金属製造技術の包括的概観

金属合金の種類と同じくらい、金属製造技術の種類も豊富です。初心者、特定技術の専門家、金属加工の達人を問わず、常に学ぶべき新しいことがあります。

金属製造技術は、付加的または減法的、自動化または手動、またはまったく別のものとなり得ます。ここでは、伝統的から現代的まで多様な金属製造技術を見て、それらの一般的な用途について説明します。

伝統的な金属製造技術

以下の伝統的な金属製造技術は、今日でも金属加工業界で最も人気があり、一般的に使用されている方法の一部です。

切断

最も一般的な金属製造技術の多くは、切断作業のカテゴリに分類されます。これは、工具を使用してワークピースから材料を分割または除去する技術です。CNC加工のような自動化技術が多くの製造作業で主流になりつつありますが、手動技術と工具も依然として広く使用されています。

以下は手動切断技術の例です：

技術	説明	用途
鋸切断	耐荷重ブレードで大きなワークピースを小さなピースに切断	追加工程ステップに適したサイズと形状へのワークピース初期切断
せん断	ハサミのようなせん断工具で板金を切断	板金の直線切断や余分な材料のトリミング
旋削	ワークピースを固定工具に対して回転させて材料を除去する機械加工プロセス	穴、ネジ、ベアリングのような円形部品など、回転対称性を持つ部品や形状の生産
フライス加工	回転工具でワークピースから材料を除去する機械加工プロセス（旋削の逆）	精密形状の切断とワークピースを完成品または半完成品に成形
ブローチ加工	切削歯の系列を持つ工具でワークピースに直線的に切り込む	高精度切断やキーウェイのような奇形状の切断に使用
研削	研削砥石でワークピースから材料を徐々に除去	部品の平滑化やバリ取りのための仕上げ作業に使用

溶接

切断技術がワークピースから材料を除去するのに対し、他の技術は金属ピースを結合できます。溶接は、2つの金属ピースの表面を溶点まで加熱して接合するプロセスで、これが最も一般的な方法です。

溶接には多くの種類がありますが、最も一般的な4つは以下の通りです：

技術	説明	用途
MIG溶接	電流を流して金属を加熱し、充填材を供給する消耗ワイヤーを使用	大型または厚い金属用。TIG溶接より速く簡単
TIG溶接	非消耗タングステン電極で金属を加熱、充填材あり/なし両対応	パイプのような薄い材料に通常使用。MIGより遅く、高コスト、困難
スポット溶接	ワークピースに直接電極を当て電流を流し、金属の内部抵抗で溶接熱を発生	2枚以上の金属板を溶接接合
スティック溶接	フラックス被覆された消耗充填ロッドを使用	厚い金属や、シールドガスを必要としない屋外での風雨の中での溶接に使用

成形

成形技術は、ワークピースを物理的に変形させて金属を再成形します。材料の追加も除去もありません。

ミルが初期金属ストックを作成するために使用する鍛造、圧延、押出などの多くの上流工程は成形技術です。以下は、製造業者がより一般的に使用する成形作業の例です：

技術	説明	用途
ハンマリング	成形面またはダイに対して板金をマレットで手動成形	板金を曲面や複雑なプロファイルに成形
曲げ加工	プレスブレーキや類似機械で金属板やチューブをダイに沿って曲げる	板金エンクロージャや金属チューブのような薄い金属部品に角度形状を作成
スタンピング	外部衝撃力を加えてワークピースを塑性変形	板金を特定の望みの形状に成形

自動化された金属製造技術

前述のすべての金属製造技術は、シンプルな手動工具で実行可能です。実際、これらの技術の一部は数千年前から使用され、今日でも使用されています。

しかし、現代技術によりこれらの多くを大幅に自動化できます。コンピュータ数値制御（CNC）は、ソフトウェアを使用して工作機械を自動化し、極めて精密で一貫した形状の生産を可能にします。

CNC技術は、大規模製造プラントの多くの手動工具と機械を置き換えました。さらに、3Dプリンティングのような全く新しい金属製造技術への扉を開きました。これらの技術はよりアクセスしやすくなり、小規模工場やホームファブリケーター向けの手頃なCNCマシンがますます利用可能になっています。

CNC切断技術

ほぼすべての金属製造技術をCNC自動化できます。以下は最も一般的なタイプの一部です：

技術	説明	用途
CNC機械加工	CNCコードでフライス、旋削、ルーティング作業を実行	あらゆる種類の精密製造に使用
ウォータージェット切断	研磨剤を含む場合もある高圧微細水流で材料を切断	非常に柔らかい材料から非常に硬い材料までほぼ何でも切断可能。極めて高い精度が必要な場合や、他の切断方法で発生する熱を避けたい場合に使用
レーザー/プラズマ切断	焦点を絞ったレーザービームやプラズマジェットで材料を切断/エッチング	速度と携帯性のため、現場建設作業でよく使用

付加製造（アディティブ・マニュファクチャリング）

付加製造は最新の金属製造技術です。切断のような減法操作がワークピースから材料を除去するのに対し、付加製造技術は、少量の材料を堆積させることで、ワークピースを1層ずつ積み上げて構築します。

金属付加製造技術は常に開発・改良され、全く新しいプロセスが次々と導入されています。しかし、最も遭遇する可能性が高いのは、粉末床溶融とバインダージェッティングの2つです。

技術	説明	用途
粉末床溶融	レーザーまたは電子ビームで金属粉末を加熱・溶融し固形化	従来の機械加工では不可能な複雑形状の作成に使用
金属バインダージェッティング	プリントヘッドで金属粉末ベッドに液体結合剤を堆積させ固体部品を作成、その後焼結が必要	粉末床溶融と類似の用途だが、コストが低い傾向

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