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対応規格
  • A1100
  • A2017
  • A5052
  • A6063
加工法
  • シャーリング
  • タップ
  • タレパン
  • レーザーカット
  • レーザータレパン複合機
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アルミのカット・穴あけを詳しく解説
アルミとは

アルミニウムは、JIS記号ではAluminiumのAに続いて4ケタの数字をつけることで表されます。合金の種類によって1000系から7000系まで番号がつけられています。アルミニウムの最も大きな特徴はその軽さであり鉄と比較して約1/3の密度となります。軽さ以外にも多くの性質を持っており、アルミは非鉄金属の中では最も生産量の多い材質です。
ただし、私たちの身の回りで使われているアルミニウムはほとんどが合金として利用されています。純粋なアルミが使用されている例として、1円硬貨が挙げられます。

アルミニウムの特徴として、軽さに加えて様々な面があります。主に挙げられる特徴は以下のものです。

・軽さ
アルミは非常に軽く、繰り返しにはなりますがその密度は鉄の3分の1ほどです。アルミの利用価値が高いのは、アルミの軽さを活かして製品の軽量化や効率化を図れることにあります。アルミの軽さを生かし軽量化が図られた例として、電車や航空機、宇宙船や人工衛星に及ぶまで多くの業界で活躍しています。

・加工性
アルミは加工性が比較的高い金属です。加工性とは切断加工や曲げ加工など、板金加工のしやすさのことを言います。軟らかい金属であることに加え、切削の抵抗が小さいためとても加工しやすい金属であります。一方で、熱伝導性が高く熱が逃げやすいため、溶接性が多少低くなります。

・耐食性
アルミニウムは大気中で酸素と結合し不動態の酸化皮膜を形成します。酸化皮膜は酸素と水分を遮断するためとても優れた耐食性をもたらします。ただ、傷がつくなど何らかの影響で酸化皮膜が消失した時アルミニウムの腐食が始まります。さらに耐食性を向上させたい時は表面処理加工としてアルマイト処理をおこない、人工的に酸化皮膜を形成することで大きく向上させます。

・導電率
アルミの導電率は銀や銅に次いで高いです。そのため、導電性が求められる製品や部品に、材料価格を考慮してアルミが用いられることがあります。アルミを用いれば、銀などを用いるよりもコストを抑えることができます。

カット・穴あけ加工とは

板金加工製品は、ほぼ全ての製品において切断加工が必要になります。なぜなら、長方形の板である板金は、一般的に流通しているサイズが規定されているためです。アルミ製品の場合ももちろん、アルミ板金をカット・切断する必要があります。
板金の切断加工法としては、主に以下の加工方法が挙げられます。
・シャーリング
・レーザーカット
・タレパン加工
・レーザータレパン複合加工
それぞれの切断加工を説明する前に、板金の切断加工を2種類に分類することができます。アルミ板金を一般に流通しているサイズ(定尺材)から製品に必要なサイズに切断する方法と、円形などの抜き加工をする際の切断加工の2種類です。

主に前者の適切なサイズに切断するのに用いられる加工法がシャーリング加工です。

シャーリング加工とは、アルミ板金を一定の長さに切断する加工法のことです。特徴としてはアルミ板金を直線状に切断する点で、原理としてはハサミで紙を切る原理と同じになります。シャーリングマシンの上下の刃の間に板金をセットし、上下から挟みこみ圧力をかけて板金を切断します。
シャーリング加工は一度のプレスで板金を切断することが可能なため、1回あたりの加工時間が短く作業効率の良い加工法であると言えます。しかし、板金に抜き加工する場合や、複雑な形状に切断する必要がある場合はシャーリング加工は適していません。なぜなら、直線的にしか切断することができないためです。

複雑な形状の異形穴など、切断の自由度が求められる場合に用いる加工法がレーザーカットになります。レーザーカットはレーザー光を用いて板金を切断する加工法です。レーザー光による熱でアルミを溶かすことによって切断し、切断したい方向に進むことで自由自在にカットすることができます。

レーザー加工の特徴として、主に以下のものが挙げられます。
・自由な形状に切断可能。
・アルミ板金の薄板から厚板まで、幅広く切断することができる。
切断形状の自由度がレーザーカットの最大の特徴です。アルミを複雑な形状に切り抜く際にはレーザーカットが最適です。
また、レーザーカットはレーザー光を用いてアルミを切断するため、本体に触れることなく切断することができます。そのため、バリを発生させずにアルミを切断することができます。バリとは、アルミなどの板金を切断した際に発生する突起物のことで、母材の残留物になります。板金に圧力を加えることで切断するシャーリング加工の場合は、このバリが発生してしまいます。しかし、レーザー加工は熱を利用してアルミを切断するため、ドロスが発生するお恐れがあります。ドロスとは、加工する際に用いた熱によって溶け出した母材が固まることによって生じる残留物です。ドロスを発生させずにレーザーカットによりアルミを切断するためには、アシストガスを適切に用いる必要があります。アシストガスとは、レーザーカットの際にカットしている部分に吹き付けられるガスのことです。きれいな切断面を形成する役割を果たします。

アルミのカット・切断加工には、レーザーカットと並んでタレパン加工もよく用いられます。タレパン加工とは、タレットパンチプレス加工の略称であり、タレパン加工機を用いて板金を切断します。タレパン加工による切断の原理は、タレパン加工機に内蔵されている金型で連続的に何度も繰り返しプレスするというものです。

タレパン加工によるアルミの切断の特徴として、レーザー加工と同じく自由な形状に切断することができるという点が挙げられます。専用の金型を用意することも可能であるし、ニブリング加工を用いれば自由に切断することができます。ニブリングとは、少しずつ位置をずらしながら細かくプレスをして打ち抜くことによってアルミを切断する加工法です。
タレパン加工はアルミを切断する際にアルミに接触するため、バリが発生してしまいます。そのため、タレパン加工の後には後処理として基本的にバリ取りが必要となります。

また、レーザータレパン複合機とはその名の通りタレパン加工とレーザー加工を組み合わせた加工機のことです。レーザータレパン複合機は1台で両方の加工ができるようになっているため、それぞれの加工法が適している場面で使い分けることができます。そのため、最も効率の良い方法で切断加工をすることが可能であり、対費用効果が高い加工法であるといえます。レーザータレパン複合機は、高精度でありながら作業時間を短縮することのできる、優れた加工機であるといえます。

アルミのカット・切断加工の特徴

アルミのカット・穴あけ加工には、上記のそれぞれの加工法によって異なる特徴や注意点があります。
それぞれのカット・穴あけ加工に影響を与えるアルミの性質としてあげられるものは、軽く・光沢が強く・粘り気が少ない、といった性質になります。

アルミのシャーリングカット

シャーリングカットにおいて、きれいな切断面でカット加工するために重要なのが各材質・板厚に応じた適切なクリアランスで切断することです。
クリアランスとは、シャーリングマシンにおける上刃と下刃との隙間のことを言います。つまり、適切なクリアランスで切断するとは、適切な圧力でアルミを挟み込み切断するということになります。

このクリアランスの適正値は、金属材質ごとのせん断抵抗値及び板厚に比例します。アルミのせん断抵抗値及び板厚に対する適正クリアランスは以下の通りです。

材質
  • アルミ
せん断抵抗値(kg/mm²)
  • 10~15
板厚に対するクリアランス(%)
  • 5~8
アルミのレーザーカット

レーザーカットの切断面の品質を保つ上で非常に重要になるのがアシストガスです。アシストガスの役割は、レーザー光によって生じる溶融物を除去することです。
レーザーカットに用いられるアシストガスにはいくつかの種類がありますが、板金の材質に合わせてアシストガスを使い分けることが大切になります。

アルミのレーザーカットでは、主にイージーガスと呼ばれるアシストガスを用います。イージーガスとは、酸素などを除去することによって大気中から生成された、窒素密度を約99%にしたガスです。イージーガスの特徴として、レーザーカットの際にアルミが酸化しにくいという点があります。

また、エアーと呼ばれるアシストガスもアルミのレーザーカットに用いられます。エアーによるレーザーカットではアルミが多少酸化するため、溶接や塗装などの加工が必要なアルミ製品の場合には酸化被膜を1度除去する必要があります。

その他レーザーカットで用いられるアシストガスと、アルミ材との相性は以下のようになります。アルミをレーザーカットする際には、いかにアルミ材が酸化してしまうことを防ぐかが重要なポイントであるかが分かります。

アシストガスの種類
  • イージーガス
  • エアー
  • 窒素
  • 酸素
アルミ
  • ×
アルミのタレパン加工

薄板のアルミ材などは、タレパンを用いてカット・穴あけ加工されることが多いです。タレパン加工時のプレスに必要な加圧力は、板金の板厚と金属材質ごとのせん断応力、カット部分の外径周長に比例します。せん断応力とは金属に圧力を加え続けたときに、金属が切れてしまう限界の力のことをいいます。せん断応力が強いほど硬度の高い金属であると言えます。
アルミは柔らかく、せん断応力は鉄やステンレスなどの金属と比較して高くありません。そのため、タレパンでの打ち抜きに必要な加圧力は小さくなり、大きすぎる力で打ち抜くと歪みなどが生じ、品質を損なう場合があります。

また、アルミ材にタレパンで穴あけ加工を行う場合は、最小穴径に注意する必要があります。最小穴径よりも小さな穴径の穴あけ加工をしようとすると、品質の高い穴をあけることができなくなってしまいます。

材質
  • アルミ
最小穴径
  • 板厚t × 1.0
アルミのカット・穴あけ加工の対応板厚

上記のように、アルミのカット・穴あけ加工は加工法の種類に応じて注意すべき点がいくつもあります。
弊社では高品質な切断面で、製品の形状や材質、板厚などに応じて上記の加工法に対応しています。レーザーカットとタレパン加工を組み合わせたレーザータレパン複合機による加工も可能です。

アルミのカット・穴あけ加工の対応板厚は以下の通りです。

アルミ
  • ~ 0.7mm
  • 0.8 ~ 1.0mm
  • 1.1 ~ 1.5mm
  • 1.6 ~ 3.2mm
  • 3.3 ~ 6.0mm
  • 6.1 ~ 9.0mm
  • 9.1mm ~
カット・穴あけ加工
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