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MACHINING 切削加工について

素材選びのポイント

加工素材選び

各素材の持つ機能

まずは、加工した製品にどのような機能が欲しいか?というところから見て行きます。
金属材料を母材によって大きく5つ(下記表)にわけ、さらに鉄が母材のもので、特にニッケル・クロムが多く含まれるステンレスを分けて6種類で考えてみます。

鉄 Fe
比重:約7.8
SS400,S45C,SUS,SCM,SK,SUM,R材等

アルミニウム Al
比重:約2.7
A2011,A2024,A5056,A7075等

銅 Cu
比重:約8.9
C3604(真鍮),C1011,C1020等

チタン Ti
比重:約4.5
Ti6Al4V,TB340等

ニッケル Ni
比重:約8.9
インコネル、ハステロイ、純ニッケル等

以上に挙げた5つの元素を母材とする合金が由紀精密で扱う金属材料の99%以上を占めます。 これらの金属は単体で使われることはほとんど無く、硬さを上げるため、 腐食を防ぐため、熱に強くするため、等の理由で、様々な元素を添加して 合金で使用されます。 ステンレスも鉄の合金ですが、鉄、ステンレスと分けて呼ぶことが多いので、本サイトでも区別して呼びます。

①強さが欲しい・・・鉄(S45C、SCM、SKD等)+焼き入れ・焼き戻し
②軽さが欲しい・・・アルミ合金
③電気抵抗を減らしたい・・・銅合金
④耐食性が欲しい・・・ステンレス
⑤耐熱性が欲しい・・・ニッケル合金
⑥熱伝導が高いものが欲しい・・・アルミ合金・銅
だいたいこのようなところから選んでいきます。
また、組合せによって、
①+②=チタン合金
等、それぞれの良いところをあわせて考える事が重要です。

各素材の価格

製品が大きいものは素材の価格が重要になってきます。
自動車部品はコストを抑えるため、ほとんど鉄系の合金からできています。
逆に航空機は軽さを求めるために、アルミ合金が主体になります。
素材の価格は変動が大きく、特に特殊鋼に使われるレアメタルは価格がすぐに倍になったりすることが珍しくありません。

上記の金属でざっと高価な順に見ていくと、
①チタン合金・ニッケル合金
②銅合金・アルミ合金・ステンレス
③鋼
大きく3つのグループに分けましたが、実際には、その合金の添加されるレアメタルの種類と量で大きく価格は異なります。 ただ、鉄の成分の多い金属は安いので、とにかく安く作りたい場合は、鉄系のよく流通している合金を選ぶと良いでしょう。
ただし、鉄は腐食が激しいため、塗装、メッキ等、何らかの後処理が必要になってきます。少量の試作品は後処理の費用を考えると錆びないステンレスを使ったほうが安く上がる場合があります。
チタン・ニッケル合金系は、よっぽどその機能が必要な時にだけ選ぶ事が無難です。

被削性

被削性とは、切削加工で削られやすいか?ということで、被削性が良いということは、削りやすい素材という事になります。
数が少ない試作品や、製品がとても小さいものに関しては、材料価格よりも加工工賃の割合の方が大きくなってきます。
そうなると、金属そのものの価格よりも、加工が楽かどうか?というのがコストを抑えるポイントになります。

それでは、前述の合金を削りやすい順に並べていきましょう。
①アルミ合金(特にA2011,A5056)
②銅合金(特に、真鍮(C3604等))
③鉄合金
④ステンレス
⑤チタン合金
⑥ニッケル合金
もちろんこれらの中には、成分によって、とても削りにくいものもあります。
機能はどうでもいい試作品を作る場合は、A50系が用いられる事が多いです。
耐食性も良いので、重宝されます。
真鍮は被削性がとても良いので、小物の高精度な量産部品に使われることが多いですが、腐食しやすい事で、メッキをかける必要が出てきます。

また、強度が必要な鉄は熱処理(焼き入れ・焼き戻し)をしてから使用されるため、精度が必要な部品では、切削→熱処理→研磨という工程が必要になってきます。
これもコストを上昇されるポイントになります。
チタン合金、ニッケル合金も加工することは可能です。
由紀精密では、こういった難削材の加工も得意としております。
しかし、刃物にかかる金額が通常の金属の10倍くらいかかってしまったり、人が工作機械に付きっきりになる必要が出てきたりと、他の材質に比べるとかなり面倒です。