切削加工に用いられる代表的な材料の種類と特徴を解説!

切削加工に用いられる代表的な材料の種類と特徴を解説!

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※本シリーズは設計者の皆さまの学習にお役立ていただくために、一般的な製造手法のノウハウについてご紹介します。記事内でご紹介する内容はプロトラブズにて未展開のものも含まれます。

 


≪目次≫

1. 切削加工で用いられる代表的な材料とその特徴

(1)アルミ

(2)銅合金

(3)チタン

(4)ABS

(5)ポリカーボネート

2. 切削加工で用いられる材料の選び方

3. 切削加工が向かない難削材とは


切削加工は、材料を加工する際の代表的な手法の一つで、加工可能な材料の種類は様々です。しかし、どの材料も同じように加工できるわけではなく、材料の特徴に応じて切削加工に向いているものと向いていないものがあります。

この記事では、切削加工で加工できる代表的な材料と、切削加工に向いている材料の選び方について解説します。

 

1.切削加工で用いられる代表的な材料とその特徴

切削加工では、さまざまな材料を加工することができます。金属を加工する際に切削加工を行うイメージがありますが、切削加工で加工できるのは、金属だけではありません。切削加工の対象となる代表的な材料とそれぞれの材料が持つ特徴についてご紹介します。

 

 

(1)アルミ

アルミは軽量である程度の強度があるため、さまざまな分野で用いられています。切削加工の材料として考えると、金属の中でも削りやすい材料です。工具に対する負担が少なく、他の金属材料に比べて比較的短時間で加工できるでしょう。

一方で、アルミ材は融点が低く、延びやすい材料です。高温になると、切削工具にアルミがくっついてしまい、バリが発生しやすいという欠点があります。そこで、加工時の発熱を最小限に抑えるために短時間で加工したり、冷却をしながら加工したりすることもあります。

 

 

(2)銅合金

銅合金は耐熱性、熱伝導性などが優れており、アルミニウムほどではありませんが切削加工がしやすい材料です。銅合金には黄銅、アルミニウム青銅、クロム銅などさまざまな種類があり、精密機器やバルブなど幅広い製品に使用されています。

アルミニウムと同様に延びやすい材料のため、できるだけ切削速度を高め、切れ味のいい工具を利用して、短時間で加工する必要があります。もし切れ味の悪い工具で切削してしまうと、面粗度の低下や加工時の変形などが生じる可能性があるため、注意が必要です。

 

(3)チタン

チタンは、工業製品に用いられる金属の中でも優れた性能を持つ材料です。スポーツ用品やハンコ、医療機器に加え、ロケットや潜水艦などさまざまな用途に用いられています。

チタンは切削加工が比較的難しい材料として知られています。その理由の一つとして、可燃性が高く切削中に発生した切りくずが発火し、燃焼してしまう点が挙げられます。また、強度が高く熱伝導性が低いため、工具が摩耗しやすかったり、切削時に加わる力により変形してしまったりする点が難しいポイントです。

近年は、チタン自体の性質が把握され、工夫された加工工具を開発したことで、以前に比べれば切削加工しやすくなってきました。

 

(4)ABS樹脂

ABS樹脂はアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンを共重合させた熱可塑性樹脂で、それぞれをアルファベットで表現した際の頭文字を取って、ABS樹脂と名づけられました。アルカリ性や酸性に強く、表面硬度が高いため、おもちゃや医療機器、食品機器の部品に用いられます。

樹脂材料は金属に比べると熱伝導性が低いため、切削時に抵抗が大きくなると急激な温度上昇が発生します。ABS樹脂はそれほど耐熱性が高くないので、切削抵抗により温度が上がりすぎないように注意が必要です。

 

(5)ポリカーボネート

ポリカーボネートもABS樹脂と同様で、熱可塑性樹脂に分類されます。ポリカーボネートはABS樹脂よりも耐熱性や耐衝撃性に優れており、透明である点が大きな特徴の一つです。

金属部品の内部を観察するために、同形状のポリカーボネートを用いた試作品を切削加工で作る場合があり、工業分野では広く活用されています。

 

 

2.切削加工で用いられる材料の選び方

 

切削加工で製品を作る場合には、さまざまな観点を考慮して使用する材料を決める必要があります。ここでは、材料を選ぶ際に考慮すべきポイントを解説します。

 

材料選びをする場合には、機能とコストのバランスを取る必要があります。切削加工の場合には、特にコストに影響する削りやすさと工具への影響、耐熱性などが重要なポイントです。

材料が削りにくい場合は、加工に時間がかかったり工具の摩耗が早く進んだりするため、結果的にコストが増加してしまいます。また、耐熱性が低いと切削時に発生する熱によって、材料が変形してしまう場合があります。

製品となった場合の機能だけでなく、切削加工時にどのような状態になるかを考慮することで、機能とコストのバランスが取れた材料選びが可能です。

 

 

3.切削加工が向かない難削材とは

 

最後に、切削加工が向かない難削材について簡単にご紹介します。

 

難削材とは、材料自体がとても硬く切削加工ができなかったり、切削時に発火してしまったり、割れてしまったりなど、加工しにくい特徴がある材料です。代表的な材料としては、ステンレス鋼や超耐熱合金、セラミックスなどがあります。

これらの材料はとても加工が難しいですが、それぞれが高機能だったり高品質だったりするため、製造業では求められる機会が多いです。そこで、それぞれの材料が持つ特徴を調べ、新たな工具の開発や切削条件の工夫を通して、難削材でも切削加工ができるようになってきています。今後も、これら難削材の活用は広がっていくでしょう。

 

 

 

まとめ

この記事では、切削加工でよく用いられる材料の特徴をご紹介するとともに、材料の選び方や難削材について解説しました。

切削加工は製造業においてよく用いられる加工方法であり、金属だけでなく樹脂などさまざまな材料に対応しています。しかし、すべての材料を同一の条件で加工できるわけではありませんので、材料や完成品の特徴に合わせた条件設定が重要です。