アルミニウムのすべて

機械工や工具製造者は丈夫な集団で、ほとんど恐れを持ちません。 多くの人は、マイクロメーターとヤスリのセットだけで製造の世界を征服しました。 ほとんどは、エンジニア、品質検査官、恐ろしい安全専門家との遭遇を生き延びました。

この無愛想な製造専門家グループが唯一恐れているのは、加工が難しい材料です。 タップの破損、ドリルの鈍化、さらにはステンレス鋼、ハステロイ、インコネルなどの一般的に傷つきやすい金属の機械加工を担当することは、これらのプロにとって主な不安です。 彼らは皆、アルミニウムの仕事を楽しみにしています。

アルミニウムは軽くてきれいで、簡単に加工できるため、機械工はアルミニウムでの作業を楽しんでいます。 アルミニウムの製造プロセスは他の材料の製造プロセスよりもクリーンであるため、アルミニウム合金はスケール、汚れ、油が付着せずに納品されます。 アルミニウムは、製造に一般的に使用される材料の中で最も密度が低く、扱いやすい金属でもあります。 最も重要なのは、延性のある材料であるため、製造および機械加工のプロセスが複雑ではないことです。

「アルミニウムはどれくらいの速さで加工できますか?」と尋ねられることがあります。 答えは、マシンが動作するのと同じくらいの速さです。 アルミニウムは加工が容易なため、有効切削速度の範囲が広くなります。 アルミニウムは非常に寛容性があり、広範囲の切削パラメータを使用して良好に機械加工できます。 アルミニウムの慈悲深い性質は、学生のトレーニング、新しい CNC プログラムの実証、展示会でのクールな工作機械のデモンストレーションの作成に理想的な素材です。

課題

アルミニウムの機械加工は簡単ですが、機械加工を容易にする特性により、特に生産量が多く、サイクル要件が厳しく、公差が厳しい場合には、課題が生じる可能性があります。

圧延および押出された合金は、内部応力が破壊されるため、機械加工プロセス中に変形しやすくなります。 部品が治具に拘束されているときは公差内にあり、拘束されていないときは公差外になるのが一般的です。 歪みに対処するには、熱処理、加工技術の変更、および加工後の作業が必要になる場合があります。 航空宇宙構造物など、薄い部分を持つ大型部品が最も問題になります。

延性に加えて、アルミニウムは熱伝導性が非常に高く、その組み合わせにより切りくず形成時のせん断領域の脆性が軽減されます。 これは、アルミニウムが従来の研削プロセス（平面研削や外径研削など）を好まないことを意味します。 研削を行わずに公差に近い部品を作成するのは困難な場合があります。 私が航空宇宙産業にいた頃は、アルミニウム部品に OD グラインダーを使用できるように、アルミニウムの表面にハードコート陽極酸化処理を施していました。

切りくず処理は、圧延、鍛造、押出合金のもう 1 つの典型的な問題です。 つまり、切りくずを形成するのは簡単ですが、切りくずを破壊するのは難しく、工具や部品に巻き付く長い糸状の切りくずが生成される場合があります。 切削工具の形状は近年大幅に進歩しましたが、切込み深さが浅く、切削速度が高いと、依然として連続的な切りくず生成の問題が発生する可能性があります。 糸状の切りくずを除去するには、切削速度、切りくず負荷、工具形状の変更が必要になる場合があります。 連続的な切りくずは、最適なサイクルタイムを達成する上で大きな障害となります。

アルミニウムに特化した工作機械、切削工具、および機械加工技術の開発は 1990 年代以降急速に進み、いくつかの工作機械メーカーがアルミニウムの機械加工専用に設計された機械を市場に投入しています。 高度な切削工具と組み合わせると、大量のアルミニウムの切りくずが生成される可能性があります。 作業場から取り除かないと、悪いことが起こる可能性があります。 一般に再切削として知られるこの方法では、切りくずが切削工具によって引き込まれ、工具と部品の間に閉じ込められ、表面仕上げの低下、工具の破損、工具の摩耗の増加を引き起こす可能性があります。 メーカーは高圧クーラントを使用して切削ゾーンから切りくずを吹き飛ばし、大量のフラッドシステムを適用して切りくずを機械から洗い流してきました。 これらの機械からの切りくずの量は非常に多いため、重力を利用して切りくずを排出できるように工作機械の設計を変更する必要がありました。 一部の立型旋盤は逆向きになっており、チャックが切削工具の上にあるため、切りくずが部品から落ちやすくなっています。

アルミニウムには、切りくずが溶着したり、切削工具の端に付着したりする傾向もあります。 チップ溶接によりツールの形状が変化するため、溶接の問題が悪化して連鎖反応が発生し、通常はツールの故障につながります。 毛羽立った、または溶けたような表面仕上げは、チップ溶着の主な指標です。 適切に形成されたアルミニウムチップは、片面が非常に光沢があり滑らかで、もう片面がつや消しになっている必要があります。 これは、切りくずが工具の面を妨げられずに滑っていることを示しています。 切りくずの両面が毛羽立っていて白い場合は、切りくず溶着が発生している可能性があります。 切りくず溶着に対抗するには、正しい切削速度、適切なクーラント、適切に準備された切削工具、および優れたプロセス開発が必要です。

自動車用アルミニウム部品はダイカストで製造されることが多く、自動車メーカーは膨大な量のアルミニウムダイカストを使用します。 高速かつ正確で、ほぼネットシェイプの部品を作成できますが、適切な機械的取り付けを確保するために機械加工が頻繁に必要になります。 ダイカスト合金の作成に使用される合金化化学物質は、材料を非常に摩耗しやすくし、切削工具に大損害を与える可能性があります。 ダイカスト部品を加工する場合、ハイス鋼の使用は考慮されておらず、超硬工具は通常、必要な場合にのみ使用されます。 ダイカスト合金の機械加工には、多結晶ダイヤモンド工具が必要です。

PCD ツールは、工業用グレードのダイヤモンドを超硬または HSS ボディにろう付けすることによって製造されます。 次に、これらのツールをラップして、目的の形状を作成します。 PCD は 2 つの重要な特性を備えており、アルミニウムの加工に最適です。 PCD は切削工具の製造に使用される物質の中で最も耐摩耗性があり、切りくず溶着に対する耐性が非常に優れています。 自律セル内で大量の自動車部品を機械加工するには、PCD ツールの使用が必要です。

ご想像のとおり、PCD ツールは非常に高価であり、ほとんどの場合、特定の用途向けにカスタム設計されています。 PCD は非常に高速で動作することができます。 アルミニウムは刃先に溶接されないため、公差が厳しい部品を仕上げる場合の第一の選択肢でもあります。 チップの溶着は、表面仕上げが悪く、厳しい公差を保持できない主な原因です。

アルミニウムには課題がつきものですが、工作機械や切削工具のメーカーは過去 20 年間に大きな進歩を遂げてきました。 効率を高めるには、利用可能なテクノロジーを理解し、コストと生産量のバランスをとる必要があります。

インターネット上にはアルミニウムの加工に関する素晴らしいビデオがあります。 それらをチェックして、適切に設計されたプロセスがアルミニウムをどれほど速く移動できるかを確認してください。

アルミニウムの加工の詳細については、次の URL でビデオ プレゼンテーションをご覧ください。cteplus.delivr.com/27bpa

研削、ホーニング、ラッピング、超仕上げ、研磨に使用される物質。 例としては、さまざまな粒度のガーネット、エメリー、コランダム、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどがあります。

金属の性質を持ち、少なくとも 1 つが金属である 2 つ以上の化学元素で構成される物質。

必要な機械的および物理的特性を得るために添加された、指定量の合金元素を含むアルミニウム。 アルミニウム合金は、鍛造組成と鋳造組成の 2 つのカテゴリーに分類されます。 一部の組成には最大 10 種類の合金元素が含まれる場合がありますが、銅、マンガン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、錫などの主な合金元素は 1 つまたは 2 つだけです。

部品の作成または変更を可能にする工作機械専用のマイクロプロセッサベースのコントローラ。 プログラムされた数値制御により、機械のサーボと主軸ドライブが作動し、さまざまな加工動作が制御されます。 DNC、直接数値制御を参照。 NC、数値制御。

機械加工中に工具とワークピースの界面での温度上昇を軽減する液体です。 通常、可溶性または化学混合物（半合成、合成）などの液体の形をとりますが、加圧空気またはその他のガスの場合もあります。 水は多量の熱を吸収する能力があるため、冷却剤およびさまざまな切削コンパウンドの媒体として広く使用されており、水とコンパウンドの比率は加工作業によって異なります。 切削液を参照してください。 半合成切削液。 可溶性油切削液。 合成切削油。

溶融金属を高圧下で金型のキャビティに押し込む鋳造プロセス。

特定のワークピースを保持する装置。多くの場合社内で製造されます。 治具を参照してください。 モジュール式治具。

動力を与えられた砥石車、砥石、ベルト、ペースト、シート、コンパウンド、スラリーなどによって材料をワークピースから除去する機械加工操作。さまざまな形式があります。 円筒研削（外部円筒形およびテーパー形状、フィレット、アンダーカットなど）。 センタレス研削; 面取り; ねじ山と形状の研削。 工具とカッターの研削。 不用意な研磨。 ラッピングとポリシング（非常に滑らかな表面を作成するための非常に細かい粒子で研削）。 ホーニング; そしてディスク研磨。

タングステン高速度鋼 (主な合金元素としてタングステンを有する文字 T で示される) とモリブデン高速度鋼 (主な合金元素としてモリブデンを有する文字 M で示される) の 2 つの主要なタイプで利用可能です。 コバルトを含むタイプ T 高速度鋼は、耐摩耗性が高く、赤 (熱間) 硬度が高く、最高 1,100 ° F (590 ° C) までの切削温度に耐えます。 T タイプ鋼は、金属切削工具 (フライス、ドリル、リーマ、タップ)、木工工具、さまざまな種類のパンチやダイス、ボール ベアリングやローラー ベアリングの製造に使用されます。 M種鋼は切削工具や各種金型に使用されます。

円筒形または円形の部品の外径を定義する寸法。 ID、内径を参照してください。

円筒形または円形の部品の外径を定義する寸法。 ID、内径を参照してください。

高温高圧下で結合した天然または合成ダイヤモンド結晶からなる切削工具材料。 PCD は、超硬インサートキャリアにろう付けされたチップとして利用できます。 非鉄合金や非金属材料を高速で加工するのに使用されます。

高温高圧下で結合した天然または合成ダイヤモンド結晶からなる切削工具材料。 PCD は、超硬インサートキャリアにろう付けされたチップとして利用できます。 非鉄合金や非金属材料を高速で加工するのに使用されます。

研削砥石スピンドルと平行な平面内で研削砥石の下にワークピースを通過させることにより、平面、傾斜面、輪郭のある面を加工します。 「研削」を参照してください。

ワークピースの寸法が設定された標準から変化しても許容される最小値と最大値。

クリストファー・テイトは、ミシシッピ州ビックスバーグにある Unified Brands Inc. の製造エンジニアリング マネージャーです。