アルミニウムは、軽量で加工性に優れた金属として様々な産業で利用されています。純アルミニウムは柔らかく加工しやすい特徴がありますが、マグネシウムや銅などを添加したアルミ合金にすることで、強度を高めることができます。しかし、アルミの加工には独特の難しさがあり、特性を理解して適切な方法で加工する必要があります。

この記事では、アルミの特徴から加工方法、注意点まで詳しく解説していきます。

 

アルミの特徴とは

アルミニウムは私たちの身近で活躍する金属材料です。アルミ缶や建材、自動車部品など、様々な製品に使用されています。アルミには熱伝導性や強度、軽量性など、多くのがあり、これらの特性を活かした加工方法を選択することが重要です。

• 熱伝導率が高い
• 強度が高い
• 軽い
• 表面処理がしやすい
• 加工性が高い

ここでは、アルミの主な特徴について解説します。

 

熱伝導率が高い

アルミニウムは、鉄の約3倍の熱伝導率を持っています。

熱をよく伝える性質は、冷暖房装置やエンジン部品、各種熱交換器などに活用されています。また、急速に冷却できる特徴から、飲料缶や放熱フィン、ヒートシンクとしても使用されています。高密度化した機器やシステムの過熱防止にも重要な役割を果たしています。

 

強度が高い

アルミニウムは比強度（単位重量あたりの強度）が大きい特徴があります。

純アルミニウムの引張強さは高くありませんが、マグネシウムやマンガン、銅などを添加して合金化することで、強度を大幅に向上させることが可能です。この特性により、輸送機器や建築物の構造材料として広く使用されています。

 

軽い

アルミニウムの比重は2.7で、鉄（7.8）や銅（8.9）と比べて約3分の1と非常に軽量です。

この軽さを活かして、自動車や鉄道車両、航空機などの輸送分野で多く使用されています。また、機械の高速回転部品や摺動部品の作業効率を高めたり、装置の大型化による重量増加を抑制したりする効果もあります。

 

表面処理がしやすい

アルミニウムは、表面に意図的な処理を施しやすい金属です。

代表的なものに「アルマイト処理」があり、これにより表面に硬い酸化皮膜を形成できます。この皮膜は耐食性や耐摩耗性を向上させるだけでなく、染料を使ってさまざまな色に着色することも可能です。そのため、建材や家電製品など、機能性と共にデザイン性が求められる分野でも広く採用されています。

 

加工性が高い

アルミニウムは柔らかく伸びやすいため、多様な加工方法に適しています。

切削加工では、工具の抵抗が少なく高速で削ることができ、精密な部品製造に向いています。また、プレス加工や曲げ加工といった塑性加工（力を加えて変形させる加工）もしやすく、複雑な形状や薄い板材など、さまざまな形に成形することが容易です。この特性が、アルミ缶から自動車部品まで幅広く使われる理由の一つです。

 

加工に使われるアルミの種類とは

アルミニウム合金は、添加する元素によってさまざまな特性を持つように調整できます。純アルミニウムは柔らかく強度が低いため、実際の加工ではマグネシウムや銅、マンガンなどを添加して強度や耐食性を高めた合金が使用されます。

アルミ合金は4桁の「アルミ合金番号」で分類され、1000番台から7000番台まで存在します。番号の最初の数字で添加元素の種類がわかり、それぞれ異なる特性を持っています。用途に応じて適した合金を選択することが重要です。

 

以下、各系統の主な特徴を表にまとめました。

系統	主な添加元素	主な特徴	代表的な用途
1000系	なし（純アルミ）	導電性・熱伝導性が高い、加工性に優れる	送配電材、放熱材、家庭用品
2000系	銅（Cu）	強度が高い、切削性に優れる	航空機部品、構造材
3000系	マンガン（Mn）	耐食性を維持したまま強度向上	アルミ缶、建材
4000系	シリコン（Si）	耐熱性・耐摩耗性に優れる	鍛造ピストン、溶接材料
5000系	マグネシウム（Mg）	バランスが良い、切削性に優れる	構造材、機械部品
6000系	マグネシウム+シリコン	強度・耐食性が高い	建築材、構造材
7000系	亜鉛（Zn）+マグネシウム	アルミ合金で最高の強度	航空機、自動車部品、スポーツ用品

 

1000系(純アルミニウム)

1000系は純度99%以上のアルミニウムで、純アルミニウムと呼ばれています。アルミ合金番号の下2桁はアルミニウムの純度を表しており、A1100なら99.0%以上、A1070は99.7%以上、A1050は99.5%以上の純度を持ちます。

純度が高いため導電性や熱伝導性に優れ、加工性や溶接性も良好です。一方で強度が低いため、構造材には適していません。主に送配電材や放熱材、家庭用品、電気器具などに使用されています。切削加工では粘り気が強く、工具への溶着が起こりやすいため注意が必要です。

 

2000系合金

2000系は銅（Cu）を主な添加元素とするアルミ合金です。全般的に強度が高く切削性にも優れていますが、酸化しやすい銅を含むため耐食性は高くありません。そのため、通常はアルマイト処理を施して耐食性を向上させて使用します。

代表的なものとして、A2017（ジュラルミン）やA2024（超ジュラルミン）があります。熱処理により鋼材に匹敵する高い強度を得られるため、航空機の機体や自動車の高強度部品など、強度が求められる構造材として多く使用されています。

 

3000系合金

3000系はマンガン（Mn）を添加したアルミ合金で、純アルミニウムの持つ優れた耐食性を維持したまま、強度を向上させているのが特徴です。A3003やA3004などが代表的な材料として挙げられます。

成形性が良く、アルミ缶や建材、屋根材などに幅広く使用されています。ただし、切削加工材料として使われることは比較的少なく、主にプレス加工や曲げ加工など塑性加工に適した材料として扱われます。

 

4000系合金

4000系は熱に強いシリコン（Si）を添加することで、耐熱性や耐摩耗性を向上させたアルミ合金です。A4032やA4043などが代表的な材料です。熱膨張率も低いため、高温環境下での寸法安定性に優れています。

主に鍛造ピストンやエンジン部品など、高温環境で使用される部品に採用されています。また、溶接材料としても使用されます。3000系と同様、切削加工の材料として使われることは多くありません。

 

5000系合金

5000系はマグネシウム（Mg）を添加したアルミ合金です。耐食性と強度が向上し、被削性も良好なため、切削加工材料として広く使用されています。A5052やA5056、A5083などが代表的な材料です。

全体のバランスが非常に優れているため、アルミ合金の中で最も市場に流通しており、種類も豊富です。機械部品から建築材、船舶材まで幅広い用途に対応できます。切削加工では比較的扱いやすい材料として知られています。

 

6000系合金

6000系はマグネシウムとシリコンの両方を添加したアルミ合金で、5000系よりもさらに強度と耐食性が高いのが特徴です。A6061やA6022などが代表的な材料として挙げられます。

熱処理により強度を高めることができ、銅を添加したものは鉄鋼のSS材に近い強度まで向上させることも可能です。建築材や構造材として多く使用されており、強度と耐食性の両方が求められる用途に適しています。

 

7000系合金

7000系は亜鉛（Zn）とマグネシウムを添加したアルミ合金で、アルミ合金の中で最も高い強度を持ちます。特にA7075は超々ジュラルミンと呼ばれ、航空機の構造材として広く使用されています。

熱処理により非常に高い強度を得られるため、自動車の高性能部品やスポーツ用品、航空機部品など、軽量性と高強度の両方が求められる分野で活躍しています。ただし、耐食性は他の系統と比べてやや劣るため、用途に応じた表面処理が必要です。

 

アルミ加工が難しい理由とは

アルミの加工は一見簡単そうに見えますが、実際には様々な課題があります。アルミの特有の性質が加工を難しくしている要因となっており、これらを理解して適切に対処する必要があります。

• アルミが伸びやすく精度を高めにくい
• 熱で溶けやすい

ここでは、主な理由について解説します。

 

アルミが伸びやすく精度を高めにくい

アルミは他の金属と比べて柔らかく伸びやすい性質があります。切削加工時には切りくずが長く繋がり、工具に巻き付きやすいという問題が起こります。

また、切断面にバリ（余分な出っ張り）が発生しやすく、高い精度が求められる加工では特に注意が必要です。表面も傷つきやすいため、取り扱いには細心の注意が必要です。

 

熱で溶けやすい

アルミは約600℃という比較的低い温度で溶ける特徴があります。加工時の摩擦熱で溶けた部分が工具に付着し、構成刃先と呼ばれる状態になることがあります。加工精度が低下したり、工具が損傷したりする可能性があります。

また、溶接時にはアルミ表面の酸化膜が約2,000℃でないと溶けないため、高度な技術が必要です。

 

アルミ加工をするメリットとは

アルミ加工には多くのメリットがあり、様々な産業で活用されています。特に製品の軽量化や複雑形状への対応、優れた耐食性など、多くの利点があります。これらのメリットを活かすことで、高品質で付加価値の高い製品を作ることが可能です。

• 加工がしやすい
• 腐食しにくい
• 見た目がきれいになりやすい
• 再生しやすい

ここでは、具体的なメリットについて解説します。

 

加工がしやすい

アルミは塑性加工がしやすく、様々な形状に成形できます。切削加工性も良好で、複雑な形状の部品も製作可能です。プレス加工や曲げ加工など、多様な加工方法に対応できるため、設計の自由度が高くなります。また、工具の消耗も比較的少なく、効率的な加工が可能です。

 

腐食しにくい

アルミは空気に触れると表面に薄い酸化膜ができ、防食効果を発揮します。そのため、表面処理をしなくても一定の耐食性を持ちます。さらにアルマイト処理を施すことで、より高い耐食性を得られます。海岸地域や化学薬品を扱う環境でも使用できる点が大きな利点です。

 

見た目がきれいになりやすい

アルミは素地の状態でも美しい金属光沢を持ち、様々な表面処理による意匠性の向上が可能です。アルマイト処理では多彩な色調を付与でき、建築材料や家電製品など、デザイン性が求められる製品に適しています。また研磨加工により鏡面仕上げも可能で、高級感のある外観を実現できます。表面処理後も耐候性に優れ、美しい外観を長期間保持することができます。

 

再生しやすい

アルミは再溶解して何度でも再利用が可能で、リサイクル性に優れています。再生時のエネルギー消費量は新地金製造時の約3%で済み、環境負荷の低減に貢献できます。また再生による品質の劣化も少なく、高品質な再生材料として利用可能です。さらに分別や回収のシステムも確立されており、資源の有効活用と環境保護の両面で大きなメリットがあります。

 

アルミの加工方法とは

アルミの加工方法には切削、曲げ、プレス、溶接など様々な種類があります。それぞれの加工方法には特徴があり、目的や用途に応じて適切な方法を選択することが重要です。アルミの特性を活かしながら、最適な加工方法を選ぶことで、高品質な製品を作れます。

• 切削加工
• 曲げ加工
• プレス加工
• 溶接加工
• 切断加工
• 研磨加工
• アルマイト加工
• 穴あけ加工

以下で各加工方法について解説します。

 

切削加工

旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの工作機械を使用してアルミを削り出す加工方法です。アルミは切削性が良好で複雑な形状の部品を高精度に加工できますが、切削時の熱による工具への付着（構成刃先）に注意が必要です。切削油を使用し適切な切削条件を設定することで美しい仕上がりを実現できます。

また、アルミは軟らかいため、切り屑が長くなりやすく、これが工具に絡まって加工精度を低下させる原因となることがあります。切削速度や送り速度の調整が重要です。

 

曲げ加工

プレスブレーキやベンダーなどの機械を使用してアルミを曲げる加工方法です。アルミは展性に優れているため様々な角度や形状に曲げることができます。ただし圧力をかけすぎるとひび割れが発生しやすく、スプリングバック（曲げ戻り）も大きいため、適切な曲げ半径（R）の設定が重要です。

建材や筐体、機械部品など、幅広い製品の製作に活用されています。また、アルミ合金の種類によって曲げやすさが異なるため、材料選定も慎重に行う必要があります。

 

プレス加工

金型を使用してアルミを成形する加工方法で、打ち抜き、曲げ、絞りなど様々な加工が可能です。アルミは展性が良く複雑な形状にも対応できるため、自動車部品や電機製品の筐体など、大量生産が必要な製品の製造に適しています。

ただし金型の設計や加工条件の設定には経験が必要で、材料の流れや潤滑条件、プレス速度など、様々な要因が製品品質に影響を与えます。特に深絞り加工では、しわや割れの防止が重要です。

 

溶接加工

アルミの溶接は主にTIG溶接（アルゴン溶接）が使用されます。アルミは熱伝導率が高く表面に強固な酸化膜があるため、溶接には高度な技術が必要です。溶接部の強度確保や熱による変形防止のため、適切な溶接条件の設定が重要です。

母材の厚さや合金の種類によって溶接条件を変更する必要があり、予熱や後熱処理も考慮しなければなりません。最近では精密な接合が可能なレーザー溶接も活用されています。

 

切断加工

アルミの切断加工にはレーザー、プラズマ、機械式カッターなど様々な方法があります。アルミは比較的軟らかい金属のため切断自体は容易ですが、熱による変形や切断面のバリ発生に注意が必要です。特にレーザー切断では、アルミの高い熱伝導率と反射率が影響するため、適切な出力と速度の設定が重要になります。

また切断時の熱影響を最小限に抑えるため、クーラントの使用や切断順序の工夫なども必要です。

 

研磨加工

アルミの表面を磨いて仕上げる加工方法です。バフ研磨やサンドブラスト、化学研磨など、目的に応じた方法を選択します。アルミは柔らかいため傷つきやすく、研磨時の圧力管理が重要です。特に鏡面仕上げでは、研磨材の粒度を段階的に細かくしていく必要があります。

また研磨後の表面保護も重要で、酸化防止のための表面処理やコーティングを施すことで、美しい外観を長期間保持することができます。

 

アルマイト加工

電気化学的な表面処理により、アルミの表面に人工的な酸化皮膜を形成する加工方法です。耐食性、耐摩耗性の向上や、装飾的な効果を得ることができます。処理条件により硬度や膜厚を調整でき、染色による着色も可能です。

ただしアルミ合金の種類によって処理のしやすさが異なり、特にケイ素やマグネシウムを多く含む合金では均一な皮膜形成が難しくなります。皮膜の性質は電解液の種類や温度、電流密度などの条件に左右されます。

 

穴あけ加工

ドリルやパンチングマシンを使用してアルミに穴をあける加工方法です。アルミは切削性が良好なため比較的容易に穴あけができますが、バリの発生や切り粉の排出に注意が必要です。特にドリル加工では、切削油の使用と適切な回転速度の設定が重要です。深い穴を加工する場合は、ステップ送りや周期的な切り粉の排出が必要になります。

また薄板の場合は、下穴やセンターポンチによる位置決めが重要です。

 

アルミ加工をする際の注意点とは

アルミ加工の成否を決める重要な要素として、適切な工具の選択や加工条件の設定があります。アルミの特性を理解し、それに応じた加工方法を選択することで、高品質な製品を効率的に製作することが可能です。

• 加工工具を選定する
• 熱の伝導を考慮し素早く加工する
• 切削条件を設定する

ここでは、具体的な注意点について解説します。

 

加工工具を選定する

アルミの切削加工では、切れ刃のすくい角が大きく、切り屑の排出性に優れた工具を選択することが重要です。一般的な鉄用の工具ではアルミが付着しやすく、加工精度が低下する原因となります。

また工具の表面処理も重要で、DLCコーティングやダイヤモンドコーティングなどが効果的です。切削油の選定も重要で、アルミニウム専用の切削油を使用することで、工具寿命の延長と加工精度の向上が期待できます。

 

熱の伝導を考慮し素早く加工する

アルミは熱伝導率が高いため、加工時の熱が部品全体に伝わりやすく、熱膨張による寸法変化や変形が起こりやすい特徴があります。そのため、加工は可能な限り素早く行い、必要に応じてクーラントを使用して冷却を行います。特に溶接加工では、入熱量を必要最小限に抑え、適切な冷却時間を設けることが重要です。

また加工順序を工夫し、熱による歪みを最小限に抑える工夫も必要となります。

 

切削条件を設定する

アルミ合金の種類によって適切な切削条件は異なります。一般的に、高速切削と適度な送り速度を組み合わせることで、良好な加工面が得られます。ただし純アルミや軟らかい合金では、切削速度を下げて切り屑の排出性を重視する必要があります。

また深い穴あけや複雑な形状の加工では、切り込み量や送り速度を細かく調整し、切り屑の排出と工具の冷却に配慮する必要があります。

 

アルミ加工に関するよくある質問（FAQ）

ここではアルミの加工に関する質問についてお答えしていきます。

 

アルミ加工にはどのような種類の加工方法がありますか？

アルミ加工には切削加工、曲げ加工、プレス加工、溶接加工、切断加工、研磨加工、アルマイト加工、穴あけ加工など多様な方法があります。製品の用途や求められる精度、生産数量などに応じて、適した加工方法を選択することが大切です。複雑な形状には切削加工やプレス加工が向いており、表面の美観を重視する場合は研磨加工やアルマイト加工が効果的です。

 

アルミ加工で失敗しやすいポイントは何ですか？

アルミ加工で失敗しやすいポイントは、熱による変形と工具への付着です。アルミは熱伝導率が高く、加工時の熱が部品全体に伝わりやすいため、寸法変化や歪みが発生しやすくなります。また、切削加工では摩擦熱でアルミが工具に付着し、構成刃先を形成することがあります。適切な切削油の使用や加工速度の調整、冷却方法の工夫が重要です。

 

アルミ加工を依頼する際の注意点を教えてください

アルミ加工を依頼する際は、使用するアルミ合金の種類、求める精度、数量、納期を明確に伝えることが重要です。また、製品の用途や使用環境も共有すると、加工業者から適した加工方法や表面処理の提案を受けられます。図面がある場合は詳細な寸法公差や表面粗さの指定があると、より正確な見積もりと高品質な製品を得られます。試作から量産まで一貫して対応できる業者を選ぶとスムーズです。

 

まとめ:アルミ加工のご依頼は「タキオンワタナベ」まで！

アルミ加工は、その特性を理解し適切な方法で行うことで、高品質な製品を製作することができます。軽量で加工性に優れた特徴を活かしつつ、熱による変形や工具への付着といった課題に適切に対処することが重要です。

加工方法の選択や条件設定を慎重に行い、必要に応じて専門家に相談することで、目的に応じた最適な加工が可能となります。今後も新しい加工技術の開発により、さらに効率的で高精度なアルミ加工が実現されていくことでしょう。

株式会社タキオンワタナベでは、試作サービスから小ロット・中ロット量産サービスまで幅広く対応しています。一個からの試作品製作にも対応し、お客様のモノづくりを総合的に支援いたします。さまざまな加工方法を用いた高品質なアルミ加工をご提供できますので、アルミ加工についてお困りのことがございましたら、お気軽にお問い合わせください。

コラム監修者

渡邊　央剛代表取締役社長

高等学校卒業程度認定試験合格後、関西外国語大学で英米語を専攻し、ニューヨーク州立大学経済学部にも在籍。
その後、同志社大学大学院ビジネス研究科で経営学を深め、現在は京都大学大学院法学研究科で法学を学ぶ。
プライム上場企業で培ったマネジメント力を活かし、経営難だった家業を再建。
一気通貫の機械サービス業の体制構築と品質・納期・コストを革新し、読者のものづくり課題に経営視点で応える。

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