「フォルタル」または「航空機用アルミニウム」とも呼ばれるA7075は、多くの鋼に匹敵する卓越した強度対重量比で知られる高性能合金です。7000シリーズの主要メンバーであるA7075は、主合金元素である亜鉛が優れた機械的特性を付与します。このガイドでは、A7075の加工を成功させるための詳細な専門的概要を提供し、その特性、課題、そして高精度な結果を得るためのベストプラクティスを網羅しています。
複雑な部品を扱う際に効果的な結果を達成するための戦略を詳細に検討します。
7075アルミニウムについて
7075アルミニウム合金は、高強度、軽量、耐腐食性を備えているため、現代産業に欠かせない中核材料となっています。
材料と工程：
7075アルミニウム合金はAl Zn Mg Cuシリーズの超硬質アルミニウムに属し、そのコアコンポーネントは次のとおりです。
亜鉛（Zn）：含有量5.1％-6.1％、マグネシウムと強化相MgZn₂を形成し、熱処理効果を大幅に向上させます。
マグネシウム (Mg): 含有量 2.1% -2.9%、合金の強度と硬度を高めます。
銅（Cu）：含有量1.2％〜2.0％、耐熱性と耐疲労性を向上させます。
クロム (Cr): 含有量 0.18% -0.28%、再結晶を抑制し、応力腐食耐性を向上させます。
パフォーマンス上の利点
高強度と軽量
7075アルミニウム合金は、高品質の鋼鉄に匹敵する強度を誇りながら、密度は鋼鉄のわずか3分の1です。この特性により、航空宇宙産業では、航空機の胴体、翼、着陸装置などの重要部品に好んで使用されています。極度の応力にも耐えながら、大幅な軽量化と燃費向上を実現します。
耐腐食性と耐酸化性
7075アルミニウム合金は、陽極酸化処理によって表面に緻密な酸化膜が形成され、耐食性が大幅に向上します。海洋環境や化学用途においては、一般的なアルミニウム合金を上回る耐食性を発揮し、船舶構造物や配管システムなどの高腐食環境に適しています。
切削性と耐摩耗性
7075アルミニウム合金は微細な結晶構造を有し、優れた切削性を有し、CNC精密加工に適しています。耐摩耗性は一般的なアルミニウム合金をはるかに上回り、金型（ブロー成形金型や超音波溶接金型など）や治具などの高荷重部品の製造に広く使用されています。低温強度と熱安定性にも優れています。
7075アルミニウム合金は、-150℃～150℃の温度範囲内で高い強度と安定性を維持するため、極地機器や極低温容器などの過酷な環境に適しています。
6061と7075アルミニウム材料の違い
7075アルミニウムと6061アルミニウムのどちらを選ぶかは、用途によって大きく異なります。データの傾向や最近の調査によると、7075アルミニウムの主な利点の一つは、軽量素材の中で比類のない強度対重量比の優位性です。7075アルミニウムの引張強度は約83,000psiで、比較的低い6061アルミニウムの45,000psiよりも優れています。この差により、7075アルミニウムは高い耐ひずみ性を必要とする産業において好まれる合金となっており、高応力の航空宇宙部品やアクセサリー、さらには高級スポーツ用品にも使用できます。
しかし、6061アルミニウムは優れた耐食性と溶接性を備えているため、セメント業界や海洋建築の骨組みにこの材料が採用される可能性があります。6061アルミニウムは、機械的な要件が低く、予算が少なく、費用対効果が高い状況で非常に有益であることが証明されています。そのため、製造の容易さは優先事項というよりも、むしろ利点となります。
7075 アルミニウム合金の主な処理パラメータは何ですか?
最適な切断パラメータの選択
7075 アルミニウム合金の場合、使用する工具の種類と加工方法に応じて、切削速度は通常 300 ～ 500 SFM になります。
最適な表面仕上げには、0.004 ～ 0.012 IPT の材料除去率が必要です。
工具寿命を延ばすには、切削深さが 0.05 ～ 0.15 インチのバランスの取れた切削パラメータを使用することをお勧めします。
材料の滑りを防ぐために、水溶性冷却スプレーを使用する必要があります。これにより、熱の発生も抑えられます。
アルミニウム合金加工における切削液の役割
工具材質や加工方法に応じてSFMを調整します。
効果的な表面仕上げを実現するために IPT を維持します。
材料除去率と工具の摩耗のバランスを維持するために適切な切削深さを設定します。
ワーク材料の過熱や固着を防ぐために、水溶性クーラントまたは冷却ミストを使用してください。
工具の摩耗と表面粗さの問題を解決
長年にわたり、アルミニウムベースの切削工具の使用は、継続的な改善のための重要な加工プロセスの一つとなっています。その効率性と使いやすさは、工場にとって重要な補助手段となっています。これらの工具は効率的に動作し、時間を節約しますが、その精度は工具表面のメンテナンスと工具摩耗に左右されます。最新の市場動向では、硬質合金製のコーティング工具を使用することで、工具摩耗を最大限に抑えられることが示されています。
精密制御は、温度、潤滑、熱など、所望の表面粗さを達成するために必要な要因を監視するために使用できます。インターネット上の情報によると、CNC工作機械の利用がますます増えており、リアルタイムの工具状態監視システムの導入が進んでいます。メリーランド大学の研究によると、リアルタイムのセンサーデータによって加工プロセスの効率が30%も大幅に向上し、加工部品の表面粗さも向上することがわかりました。
A7075の機械加工における課題
A7075 は、普通から平均的な機械加工性を持つと分類されていますが、6061 などのより一般的な合金と比較すると、さまざまな障害があります。
高い強度と耐摩耗性：A7075の硬度は、より軟らかいアルミニウム合金に比べて切削抵抗と工具摩耗を増加させます。生成される小さく硬い切削片は、切削工具の刃先を摩耗させる可能性があります。
内部応力と反り：溶体化処理と時効処理によって得られるT6およびT651焼戻し材は、材料内に大きな内部応力を閉じ込めます。機械加工中に材料が削り取られると、これらの応力が不均一に解放され、ワークピースに反り、たわみ、ねじれが生じる可能性があります。これは、厳しい公差を求める際に最も大きな課題の一つです。
切りくず処理：A7075は、一部の合金ほど「粘り気」はありませんが、切削パラメータが最適化されていない場合、長く糸を引く切りくずが発生する可能性があります。刃先内での切りくずの詰まりを防ぐには、効果的な切りくず排出が不可欠です。刃先内での切りくずの詰まりは、工具の破損や表面仕上げの劣化につながる可能性があります。
構成刃先（BUE）：切削部の熱と圧力により、アルミニウム粒子が工具の刃先に溶着することがあります。この現象は構成刃先と呼ばれ、表面仕上げを劣化させ、切削抵抗を増加させ、工具の摩耗を加速させます。
冷却剤と潤滑剤の戦略
A7075の加工においては、効果的なクーラントの適用が不可欠です。その主な機能は以下のとおりです。
熱除去: ツールとワークピースの過熱を防ぎ、材料の焼き入れとツールの寿命を維持します。
潤滑: 摩擦を減らし、構成刃の形成を防ぎます。
チップ排出: 切削領域からチップを排出します。
高品質で水溶性の油を7～10%の濃度で使用したフラッドクーラントは、最も一般的かつ効果的な方法です。ドリル加工や深穴フライス加工では、スピンドル貫通型クーラントが切削片を内側から外側へ除去するため、非常に効果的です。高速仕上げ加工では、強力な圧縮空気噴射で切削片を除去でき、クーラントが原因となる熱衝撃を回避できる場合もあります。
材料特性への理解と、工具、パラメータ、そして工程フローへの厳格なアプローチを組み合わせることで、機械工はA7075アルミニウムから高品質部品を効果的かつ効率的に製造することができます。成功の鍵は、熱管理、切削片の制御、そして材料固有の内部応力の尊重です。