の刃が推奨されます。刃数が多いほど切りくずの谷が小さくなります。その結果、アルミニウム合金で発生する大きな切りくずが詰まりやすくなります。切削抵抗が低く、切りくずクリアランスが加工において重要な場合は、2刃を使用します。切りくずクリアランスと工具強度の完璧なバランスを得るには、3刃を使用します。

らせん角

ねじれ角とは、工具の中心線と刃先に沿った直線の接線との間の角度です。これは切削工具にとって重要な特性です。ねじれ角が大きいほど部品から切り屑をより速く除去できますが、切削中の摩擦と熱が増加します。そのため、高速アルミニウムCNC加工中に切り屑が工具表面に溶着する可能性があります。一方、ねじれ角が小さいと熱の発生は少なくなりますが、切り屑を効果的に除去できない場合があります。アルミニウム加工の場合、粗加工には35°または40°のねじれ角が適しており、仕上げ加工には45°のねじれ角が最適です。

クリアランス角度

逃げ角は、工具が適切に機能するための重要な要素です。逃げ角が大きすぎると、工具がワークに食い込み、チャタリングが発生します。一方、逃げ角が小さすぎると、工具とワークの間に摩擦が生じます。アルミニウムのCNC加工では、6°～10°の逃げ角が最適です。

工具材料

アルミニウムCNC加工に使用される切削工具には、超硬合金が好まれる素材です。アルミニウムは軟質切削材であるため、アルミニウム用切削工具で重要なのは硬度ではなく、鋭い切れ味を維持する能力です。この能力は超硬工具に備わっており、炭化物の粒径とバインダー比という2つの要素によって決まります。粒径が大きいほど材料は硬くなりますが、粒径が小さいほど、より強靭で耐衝撃性に優れた材料となり、まさに私たちが求める特性です。粒径を小さくするには、微細な結晶構造と材料の強度を実現するためにコバルトが必要です。

しかし、コバルトは高温でアルミニウムと反応し、工具表面にアルミニウムの構成刃先を形成します。この反応を最小限に抑えつつ、必要な強度を維持するには、適切な量のコバルト（2～20%）を含む超硬工具を使用することが重要です。超硬工​​具は、一般的に鋼製工具よりも、アルミニウムCNC加工に伴う高速加工に耐えることができます。

工具材質に加えて、工具コーティングも工具の切削効率を左右する重要な要素です。ZrN（窒化ジルコニウム）、TiB2（二ホウ化チタン）、ダイヤモンドライクコーティングなどは、アルミニウムCNC加工に使用する工具に適したコーティングです。

送りと速度

切削速度とは、切削工具の回転速度です。アルミニウムは非常に高い切削速度に耐えられるため、アルミニウム合金の切削速度は使用する機械の限界に依存します。アルミニウムCNC加工では、切削速度は可能な限り高く設定する必要があります。これにより、構成刃先の形成の可能性が低減し、加工時間が短縮され、部品の温度上昇が最小限に抑えられ、切削片の破断が改善され、仕上げ品質が向上します。具体的な速度は、アルミニウム合金と工具径によって異なります。

送り速度とは、工具が1回転するごとにワークまたは工具が移動する距離です。送り速度は、ワークの仕上がり具合、強度、剛性によって異なります。荒削りでは0.15～2.03mm/回転、仕上げ削りでは0.05～0.15mm/回転の送りが必要です。

切削液

アルミニウムは切削性に優れていますが、構成刃先の形成を促進するため、乾式切削は絶対に行わないでください。アルミニウムのCNC加工に適した切削液は、水溶性油性エマルジョンと鉱油です。塩素や活性硫黄を含む切削液は、アルミニウムに汚れを付着させるため、使用を避けてください。

加工後工程

アルミニウム部品を機械加工した後、部品の物理的、機械的、そして美的特性を向上させるために実行できる特定のプロセスがあります。最も一般的なプロセスは次のとおりです。

ビーズブラストとサンドブラスト

ビーズブラストは、美観を目的とした仕上げ工程です。この工程では、高圧エアガンを用いて機械加工された部品に微細なガラスビーズを吹き付け、材料を効果的に除去し、滑らかな表面を実現します。アルミニウムにサテン仕上げまたはマット仕上げを与えます。ビーズブラストの主な工程パラメータは、ガラスビーズのサイズと使用する空気圧です。この工程は、部品の寸法公差がそれほど重要でない場合にのみ使用してください。

その他の仕上げ工程には研磨や塗装などがあります。

コーティング

これは、アルミニウム部品を亜鉛、ニッケル、クロムなどの別の材料でコーティングするものです。これは部品製造工程の改善を目的としており、電気化学的プロセスによって実現される場合もあります。

陽極酸化

陽極酸化処理は、アルミニウム部品を希硫酸溶液に浸し、陰極と陽極間に電圧を印加する電気化学的処理です。この処理により、部品の露出面は硬質で電気的に反応しない酸化アルミニウムの被膜に効果的に変化します。形成される被膜の密度と厚さは、溶液の濃度、陽極酸化処理時間、および電流値に依存します。部品の着色を目的として陽極酸化処理を行うこともできます。

粉体塗装

粉体塗装工程では、静電スプレーガンを用いて部品に着色ポリマー粉末を塗布します。その後、部品は200℃の温度で硬化されます。粉体塗装は、強度、耐摩耗性、耐腐食性、耐衝撃性を向上させます。

熱処理

熱処理可能なアルミニウム合金製の部品は、機械的特性を向上させるために熱処理を受けることがあります。

CNC加工アルミニウム部品の産業分野における応用

前述の通り、アルミニウム合金には多くの優れた特性があります。そのため、CNC加工されたアルミニウム部品は、以下を含む様々な産業において不可欠な存在となっています。

• 航空宇宙: 重量比強度が高いため、航空機の装備品の多くは機械加工されたアルミニウムで作られています。
• 自動車航空宇宙産業と同様に、自動車産業のシャフトやその他のコンポーネントなどのいくつかの部品はアルミニウムで作られています。
• Electrical : 高い電気伝導性を持つ CNC 機械加工アルミニウム部品は、電気製品の電子部品としてよく使用されます。
• 食品/医薬品ほとんどの有機物質と反応しないため、アルミニウム部品は食品業界や製薬業界で重要な役割を果たしています。
• スポーツアルミニウムは、野球のバットやスポーツホイッスルなどのスポーツ用具の製造によく使用されます。
• 低温薬アルミニウムは氷点下でも機械的特性を維持できるため、アルミニウム部品は極低温用途に適しています。