強度の強いシャフト作り

質問

工作が趣味の工業大学生なのですが、質問です。
　先日趣味で物を吊るすための突っ張り棒を汎用旋盤で作りました。それは15Φのアルミ棒で長さが70ｍｍだったのですが、物をいくつか吊るしていくと曲がってしまい、使えなくなってしまいました。
　次に作るときは硬度の高い素材にしようと思うのですが、同じ15Φの場合どのような素材がいいでしょうか。ちなみに5kg-10kgまでを吊るそうと思っています。

宜しくお願いします。

回答No.10

noname#101110 · ベストアンサー

NO5 です。
引き抜き（押し出し）材の表面はそのときの温度によります。というよりも材料によるといった方がいいかもです。
アルミ材は低温で強引に押し出すのでものによって鏡面といえるほどのきれいな面が得られます。アルミサッシなどそのままで外装の部品にできるほどです。
鋼材は殆ど真っ赤に焼けた状態で押し出しますので大抵は黒皮がついて建築物の骨材などに用いられるような表面です。鉄道レールなど後加工するものが多いです。ドリルロットやシャフト材などは研磨していると思います。
いずれにしても押し出しから注文生産品を頼むには倉庫一杯分くらいの量を注文しなければ普通はやってくれないと思います。
＞私の知っている業者さんは傷やさびた状態のまま持ってくるのですが
どこでも一緒でしょう。いずれ規格品を探して使うしかないですね。

補足

いろいろ教えていただいて、ありがとうございます。

教えてもらったドリルロットを発注し、旋盤で表面を綺麗に加工してみます。
完成するまで何かあるかもしれないので、この質問の回答を締め切らず残しておくことにします。

ありがとうございました。

回答No.11

noname#100814

＞教えてもらったドリルロットを発注し、旋盤で表面を綺麗に加工してみます。

　ドリルロットではなくドリルロッドです。
　研磨加工済みのドリルロッドを旋盤で削ってさらに綺麗にしようというのですか？
　現物を見てからお考えになったほうがいいですよ。

回答No.9

tellmetrue

No.2です。無い物ねだりですね?
何の目的ですか?　趣味ならそこまでこだわる必要はないのでは？
卒業研究で長期に展示する必要があるのなら答えはNOです。
Alの研削面の光沢を長く保存することはできません。Alも「錆びる」のです。市販されているアルミ製品は全て表面をアルマイト加工してあります。表面を強制的に酸化して強固なAl2O3膜を形成し、更なる酸化を防いでいるのです。
金属科の学生さんあるいは教授によくご相談なさっては?
教科書をただ読んでいるよりはこうして実地で覚えたものは忘れませんよ?　教授も喜んで教えてくれると思います。

補足

回答ありがとうございます。

　作っている加工物ですが、確かに趣味というより卒業制作として考えています（今はまだテストの段階ですが）。ですからアルマイト加工や焼き入れ焼き戻しなどの加工は考えていません（出来ればやりたいですが）。今度専門の教授に聞いてみるつもりですが、アルマイト加工というのは加工物を旋盤などで削った後すぐに行わなければならないのでしょうか。インターネットを見る限り色づけなどの処理も出来るようですが。

回答No.8

noname#101110

NO.5　です。
比較的安価で入手しやすい材料として　ドリルロットといわれる工具鋼
（SK３～７くらい？）の引き抜き材を研磨した１５Φ　の丸棒を焼き入れ焼き戻しするのがもっともいいのではないでしょうか。なま材でも相当の強度と硬さがありますが、熱処理をすることで更に硬度と靭性が増します。熱処理後に酸洗いして亜鉛メッキを施せば白い面が得られます。
もっと強いのは高速度鋼（SKH　炭素工具鋼系の最高品）の１６Φ以上の引き抜き材料を購入して旋盤加工し、熱処理して１５Φに研磨仕上げするのがいいのではないでしょうか。これなら超硬材料よりも幾分か安価にできますし、アルミのような白い亜鉛メッキ仕上げもできます。ご自分で加工するのは難しいと思いますが。
SUS　はステンレス材のことです。一般に工具鋼よりも硬度、靭性は若干劣ります。
強度計算は質問者様のほうでお願いします。

補足

回答ありがとうございます。
　ドリルロットと高速度鋼ですか、業者の人に見積もりをしてもらい検討をして見ます。
　もう一つ質問なのですが、引き抜き材というものは業者を選べば、表面が綺麗な状態（傷やたわみがない状態）のまま、提供してくれるものなのでしょうか。私の知っている業者さんは傷やさびた状態のまま持ってくるのですが、一般的な業者さんはどうなのでしょうか。

回答No.7

noname#100814

＞またSUSパイプというのはステンレスで出来たパイプという意味でいいのでしょうか、そしてそれは旋盤で簡単に加工出来るのでしょうか。

　パイプを旋盤でどう加工するのですか？

補足

少し分かりにくいと思うのですが、使えればいいというものではないのです。加工物そのもののデザイン・イメージが用途と合っていなければ、デザインとは言えないんだと思うのです。
　やはり重要なのは用途はもちろんの事、アルミの銀色の綺麗さその素材の美しさが重要だと思うのです。ですので何とかアルミの銀色の質感を出すにはどうしたらいいのか迷ってはいるのですが、何とかいい案がいい案がないでしょうか？

回答No.6

大明神（@bathbadya）

曲強度と残留圧縮応力(テンション？)と摩擦係数。
で、計算すれば吊り下げ可能荷重が求めれる。

回答No.5

noname#101110

前提条件によってさまざまな選択肢が選べるはずですが、ご質問の内容と補足では良くわからない部分が多すぎます。これは絶対譲れないという条件は以下のどれでしょうか？それとも全部必要ですか？ならこれは不可能かもしれません。
素材：　　アルミでなければならないのか
色：アルミと同じ色合い　とはどんな程度の類似性が求められるのか。（それはなぜか。強度と同等以上に重要な要素なのか？）アルミでも１７Sを加工した色と引き抜きそのままとでは光沢を含みかなり差異がああります。
旋盤加工の是非：１５Φ　で７００ｍｍ長しかもアルミとなると非常に苦労されたはずですが、なぜ加工する必要があったのでしょうか。切削加工すると強度はかなり落ちます。引き抜き材料そのままを使用する方が強いです。

１５Φの外径は絶対条件なのでしょうか？断面積が充実円の１５Φ相当ならパイプや異形が絶対有利です。アルミでもさまざまな断面形状の押し出し材料（サッシ）があります。
引っ張り強度でいけば鋼　特に工具鋼が高いですがパイプ形状があるかどうかは疑問です。SUSパイプがいいと思います。たわみを問題にするなら高価ですがタングステンコバルトなどの焼結金属（超硬工具材料）なら７００ｍｍ長で１５Φでも耐えるものがあるかもしれません。もちろん丸棒でなく角材が一般的ですがたわみには強いと思います。

補足

詳しい回答ありがとうございます。

　アルミでなければならないのかという回答ですが、絶対というわけではありません。ただそのつっ張り棒の補助の部品に17sを使ってしまったので、鉄のような黒光りしたものを使ってしまうと自分のイメージしたものと少し違ってしまうと感じたからです。（個人的にアルミの銀色の色味が好きという事もありますが。）
　専門用語は少し分からないのですが、引き抜き材料というものは旋盤で加工したような綺麗な表面なのでしょうか。またSUSパイプというのはステンレスで出来たパイプという意味でいいのでしょうか、そしてそれは旋盤で簡単に加工出来るのでしょうか。
　最後にこの加工物は絶対アルミでなければならないというわけではありません。ただ用途を満たしていればいいという訳ではなく、自分のイメージしたものを重視しているものなので、出来ればアルミに近い色合いと15Φの直径という条件を出してしまいました。

　曖昧な質問ですいませんでした。

回答No.4

gh123-2009

http://www.110.ne.jp/nejitech/zaishitsu10.html
目的のサイズは市場的にわかりませんが、ご参考に。

補足

回答ありがとうございます、参考にさせてもらいます。

回答No.3

tellmetrue

「材料力学」の演習問題をご一読することをお勧めします。ご質問の答えは全部載っている筈です。学校の図書館で探して下さい。
まあ常識的に考えて鋼を使ったとしても１５Φでは無理でしょうね。
２０－３０Φは必要かと？
両端を固く固定(固定ピンを入れてコンクリートで固める)すれば１５Φでも良いかもしれません。
単位重量当たりの強度はパイプの方が中実棒を上回ります。（これも演習問題に書いてあります）

回答No.2

tellmetrue

工業大学生ならご自分で計算してみたら?
材料力学の格好の問題です。両持ち梁の問題です。とりあえず両端を自由として計算してみましょう。撓みはどのくらいまで許せるのか?荷重はどれだけか？材料特性は教科書に載っているのでは?
材料によって引っ張りの弾性係数が違ってきます。
断面は円でも角型でも自由です。
鋼が最も強いです。パイプの方が軽くて強いものが得られるはずです。

補足

すいません、その通りです。
言い訳になるのですが、僕は工業デザイン科で金属の性質について勉強したことがありません。一応金属工学を勉強している知り合いにも聞いてみたのですがよく分からないといわれました。
それで質問なのですが、専門的な用語は分からないのですがやはり丸棒よりパイプの方が強度は強くなるのですか？加工した素材はアルミの17sでした、出来ればこれと同じ色合いにしたいのですが。

回答No.1

gh123-2009

７０cmの誤りでしたね？
ご存知のようにアルミ材は、ジュラルミンで知られるように焼入れの工程で強度を増しています。（材質の変更と熱処理したものを買う）

他には、同系の材料なら引っ張り強度の高い品種（品番）のものを使うのが良いでしょう。（一般に硬度も高いです）
本当はアルミ以外の鋼鉄や合金鋼・チタンで考えると抜群に違います。

形状的には、中ほどを幾らかでも太く作ればそれだけ有利だし、切削加工ということであれば、厳密に言えば仕上げの荒さも関係するのかな。

お礼

質問意見に誤りがありました、すいません。
70ｍｍではなく700ｍｍでした。

回答ありがとうございます。

補足

回答ありがとうございます。

　アルミによっても熱処理したものとそうでないものとは違うのですね。もし熱処理したものを買うとしたならば、どのような種類のものを注文すればよいのでしょうか、教えてくれませんか。
　前回加工したアルミの素材は17ｓでした、出来れば加工した際表面の色合いがこの素材と同じになればベストなのですが。