金型製作における鋳造と鍛造の選択：実践ガイド

金型製作では鋳造と鍛造という言葉をよく耳にします。この2つの製造プロセスの違いをどう見分ければよいでしょうか？金型製作では鋳造と鍛造のどちらを選ぶべきでしょうか？

なぜ金型製作が必要なのか？

金型製作とは、CNC加工やその他の方法で原材料を金型に変換し、その後研磨工具を通じて部品を大量生産することを指します。

仕組みはシンプルです。まず、金型設計者が製品（部品）の要件に従って、コンピュータで（または手描きで）金型構造を設計し、次に熟練工が図面の要件に従ってさまざまな機械加工（旋盤、フライス盤、マシニングセンター、放電加工、ワイヤーカットなど）で金型の各部品をうまく作り、組み立てとデバッグを行って合格品が生産できるまで続けます。

金型製作の利点は、金型を通じて部品や製品を大量生産でき、コストを削減できること。金型を通じた部品製造は超高効率生産を実現でき（現在、金型の効率を達成できる生産方法はない）、製品精度を保証し、同時に金型は自動生産を容易に実現できます。

鋳造による金型製造

鋳造は、金属を一定の要件を満たす液体に溶かし、金型に注ぎ、冷却、凝固、清掃して、所定の形状、寸法、性能を持つ鋳物（部品またはブランク）を得るプロセスです。産業の基礎技術です。

鋳造で製造されるブランクのコストは低く、複雑な形状、特に複雑な内部キャビティを持つ部品にとってより経済的です。同時に、広い適応性と良好な総合的機械的特性を持ちます。しかし、鋳造生産に必要な材料（金属、木材、成形材料など）と設備（砂混合機、成形機、冶金炉、コアメイキングマシン、シェイクアウトマシン、ショットブラストマシン、鋳鉄平板など）は相対的に多く、粉塵、有害ガス、騒音を発生させ、環境を汚染します。

金型鋳造の種類

金型の鋳造方法は慣習的に以下に分けられます：

① 普通砂型鋳造、湿式砂型、乾式砂型、化学硬化砂型を含む。

② 特殊鋳造は、成形材料によって天然鉱物砂と砂利を主成形材料とする特殊鋳造（インベストメント鋳造、泥鋳造、負圧鋳造、固形鋳造、鋳造工場シェル鋳造、セラミック鋳造など）と、金属を主鋳造材料とする特殊鋳造（金属型鋳造、圧力鋳造、低圧鋳造、連続鋳造、遠心鋳造など）に分けられます。

鋳造プロセス

① 鋳造金型の準備（液体金属を固体鋳物にする容器）。鋳造金型は使用材料により砂型、金属型、セラミック型、粘土型、グラファイト型などに分けられ、使用回数により使い捨て、半永久、永久タイプに分けられます。鋳物の品質に影響する主な要因は金型準備の品質です。

② 鋳造用金属の溶解と注湯。鋳造用金属（鋳造合金）は主に鋳鋼、鋳鉄、鋳造非鉄合金を含みます。

③ 鋳物の処理と検査。鋳物処理には：

• コアと鋳物表面の異物除去
• 湯口・ライザーの除去
• バリと継ぎ目、その他の突起の除去
• 熱処理
• 矯正
• 防錆処理
• 荒加工

鍛造による金型製造

鍛造は、鍛造プレスを使用して金属ブランクに圧力を加え、塑性変形させるものです。最終的に、特定の形状、寸法、機械的特性を持つ鍛造品を得る加工方法です。

鍛造による金型製造は、金型金属の鋳造気孔と溶接穴を排除でき、鍛造品の機械的特性は一般的に同材質の鋳物より優れています。

機械の重要な部品で高負荷かつ厳しい作業条件下にあるものは、形状がシンプルな圧延板、プロファイル、溶接部品を除き、ほとんど鍛造で製造されます。

成形方法による鍛造の分類

• 自由鍛造（オープン鍛造）

上下のスタンション（アンビルブロック）の間で衝撃力または圧力を用いて金属を変形させ、必要な鍛造品を得るもので、主に手動鍛造と機械鍛造の2タイプがあります。

• 型鍛造（クローズドモード鍛造）

金属ブランクを一定の形状を持つ鍛造金型キャビティで圧縮変形させて鍛造品を得るもので、ダイフォージング、コールドヘッディング、ロータリーフォージング、押出しなどに分けられます。

変形温度による分類

鍛造は熱間鍛造（加工温度がブランク金属の再結晶温度より高い）、温間鍛造（再結晶温度より低い）、冷間鍛造（常温）に分けられます。

鍛造材料は主にさまざまな組成の炭素鋼と合金鋼、それにアルミニウム、マグネシウム、チタン、銅などとそれらの合金です。材料の元の状態はバー、インゴット、金属粉末、液体金属です。変形前の金属断面積と変形後の金型断面積の比を鍛造比と呼びます。適切な鍛造比の選択は製品品質を向上させ、コストを削減できます。

金型製作で鍛造と鋳造のどちらを選ぶか？

金型製作では、鍛造と鋳造の両方に独自の利点があります。金型の物理的特性と金型の要件に応じて、比較的適した加工方法を選択すべきです。

JTRでは、カスタマイズされた金型が金型特性を十分に発揮し、金型のサービスを向上させることを確実にするため、お客様のさまざまなニーズに応じて異なる金型製作方法を推奨します。