CNC アルミニウム押出: プロセス、コスト、および機械加工ガイド

CNCアルミニウム押出材 はハイブリッド製造ルートです。最初にアルミニウムのビレットをスチール金型に押し込んでネットシェイプに近いプロファイルを形成し、次に CNC 機械加工によって高精度の機能 (長さに合わせた切断、ドリル穴とタップ穴、フライス加工されたポケット、スロット、彫刻) が追加されます。 押出成形ステップでは、部品の長さに沿った低コストの形状が得られ、CNC ステップでは、金型だけでは生成できない ±0.05mm までのフィーチャ精度が提供されます。

約 100 ～ 10,000 ユニットの体積で一定の断面積を持つ部品の場合、この組み合わせにより、通常、固体ビレットから部品全体をフライス加工する場合と比較して、部品コストが 40 ～ 70% 削減されます。 なぜなら、材料の 85 ～ 95% がチップとして機械加工されるのではなく、完成したプロファイルになるからです。このガイドでは、生産ワークフロー、押し出しプロファイルで使用される CNC 操作、合金と公差の選択、および二次加工を安価に保つ設計ルールについて説明します。

ビレットから完成品まで: 生産ワークフロー

CNC 加工された押出部品は、最初に押出プレスを通過し、次にマシニング センターを通過します。熱処理と矯正は精密機械加工の前に行う必要があり、仕上げは通常、次の後に行われるため、順序が重要です。

1. 金型の製造 — H13 工具鋼の金型は機械加工および熱処理され、通常はコストがかかります。 800～3,000ドル そして100トンを優に超える生産量が続きます。
2. 押出 — ビレットは次の温度まで加熱されます。 420～480℃ 1,500 ～ 15,000 トンの圧力を加えて油圧ラムによって金型に押し込まれ、最大 6 ～ 7 m の長さのプロファイルが生成されます。
3. 時効 — プロファイルを焼いて焼き戻します。T5 では約 180°C で 4 ～ 6 時間、または T6 では 530°C 付近で溶体化処理を行った後に時効します。
4. CNC 切断 — 双頭鋸または CNC ルーターにより、プロファイルを所定の長さに切断します。 ±0.1mm 、手動のこぎりの±0.5 mmよりもはるかにきついです。
5. CNC 二次加工 — 3 軸または 4 軸マシニング センターは、薄壁を歪ませることなくプロファイルをクランプする専用の治具を使用して、ドリル、タップ、フライス加工、皿穴加工を行います。
6. バリ取りと表面処理 - コーティングが均一に付着するようにエッジを壊し、表面を洗浄します。
7. 仕上げ - 機械加工後に陽極酸化処理 (5 ～ 25 μm) または粉体塗装 (60 ～ 120 μm) が適用されるため、ねじ山と嵌合面は裸で導電性があり、寸法精度が保たれます。
8. 検査 - 重要な穴の位置とねじゲージは、図面に対して CMM または光学測定によって検証されます。

押し出しプロファイルに対して一般的に実行される CNC 操作

押し出しはプロファイルの断面を定義します。 CNC 加工は、部品を使用可能なものにするすべてのものを定義します。最も一般的な二次操作には次のものがあります。

• 長さに合わせてカット — CNC のこぎりまたはルーターは長さを ±0.1 mm に保ち、すぐに組み立てられるきれいな四角い端を生成します。
• 穴あけとタップ加工 — 組み立て用の M3 から M12 ネジ。 6061-T6 では、ボルト直径の少なくとも 1.5​​ 倍のねじ深さが信頼できる最小値です。
• ポケットおよびスロットフライス加工 — PCB、ディスプレイ、または T ナット用の浅いポケット。通常は深さ 1 ～ 3 mm、コーナー半径はエンドミル (R1 ～ R3 mm) に一致します。
• 座ぐり加工と皿穴加工 — ソケットヘッドまたはマイナスネジをプロファイル表面と面一に配置できる凹み。
• 端部加工 — 溶接またはボルト締めされたフレーム接合部のフェーシング、ノッチング、またはアングルカット。
• 彫刻とマーキング — 部品番号、ロゴ、または目盛マークは 0.1 ～ 0.3 mm の深さでカットされ、多くの場合ペイントで埋められます。

プロファイルの形状はすでに形成されているため、これらの各操作で除去される材料は数立方センチメートルだけです。 12 個の穴と 8 個のタップ穴を持つ部品の一般的な二次加工サイクルには 2 ～ 4 分かかります 、機械時間あたり 40 ～ 80 ドルの標準的な工場料金で換算すると、およそ 1.50 ～ 4.00 ドルの加工コストに相当します。

押出 CNC とビレットからのフル CNC 機械加工

調達に関する中心的な問題は、固体ブロックからパーツ全体を機械加工するか、最初に形状を押し出すかどうかです。答えは、ほぼ完全に体積と断面の一貫性に依存します。

具体的な例: 6061-T6 の 300 × 120 × 50 mm の電子機器エンクロージャ、20 個の機械加工フィーチャ、1,000 ユニット。完全な CNC 機械加工の費用は、部品ごとに約 32 ドル、合計で 32,000 ドルかかります。押出ルートには、1,200 ドルの金型に加えて、プロファイルと二次加工で部品ごとに約 8 ドルが必要です。 合計 9,200 ドル、約 70% の節約 。ただし、約 50 ～ 100 ユニット未満では、金型のコストと最小注文数量 (通常、プロファイルごとに 300 ～ 500 kg) を考慮すると、ビレット加工の方が安価で高速なオプションになります。

合金の選択と公差の戦略

すべての押出合金が同じようにうまく加工できるわけではありません。 6063 のような柔らかい合金はエンドミルに付着し、長い切りくずを生成する傾向がありますが、6061-T6 は切りくずをきれいに分断し、タップねじをしっかりと保持します。これが、CNC 機械加工の押出加工で主流を占める理由です。

公差は、押し出しジオメトリと機械加工フィーチャの間で分割する必要があります。これらは、異なるプロセスによって非常に異なるコスト レベルで製造されるためです。

実際に他のコンポーネントと嵌合する機械加工フィーチャーにのみ厳しい公差を適用します。 ;押出されたままのセクション全体を±0.05 mm に抑えると、押出機にコストのかかる選別や精密な金型が必要になり、機能的なメリットは得られません。

二次加工を安価に保つ設計ルール

押出成形品のすべての CNC フィーチャーには機械時間がかかり、薄肉のプロファイルはソリッド ブロックよりも不適切な設計の影響を受けやすくなります。これらのルールにより、一貫してサイクル タイムとスクラップが削減されます。

• コストのかかる再固定や 5 軸作業を避けるために、すべての機械加工フィーチャーに 3 つの軸 (上面と 2 つの側面) からアクセスできるようにします。
• 標準エンドミルと一致するように、フライス加工ポケットの内側コーナー半径を少なくとも R1 ～ R3 mm にします。鋭利な内部コーナーには EDM または小さなツールが必要であり、ゆっくりと実行する必要があります。
• 壁を維持する 機械加工されたフィーチャの下に少なくとも 1.2 mm — 薄い壁はフライス加工中にガタガタし、クランプ力によって変形します。
• ブレークアウトを防ぐために、特に中空プロファイルのダイ溶接の継ぎ目の近くに、プロファイルの端から穴の直径の少なくとも 1.5​​ 倍の穴を配置します。
• CNC フィーチャーは、±0.2 mm の変動がある押出されたままの表面からではなく、機械加工されたデータム (端面端またはフライス加工されたパッド) から参照します。
• 標準のファスナー サイズ (M3、M4、M5、M6、M8) を使用すると、工場ではカスタム ツールを使用せずに標準のタップと成形ツールを実行できます。
• 図面上の重要でないすべての寸法について、標準の押し出し公差 (EN 755-9 または ASTM B221) を指定します。

コスト要因と一般的な用途

金型が存在すると、CNC 加工された押出成形品の部品あたりの価格は 3 つの要因によって決まります。

• CNCサイクルタイム — 最大の二次コスト。加工時間あたり 40 ～ 80 ドルの場合、穴の数が 2 倍になると加工コストもほぼ 2 倍になるため、可能な限りファスナーを統合します。
• 金型の償却 — 1,500 ドルのダイスは追加するだけです 5,000 個の部品あたり 0.30 ドル ただし、100 個の部品あたり 15 ドルなので、量が非常に重要です。
• 仕上げ — 陽極酸化または粉体塗装では部品コストが 10 ～ 25% 増加し、機械加工面のマスキングが必要になる場合があり、労力が追加されます。

最も恩恵を受ける部品は長く、角柱状で、繰り返し可能なバッチで生産されるものです。電子機器の筐体とシャーシ、LED ヒートシンク バー、T スロット自動フレーム、EV バッテリー モジュール レール、太陽光発電取り付けプロファイル、コンベアのサイド プレート、医療機器レールなどです。これらすべてにおいて、穴、スロット、ねじ山が部品ごとに変化する一方で、断面は一定のままです。これは、まさに金型と機械の分業です。

実際のデフォルトのレシピは、標準 EN 755-9 公差を備えた 6061-T6 プロファイル、機能的特徴に限定された CNC 加工、および加工後に適用される陽極酸化です。 部品の断面積が一定で、年間生産量が数百個を超える場合は、完全な CNC 見積もりと押出+CNC 見積もりの​​両方をリクエストしてください。比較すると、ほとんどの場合、ハイブリッド ルートが有利になることが多く、多くの場合、大差で支持されます。