CNCの機械加工に使用される一般的なアルミニウム合金

アルミニウム合金は、CNC加工において最も一般的に使用される材料の一つです。しかし、そのグレードは多岐にわたり、シリーズごとに特性が大きく異なる場合があります。一般的なアルミニウム合金は、通常、1xxx～7xxxシリーズに分類されるほか、ダイカスト用アルミニウム合金もあります。.

1xxxシリーズ：商業用純アルミニウム（1050／1060／1070／1100）

これらのグレードは99.5%以上のアルミニウムを含有しており、実質的に商業用純アルミニウムと見なされます。.

特徴： 非常に柔らかく、曲げたり成形したり研磨したりするのが容易で、電気伝導性と熱伝導性に優れています。しかし、この材料は非常に柔らかいため、機械加工の際に切削工具に付着しやすい傾向があります。また、切りくずの排出が困難な場合もあり、薄肉部品は変形しやすい傾向があります。.

代表的な用途： ヒートシンク、電気部品、装飾パネル、反射部品、および光沢のある陽極酸化仕上げが求められる製品。.

制限事項： 強度が非常に低いため、荷重を支える用途には適していません。.

2xxx系：アルミニウム・銅合金／高強度アルミニウム（2024／2017／2014）

銅が主たる合金元素です。熱処理を施すことで、これらの合金は非常に高い強度を発揮します。これらは航空宇宙分野で広く使用されており、しばしば「航空宇宙用アルミニウム」と呼ばれています。.

加工特性： この材料は、スムーズな切削が可能な十分な硬度を有しており、きれいで割れやすい切りくずを生成し、工具の摩耗も適度なものです。ただし、2xxx系アルミニウムは耐食性が比較的低いため、湿度の高い環境では問題が生じる可能性があります。.

また、陽極酸化処理の仕上がりが概して劣るため、外観を重視する陽極酸化処理が必要な場合には、これらの合金は一般的に選ばれません。さらに、熱処理を施した材料には、かなりの内部残留応力が残っている場合があります。仕上げ加工を行う前には、応力除去を行うことをお勧めします。そうしないと、部品が反ったり歪んだりする恐れがあります。.

代表的な用途： 航空機の構造部品、治具・固定具、高強度機械部品、および防衛関連部品。.

制限事項： 耐湿性および耐食性が低く、適した表面処理の選択肢も限られている。.

3xxx系：アルミニウム・マンガン合金／耐食性アルミニウム（3003／3004）

マンガンは主要な合金元素です。これらの合金は優れた耐食性を備えていますが、熱処理によって強度を高めることはできません。.

加工特性： この材料は比較的延性が高く、加工中に切削工具に付着することがあり、その結果、切りくずの排出効率が低下することがあります。強度は中程度から低めですが、耐食性は優れています。また、陽極酸化処理を行うことで、均一で美しい表面仕上げを得ることができます。.

代表的な用途： 水タンク筐体、屋外用機器の筐体、板金部品、および圧力容器。.

4xxx系：アルミニウム・シリコン合金（4043／4032）

シリコンが主たる合金元素です。これらの合金は、熱膨張係数が小さく、耐摩耗性に優れていることで知られています。4xxx系は主に鋳造材や溶接用途に使用されますが、押出材としては比較的あまり見られません。.

加工特性： シリコン粒子は極めて硬く、切削工具に著しい摩耗を引き起こす可能性があります。そのため、PCDダイヤモンド工具や、アルミニウム用に特別に設計された切削工具が必要となる場合が多くあります。.

4xxxシリーズの押出成形品は、CNC加工ではほとんど使用されません。ほとんどの場合、CNC加工は鋳造ブランクに対する二次仕上げ工程として行われます。.

代表的な用途： ピストン、耐摩耗性摺動部品、および溶接充填材。.

5xxxシリーズ：アルミニウム・マグネシウム合金／耐食性アルミニウム（5052／5083／5056／5754）

マグネシウムが主合金元素です。5xxx系はアルミニウム合金の中でも屈指の耐食性を備えており、熱処理による強化はできません。.

加工特性： これらの合金は比較的靭性と延性に優れていますが、切削工具に付着しやすいという顕著な傾向があります。また、仕上げ加工後も表面に工具痕が残ることがあります。.

しかし、5xxxシリーズは優れた溶接性を備え、陽極酸化処理の仕上がりも非常に良好です。5083は、他のほとんどの5xxxシリーズ合金よりも高い強度を有しており、厚板の構造部材に最適です。.

代表的な用途： 機器用筐体、電子機器用ハウジング、船舶用部品、太陽光発電用架台、装飾部品など。CNC加工されたアルミニウム製ハウジングの場合、5052は最も一般的に採用される材料の一つです。.

6xxx系：アルミニウム・マグネシウム・シリコン合金 — CNC加工の主力材

6xxx系は、CNCの機械加工において最も広く使用されているアルミニウム合金群です。主な合金元素はマグネシウムとシリコンです。これらの合金は、T6状態などへの熱処理が可能であり、強度、靭性、被削性、耐食性、およびコストのバランスに優れています。.

6061 — 最も一般的に使用されているアルミニウム合金

6061は、優れた加工性を備え、切削工具への付着傾向が比較的少なく、良好な寸法安定性を示し、厳しい公差の管理を容易にします。また、陽極酸化処理後も安定した仕上がりを実現します。.

ほぼすべての汎用的なCNC加工済みアルミニウム部品に使用できます。.

代表的な用途： 自動化用治具、モジュールブラケット、フランジ、および各種精密構造部品。特別な材質要件がない限り、通常は6061が安全かつコスト効率に優れた選択肢となります。.

6063 — 主に押出成形プロファイルに使用される

6063は主に押出成形されたアルミニウム形材に使用されます。6061よりも軟らかいため、機械加工時に多少くっつきやすい傾向がありますが、陽極酸化処理後は優れた表面仕上げが得られます。.

代表的な用途： 押出成形プロファイルから製造されたアルミニウムフレーム、装飾用トリム、および機械加工部品。.

6063は、大幅な材料除去を必要とする精密部品には、一般的に最適な選択肢とは言えません。.

6082 — 高強度6xxx系合金

6082は、マグネシウムとケイ素を比較的多く含んでおり、他の多くの6xxx系合金よりも高い強度を備えるほか、優れた耐摩耗性と耐振動性も兼ね備えています。.

代表的な用途： 重荷重用構造部品、建設機械および産業用機械の部品、ならびに金型用バッキングプレート。.

7xxx系：アルミニウム・亜鉛・マグネシウム・銅合金／超高強度アルミニウム（7075／7050／7068）

亜鉛が主合金元素です。T6やT73などの状態まで熱処理を行うと、これらの合金は極めて高い強度を発揮します。.

加工特性： 7xxx系アルミニウムは硬く、切削がスムーズで、きれいでよく砕けた切りくずが生成されます。ただし、加工中に発生する熱が多いため、十分な冷却液の供給が不可欠です。.

また、これらの合金には、かなりの内部残留応力が残っている場合があります。荒加工の後、部品の歪みのリスクを低減するため、仕上げ加工の前に応力除去または安定化処理を行うことが推奨されることがよくあります。.

耐食性は、5xxx系や6xxx系のアルミニウムほど高くありません。また、陽極酸化処理を施した表面は色が暗くなりがちであるため、機能性を重視する用途では、ハード陽極酸化処理が一般的に用いられます。.

代表的な用途： 航空宇宙用部品、ドローンの構造部品、金型ブロック、ハイエンド治具、およびレース用部品。.

制限事項： 材料費が高く、耐食性が比較的低い。.

アルミ合金ダイカスト — CNC 鋳造部品の二次加工

一般的なグレード：A380（ADC10にほぼ相当）／A383（ADC12にほぼ相当）

これらの合金は、比較的高いシリコン含有量を有しています。部品はまずダイカスト成形され、その後、主にCNC加工を用いて、精密フライス加工、穴あけ、タップ加工などの二次加工が行われます。.

加工上の課題： 硬質のシリコン粒子は、切削工具の摩耗を早めます。また、ダイカストブランクには、気孔、空隙、その他の鋳造欠陥が含まれている場合があります。.

天然色アルマイト処理は、シリコン含有量が高く、鋳造組織の影響により表面が不均一になったり見栄えが悪くなったりする可能性があるため、一般的に適していません。そのため、塗装、粉体塗装、またはその他のコーティング処理がより一般的に用いられています。.

代表的な製品： 小型家電向けのモーターハウジング、バルブボディ、およびダイカスト部品。.

特殊用途向けアルミニウムのグレード

一般的なアルミニウム合金シリーズの簡易比較

材料選定に関する推奨事項

• 汎用精密治具および自動化コンポーネント → 6061-T6 — コストパフォーマンスに優れ、幅広い用途に適しています。.
• 機器筐体および外装部品 → 5052
• 高強度の荷重支持部品または航空宇宙用部品 → 7075-T6
• ヒートシンクと電子部品 → 1060 / 1070
• 屋外または海洋環境 → 5083
• 押出成形アルミニウムフレームおよび装飾用プロファイル → 6063
• ダイカスト製ハウジングのセカンダリーCNC加工 → A383