銅からアルミへの材料置換｜プレス金型で見直すこと

銅の部品をアルミに置き換えるとき、図面の形を変えずに材料欄だけを書き換えても、同じ金型ではまず打てません。材料が変われば、金型のクリアランスも曲げRも、場合によっては工程の組み方そのものも変わるからです。

この記事では、銅からアルミへの材料置換を検討するときに、プレス金型の側で何を見直すのかを、順送プレス金型メーカーの立場から整理します。当社に実際に寄せられたご相談の内容と、量産に入る前に確認しておきたい点もあわせて紹介します。

銅からアルミへの置き換えが検討される背景

端子やバスバー（電気を流すための板状の導体）など、これまで銅や銅合金で作られてきた部品について、アルミへの置き換えを検討する動きがあります。背景にあるのは、銅の素材価格の上昇です。アルミは銅より軽いことも、置き換えを後押ししています。

ただし、置き換えは「同じ形の部品を安い材料で作る」という単純な話にはなりません。アルミは銅と比べて電気を通しにくいため、同じ電流を流すには断面積を大きくする必要があります。その結果、板厚が増えたり、製品の形そのものが見直されたりします。

銅バスバーの金型でどのような点に注意しているかは、銅バスバーの順送プレス金型事例（反り・穴ピッチ・型傷対策）で紹介しています。

材料を替えるとプレス金型で見直す5つの点

銅からアルミへの変更では、材質の違いと板厚の違いの両方に合わせて、金型を見直す必要があります。見直しの対象になるのは、主に次の5つです。

このうちクリアランスと曲げRは、材質と板厚を前提に決める値です。銅用の金型の数値をそのままアルミに当てはめることはできません。

板厚が増えると、金型全体の前提が変わる

板厚が約2倍になるような置き換えでは、抜きや曲げに必要な力が大きくなります。パンチやダイなどの型部品の強度だけでなく、金型を取り付けるプレス機の能力が足りるかどうかも確認が必要です。

また、曲げRが同じでも板厚が増えれば、曲げの外側に生じる伸びは大きくなります。銅の板厚で問題なく曲がっていた形状が、アルミの厚い板では割れるおそれがあります。鋭角に曲げる端子の金型で亀裂を抑えた例は、端子の順送プレス金型事例（C2680R t0.5の鋭角曲げ亀裂を抑制）で紹介しています。

工程の分け方と金型構造を見直す

材料に無理な負荷をかけないためには、1つの工程で大きく変形させず、変形を複数の工程に分ける考え方が基本です。順送プレス金型であれば、帯板が送られる途中のどの工程で、どこまで曲げるか・絞るかを配分し直すことになります。

工程を分けると、金型の長さや工程数が変わります。結果として、金型構造の見直しにつながることもあります。順送金型の設計の考え方は、技術・設計のページにまとめています。

置き換えで起こりやすい不具合と金型での対策

アルミに置き換えたときに起こりやすい不具合は、銅のときとは傾向が異なります。当社が金型の設計・製作で特に気をつけているのは、次の2点です。

細かな粉の発生と、金型への付着

アルミは、加工のときに細かな粉が発生したり、金型に付着したりすることがあります。付着した材料は、製品のキズやバリ、刃先の摩耗の原因になります。そのため、アルミ用の金型では、型部品の表面仕上げを工夫しています。

なお、銅の金型でも、材料が柔らかいことによる型傷には注意が必要です。銅とアルミでは、傷や付着の出方が違うため、型部品との当たり方も材料に合わせて見直します。

材質によって伸びが異なる

アルミとひと口に言っても、材質や調質（熱処理や加工によって整えた硬さの状態）によって伸びが異なります。同じ形状でも、選ぶアルミによって割れやすさが変わるため、金型構造と表面仕上げを材質に合わせて工夫しています。

当社で現在多く加工しているのは、3000番台（マンガンを加えたアルミ合金）のA3003です。1000系やA5052などの5000系も含め、置き換えの候補になっている材質と調質が分かれば、それを前提に金型を検討します。

アルミ薄板で亀裂を抑えた事例は、アルミ薄板（t0.6）の順送プレス事例｜亀裂・割れを防ぐ金型設計と、A5052薄板カバーの順送プレス金型事例（ドロー部亀裂・平面度改善）で紹介しています。

量産を見据えて最初に確認しておきたいこと

材料の置き換えは、金型だけでは完結しません。お客様に最初にお伝えしているのは、量産の際、設備として専用ラインが必要になる可能性があるという点です。

これまで銅の部品を流していたラインに、アルミの部品をそのまま流せるとは限りません。金型の設計に入る前に、量産ラインをどうするかを社内で検討しておくと、後戻りを減らせます。

置き換えのご相談をいただくときは、次の情報があると金型側の検討が早く進みます。

• 現行の銅部品の図面：材質・板厚・形状。現行の金型の工程が分かれば、なお検討しやすい
• アルミでの候補の材質と板厚：材質名（A3003・A5052など）と調質、導電性能や強度から決まった板厚の候補
• 使用するプレス設備：板厚が増える場合、能力が足りるかの確認に必要
• 生産数量と希望納期：試作だけか、量産までか

金型の設計から型部品の製作、トライまでを社内で一貫して行っているため、材料の変更に伴う見直しも、金型全体を見ながら検討できます。型部品の製作体制は金型部品加工のページ、使用している設備は設備紹介ページをご覧ください。

よくあるご質問

まとめ