ヤング率と引っ張り強さと鉄とアルミの関係性

以前のコラムで引っ張り強さが高強度のアルミと鉄で同じぐらいという話をしました。アルミ材料の中でA2017とA7075はSS400に匹敵する引っ張り強さです。
では、この引っ張り強さが同じということで、そのままA2017やA7075に変更しても問題ないでしょうか?

治具や部品の場合、引っ張り強さも考えるのですが、どちらかというとヤング率が重要になってきます。ではヤング率とは何でしょうか。ヤング率は別名縦弾性係数や弾性率とも呼ばれ、材料を引っ張った際にどれだけ変形しやすいかを示す値です。

金属の場合、同じ材料種であればヤング率はおおよそどれも同じという特性があります。鉄系材料の場合SS400でもSCM435でもあまり変わらず、アルミの場合はA5052でもA7075でもあまり変わりません。
では、同じ材料で引っ張り強さが異なるのに、ヤング率が同じという場合は材料はどうなってしまうのでしょうか。簡単に説明すると、引っ張り強さや耐力が大きい材料の方が、変形しても壊れない材料になります。
ばねで説明すると、ヤング率が同じということは、同じ力で引っ張ると同じだけ伸びるという状態のことを指します。
一方、引っ張り強さが異なる場合、同じ力で引っ張り続けて引っ張り強さの値が小さい方が先に壊れるということになります。これを専門用語を使うと弾性変形の範囲が広いのが引っ張り強さが大きい方ということになります。
引っ張り強さが大きい材料は、変形はするけれど元の形に戻れる範囲が広いということですね。
そして先ほどの話に戻るのですが、アルミはヤング率で言うと鉄の約1/3になります。これは大雑把に言うと鉄の約3倍変形しやすいということになります。引っ張り強さが大体同じぐらいのSS400とA2017で言えば、同じぐらいの強さで引っ張ったり曲げたりの力に耐えて元の形に戻ることはできるけれど、引っ張ったり曲げたりしている最中の変形は3倍ぐらい大きくなるということです。
そのため、変形を極端に嫌う治具や部品が必要な場合は、アルミより鉄の方が適しているという結論になります。

用途や力のかかり方、どの程度まで変形を許容できるかによって、引っ張り強さは同じぐらいでも、適していない使い方になってしまう場合があります。どのような材料を選ぶべきか迷った場合は、お気軽にご相談ください。

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鋳物材料ってどうやって入手するの?

以前のコラムで、FCやFCDの鋳物の材料の違いについてお伝えしました。一方でこのような材料をどのように手に入れればよいか、わかりづらいですよね。
今回は鋳物材料の入手の仕方についてお伝えします。

鉄鋳物の入手方法は2パターン

丸棒やブロックで仕入れる
FCやFCDに代表される鉄鋳物の材料は2種類の方法で入手することができます。一つはデンスバーやマイティバーと呼ばれるような、鋳物の成分を棒材料にしたものから切り出す方法です。こちらは丸棒やブロック形状で入手が可能なので、型を作る時間や費用を削減することができます。
一方で、一般的にイメージするような仕上がりに近い形状のものを型に流して仕上げるものではないので、複雑な形状だと仕上げ加工に時間がかかります。

型を作って流し込む方法
もう一つは型を作って溶けた金属をそれに流し込む方法です。一般的に多くの方がイメージする鋳物の作り方です。こちらはデンスバーやマイティバーと比べると型の製作費用と時間がかかります。
一方で仕上がりに近い形状にできるので、材料の使用量を抑え、切削加工の時間を減らすことができます。

どちらの方法で入手するのが良いのか
鉄鋳物の場合上記の2種類の方法で材料入手の仕方を選べるわけですが、ではどちらの方法で入手するのが良いのでしょうか。これは大まかに以下のような分類が考えられます。

1.最終的に使う量で判断する
まず、数量がかなり少ない場合はデンスバーやマイティバーなどの丸棒、ブロック形状の材料を使用するのが良いでしょう。明確な境目を設定するのは難しいですが、10個以下の場合はデンスバーやマイティバーの使用を先に検討した方が良いです。

2.形状や仕上げの加工量で判断する
丸棒やブロックから削り出すと加工に長い時間がかかってしまうような形状の場合は、型を作って流し込む方法で材料を入手するのが良いでしょう。

3.アルミ鋳物、ステンレス鋳物の入手は型から起こす
アルミとステンレスについては、鉄のデンスバーやマイティバーに相当するものがありません。鋳物材料を検討する場合は型を作って流し込む方法で検討してください。

いかがでしたでしょうか。鋳物材料の入手はコストもかかり難しそうに思えますが、やり方次第ではコストを抑えることが可能です。
金属加工のことはよくわからない、相談する先が思いつかないといった場合は、鋳物材料を入手するところから提案できますのでお気軽にご相談ください。

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今回は、SS400に焼き入れする場合の注意点について紹介します。

上記で紹介しているように、SS400で可能なのは浸炭焼き入れのみです。硬化するのは表面から1mm以下の範囲になります。表面を硬くして傷つかないようにしたい。摩耗に強くしたい。滑りを良くしたい。

棒全体を曲がりに強くしたいといった場合にはあまり使えない

あくまでも表面の薄い部分が硬くなるだけですので、全体を硬くすることはできません。
逆に、中まで硬くなりすぎるともろくなってしまう場合があるので、表面の硬さを実現しつつ内部は粘り強くしたいという場合には浸炭焼き入れは向いています。
焼き入れ自体は可能ですが、できるのは浸炭焼き入れのみです。
浸炭焼き入れについて簡単に説明すると、鉄の表面に炭素を浸透させて、その部分に焼きを入れる方法です。

浸炭焼き入れの費用感

材料の大きさにもよりますが、手で持てるサイズ、重量感のものであれば1000円以下から5000円程度の範囲で収まるでしょう。

他の材料との比較を考えてみる

同じような材料で他に焼き入れできる素材とはどのように変わるのか。SS400の最大の特徴は材料費が安いことです。焼き入れできる代表的な鉄鋼材料で言うとS50CでSS400の約1.5倍、SCM440で約2倍にもなります。
内部まで硬くする必要があるような用途の場合は上記の材料を選定する必要がありますが、あくまで表面のみ硬くなれば良いということであればSS400の焼き入れを検討してみても良いのではないでしょうか。

いかがでしたでしょうか。浸炭焼き入れという方法であれば、SS400にも焼き入れできるということがわかったかと思います。内部まで硬くならなくても良い、表面を傷つきにくくしたり摩耗に強くしたいという場合は、この方法を検討してみてください。

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図面がない場合の金属加工、治具製作の相談の仕方

弊社でも図面がないものの金属加工や治具製作のご相談を頂くことが良くあります。図面がなくても大丈夫と書いてあるけれど本当にこんなこと相談して大丈夫?門前払いされないかな?的外れな相談にならないかな、など心配な方に、押さえておくべきポイントを紹介いたします。これらの点を抑えておけば、門前払いや放置されることが減り、スムーズなやり取りが可能になります。

ぜひこの記事を参考にしてください。

 

作りたい実物があるかないか、貸出可能か

作りたい実物がある場合の相談の仕方はそれほど難しくありません。その実物と同じものが作れるかどうか聞けば、比較的早く回答が得られるでしょう。

その際、実物が貸出可能であればより確実に回答が得られるでしょう。

 

作りたいものと類似のものがある場合

新しい治具や、自動車・バイク等のパーツ製作のご相談で良く頂くのがこのタイプです。作りたいものと類似のものがある場合もそれほど難しくないでしょう。類似のものを見ながら、形状を変えたものを作れるかどうか確認することができます。

 

作りたい実物がない場合

これから作ろうとしているものが新しいもので実物や類似品もなく、図面もない場合はお客様が想定している作りたいものをイラストや打ち合わせを重ねていく中で確認していく必要があります。

その際に重要になるのが、どのような機能でどのような使用方法をするものなのか、治具であればそれを使ってどのような作業をするのか、相手の部品はどのようなものなのかが重要になります。

簡単な図やイラストがあるだけでも回答できる可能性が大きく上がります。また相手の部品がどのようなものかわかればこれから作ろうとしている治具や部品がどのようなものになれば良いかイメージすることができます。

これらのものがあるかないかで初見での回答のしやすさ、話を進めていくうえでのスムーズさが大きく異なりますので、お問い合わせの際に参考にしてもらえたらうれしいです。

 

実物がある場合とない場合の費用感の違い

では、実物がある場合とない場合で、費用感は変わるのでしょうか。これは以下のパターンの場合に変わる可能性があります。

 

実物がある場合は、3Dのモデルまたは図面を作る必要はありますが、1から設計する必要はないため、加工費を除くとモデル作成費もしくは図面作成費のみ必要になります。

 

作りたいものに近い実物がある場合

作りたいものに近い実物がある場合は、若干の設計費と3Dモデルまたは図面作成費用が必要になります。

 

作りたいものそのものや近い実物のどちらもない場合

作りたいものそのものや近い実物のどちらもない場合、最初から設計する必要があるため、設計費用がかかることになります。

 

いかがでしたでしょうか。まずは自分が作りたいものやそれに近いものがあるのかどうか、上記の例を参考に検討してみてください。

 

 

 

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無駄な加工を極力減らしコストダウンするための材料形状の基礎知識

金属材料はものによって材料として様々な形状のものがあり、うまく選択することで無駄な加工を減らすことができます。部品や治具、製品の設計段階からどのような形状の材料が使えるのか知っておくことで、コストを抑えることができます。

今回はそんな材料ごとの形状について紹介します。

 

どんな材料でもまずある丸棒、板材

どんな金属、どんな材料でも基本的にあるのは丸棒と板材です。ただし、一般的に流通している材料であるほど種類が豊富で、細い丸棒から太い丸棒、薄い板から厚い板まであります。

使いたい種類の材料に、ジャストサイズのものがあるかどうかチェックして、なるべく材料と仕上がりサイズのギャップが少なくなるように調整しましょう。

 

比較的流通しているパイプ材

次に、比較的流通している種類が多いのがパイプ材です。大きく丸パイプと角パイプに分類されます。パイプ材料は、比較的流通量が多いものの、どんな材料種でもあるというわけではありません。

ステンレス、アルミ、鉄のいずれの場合においても、代表的な材料種が流通しているというのが基本となります。ステンレスで言えばSUS304、アルミで言えばA5056やA6063、鉄ではSS400やそれに準じた材料となります。

高強度の材料や焼き入れできる材料は基本的に流通していないので注意が必要です。

 

意外と種類豊富、Lアングル、Cチャンネル

こちらも材料種はそれほど多くないものの比較的いろいろなサイズのものが流通しているのがLアングル、コの字型のCチャンネルです。適切なサイズを選ぶことができれば、材料費、加工費を大きく抑えることができるので、ぜひ使用をけんとうしてみてください。

 

種類は多くないがうまく取れれば加工の工程を減らせるフラットバー

こちらも代表的な材料種に限りますが、細長い長方形の棒状の材料としてフラットバーというものがあります。鉄ではSS400、アルミではA6063、ステンレスではSUS304で主に流通しています。

フラットバーは厚みと幅が決まっているので、適したサイズを選定することができれば、長さをそろえるだけで四角い材料として使うことができます。

 

材料の公差をチェックしておこう

今回説明したような材料を使う際に注意したいのが材料の公差、つまり公称の寸法に対してどれだけのプラスマイナスがあるかということです。プラスマイナスが大きい材料の場合、必然的に材料をそのまま使って高い精度を出すことはできません。精度がそれほど必要ないものであれば、そのまま使用しても問題ないですが、高精度にするためには材料面を削る必要が出てきます。

せっかく削る工程を減らすためにちょうど良いサイズの材料を選んだのに工程が増えてしまっては意味がありません。

材料を選定する前に、部品や治具に必要な精度と材料の公差を確認するのが良いでしょう。

 

いかがでしょうか。適切な材料形状を選ぶことで、加工工程を減らし、コスト削減につなげられることが理解できたかと思います。今回紹介した材料の中には、ネット上に該当するサイズのものがあるように記載されていても、実際にはほとんど流通していない場合もあります。どのような材料が入手可能でどのように選定すれば良いか迷ったらお気軽にご相談ください。

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SS400(鉄)の軽量化、コストダウンを図るにはA2017が良い理由

代表的な鉄鋼材料であるSS400ですが、治具や部品で使うには重たい、あるいはもう少しコストダウンできないかと考えることがあるかと思います。そんな時に候補に入れたいのがアルミのA2017。今回はその理由について解説したいと思います。

A2017はSS400と同程度の強度を持つ

A2017はアルミ材料でありながら、SS400と同程度の強度を持ちます。それでいて重量は鉄の約1/3、腐食にも強いことを考えると積極的に代替の材料として考えない手はありません。

SS400とA2017の材料代は同程度

材料代は材料の形状にもよりますが、SS400と比べてアルミの方が高いかと思いきやA2017で同程度です。材料そのものの費用はSS400の方が安いのですが、加工しやすい形状にするのにもコストがかかるため、それを考慮するとほとんど変わらないか、A2017だと逆に安くなるという現象が起こります。

特に、アルミ材料の場合、精度を保ちつつ低コストで仕上げることができるファインカットという加工方法が使えます。ファインカットでA2017の材料取りをした場合、大きさや個数によってはSS400より安くなります。

切削加工費はアルミの方が安い

切削加工費に関しては、基本的にアルミの方が安くなります。これはアルミという材質そのものが削りやすいため、SS400と比べて7割程度の価格で作れます。多くの部品や治具の場合、加工が複雑になればなるほど材料代に対して加工費のコストは上がるので、ある程度の加工が必要になるものは、全体のコストとして割高になります。

表面処理は、内容によって変わってくるが、加工費ほどの影響はない場合がほとんど

表面処理は、処理内容によって変わってきますが、アルミの方が若干高い程度です。総コストの1割にも満たない場合がほとんどです。

総コストに対しての表面処理費は大きくない場合がほとんどのため、材料費と加工費でコストダウンが見込める場合は切り替えを積極的に検討していって良いでしょう。

また、アルミは鉄より腐食に強いので、多少水がかかることがある程度の環境であれば表面処理そのものが必要なくなる可能性も十分にあります。

注意点、溶接には向かない

注意点としてA2017は溶接に向かないことが挙げられます。まったく溶接できないというわけではないですが、溶接後の割れなどのトラブルの保証ができないため、溶接できないと考えたほうが良いでしょう。

SS400と比べてA2017の方が軽い、材料費は同じか安い、加工費も安い、腐食に強いといったことを考えると、A2017が優れた代替材料であると考えることができるでしょう。

大まかには、上記のようなポイントで判断していただいて間違いないかと思いますが、もしよくわからない、結局のところどうなのかわからないといった場合はお気軽にご相談ください。

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SS400を使うときに押さえたい5つの特徴
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3分でわかる!アルミ加工材料選択のポイント

アルミの重量は鉄やステンレスの1/3。切削加工がしやすい

アルミは鉄やステンレスの約1/3の重量で、軽いことが特徴です。また、切削加工が非常にしやすいので、切削加工費は鉄(SS400)の半分から8割ぐらいの加工費に抑えられます。ステンレスと比べると場合によっては半分以下の加工費に抑えられます。

材料費は鉄やステンレスと比べてどれぐらい?

アルミの材料費は、鉄(SS400)やステンレス(SUS304)と比べてどうなのでしょうか。また、アルミ材料の中での高コスト、低コストの違いはあるのでしょうか。
純粋な材料費としてはステンレス(SUS304)>アルミ(A5052)>鉄(SS400)という順番になります。
一方、アルミの中ではおおよそ以下のようになります。A7075>A2017>A5052=A5056=A6063。

アルミの切削のしやすさ

アルミの材料の種類はいろいろとありますが、切削加工の難易度は各材料でそれほど大きく変わりません。鉄やステンレスは、品番によって削りやすさがかなり変わりますが、アルミはほとんど変わらないので、材種ごとの加工費の変化はあまり気にしなくて良いでしょう。

基本的に押さえるのはこの5種類。A5052、A5056、A6063、A2017、A7075

もっとも一般的な材料はA5052です。アルミと言ったらまずこれが候補に挙がります。溶接も問題なくできます。強度は鉄の代表的な鋼材のSS400の約半分です。

丸棒、パイプ系材料のA5056

特性はA5052と非常によく似ていますが、丸棒、パイプ系を中心に流通しているのがA5056です。材料単価はA5052とほとんど同じ、強度もほとんど同じです。溶接も問題なくできます。A5052との使い分けは、材料として丸棒、丸パイプ系の場合はA5056を選ぶと覚えておけば良いでしょう。

高強度なのに比較的安価なA2017

高強度なのに材料費が比較的安価なのがA2017です。引っ張り強さで言うと代表的な鉄鋼材料のSS400と同程度、材料費もほとんど変わりません。それでいて重量は1/3。材料費、加工費、重量、強度とコストのバランスが良いため、鉄より軽量化したい場合や通常のアルミより強度を高めにしたい場合は重宝するでしょう。

最高の強度を誇るが、割高なA7075

アルミ材料中最高の強度を誇るのが超々ジュラルミンと呼ばれるA7075です。

フラットバーやLアングル、異形状に強いA6063

フラットバーやLアングル、コの字型のCチャンネルなどの異形状に多いのがA6063です。最初から使いやすい大きさや形状に仕上がっているので、用途と寸法が合えば加工時間を大きく節約することができます。
強度はA5052の1/2から同じぐらいで高くはないので、あまり力のかからないところに使うか注意して使う必要があります。

アルミ材料はファインカットで仕入れることができる

材料を仕入れる際の切断の仕方にファインカットというものがあります。6F(6面フライス)ほどの精度は出ないものの、切断面で±0.1mm程度、断面もきれいに仕上がります。それでいて、切断費用はそれほど高くないので、アルミ材料をファインカットで購入すると鉄(SS400)よりも安い場合もあります。
A5052やA6063はSS400より安いことが多く、A2017でも1割程度高いかほとんど同じぐらいです。
高精度で仕上げる必要がない部品なら、ファインカットでの調達を考えてみるのも良いかもしれません。

アルミの材料を使った治具を製作したい、アルミの部品が欲しい、だけどどの材料を選べば良いか具体的にはわからないといった場合はお気軽にご相談ください。

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アルミの表面を劇的に滑りやすくするには
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治具や部品でアルミを使うときに、アルミ同士やアルミと他の金属の摩擦抵抗を小さくしたいと考えることがあると思います。 特にアルミはかじりや焼き付きしやすい素材なので、部品同士がこすれる面などでは注意が必要です。 どうしてもアルミの部品にする必要があり、こすれる部分がある場合は、潤滑ア...

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熱処理(焼き入れ)した材料や部品を加工することはできるの?

お客様から良く頂く質問として、熱処理した鉄鋼材料、もしくは硬い(硬そうに見える)部品や材料を加工できるのかというものがあります。機械部品や治具を扱っていると、どうしてもここをもう少し削りたい、新たに穴を明けて新しいところに取り付けられるようにしたいと思うことってありますよね。そんなときに加工しようとしている部品が熱処理されていたら加工できるのか。今回はこの疑問に答えていきたいと思います。

結論から言うと、多くの場合は加工可能です。ただし、全般的に加工費用が高くなってしまうのと、高硬度(HRC60前後~60以上)のものは加工ができない場合があります。

また硬度が低い、つまり柔らかいほど削りやすいので、硬さによって加工の価格が変わります。材質にもよりますがHRC40程度まででS50Cなどの一般的な鉄鋼材料の加工価格の2倍程度、HRC50以上の場合は加工内容によって3倍、5倍、HRC60に近い場合は10倍程度になることもあります。

硬度によって加工の可否や価格が変わることはご理解いただけたかと思います。とはいえ、すでにできあがっている部品などは硬さがわからないことも多いでしょう。そんな時はどうすれば良いのでしょうか。

硬度がわからない場合、一番手っ取り早いのは加工業者に相談することです。加工品の一部を削ることが可能であれば、機械ややすりの削れる感触である程度の硬さを推定することができ、加工費の見当をつけることが可能です。

今回解説したように、熱処理(焼き入れ)して硬くなった材料や部品は多くの場合加工が可能です。ただし、加工しにくくなるため全体的に加工費が高くなります。実際に加工できるのか、できるとしたらどれぐらいの費用になるのか、まずは相談してみるのも良いでしょう。

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