軽量化、リサイクルが可能なアルミニウム

自動車および航空機メーカーは大きな転換期に直面しています。新しい環境法や環境を強く意識している消費者からは、新しい低公害車および無公害車の期待が高まっています。
アルミニウムは製造業が直面している加工部品の課題への1つの回答となり得ます。アルミニウムは世界で最も軽い金属の一つで、鉄の重量の約1/3で、しかも非常に高強度で腐食耐性も備えています。さらに、アルミニウムは何度も繰り返して使用することができます。アルミニウムは溶かすことができ、その機械的特性に何らの悪影響や変更も及ぼすことなく再使用することができます。効果的なリサイクルにより、これまでに生産された全アルミニウムの約75%が再使用されています。この値は、より持続可能性の高い未来のためにとても重要なことです。

自動車産業におけるアルミ合金の加工

動画： 自動車産業のアルミ合金製部品加工用フライスカッター
電気自動車の時代が始まろうとしているとは言え、内燃機関がなくなるまでにはまだ時間がかかることでしょう。燃費を大幅に改善し汚染物質の排出を低減するため、現状におけるよりクリーンな形でのエネルギー使用に向けての取り組みとして、内燃エンジンでの軽量素材の使用は欠くことのできないものとなっています。欧州の乗用車のパワートレインには通常、エンジン、ギヤボックス、サスペンション部品、ハウジングなどの部品に約80 kgのアルミニウムが使用されていて、 軽量化対策を考えるうえで興味深い領域となっています。従来の鋳鉄に代えてアルミ合金を使用すると、ネズミ鋳鉄と比較して強度が劣るものの、エンジンブロックの重量を最大40～55％削減できます。いくつかのトランスミッション部品、特に、ギアボックスハウジング、電装機器/部品、サスペンションアーム、リアアクスルなどは、材料としてアルミ合金が好んで使用される駆動系加工物の代表例です。
自動車産業向け、および工作機械メーカー （MTM) 向けの専用ツーリングソリューションは、より生産性に優れた機械操作を実現します。M5フライスカッターシリーズは、加工の最初の段階から超仕上げに至るまで、品質と部品当たりコストの最適化に必要なすべてを提供します。
非鉄金属 (ISO N) 被削材用M5フライスカッター：

• M5Q90は、鋳造したてのアルミ合金シリンダーヘッドとエンジンブロックの表面を、1回のスムーズな加工でバリを発生させることなくきれいに仕上げます。このフライス工具は信頼性の高い加工を行ない、長い工具寿命を実現します。
• M5R90は、シリンダーブロックやシリンダーヘッド、トランスミッションハウジングなどのアルミニウム合金製自動車部品を肩削りフライス加工する際の、荒加工から中仕上げ加工用の第一推奨です。
• M5B90正面フライスカッターコンセプトは、シリンダーヘッド、ブロック、カバーや、被削材への切込みが大きい、その他のアルミ合金製部品の超仕上げ加工で、優れた性能を発揮する工具です。M5B90は不均一な工具摩耗を予防し、高送りにおいても工具寿命が向上します。
• M5C90コンセプトはM5B90をベースとした刃先交換式フライスカッターで、M5B90同様にバリ、スクラッチや欠損が発生しない、スムーズな切削アクションを提供し、刃先はステップテクノロジーを採用しています。M5C90正面フライスカッターがM5B90と異なる点は、外径に追加の荒加工用チップが1列、接線方向に配置されていることです。
• M5F90は、薄肉アルミ合金部品のワンショット加工専用に設計された正面フライスカッターですが、スポットフェース加工や被削材への切込みが大きい加工にも使用できます。

非鉄金属 (ISO N) 被削材

非鉄材料にはアルミ合金だけでなく、マグネシウム、銅および亜鉛ベースの合金も含まれます。加工特性は主にSi含有量によって異なります。亜共晶アルミ合金はSi含有量が13%以下の最も一般的なタイプです。

エンジンブロックの製造には長年、高強度で低コスト、そして耐摩耗性のある、鋳鉄合金が使われてきました。しかし、エンジンが複雑になるつれて、重量を軽くし、強度と耐摩耗性を向上させるために新しい被削材が使われるようになりました。軽量で卓越した鋳造特性のあるアルミ合金が、今日、乗用車にもっとも一般的に使われています。

鋳鉄製ライニング、またはスリーブを一緒に鋳造した鋳鉄およびアルミニ合金の シリンダーボーリング用工具

• B685 安定性と生産性の高い荒～中仕上げシリンダーボーリング加工用
• B687 安定性と生産性の高い仕上げシリンダーボーリング加工用
• B681 安定性と生産性の高い荒シリンダーボーリング加工用
• B683 安定性と生産性の高い中仕上げシリンダーボーリング加工用

自動車部品は通常、高密度の複雑な穴形状を有する量産部品です。その加工には、生産性を最大限に高め、長い工具寿命を実現し、そして最終的には低い穴当たりコストを達成するために、最適化された穴あけ工具の使用が最適だとされます。
アルミ合金加工用穴あけ工具/超硬ソリッド工具：

• ★CoroDrill® 400は、複雑なマルチステップ、面取りおよびコーナR形状、そして径範囲 3～25 mmの大きなステップ比率用に設計された、ストレートフルートドリルです。このドリルは、切りくず除去が容易で、良好な穴真直度および加工面品質を実現します。
  
• CoroDrill® 430は下穴加工用の3枚刃フルートスパイラル超硬ソリッドドリルで、既存の穴の拡張用です。このドリルは、厳しい加工条件下でも優れた穴サイズ制御と真直度が得られます。
  
• ねじ転造は、アルミ合金製エンジン部品向けの好適ねじ切りソリューションです。切りくずの無い 転造タップCoroTap® 400の選択は、この種の加工の第一推奨です。
  

アルミ合金の穴あけのヒント

1. 一般的にバリの発生と切りくず排出が課題となります。溶着により工具寿命が悪化することがあります。推奨事項:：最適な切りくず生成には、低送り、高速加工を適用してください。
2. 工具寿命の悪化を避けるため、溶着をできるだけ低減するよう種々のコーティングをテストする必要があるかもしれません。テストすべきコーティングにはダイヤモンドコーティングが含まれますが、いくつかのケース (母材による) ではコーティングはまったく使用しないこともあります。
3. その他：高圧エマルジョンまたは高圧ミストクーラントを使用してください。

航空・宇宙産業におけるアルミ合金部品の加工

画像：RAL90アルミ合金用カッターおよびウィングリブ

航空宇宙産業におけるアルミ合金部品の加工では、安定性と信頼性の高い加工プロセスと高速での高い切りくず排出量を組み合せることが重要になります。低い切削抵抗を達成することが良好な加工性の不可欠な要素であり、それによって消費電力の低減、びびり傾向の抑制、優れた加工面品質が実現します。
航空機主翼のアルミ合金製構造部品の主なものには、スパー、スキンやリブが挙げられます。たとえば、ウイングリブには、薄壁/ベース、2Dポケット、安定した工具の重要性など、加工上の課題があります。サンドビック・コロマントは、ウイングリブのコスト効率の良い、高品質加工を実現するための広範な工具を提供致します。
薄肉の加工
薄肉部分の加工条件は、壁面の高さや厚さに応じて異なります。パス数は壁面寸法および軸方向切込みによって決まります。
高速テクニック、つまり、小さなap/aeと高いvcを使用することによって、工具の使用時間が短くなり、その結果、衝撃およびたわみが小さくなるため、薄壁のフライス加工が容易になります。壁高さと厚みの比が15:1から30:1になる場合は、パスをオーバーラップさせるステップサポート加工を使用します。
高速ルータRAL 90を使用したポケット加工
RAL90アルミ合金用フライスカッターは、非常に高い切りくず排出量を達成するために設計されています。最適なチップシート付きのきわめて堅牢なカッターボディは、高速フライス加工の安定性に関して新たな基準を打ち立てます。アルミ合金製の航空機フレームの重荒加工～中仕上げポケット加工に理想的です。
さらに高い切りくず排出量が求められる加工には、新しいRAL90 Super MRRを使用することで、きわめて高いスピンドル回転数を達成できます。例えばDC 50 mmの場合、RAL90の最大回転数が23500rpmなのに対し、RAL90 Super MRRでは33000rpmの回転数にまで対応可能です。これにより、生産性が40%向上します。
超硬ソリッド工具によるアルミ合金のフライス加工
小さな径が求められる場合は、超硬ソリッド工具が解決策となります。アルミ合金のフライス加工用に最適化されたブレーカと材種により、CoroMill® Pluraエンドミルおよび交換式ヘッドCoroMill® 316 は、長い工具寿命と高い切りくず排出量を達成します。
大きな切りくず用スペースのあるフルート設計により、優れた切りくず排出を実現します。更に、専用のストレートランドがフライス加工機における工具びびりを低減してチッピングトラブルを最小化し、卓越した加工面品質をもたらします。

アルミニウムの加工特性

• ポリマー、長い切りくずが発生する被削材
• 合金の場合には切りくず処理が相対的に容易
• 純アルミニウムは粘性が高く、シャープな刃先および高いvcが必要
• 比切削抵抗：350–700 N/mm
• 切削抵抗が低く、そのため加工に必要な動力は少ないです。
• 被削材は、ケイ素 (Si) 含有量が7-8%以下の場合、ノンコート超微粒子超硬材種で加工できます。ケイ素 (Si) 含有量が高いアルミ合金の場合は、PCDチップ材種で加工できます。
• ケイ素 (Si) 含有量が12%以上の過共晶アルミ合金 (Al) は非常に摩耗性が高いです。