精密CNC加工 ブロンズ素材

長い歴史と伝統を持つ非鉄金属合金である「青銅（ブロンズ）」は、現代のCNC精密加工の分野において、代替不可能な地位を占めています。優れた耐摩耗性、耐食性、導電性を備えていることから、多岐にわたるハイエンドな製造用途で広く利用されています。合金元素の違いに基づき、青銅は主に以下の5つの系列に分類されます。

• 錫ブロンズ
• アルミニウム・ブロンズ
• リン青銅
• ベリリウム青銅
• シリコン・ブロンズ

• 優れた加工性： 切削が容易で、切り屑は容易に破損し、工具の摩耗は最小限に抑えられ、高い仕上げ面と精度を達成しやすい。.
• 耐摩耗性と耐摩擦性： 優れた自己潤滑性を持ち、ベアリング、ギア、ブッシュなどの摺動摩擦部品に最適。.
• 強い耐食性： 海水、大気暴露、弱酸に耐性があり、海洋、多湿、化学処理環境に適している。.
• バランスの取れた強さとタフネス： 衝撃や疲労に強く、高荷重や交互の応力にも耐える。.
• 優れた熱伝導性と電気伝導性： 放熱部品、電気接点、コネクターなどの用途に適している。.
• 良好な成形性： 延性が高く、薄肉構造や複雑な精密部品の製造が可能。.
• 簡単な表面処理： 研磨や電気メッキを容易に受け入れ、美しい外観と質感をもたらす。.

特徴 化学組成は83-92% Cu、7-12% Sn、4-8% Pbで、ブリネル硬さ（HB）は65-90、引張強さは310-415MPaである。優れた自己潤滑性と耐焼き付き性を有し、CNCによる加工性は70%に達し、工具摩耗を最小限に抑えた中高速切削が可能である。欠点は耐高温性が低いことで、さらに鉛の含有量が環境規制に適合していないため、食品や飲料水に関わる用途には適さない。.

アプリケーション ベアリング、ブッシュ、ウォームギア、スライダー、油圧バルブブロックなど、さまざまな汎用摩擦伝動部品に適している。.

特徴 鉛含有量は10%から14%とC93200より高く、ブリネル硬さはHB75程度で延性に優れています。この合金の際立った利点は、優れた埋め込み性にあり、作業中に遭遇するほこりや不純物などの異物を受け入れることができます。これは、摩擦対のスクラッチを効果的に防止し、C93200と比較して優れた焼付き防止性能をもたらします。CNCによる加工性はC93200（約70%）に匹敵し、得られる切り屑は微細で排出しやすく、特殊な冷却処理を必要としない高速切削加工に適している。.

アプリケーション 主に高速、高負荷のベアリング、蒸気タービンジャーナル、鉱山機械の摩擦部品、高ダスト環境で動作するトランスミッション部品に使用される。.

特徴 鉛含有量は0.2%以下であり、鉛を含まない環境に優しい合金である。ブリネル硬さはHB80-100、引張強さは400-500MPaで、海水や弱酸に対して優れた耐食性を示し、総合的な強度は有鉛錫青銅よりも大幅に向上している。しかし、CNCによる加工性は50%まで低下しており、切削時に切り屑が長くなりやすく、工具に付着しやすい。そのため、加工には鋭利な超硬工具の使用と、切り屑処理効率を最適化するための高圧クーラントシステムが必要で、ドライカットは厳禁である。.

アプリケーション 食品機械の耐摩耗部品、船舶用海水配管、ヘビーデューティーウォームギア、環境に優しい各種精密構造部品に適しています。.

特徴 化学組成は、81-86% Cu、9-11% Al、2-4% Fe、1-3% Niからなる。ブリネル硬さ（HB）は150～200、引張強さは550～690MPaで、総合的な機械的特性は錫青銅を大きく上回る。海水、弱酸、塩水噴霧に対して優れた耐食性を示し、耐摩耗性、耐衝撃性にも優れているため、高荷重や交互応力にも耐えることができるが、加工中に加工硬化を起こしやすい。CNCによる加工性は20-30%と低く、高い切削抵抗と急速な工具摩耗が特徴である。ドライ切削は厳禁で、加工には低速主軸、浅い切り込み、高圧貫通クーラントを使用したクライムフライス加工が必要となる。.

アプリケーション 舶用プロペラ、海水ポンプ本体、バルブ、ヘビーデューティギア、カム、鉱山機械の耐摩耗構造部品などに広く使用されている。.

特徴 アルミニウム含有量が11-13%、鉄含有量が3-5%のこの合金は、より高い強化度を示し、ブリネル硬度は190以上である。耐摩耗性と耐衝撃性はC95400よりさらに向上しているが、加工硬化の影響が顕著である。CNC切削性はやや低く（≒22%）、切削加工はより困難であるため、高硬度コーティング超硬工具の使用が必要である。さらに、切削速度の低減、工具交換頻度の増加、冷却と切りくず排出対策の強化、同一部位の繰り返し切削の回避などが必要である。.

アプリケーション 圧延機のスライダー、スラストベアリング、ヘビーデューティーウォームギア、さまざまな高ストレス摩擦ペアコンポーネントに適しています。.

特徴 化学組成は、80-85% Cu、8-10% Al、4-6% Ni、3-5% Fe。ブリネル硬さ（HB）は170-210、引張強さは620MPa以上で、応力腐食割れに対してトップクラスの耐性を示します。海水や塩化物を多く含む環境でも優れた耐食性を示し、深海用途や腐食性の高い化学処理環境に適しているが、硬度が高いため摩耗性が強い。CNCによる加工性は20%と低く、工具寿命が短い。そのため、切削パラメータを厳密に制御し、低速切削、浅い切り込み、上昇フライス加工を行う必要がある。さらに、高圧の内部クーラント・システムを採用し、耐摩耗性コーティング超硬工具を選択し、鈍くなったら速やかに交換しなければならない。.

アプリケーション 主に深海用プロペラ、海水淡水化装置、原子力用ポンプやバルブ、化学工業用の耐食性精密部品に使用されている。.

特徴 化学組成は94-96% Cu、6-7% Sn、0.1-0.25% Pからなり、リンは脱酸剤と強化剤の両方の役割を果たす。ブリネル硬さ（HB）は90-120、引張強さは400-500MPaで、さらに優れた弾性限界と疲労特性、安定した電気伝導性と熱伝導性、良好な耐食性、優れた冷間および熱間加工特性を示します。寸法精度は維持しやすいが、加工中に硬化しやすい。CNCでの被削性は55%で、切削工具に付着しやすい長い切屑が発生しやすいため、鋭利な工具の使用が不可欠である。加工には高圧のクーラントを十分に供給し、加工硬化の悪化を防ぐために切削速度と送り速度を注意深く制御しながら、上昇フライス加工を行う必要がある。.

アプリケーション スプリング、スプリングクリップ、電子コネクター、リレー接点、計装用精密構造部品、各種端子のCNC加工に適しています。.

特徴 C51000基材に3-4%鉛を添加することで、機械的特性はわずかに低下し、特に弾性はわずかに低下するが、耐摩擦性能は大幅に向上する。CNC加工性は70%に大幅に改善され、切削中に切り屑が容易に破砕し、スムーズに排出されるため、複雑な工程管理が不要になる。この材料は、複雑な構造物の精密フライス加工やタッピング加工に適しており、標準的な冷却方法で十分な加工が可能で、工具摩耗も最小限に抑えられる。.

アプリケーション 主に精密すべり軸受、電気すべり接点、各種耐摩耗性弾性複合部品に使用される。.

特徴 化学組成は、97-98% Cu、1.8-2.0% Be、0.2-0.6% Coからなる。機械的性質は加工方法によって大きく異なり、溶体化処理状態では低硬度で優れた被削性を示す。時効処理後の引張強さは1030～1380MPaに達し、ロックウェル硬さはHRC35～42である。その核となる長所は、弾性限界、疲労強度、耐摩耗性で、これらは銅合金の最先端に位置し、同時に優れた耐食性、導電性、非磁性特性も備えている。しかし、CNCによる加工性は15-25%に過ぎず、時効後の硬度が非常に高いため、工具摩耗が激しく、工具チッピングが発生しやすい。そのため、特殊な加工順序が必要となる：「最初に溶体化処理、次に機械加工、最後に時効処理」。機械加工の段階（溶体化処理（790～820℃の水焼き入れ）で材料を軟化させた後に行う）では、低速切削、浅い切り込み、高圧内部冷却技術を採用する必要があり、ドライカットや繰り返し切削パスを避けるためにコーティングされた超硬工具を使用する。.

アプリケーション 航空宇宙用精密スプリング、センサー部品、高級金型用インサート、医療用プローブ、防爆工具などに適している。.

特徴 化学組成は96%のCuと2-4%のSiからなり、MnとZnが少量添加されている。その機械的特性は中程度で、中程度の引張強さと硬さ、そして良好な延性を特徴とする。その核となる強みは、優れた溶接性と耐食性にあり、CNC機械加工後に達成可能な卓越した表面仕上げにある。切削加工性は約30%で、切削時には長い切りくずが発生するため、最適化された冷却と切りくず処理戦略、鋭利な切削工具の使用、工具の付着を防ぐための切削速度の慎重な制御が必要となる。.

アプリケーション 主に建築金物、船舶用ファスナー、電気端子、精密装飾部品に使用。.

青銅ウォームギヤのCNC加工

ブロンズ部品のCNC加工

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