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アルミニウムの特性

アルミニウムの特性

ここでは、鉄やステンレスに比較したアルミニウムの特性について見ていきます。

アルミの特性

(1) アルミは軽い

アルミの比重は2.7 であり、鉄の7.8 に比べると3 分の1 程度と軽いため、重量物や輸送機器分野で多く使用されています。高速回転部品や高速摺動部品などの機械部品を鉄からアルミに置き換えるだけで、作動効率が高まると同時に機械の重量軽減にも役立っています。

(2) アルミは耐食性が高い

アルミは一般的に耐食性が高いと言われており、特にアルミ合金で使用量が多いAℓ-Mg 系(Aℓ5000 系)は別名『耐食性アルミ』とも言われ、船舶や海洋開発分野で多く使用されています。その中でも機械加工部品ではAℓ5052 が使用されることが多くなっています。

(3) アルミは強い

アルミは引っ張り強さでは鋼材に比べると小さくなりますが、単位重量当たりの比強度が大きいため、機械部品や輸送機器によく使用されます。そのため、Aℓ2000 系とAℓ7000 系は別名『高力アルミ合金』と呼ばれています。なお、機械加工部品としては内部応力が大きく加工により歪が出るAℓ2000 系よりも、強度が強く内部応力が小さいAℓ7000 系が使われるケースが多いのです。
また、これは一般的にはあまり知られていないことですが、同一質量の長さ・幅の「梁」で両端支持として、同一荷重をかけた場合のたわみ量は鋼材のなんと12 分の1 です。鋼と同一たわみ量とすれば梁の立て寸法を60%減で設計することが可能です。

(4) アルミは加工性が高い

アルミは切削加工性が非常に良いので、小さく複雑な部品でも精密加工に適しています。アルミ合金では軟らかい純アルミが比較の上で加工性が悪いとされていますが、切削液を十分に供給すれば加工性が高くなります。なお、アルミサッシ枠に使用されるAℓ6063 は、押し出し材として多量に使用されています。

(5) アルミは通電性が高い

アルミの導電性は銅の60%ですが、比重が3 分の1 ですので比重あたりの導電率は高くなります。従って、高電圧送電線にはほぼ100%アルミが使用されています。

(6) アルミは非磁性体である

鉄とは違いアルミは非磁性体であるので、計測器、医療器、メカトロニクスなどに多用されています。

(7) アルミは熱伝導性が高い

アルミの熱伝導率は鉄の3 倍ですので、機械部品として放熱フィン等に使用されます。

(8) アルミは極低温下での耐脆性が高い

アルミは高い耐食性と合わせて極低温下での耐脆性が高いので、LNG の容器材としても活用されています。この特性を活かし、宇宙開発やバイオ分野等でも切削部品が使用されています。

(9) アルミは反射性能が高い

アルミの表面は光沢を持つので光線や電磁波を反射します。従って単結晶ダイヤ工具で高純度アルミの表面を鏡面加工した、ポリゴンミラーや光エレクトロニクス部品があります。

(10) アルミは非毒性である

非毒性という特徴を活かして、アルミは医療機器や医薬品の包装、飲料缶、家庭用器物に使われます。身近な例では、フィルムと張り合わせて食品の包装に多用されているアルミ箔があります。

(11) アルミは美麗である

アルミの素地は銀白色で自然に酸化被膜ができ、耐食性が向上します。多色アルマイト処理を施せば、様々な色に着色することができ、化粧容器の蓋や文房具などに使用されています。

(12) アルミは鋳造性が高い

アルミは鋳物にも適しています。アルミは鉄鋳物の半分の温度で鋳造できる上、溶けた状態でガスを吸収し難く、湯流れも良く複雑な鋳物ができることが特徴です。

(13) アルミは接合性が高い

アルミは溶接、ろう付け、はんだ付け、圧接が容易にできることが利点です。

(14) アルミは真空特性が高い

アルミは材料からのガス放出率が少ないので、その真空特性を活かし、高真空ポンプ、配管、高真空半導体装置、理化学装置に使われます。

(15) アルミは再生が容易である

アルミは鉄に比較して腐食しにくく、さらに融点が低いためリサイクルし易く、再生地金として利用されています。再生地金を作るエネルギーは新地金に比較して極めて小さいので、環境保護にもアルミは役立つ金属です。

圧延用アルミ合金の種類と特性

アルミ合金の種類については、JIS で下記のように規定されています。下記の7 種類のうち切削加工で使われるのは2000 系、5000 系、6000 系、7000 系の4 種類となります。

純アルミ   1000系アルミ   Aℓ-Mg合金   5000系合金
Aℓ-Cu-Mg合金   2000系アルミ   Aℓ-Mg-Si合金   6000系合金
Aℓ-Mn合金   3000系合金   Aℓ-Zn-Mg合金   7000系合金
Aℓ-Si合金   4000系合金  

さらに、一般的なAℓ-Cu-Mg 合金(2000 系アルミ)とAℓ-Mg 合金(5000 系合金)の特徴は下記の通りです。

Aℓ-Cu-Mg 合金

Aℓ-Cu-Mg 合金はジュラルミン(A2017)、超ジュラルミン(A2024)という名称で知られているアルミ高力合金です。軽量で剛性も高いですが、Cu の含有量が多いため耐食性が悪いことが挙げられます。機械加工においては、穴あけ、タップ、外形形状削りでは問題はありませんが、焼き入れ合金であるため内部応力が大きく、面削りをするとひずみが生じます。強度が必要なる場合はA7075 が使用されます。

Aℓ-Mg 合金

Aℓ-Mg 合金は非熱処理合金であり、中程度の強度を持つ最も代表的なアルミ合金であり、別名「耐食性合金」とも呼ばれています。A5052 は部品加工でも最も多く使用されるので、アルミ圧延メーカーは内部応力が少なく、JIS規格を超える板厚精度と平坦度が良い板を販売しています。商品名としては神戸製鋼所の「アルハイス」が最も有名で、他にも「ハイプレイト」、「YH52」などのメーカー名があります。市販されている板厚は4 / 5 / 6 / 7 / 8 / 10 / 12 / 15 / 16 / 18 / 20 / 22 / 25 / 30 / 35 / 40 / 45 / 50 であり、機械加工品を設計する際にはこの板厚を考慮しながら設計するとコストを抑えることができます。

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