最初の 材料 製造業で使用されたことのない青銅合金は、古代からエンジニアに使用され、信頼されてきました。 ブロンズ 優れた耐久性と耐腐食性、そして低摩擦特性を備えているため、航空宇宙や海洋を含む多くの分野で加工されています。
このガイドは、青銅のさまざまな合金とニーズに応じて最適なものを選択する方法から、青銅の機械加工に関連するさまざまな複雑な点まで、CNC 機械加工の青銅の全範囲を網羅することを目的としています。
ブロンズ加工とは？
簡単に言えば、青銅の機械加工とは、CAD/CAMソフトウェアとCNC加工を用いて、青銅合金を固体ブロックから所望の形状へと加工する減算型製造の一種です。青銅は溶解して所定の形状に鋳造することも可能ですが、多くの高性能用途では、公差をより適切に制御でき、表面仕上げもより滑らかになるため、合金を機械加工する方が好ましいのです。
青銅と最もよく使われる合金は銅で、主な合金金属はスズですが、望ましい合金特性を微調整するために、亜鉛、マンガン、アルミニウム、ニッケルなどの他の金属も使用できます。
この物質が使用される理由の一つは、その加工性にあります。一般的に、様々な種類の青銅合金は、種類によって異なりますが、優れた切削性を示します。切削の容易さに加えて、この材料は高い熱伝導性と優れた耐摩擦性を備えており、ギアやブッシングなど、他の金属と摺動する部品にも最適です。
CNCブロンズ加工プロセス
ブロンズは何世紀にもわたって手作業で加工されてきましたが、CNC加工によって銅ブロンズの精度と再現性は飛躍的に向上しました。コンピュータ数値制御（CNC）システムは、手作業では実現できない複雑な形状の加工を可能にします。
CNC旋削とCNCフライス加工
使用される特定の CNC 方法は、製造する部品の形状に基づいています。
- CNC旋削：部品が円筒形の場合（ブッシング、ベアリング、シャフトなど）、最も一般的な方法です。CNC旋盤が推奨される工具です。ブロンズ製のワークピースは回転しながら、固定された切削工具で材料を削り取ります。
- CNCフライス加工：ワークピースが円筒形でない場合（例えば、ブラケット、プレート、複雑なハウジングなど）も例外ではありません。ワークピースは固定されたまま、回転する切削工具が表面を移動して指定された形状を彫刻します。
適切なCNCブロンズ加工ツールの選択
CNC加工における青銅の加工は工具に大きく依存します。切削温度が高く、切削速度も速い場合と遅い場合があるため、超硬合金が好まれます。これにより、工具寿命が長くなり、表面仕上げも向上します。
青銅はプラスチックよりも靭性が高く、鋼よりも柔らかいため、切削速度の「スイートスポット」を見つけることが重要です。切削速度が遅すぎると、工具が擦れて切削し、加工硬化を引き起こします。一方、切削速度が速すぎると、発熱により最終的な工具の寸法精度が損なわれる可能性があります。
CNC加工用青銅合金グレード
ブロンズを一つの素材として捉えるという誤解はよくありますが、これは誤りです。実際にはブロンズは合金の一種であり、製造工程において最も重要な決定は適切なグレードを選択することです。グレードによって、彫刻性、引張強度、耐錆性の組み合わせが異なります。
C932ベアリングブロンズ（SAE 660）
C932（SAE 660とも呼ばれる）は、機械加工の世界で最も広く使用されている青銅合金です。その成分は銅、スズ、鉛です。
- プロパティ：この合金に配合されている鉛は、優れた切削性と自己潤滑性を備えています。青銅は熱処理が不可能ですが、より強靭で耐摩耗性に優れています。
- ベスト・ユース：名前が示すように、これは低摩擦が求められるブッシング、ベアリング、スラスト ワッシャーのゴールド スタンダードです。
C954 アルミニウム青銅
C954 アルミニウム青銅は、アルミニウム、鉄、ニッケルの高強度合金であるため、強度が必要な場合に最も適した青銅の 1 つです。
- プロパティ： C932 とは異なり、高温でも本質的に機械的な性質を持つため、耐摩耗性や疲労性など、降伏強度が高く、錆に対する耐性も高くなります。
- ベスト・ユース：重機のベアリング、バルブガイド、航空機の着陸装置コンポーネントなど、高負荷および高ストレス環境に適しています。
C260カートリッジ 真鍮（真鍮青銅合金）
C260 は技術的には真鍮 (銅と亜鉛) ですが、用途や処理が類似しているため、機械加工の分野では青銅とグループ化されることがよくあります。
- プロパティ：黄銅の中で最も高い延性を持つことで知られ、優れた冷間加工性を有します。耐食性は高いものの、一般的に鉛入り青銅よりも機械加工が困難です。
- ベスト・ユース：これは、弾薬部品（名前の由来）、ファスナー、および深絞りや成形が必要なハードウェアによく使用されます。
C510 リン青銅
C510 は、銅とスズの混合物にリンを追加して定義されるグレードです。
- プロパティ：リンは合金の耐摩耗性と剛性を高めるとともに、結晶構造を微細化します。優れた耐疲労性と弾性を持つことで知られています。
- ベスト・ユース：バネのような性質と導電性を備えているため、電気コネクタ、スイッチ部品、スプリングワッシャーなどに最適です。
機械加工された青銅部品の用途
の汎用性 青銅の加工 つまり、産業経済のほぼすべての分野でそれが見られるのです。
海洋産業
ほとんどの金属は塩水に触れると腐食しますが、青銅は天然の耐性を持っています。
- 主要な部分:船舶のプロペラ、水中部品、ポンプ、バルブ。
- 理由：青銅は深い腐食を防ぐ保護酸化物層を形成し、水没した場合でも長寿命を保証します。
自動車および航空宇宙
これらの業界では故障は許されず、部品は高い摩擦と熱にさらされることがよくあります。
- 主要な部分:トランスミッションパイロットブッシング、バルブガイド、ランディングギアコンポーネント、コネクティングロッドベアリング。
- 理由：青銅は金属同士の摩擦が低いため、固着を防ぎ、対応する鋼鉄部品の摩耗を軽減します。
産業機器
重機には、過酷な条件に耐えて動作し続けることができる部品が必要です。
- 主要な部分:ウォームギア、摩耗プレート、油圧部品。
- 理由：ブロンズ ギアは、多くの場合、スチール ウォームと組み合わせられます。ブロンズは犠牲的な役割を担うため、より高価なスチール シャフトよりもゆっくりと摩耗し、システム全体を保護します。
Electrical
導電性と耐久性を兼ね備えた特定の青銅合金は、電子機器に不可欠なものとなっています。
- 主要な部分:回路ブレーカー端子、ヒューズクリップ、スプリングコネクタ。
- 理由：リン青銅 (C510) は、しっかりとした接続を維持するために必要なスプリング張力を維持しながら電気経路を提供します。
ブロンズ加工における一般的な課題
青銅は機械加工に最も適した材料の一つと考えられていますが、懸念事項もいくつかあります。青銅合金の特定の性質は、作業者がその特性を認識していない場合、ワークピースの損傷や工具の損傷につながる可能性があります。
加工硬化
これは銅系合金を扱う際の最大の課題と言えるでしょう。切削工具が静止したままになったり、送り速度が遅すぎたりすると、圧力によって材料が切削されずに圧縮されてしまいます。また、表面が硬化し、材料の切削が阻害されます。これは加工硬化として知られています。
修正鋭利な切削工具を使用し、安定した高送り速度を維持してください。合金表面を工具で擦らないようにしてください。
切りくず管理
鉛青銅合金 (C932): この合金は、簡単に処理できる短く脆いチップのセットを生成します。
アルミニウム青銅 (C954): この合金は、鳥の巣状の長くて糸状の切りくずを生成することがあります。つまり、切りくずが工具や部品に巻き付いて、表面の損傷や工具の破損を引き起こす可能性があります。
修正： 高圧クーラントを使用してチップを素早く除去します。
表面仕上げ
ブロンズは、金のような美しい仕上がりを実現できるという利点がありますが、傷がつきやすく、柔らかいため破損しやすいという欠点があります。また、加工時に熱膨張が生じるため、公差に問題が生じる可能性があります。
修正： 仕上げ加工は、スピンドル回転数を上げ、送り速度を下げた状態で、別のパスで行う必要があります。また、寸法安定性の問題を回避するために、部品を冷却状態に保つことも重要です。
青銅加工時の安全上の考慮事項
安全はどの機械工場でも最優先ですが、 青銅の加工 管理しなければならない特定の危険をもたらします。
ほこりと煙
最大の懸念は、微細な金属粉塵の吸入です。銅粉塵は刺激物ですが、真に危険なのは青銅に含まれる添加物です。
- 鉛：多くの機械加工用青銅（C932など）には鉛が含まれています。鉛粒子を吸入または摂取すると、深刻な長期的健康問題を引き起こす可能性があります。
- ベリリウム：あまり一般的ではありませんが、ベリリウム銅は非常に有毒であり、加工するには厳格な危険物プロトコルが必要です。
PPE（個人用保護具）
作業員は常に、安全メガネやスチール製のつま先付きブーツなど、標準的な機械作業用個人用保護具（PPE）を着用する必要があります。ただし、ドライブロンズ（フラッドクーラントなし）を扱う場合は、金属ヒューム／粉塵対応の適切な呼吸器の着用を強くお勧めします。
換気
一般的な工場の空調設備では不十分な場合が多いです。CNC工作機械の近くに局所排気装置（LEV）を設置し、塵やミストを発生源で捕捉する必要があります。フラッドクーラントを使用する場合は、ポンプの摩耗を防ぐため、ろ過システムが微細な青銅粒子を処理できる設計になっていることを確認してください。
結論
青銅合金のCNC加工は、プラスチックや鋼鉄では得られない特性をもたらします。この素材は、深海から航空機エンジンに至るまで、長寿命、低摩擦、耐腐食性に優れた製品の製造に不可欠です。
最初のステップは適切な合金を選択することです。最も厳しい負荷がかかるのはC954で、ベアリングの場合は標準のC932です。次のステップは、その合金の加工方法を知ることです。
次のプロジェクトを始める際には、適切な専門知識を常に確保しておきましょう。Bonbbyでは、ブロンズ加工の専門家やエンジニアにご相談いただければ、最適な合金を最適な価格でご提供いたします。
よくある質問（FAQ）
Q: 青銅は機械加工しやすいですか?
A: 概ね可能です。標準的な青銅合金のほとんど、特にC932のような鉛を含む合金は、切削性は100%です（快削黄銅のガイドラインによる）。これらの合金は材料の削り取り量が少なく、工具の摩耗も最小限に抑えられます。ただし、アルミニウム青銅などの高強度合金は加工が難しく、摩耗性も高いため、より堅牢で低速回転が可能な工具が必要になります。
Q: 真鍮加工と青銅加工の違いは何ですか？
A: どちらも銅合金ですが、一般的に真鍮（銅と亜鉛）の方が青銅（銅と錫）よりも機械加工しやすいです。真鍮は美観や低摩擦が求められる用途に適しており、青銅は高度な構造強度、耐摩耗性、耐腐食性が求められる環境や用途に適しています。
Q: 青銅を乾燥状態で機械加工できますか?
A: 可能ですが、高精度または高速加工には推奨されません。クーラントを使用すると、切りくずを排出し、ワークの過熱（公差に影響）を防ぎ、切削動作を潤滑して表面仕上げを向上させることができます。ドライ加工は加工硬化のリスクを高めます。
Q: 機械加工後に青銅部品が変形するのはなぜですか?
A: これは通常、材料の内部応力または締め付け圧力が原因です。青銅は鋼よりも柔らかいため、バイスやチャックで締め付けすぎると変形する可能性があります。また、材料を大量に削り取ると内部応力が解放され、部品が反る場合があります。加工前に材料の応力を緩和することで、この問題を軽減できます。
Q:青銅の加工に最適なクーラントは何ですか?
A: 水溶性油が一般的に最適な選択肢です。優れた冷却特性により発熱を抑え、十分な潤滑性により材料と工具の固着（構成刃先）を防ぎます。活性硫黄を含むクーラントは、青銅製のワークピースに汚れを付着させる可能性があるため、使用を避けてください。
