CNC 加工の金属とプラスチック: 主な違い

CNC 機械加工部品では常に材料の選択があり、それはプロジェクトと設計の要件に直接依存します。ここでは金属とプラスチックの機械加工について説明するので、両方の材料が持つ特性と、プラスチックと金属の機械加工における課題に焦点を当てます。

部品を作成する際には、適切な材料を選択する必要があります。これまで金属で作られていた部品をプラスチックに置き換えることで、製品の品質が向上し、生産性が向上する可能性があります。金属って良いの？それとも樹脂を選んだ方が良いのでしょうか？正しい選択をするには、それぞれの素材の特性を理解する必要があります。

材料の特性を理解することで、部品の要件を満たし、コスト効率の高い材料を選択できます。

一口に金属とプラスチックといっても、その材質によって性質は大きく異なります。

金属加工とプラスチック加工

ここ数十年、プラスチック産業の技術は進歩し、耐熱性や耐久性に優れたプラスチック材料が数多く開発されてきました。高耐熱エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックは、これまで金属でしか使用できなかったエンジン周りなどの高温部品の代替として使用できるようになりました。

CNC 加工の中心的な概念は変わりませんが、異なる材料を扱う場合には重要な考慮事項がいくつかあります。

• ツーリング： 金属とプラスチックには特性が異なるため、異なる切削工具が必要です。金属には、より高い切削力に対処するために、より強力で耐久性のある工具が必要です。
• 加工速度と送り: CNC 機械が動作する速度と送り速度も、材料の硬さに基づいて調整されます。材料が硬いほど、速度と送りは遅くなります。たとえば、鋼を加工する場合、アルミニウムに比べて遅い速度と送りが必要です。一般的に、金属材料はプラスチックに比べて遅い速度と送り速度が必要です。 FR4などの一部のスーパーエンプラやエンプラ＋繊維を除いて、通常の金属よりもさらに硬いため、この種のプラスチック材料を加工する場合には、より遅い速度と送りを必要とします。
• 冷却と潤滑: 機械加工では熱が発生する可能性があるため、材料によっては、反りや溶融を防ぐために液体やミストなどの冷却技術が使用される場合があります。

材料: 金属 vs. プラスチック

プラスチックと金属の基本的な特性は大きく異なります。プラスチックと金属の特性を大まかに理解しておくと、材料の選択が容易になります。プラスチックと金属のそれぞれの特徴や加工方法の違いを項目ごとに解説します。

割合

一般的なプラスチックを1とすると、アルミニウムは2～3倍、鉄や銅は8～9倍の重さになります。

プラスチック素材は金属に比べて軽いという特性を活かし、自動車の軽量化や燃費の向上などに役立っています。

電気伝導性

鋼は電気を通しますが、プラスチックは基本的に通電しないため、絶縁部品の製造に適しています。一方、プラスチックは電気を帯びやすいため、ホコリが付着しやすくなります。

また、プラスチックの中には電気を通す「導電性プラスチック」と呼ばれるものもあります。

耐熱性

汎用樹脂は金属に比べて耐熱性が低くなります。そのため、一般的に自動車のエンジン周りなどの高温環境で使用される部品としての使用には適していません。しかし、エンジニアリングプラスチックの発展に伴い、金属に代わってエンジン周りの高温部品としてPEEK、PBS、繊維などのエンジニアリングプラスチックが使用できるようになってきています。

耐衝撃性

一般に、金属はプラスチックよりも耐衝撃性に優れています。ただし、プラスチック素材の中にはガラス繊維などを添加することで強度を高めたものもあります。耐衝撃性に優れたプラスチックは自動車のバンパーの素材としても使われています。

耐薬品性

金属は一部を除き、酸化しやすく錆びやすい性質があります。一方、プラスチックは有機溶剤に弱いという特徴がありますが、耐薬品性が高いタイプもあります。金属部分は防錆処理が必要でも、プラスチックは錆びないので防錆処理は必要ありません。

形状の自由度が高い

汎用樹脂は融点が低いため、金属に比べて成形が容易です。

また、量産に適した特性を有しており、製品の製造コストを削減することができます。

ただし、成形方法によって適した形状や生産性が異なるため、作製する部品に適した成形方法を選択することが重要です。

着色のしやすさ

樹脂も金属もメッキや塗装が可能ですが、プラスチックは素材に染料を混ぜて着色した状態で成型することができます。同色部品の量産に適しています。

寸法安定性

プラスチックは金属に比べて温度変化に敏感で、温度が高くなるほど剛性などの特性が変化します。

費用

汎用樹脂は金属に比べて安価に入手できる場合が多いです。一方で、エンジニアリングプラスチックなどの高機能プラスチックは金属に比べて高価な場合が多いです。

金属・プラスチックの機械加工工程

CNC 機械加工プロセスには、金属とプラスチックの両方を機械加工するための 3 つの主要な技術が含まれます。

1. フライス加工
2. 訓練
3. ターニング

フライス加工

CNCフライス盤 加工材料の表面に沿って移動して切断するカッターの回転運動に基づいています。このプロセスでは、ワークピースは静止したままになります。フライス盤は旋盤とは異なり、主に平面上で動作します。作業は多点フライスを使用して実行され、ワー​​クピースの不要な層を分離することによって、ワークピースに希望の寸法、形状、または構造を与えます。  

訓練

CNC 穴あけ加工は特殊なタイプのドリルを使用することで可能になりますが、それだけではありません。 CNC 掘削 この目的でフライス盤や旋盤を使用することもあります。それはすべて、加工材料の種類と、取得したい、または取得する必要がある穴の種類によって異なります。

どの平面でもドリルを極めて正確に位置決めできるため、事実上あらゆる種類の穴を正確に設定された深さと直径で開けることができます。

ターニング

CNC旋盤 物体の直径を小さくし、円筒形または円錐形の形状にする加工方法です。この工程は切削工具を組み込んで行われます。ワークピースは治具にクランプされ、高速で一定の回転を受けます。切削工具はそれに向かって移動して、必要な送り力を提供します。直線的に移動し、後続のレイヤーをカットします。

金属加工とプラスチック加工に同じ機械を使用できますか?

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ほとんどのシナリオでは、はい、同じマシンを使用できますが、次のような考慮すべき重要な要素がいくつかあります。

材料固有の考慮事項

金属とプラスチックの両方の機械加工では、フライス加工、穴あけ、旋削加工に加えて、考慮すべき追加要素がいくつかあります。がある：

1. 切削パラメータ
2. 冷却戦略
3. ツールの選択

切削パラメータ

切削パラメータは、CNC 機械を操作するための送りと速度を定義します。一般に、金属材料は硬い特性があるため、プラスチックに比べて速度と送り速度が遅くなります。加工プロセス中の工具の摩耗と過剰な発熱を最小限に抑えるのに役立ちます。

冷却戦略

工具の寿命と部品の完全性を維持するには、加工プロセス中の温度を制御することが重要です。したがって、ここでは冷却剤の選択が決定的な役割を果たします。

洪水冷却: 切削ゾーンでは大量のクーラントが使用されるのが一般的です。熱を大幅に放散するのに役立ちます。

ミスト冷却: プラスチックの加工にはミスト冷却技術が推奨されます。この方法では、より少量の冷媒を使用して温度を制御します。

ツールの選択

どのような種類の 切削工具 金属とプラスチックを切断するのが最適ですか?これも考慮すべき重要な点です。金属は強いため、超硬などのより耐摩耗性の高い工具が必要です。一方、プラスチックの機械加工には、スチールまたはダイヤモンドコーティングされた工具を使用できます。

難易度: 金属 vs. プラスチック

金属の機械加工はプラスチックに比べて難しいという一般的な認識がありますが、プラスチックの方が機械加工が困難です。これは、制御が非常に難しい精度公差によるものです。その理由は、プラスチック自体による内部応力があるためです。その結果、変形や亀裂が発生しやすくなり、最終的には許容範囲外または廃棄される製品につながります。

この問題を解決するには、エンジニアがあらゆる操作の詳細を管理できるように、プラスチックの加工についてより多くの経験を必要とします。 Boyi Technology のエンジニアは 10 年以上のプラスチック加工の経験があり、プロセスを適切に制御し、お客様のためにユニークで高品質のプラスチック部品を製造する方法を深く知っています。 

より高い難易度:

一般に金属はより硬いですが、プラスチックの加工はその特性により非常に困難な場合があります。その理由は次のとおりです。

• 熱感受性: プラスチックは金属に比べて融点が低いです。温度がわずかに上昇すると、部品が変形する可能性があります。
• さまざまな材料特性: 最良の結果を得るためには、最適なプラスチック材料を選択することが最も重要です。問題を残さずに完璧なパーツを作成するのに役立ちます。

金属とプラスチックの精度の課題:

CNC 加工プロセスでは、金属に比べてプラスチックで厳しい公差を維持するのは非常に困難です。これには次の 2 つの主な理由があります。

1. 材料の変形
2. 加工効果

限られた可用性：

技術的な専門知識が不足しているため、すべての CNC 加工会社が CNC プラスチック加工を提供しているわけではありません。

後処理のニーズ:

プラスチック部品は手作業で仕上げる必要があり、最適な結果を得るにはスキルと技術が必要です。一方、金属は表面仕上げが容易な材料です。切断工程において、パーに小さなバリが発生する可能性があります。これらのバリは手作業による仕上げ技術を使用して除去されます。

バリ取りとは何かについて詳しくは、「バリ取り」を参照してください。 このリソース.

アプリケーション 金属およびプラスチックの CNC 加工

機能	金属加工	プラスチック加工
代表的なアプリケーション	エンジンコンポーネント（ピストン、バルブ） 航空宇宙部品（翼部品、着陸装置） 医療用インプラント	試作品および少量部品 消費者（電話、ラップトップ） 医療機器
材料特性を重視	強くて熱に強い	軽量
コア加工技術	フライス加工、穴あけ、旋削加工	フライス加工、穴あけ加工
切削パラメータ	速度が遅くなり、送り速度も遅くなります	より高速、より高い送り速度
冷却戦略	フラッド冷却（冷却水流量が多い）共通 高硬度鋼の場合は効果とコストを考慮して空冷を採用	ミスト冷却 フラッド冷却 (冷却液の多量流量)
ツールの選択	超硬、ハイス	高品質のスチール、ダイヤモンドコーティング
難しさ	より挑戦的	熱に弱いので難しい
精密公差	厳しい公差を取得しやすくなる	厳しい公差の難しさ
後処理	手作業での仕上げ作業が少なくなる	バリ取りとクリーニングが頻繁に必要になる

まとめ：

しかし、最近ではエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックといった、耐熱性や耐久性に優れた樹脂材料が登場しています。高温にさらされる部品にも樹脂が使用され、金属代替が進んでいます。

これまで代替不可能とされていた自動車のパワートレイン、トランスミッション、熱管理システムなどのエンジンシステムの部品を金属代替品で使用できるようになりました。

Boyi Technology 精密機械加工

ボイイテクノロジー 金属とプラスチックのソリューションをワンストップで提供するリーディングカンパニーです CNC機械加工サービス。当社では、フライス加工および旋削加工用の最先端の CNC 機械を備えています。さらに、5 軸加工機を導入することで、複雑な部品をより高精度に効果的に製造できます。

同時に、当社には数十年の経験を持つ熟練したスタッフがいます。 射出成形。何も外部委託する必要はありません。デザインから 表面仕上げ すべてを短納期で提供します。

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