金属加工とは？主な金属加工の種類を解説【金属加工メーカー】

本記事の要点

1. 金属加工は、切削や塑性加工、鋳造、接合、熱処理、表面加工など多様な方法があり、材質や形状、精度、数量、用途に応じて適切な加工方法を選択することが重要である。

2. 金属は強度や耐熱性に優れる一方、ステンレスやチタン、インコネルなどの難削材は加工硬化や工具摩耗などに注意が必要で、加工時間やコストが増加する場合がある。

3. アルミニウムや銅、チタン、マグネシウムなど金属ごとに強度、耐食性、熱伝導性、重量などの特性が異なるため、要求性能と加工性の両面から材質を選定することが重要である。

金属加工は製品・部品を作るための、金属に対して行う加工全般を指します。多様な金属加工方法があり、用途や形状・数・納期によって最適な加工方法を選ぶことができます。金属加工は「形状を変える金属加工」と、「性質を変える金属加工」の2つに大別されます。形状を変える金属加工は、金属の材料を加工して任意の形状にする加工方法です。性質を変える金属加工は、素材に熱や化学的な処理を行うことで、硬度や耐食性などの性質を強化する加工方法です。本記事では金属加工の特徴、金属加工方法、対応材質について解説します。

金属加工の特徴

金属加工は、金属材質の形状と性質を変えて製品として使用するための加工全般を指します。切削加工や板金加工、鋳造、鍛造、3Dプリント、表面処理、熱処理など多くの加工方法があります。樹脂では対応が難しい高い強度や耐熱性が求められる部品に広く採用されています。ここでは、設計や材料選定の際に知っておきたい、樹脂と比較した場合の金属材料の主なメリットを紹介します。

耐熱性が高い

金属材料は多くの樹脂よりも高温環境で使用でき、熱による軟化や変形が起こりにくい点がメリットです。加熱装置やエンジン周辺など、高温にさらされる環境でも安定した性能を維持しやすく、機械的強度の低下も抑えられます。また、熱伝導率が高い材料も多く、放熱性が求められるヒートシンクや筐体などにも用いられます。

強度が高い

金属材料は、樹脂と比較して高い機械的強度を持つ材料が多く、大きな荷重や衝撃が加わる部品にも使用できます。特に鉄鋼やチタン、マルエージング鋼などは高い強度を持ち、構造部品や軸、ギアなどの高荷重部品に適しています。

寸法精度が安定しやすい

樹脂に比べて線膨張係数が小さいため、温度変化による寸法変化が少なく、高い寸法精度を維持しやすいという特徴があります。また、吸水による膨張や収縮がないため、環境の変化による寸法変動も抑えられます。

熱処理による特性向上が可能

焼入れ・焼戻し・焼きなましなどの熱処理によって、強度や硬さ、靭性などの特性を用途に応じて調整できます。例えば、摩耗しやすい部品には表面硬度を高める処理を施し、衝撃を受ける部品には靭性を重視した処理を選択することが可能です。このように、同じ材料でも求める性能に合わせて特性を最適化できる点は、樹脂にはない大きなメリットです。

放電加工・ワイヤーカット加工に対応できる

金属は導電性を持つため、放電加工やワイヤーカット加工を利用できます。これらの加工方法は、通常の切削加工では難しい複雑形状や細い溝、高精度な輪郭加工に適しており、硬い材料でも高精度に加工できる点が特徴です。また、加工時の切削抵抗が小さいため、薄肉部品や微細形状でも変形を抑えやすく、金型や精密部品の製作で広く活用されています。

材料コストを抑えやすい

鉄鋼材料をはじめとする一般的な金属は、スーパーエンプラなどの高機能樹脂と比べて材料費を抑えられる場合があります。特に大型部品では、材料価格の違いが製品コストに大きく影響するため、コスト面で金属が有利になるケースも少なくありません。ただし、重量や加工方法、表面処理の有無によって総コストは変わるため、材料価格だけでなく加工費を含めて比較・検討することが重要です。

金属加工の種類

求められる形状や精度、数量、材料特性に応じて適切な加工方法を選択することが重要です。ここでは、代表的な金属加工の種類とそれぞれの特徴・用途について解説します。

機械加工

塑性加工

接合加工

鋳造

熱処理加工

表面加工

加工方法の選び方

金属加工の方法は、部品の形状、要求される寸法精度・表面品質、生産数量、材料特性、コストを総合的に考慮して選定することが重要です。複雑形状や高精度部品には切削・研削加工、薄板には板金・曲げ加工、中空形状には鋳造など、形状に適した加工方法を選びます。また、試作や少量生産では切削加工、大量生産ではプレス加工や鋳造が適する場合があります。材料の加工性や必要精度も考慮し、過剰な品質要求を避けることがコスト低減につながります。

金属加工の注意点

金属材料には高い強度や耐熱性など多くのメリットがある一方で、用途によっては樹脂の方が適しているケースもあります。ここでは、樹脂と比較した場合の金属材料の主なデメリットを紹介します。

比重が大きい

金属材料は樹脂に比べて密度が高く、同じ形状であれば部品質量が大きくなります。そのため、自動車や航空機、ロボットなど軽量化が求められる製品では不利になる場合があります。また、部品質量の増加は搬送や組立時の負担、装置全体の消費エネルギーにも影響します。強度が必要な箇所は金属、軽量化を優先する箇所は樹脂とするなど、用途に応じた材料選定が重要です。

腐食しやすい

鉄鋼材料をはじめとする金属は、水分や塩分、薬品などの影響を受けると腐食する場合があります。腐食が進行すると強度低下や寸法変化、外観不良につながるため、使用環境に応じた対策が欠かせません。必要に応じてステンレスやアルミなど耐食性の高い材料を選定したり、めっきや塗装、アルマイトなどの表面処理を施したりすることで、耐久性を向上できます。

絶縁性が求められる用途では不向き

金属材料は導電性を持つため、電気絶縁が必要な用途には適していません。電子機器や半導体製造装置、電気設備などでは、漏電や短絡を防ぐために高い絶縁性が求められることがあります。このような用途では樹脂やセラミックスが採用されることが多く、金属を使用する場合は絶縁スペーサーや樹脂部品、絶縁コーティングなどを組み合わせて必要な絶縁性能を確保する必要があります。

主な金属加工の対応材質

アルミニウム

アルミニウムは、軽量で強度に優れた汎用的な金属材質です。熱伝導率・電気伝導率が高く、熱交換器や電子部品などに利用されます。低温下での脆性破壊が起こりにくく、靭性に優れていることから、人工衛星や低温プラントの部品の材質にも利用されます。また、無害・無臭であるため、機械や装置の部品、日用品など幅広い場面で使用されています。

• 高強度

• 軽量

• 低温下で使用可能

• 熱と電気の伝導率が高い

• 非磁性体

ステンレス鋼

ステンレス鋼は、鉄を主成分とし、クロムやニッケルなどを添加した合金鋼です。その最大の特徴は、錆びにくさ（耐食性）にあります。鉄に10.5％以上のクロムを含有させることで、表面に強力な不動態皮膜を形成し、内部を腐食から保護しています。この皮膜は非常に薄く、わずか数ナノメートル程度の厚さしかありませんが、外部からの刺激によって損傷を受けても、クロムが大気中の酸素と反応して皮膜が再生します。

• 優れた耐食性

• 優れた強度

• 電気と熱の伝導率が低い

• 難削材

銅

銅は、銀に次ぐ高い熱伝導性と電気伝導性を持つ金属です。導電材料・放熱材料として電子機器部品や熱交換器に利用されます。また、完全非磁性を持つ金属であり、磁石などの影響で磁性を帯びることがありません。銅の表面に微生物が付着すると、微生物の細胞膜を破壊し、細菌やウイルスを死滅させます。アルミニウム同様、極低温下でも使用でき、脆性破壊が起こりにくい特徴があります。

• 完全非磁性

• 極低温化で使用可能

• 熱と電気の伝導率が極めて高い

• 超抗菌効果

真鍮

真鍮は銅と亜鉛の合金で、特有の金色の輝きと優れた加工性で知られています。機械加工のしやすさ、耐食性、美しい外観から、楽器や装飾品、精密部品など幅広い用途で使用されています。特に複雑な形状の部品にも対応しやすいため、真鍮は加工材として非常に人気があります。

純銅ほどの電気伝導性はありませんが、真鍮も中程度の電気・熱伝導性を備えており、電気コネクタや継手類などにも適しています。また、銅と同様に抗菌性をある程度有しており、衛生的な用途やハードウェアなどにも活用されています。

• 優れた加工性

• 優れた耐食性

• 美しい金色の外観（有色金属）

• 中程度の電気・熱伝導率

• 抗菌性あり

チタン

チタンは、軽量で比強度と耐熱性に優れた金属材質です。融点は約1668℃と、アルミニウムや銅、ステンレス鋼などの主要材質よりも高く、高温環境でも安定した性質を発揮します。また、チタンは化学的に活性であり、空気中の酸素に触れると強固な結合を起こします。この酸化チタンの皮膜により内部が保護され、高い耐食性を発揮します。さらに、生体親和性の高い金属であり、金属アレルギーを起こしにくいことから、医療機器などの治療に使用する器具にも利用されます。

• 軽量で高強度

• 優れた耐食性

• 優れた耐熱性

• 熱と電気の伝導率が低い

• 生体親和性が高い

モリブデン

モリブデンは、融点が約2,620℃、沸点が約4,650℃の高融点金属です。金属材質の中で5番目に融点が高く、超高温環境での使用に適した材質で、高温下でも高い強度を発揮します。また、線膨張係数が低く、高温下での寸法安定性にも優れています。切削加工用材料として使用される他に、合金の添加金属としても使用されます。モリブデンが添加された合金は、硬度が向上し、変形しにくい性質を得ます。熱伝導率は20℃約142W/(m・K)と、比較的高い熱伝導性があります。

• 高硬度

• 優れた耐熱性

• 優れた耐酸性

• 高い熱伝導性

マグネシウム

マグネシウムは、実用金属で最も軽量で、比強度に優れた金属です。マグネシウムの比重は1.74g/cm³と、同じく軽量な金属であるアルミニウムの2.70g/cm³の約3分の2の軽さです。比強度の高さから製品の軽量化を目的に、さまざまな部品に使用されます。切削性が良好で、精密部品への加工にも適しています。融点650℃とアルミニウムと同程度です。また、実用金属で最も高い振動吸収性があります。

• 軽量で高強度

• 熱と電気の伝導率が高い

• 安定した電磁波シールド性

• 優れた寸法安定性

インコネル

インコネル（Inconel®）は、高温・高負荷環境での強度・耐食性に優れた高ニッケル合金です。ニッケルを主体に鉄、クロム、ニオブなどが含まれています。クロムにより表面に強固な不動態皮膜が形成されており、優れた耐食性を発揮します。700℃までの高温環境において、高い強度を維持します。

• 優れた耐熱性

• 優れた機械的強度

• 熱の伝導率が低い

• 優れた耐食性

• 高温で高い硬度と耐酸化性、耐食性を発揮

マルエージング鋼

マルエージング鋼は、低炭素18%Ni鋼にコバルト（Co）、モリブデン（Mo）、チタン（Ti）、アルミニウム（Al）などを添加した時効硬化型の超強力鋼です。高硬度と高靱性を両立した稀有な性質を持つ金属材質であり、ロケットや人工衛星などの宇宙航空分野で使用されています。熱処理により硬度や引張強さ、降伏強さを向上させることができます。

• 優れた硬度

• 優れた靭性

金属の切削加工依頼のためのFAQ

サービス内容は？

YUMO PARTSでは、短納期での金属精密切削加工を承っております。銅などの金属材質を、お客様の図面や3D-CADデータを元に加工機械で削り出します。製品開発の試作や、小ロットで必要な部品の製作を中心にお引き合い頂いています。頂いたデータに基づいた切削加工だけではなく、図面のない設計段階からのご相談にも対応可能です。製図には別途費用を頂きます。

どのような加工に対応していますか？

当社は切削加工による両手に乗るサイズまでの小さな部品の高精度加工が得意な加工会社です。フライス・旋盤加工で可能な範囲の加工に対応いたします。これまでの加工実績は納品実績をご覧ください。加工後の表面処理や熱処理もまとめて依頼できます。

加工の見積もりに必要なものは何ですか？

見積もりには形状と寸法が分かる図面やCADデータと、材質・数量・希望納期の情報が必要です。条件や形状によっては、これら以外の情報も必要になる場合があります。

最小ロットは？

当社の最小ロットは1個です。多品種小ロットの生産に特化した生産管理を行っています。1図面の1個のみの試作もお任せください。1000個以内の量産にも対応可能です。

依頼方法は？

お問い合わせフォームから必要な情報を入力・添付して送信頂ければスムーズにお見積りすることができます。

金属加工はユモパーツにお任せください

YUMO PARTS（ユモパーツ）ではアルミ合金からチタン合金、マグネシウム合金などの難削材まで多様な材質の加工実績があります。他社で断られた図面についても一度お問い合わせください。