アルミニウムCNC機械加工が軽量化産業ソリューションを推進

軽量でありながら頑丈な、精密なアルミニウム部品で作られた機体が空を舞う様子を想像してみてください。燃費と性能が最重要視される時代において、アルミニウムCNC加工技術はますます重要な役割を果たしています。しかし、この技術は、複雑な部品を迅速かつ費用対効果の高い方法で製造し、業界全体での軽量化をどのように推進しているのでしょうか？

アルミニウムCNC（コンピュータ数値制御）加工は、製造業における主流技術となっています。その主な利点は、複雑で軽量な部品を効率的かつ経済的に製造できることです。鋼やチタンなどの従来の材料と比較して、アルミニウムは加工速度が速く、大量生産に最適です。

アルミニウムは、地球の地殻に最も豊富に存在する金属元素です。工業的には、主にボーキサイト鉱石から抽出されます。ボーキサイト鉱石には、酸化アルミニウムが30％から60％含まれています。抽出プロセスには、2つの主要なステップがあります。

• アルミナ抽出： バイエル法は、世界で最も広く使用されている方法です。ボーキサイトを粉砕し、水と苛性ソーダを混合し、高温で反応させます。苛性ソーダはアルミナを溶解し、その後、ろ過によって不純物から分離されます。水酸化アルミニウムの結晶をアルミナ溶液に加え、加熱して乾燥させ、純粋なアルミナを生成します。
• アルミニウム製錬： アルミナはフッ化物ベースの溶融浴に溶解され、電解によって金属アルミニウムと酸素に分解されます。溶融アルミニウムを回収し、リサイクルアルミニウムと混合し、シート、ビレット、ロッド、チューブ、プレート、ストリップ、ワイヤーなどのさまざまな形状に鋳造します。これらの半製品は、最終部品にさらに加工されます。

CNC加工は、従来の製造技術とコンピュータ制御システムを組み合わせたものです。これにより、手作業では不可能、時間がかかる、またはコストがかかる複雑な部品を、原材料から切断し、成形することができます。この技術の主な利点には、卓越した精度、一貫性、生産性、制御、設計の柔軟性、および廃棄物の削減が含まれます。

初期のCNCマシンは、1940年代後半に既存の機器を改造してモーターを取り付けることで登場しました。1960年代のコンピュータの出現は、現代のCNCシステムの開発を促進しました。一般的なCNCマシンには、フライス盤、ドリル、旋盤、プラズマカッター、レーザーカッター、ウォータージェットなどがあり、すべて減法製造方法を採用しています。

純アルミニウムは、優れた延性、耐食性、非磁性特性、および熱/電気伝導性を提供します。しかし、その低強度により、商業用途が制限されます。性能を向上させるために、アルミニウムは銅、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、亜鉛などの元素と合金化されます。これらの合金は、アルミニウム固有の利点を維持しながら、強度を向上させます。

CNC加工では、主に3つのアルミニウム合金カテゴリーが使用されます。

• 鋳造アルミニウム合金： 溶融金属を金型に注ぎ込むことで製造され、費用対効果が高く、汎用性が高く、軽量で耐久性があります。自動車産業が最大の消費者であり、自動車のアルミニウム使用量の3分の2を占めています。ただし、一般的に、鍛造合金と比較して引張強度が低く、工具の摩耗が大きくなります。
• アルミニウム-リチウム（Al-Li）合金： リチウムの低密度により、これらの合金は純アルミニウムよりも大幅に軽量であり、翼のスキン、胴体、ファンブレードなどの航空宇宙用途に最適です。ただし、機械加工性や破壊靭性が低下し、生産が限られているためコストが高くなります。
• 鍛造アルミニウム合金： 圧延、鍛造、または押出によって固相で形成され、優れた機械的特性、構造的完全性、表面仕上げ、および工具寿命のため、CNC加工で優勢です。鋳造合金よりも加工が容易です。

CNC加工にアルミニウムと鋼のどちらを選択するかを決定する際には、これらの重要な側面を考慮してください。

• コスト： 炭素鋼はアルミニウムよりも安価であることが多いですが、ステンレス鋼は高価になる傾向があります。長期的な耐久性もコスト計算に含める必要があります。
• 耐食性： アルミニウムとステンレス鋼は自然に錆に強いですが、他の鋼は保護コーティングを必要とし、重量とメンテナンスコストが増加します。
• 重量： アルミニウムは鋼よりも2〜3倍軽量であり、業界全体で「軽量化」のトレンドを推進しています。
• 強度： 鋼は、応力、熱、または重量下での耐久性と変形に対する抵抗力において、アルミニウムよりも優れています。
• 被削性： アルミニウムの低密度により、鋼と比較して、より速い加工速度、冷却時間の短縮、および工具の摩耗の軽減が可能になります。

メーカーは、アルミニウムを加工するためにさまざまなCNC技術を使用しています。

• CNCフライス加工： 固定された材料ブロックを成形するために回転する切削工具を使用する、最も汎用性の高い方法です。最新の加工センターは、複雑な形状に対応するために3軸から5軸の構成を備えています。
• CNC旋盤加工： 工作物を回転させながら切削工具で材料を除去し、穴あけやねじ切りなどの操作を行う円筒形の部品に最適です。
• CNCプラズマ切断： 過熱された圧縮空気を使用して、厚い金属板を迅速かつ正確に溶融させます。
• CNCレーザー切断： 高出力レーザービームで材料を溶融または蒸発させ、薄いシートに優れた精度を提供します。
• CNCウォータージェット切断： 超高圧水（硬い材料には研磨剤を使用）を使用して、熱による歪みなしに切断し、材料の密なネスティングと廃棄物の最小化を可能にします。