アルミニウムの驚異的な多用途性に匹敵する物質はほとんどありません。アルミニウムは 機械加工性が高い そして 比較的安価な、CNC加工に最適です。メーカーは、スチールやチタンなどの他の一般的な加工材料よりも 3 倍、さらには 4 倍の速度で加工できます。
その 柔軟性 そして 驚異的な強度対重量比 自動車、電車から航空機、船舶に至るまで、あらゆる交通機関の外装パネルとしての使用に最適です。
燃料効率と「軽量化」が重視されるようになり、コンポーネントや内部構造の製造に従来使用されてきた重金属に代わってアルミニウムが使用されるようになりました。その 高い耐食性 また、他の材料でしばしば必要とされる重くて高価な防食コーティングの必要性も回避されます。
さらに、アルミニウムは、 非毒性、可鍛性 そして 100% リサイクル可能。このため、この金属は食品や飲料の容器、トレイ、蓋、小袋、ポーチ、包装紙などに広く使用されています。
そのおかげで 滑らかなシルバーの表面仕上げ、スマートフォン、ラップトップ、タブレット、フラットスクリーンテレビなどの電子機器にも適しています。建設プロジェクトでも、デザインの特徴として、また構造的なサポートを提供するために使用されることがあります。
これらすべての特性を組み合わせると、鋼よりも軽く、プラスチックよりも強く、信頼性の高い材料が得られます。 安価ですぐに入手できる そして 無限に適応可能。
このガイドは、以下を理解するのに役立ちます。
• アルミニウムはどこから来たのですか?
• CNC 加工とは何ですか?
• CNC 加工ではどのような種類のアルミニウムが使用されますか?
• スチールとアルミニウムの CNC 加工?
• 最も一般的なアルミニウム CNC 機械加工プロセスは何ですか?
アルミニウム 地球の地殻に最も豊富な金属元素です。金属産業では毎年 4,000 万トン以上が製錬されており、製造業者はそれをさまざまな用途に使用しています。
ほとんどの金属と同様に、アルミニウムは地殻全体の岩石中に鉱石として存在します。鉱山会社は、ほとんどすべてのアルミニウム金属をボーキサイト鉱石から抽出します。ボーキサイト鉱石には、通常 30% ～ 60% の酸化アルミニウム (またはアルミナ) が含まれています。残りはシリカ、さまざまな酸化鉄、二酸化チタンの混合物です。
2 段階のプロセスにより、アルミナはアルミニウム金属に変換されます。
1. ボーキサイトからアルミナを抽出
世界のほぼすべてのアルミナ供給 は生産された バイエルプロセスを使用。オーストリアの化学者、カール ヨーゼフ バイエルは、19 世紀後半にこの技術を開発しました。
ボーキサイトを微粉末に粉砕し、水と混合し、混合物を苛性ソーダとともに加熱することが含まれます。苛性ソーダはアルミナを溶解し、フィルターを通過できるようにします。
製造者は、水酸化アルミニウムの結晶をアルミナ溶液に加え、混合物を加熱および乾燥してアルミニウムを製造します。
2. アルミナを溶解してアルミニウム金属を製造する
ワカサギを作る アルミニウム、製油所はアルミナをフッ素化バスに溶解し、電気分解と呼ばれるプロセスを通じて電流を使用してアルミナを金属アルミニウムと酸素に分解します。次に、アルミニウムを収集して炉に運び、リサイクルされたアルミニウム材料と混合し、溶けるまで加熱します。
次に、それを型に流し込むか、機械的にさまざまな形に押し出します。最も一般的なものは、シート、ビレット、ロッド、チューブ、プレート、バー、ワイヤーです。これらはその後、さまざまな形やサイズに切断され、別の会社やメーカーに送られ、そこで無数の製品に機械加工されます。
A CNCマシン 伝統的な製造技術とコンピューター数値制御 (CNC) システムを組み合わせたものです。これにより、手動では不可能、または時間とコストがかかりすぎるストック材料を切断してオブジェクトに成形することができます。
コンピューター制御により非常に高い精度が得られます。これにより、精度、一貫性、生産性、制御性、設計の自由度が向上し、無駄が少なくなります。
最初の数値制御機械は 1940 年代後半に、すでに使用されている機器にモーターを追加することによって開発されました。1960 年代のコンピューターの出現は、最新の CNC マシンの開発につながりました。
最も頻繁に使用される CNCマシン フライス盤、ボール盤、旋盤、プラズマ、レーザー、ウォーター カッターなどです。
これらの機械はすべて、いわゆる「サブトラクティブ」製造方法を実行します。これは、プロセス中に材料がワークピースから除去される (差し引かれる) ことを意味します。
純粋な形のアルミニウムは展性があり、ほとんどの腐食に耐性があり、非磁性であり、熱と電気の優れた伝導体です。ただし、ほとんどの商用アプリケーションには弱すぎます。
溶融アルミニウムを銅、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、亜鉛などの他の元素と組み合わせて合金を形成すると、より大きな強度が得られます。これらの合金は、アルミニウムの他の自然特性もさらに強化します。
で使用される最も一般的な合金 アルミCNC加工 3 つのグループに分類されます。
鋳造アルミニウム合金—キャストとは、溶融または液体の状態で成形されることを意味します。メーカーは、溶けたアルミニウムを型に流し込んで冷却することにより、このタイプの合金を形成します。鋳造アルミニウム合金は手頃な価格で、多用途、軽量、耐久性があり、高温下でも優れた性能を発揮します。
自動車産業は鋳造合金の最大のユーザーであり、自動車に使用されるアルミニウムの約 3 分の 2 を占めています。鋳造合金から作られた部品には、エンジン部品、ハウジング、ステアリングコラムが含まれ、さらには構造サポートも増えています。その他の一般的な用途には、調理器具、機械部品、手持ち工具などがあります。
鋳造合金は融点が低いため製造コストが低く、金型の柔軟性により幅広い形状を製造できます。しかし、鍛造合金よりも引張強度が低く、機械加工が容易ではなく、切削工具の摩耗がより激しい傾向があります。
アルミニウム リチウム (Al-Li) 合金- リチウムは元素金属の中で最も密度が低いため、このタイプの合金は純粋なアルミニウムや他の材料よりも大幅に軽量になります。この特性により、航空宇宙産業では主に翼下部外板、翼内部構造、胴体、ファンブレードに Al-Li 合金が使用されています。レーシングカーや宇宙ロケットにも使われています。
Al-Li 合金によってもたらされる重量上の利点は、その低い機械加工性と低下した破壊靱性 (亀裂を含む材料がさらなる亀裂に抵抗する能力) によって相殺されます。比較的少量で生産されるため、価格も高くなります。
鍛造アルミニウム合金—鍛造とは、固体状態で成形されることを意味します。このタイプの合金は、溶融アルミニウムをビレットまたは大きなスラブに成形し、工具を使用してこれらのブロックを圧延、鍛造、打ち抜き、または押し出し成形することによって製造されます。
鍛造合金は最も広く使用されている材料です。 アルミCNC加工。これは、鋳造合金と比較して機械的特性と構造的完全性が優れているためです。機械加工が容易で、表面仕上げが良好で、切削工具のエッジの摩耗が少ないです。
アルミニウムとスチールは、CNC 加工で最も広く使用されている金属です。特定のアプリケーションに最適なものを選択するには、次の 5 つの要素が重要になります。
1. 料金 — 軟鋼と炭素鋼は一般に、同等のアルミニウム合金よりも安価です。一方、ステンレス製は価格が高くなる傾向があります。ただし、金属の価格は世界的な需要と、原材料、エネルギー、輸送のコストによって異なります。
コストを考えるときは、素材の耐久性を考慮することも重要です。短期的にはお金を節約できるかもしれない決定でも、長期的にはより多くの費用がかかる可能性があります。
2. 耐食性 — アルミニウムとステンレスは、どちらも錆びや腐食に強いです。ただし、ステンレス鋼はより高価なオプションです。メーカーやエンドユーザーは、特に完成した部品を風雨にさらす予定の場合、他の種類の鋼材を保護するために塗装、処理、またはコーティングを行う必要があります。これらのコーティングは重量とコストの増加を意味し、定期的に再塗装する必要もあり、さらに費用がかかります。
3. 重さ — アルミニウムは鋼鉄よりも 2 ～ 3 倍軽いです。ほぼすべての企業が、より軽量な素材を取り入れながら、同等以上の製品性能を達成しようとしています。この「軽量化」傾向により、メーカーはこれまでスチールから機械加工されていた多くの部品をアルミニウムに置き換えています。
4. 強さ — スチールはアルミニウムより重いかもしれませんが、そのため耐久性がより高い素材になります。スチールは非常に強力で、力、熱、重量がかかっても反ったり、曲がったり、変形したりする可能性はほとんどありません。また、アルミニウムの表面はスチールに比べて傷やへこみが発生しやすくなっています。
5. 被削性 — アルミニウムは鋼よりも密度が低いため、3 倍、さらには 4 倍の速度で加工できることを意味します。また、アルミニウムは鋼よりも早く冷却されます。これにより、部品の加工にかかる時間 (サイクル タイム) と必要な冷却剤の量が削減されます。
鋼に比べて、アルミニウムは切削力がはるかに小さくて済みます。これにより切削工具の磨耗が軽減され、切れ味が長持ちします。より小型の機械でアルミニウムの CNC 加工を行うこともできるため、より安価な機械になる可能性があります。
CNCフライス盤 最も一般的で汎用性の高い方法です アルミ部品の加工。この機械は回転切削工具を使用して、静止した材料ブロックから材料を効率的かつ正確に彫刻します。
従来のフライス盤は、コンピュータ数値制御 (CNC) システム、自動工具交換装置、および工具カルーセルの登場により、1960 年代に「マシニング センター」に変わりました。これらの機械は 2 ～ 12 軸構成で利用できますが、3 ～ 5 軸が最も広く使用されています。
CNC金属旋盤、 または CNC金属ターニングセンター、ツールヘッドが切削工具またはドリルをワークピースに保持しながら、ワークピースをしっかりと保持して回転させます。これらの機械は材料を非常に正確に除去できるため、メーカーは幅広い業界で使用しています。
一般的な旋盤加工には、穴あけ、成形、溝加工、タッピング、ねじ切り、テーパー加工などが含まれます。CNC 金属旋盤は、セットアップ、操作、再現性、精度が容易なため、古い手動生産モデルに急速に取って代わりつつあります。
CNCプラズマカッター 圧縮空気を非常に高温に加熱して、最大6インチの厚さの金属を溶かすことができる「プラズマアーク」を生成します。シート材料はカッティングテーブルに対して平らに保持され、コンピューターがトーチヘッドの経路を制御します。圧縮空気が熱い溶融金属を吹き飛ばし、それによって材料を切断します。プラズマ カッターは高速かつ正確で、比較的使いやすく、手頃な価格です。 メーカーは私がそれらを使用しています多くの業界。
CNCレーザー加工機 材料を溶かすか、燃やすか、蒸発させて切断面を作成します。プラズマ カッターと同様に、シート材料は切断テーブルに対して平らに保持され、コンピューターが高出力レーザー ビームの経路を制御します。
レーザー カッターはプラズマ カッターよりも消費エネルギーが少なく、特に薄いシートを切断する場合に精度が高くなります。ただし、厚い材料や密度の高い材料を切断できるのは、最も強力で高価なレーザー カッターのみです。
CNCウォーターカッター 狭いノズルから押し出される超高圧の水流を使用して材料を切断します。水だけでも木やゴムなどの柔らかい素材を切断するのに十分です。金属や石などの硬い材料を切断するために、オペレーターは通常、研磨剤を混合します。 機転h 水。
ウォーター カッターは、プラズマ カッターやレーザー カッターのように材料を加熱しません。これは、高温になっても燃えたり、変形したり、変化したりしないことを意味します。 構造。また、無駄を減らし、シートから切り取った形状を互いに近づけて配置 (または入れ子) することもできます。
