金属加工の完全マスター：種類、用途、材料選定のポイント

材料をアセンブリや製造作業に使用する前に、いくつかの金属加工プロセスを経ることが重要です。これらの金属製造プロセスは用途によって異なりますが、装飾、産業、構造用途など多岐にわたります。金属加工プロジェクトにはさまざまなタイプがあります。

ほとんどの場合、メーカーはあるタイプを他のタイプと組み合わせます。これらの方法には、スタンピング、鋳造、切断、押出しなどが含まれます。また、これらの金属部品製造方法は、金属の特性と特定用途における汎用性を明らかにします。

金属加工とは、金属材料を切断、成形、成型して最終製品を作るプロセスです。出来合いの部品から製品を組み立てるのではなく、半完成品や原材料を使用して最終製品を生産します。金属加工製造は標準品とカスタム品の両方に有用で、金属加工プロセス全体を理解することでエンジニアは設計と生産効率を最適化できます。

一般的に使用される金属とその合金から、ほとんどのカスタム製品を作成できます。これらの金属加工業者は通常、ロッド、バー、シートなどの原材料から始めて新製品を作ります。

設備メーカー、リセラー、請負業者はさまざまなプロジェクトで金属加工業者を活用します。加工業者は通常、図面を提出してさまざまな仕事に入札し、契約獲得後にプロジェクト構築を開始します。適切な材料の調達から計画を開始し、次にエンジニアの専門サービスを雇ってCNCマシンをプログラミングします。

また、加工工場は最終製品の作成に多くのプロセスを活用する場合があります。さらに、コーティング、研磨、塗装、デバリングなどの仕上げサービスを最終製品に提供します。なお、仕上げと加工は異なります。

仕上げは金属加工とは対照的に主要プロセスではなく、製品の外観を処理するのに役立ちます。一方、加工技術は製品を成形したり新しい製品を作ったりします。

特定の製品に適した金属加工方法の選択は、いくつかの要因に依存します：

• 設計部品の形状
• 使用する材料
• 製品の意図された目的

以下に金属加工のプロセスを示します：

鋳造

鋳造は、溶融金属をダイや金型に流し込み、冷却・硬化させて所望の形状を得るプロセスです。また、同じ金型を再利用して同類製品を生産できるため、部品の大量生産に最適です。鋳造にはダイカスト、半永久金型鋳造、永久金型鋳造などさまざまな形式があります。

ダイカストは、液体金属を鋼製金型に押し込むプロセスです。金型をダイと呼びます。ダイカストでは、注入する金属を高圧下に置き、硬化するまで保持します。この手順は高速アプリケーションに最適です。

半永久金型鋳造は、取り外しやすく管理しやすい消耗性コアを特徴とします。永久金型鋳造では、金属部品メーカーがダイカストより強力な鋳造品を製造できます。しかし、最終製品からの取り外しが困難な場合があります。

砂型鋳造もあります。このプロセスでは、特定のパターンを砂混合物に押し付けて金型を作り、そこに溶融金属を流し込みます。遅いプロセスですが、他の鋳造タイプと比較して安価です。また、複雑な設計を扱う際に有用です。

切断

これは最も一般的な金属加工方法の一つです。金属ワークピースをより小さな断片に分割する作業を扱います。最古の切断方法は鋸引きですが、現代的な切断方法にはパワーシザー、ウォータージェット切断、レーザー切断などがあります。

切断には、電動工具、手動工具、CNCカッターの使用など、さまざまな方法で取り組めます。場合によっては、切断が加工の初期段階であることもあれば、唯一のプロセスであることもあります。

もう一つの切断タイプはダイカッティングです。この切断プロセスはダイを使用して金属をスライスします。ダイは鋭いエッジを持つ特別に設計されたツールです。ロータリーダイカッティングは回転ダイを使用して材料を切断し、それをプレスに通します。

フラットベッドダイカッティングも使用できます。この切断方法はより厚い金属材料や形状の切り抜きにも対応します。

パンチング

パンチプレスは、ダイを通して金属を打ち抜くための整形タレットを備え、穴を作ります。結果として得られる製品は、締結に役立つ穴あき金属片となる可能性があります。小さなパンチは手動で実現できますが、ほとんどのパンチプレスは機械式です。また、CNCパンチプレスが一般的になり、軽・重金属加工の両方に適しています。

引抜き（ドローイング）

引抜きは、テーパーダイを通して金属を引っ張り内側に通すために引張力を利用します。このダイは金属を伸ばしてより薄い形状に変換します。常温で引抜きを行うコールドドローイングが可能です。ただし、ワークピースを加熱して必要な力を減らすこともできます。

最終製品の深さが半径以上の場合、ディープドローイングと呼ばれます。多くの場合、適切なダイセットアップを使用してブランクシートを箱型や円筒形の容器に変換します。

曲げ（フォールディング）

曲げは、金属を特定の角度で曲げる操作を可能にする金属加工プロセスです。ブレーキプレスの使用が最も一般的で、金属を挟んでクリースを作ります。また、ワークピースをダイとパンチの間に置き、パンチが圧力をかけてクリースを強制します。

このプロセスは金属シートの成形に役立ちます。また、ワークピースを叩いて曲げることでも曲げを実現できます。折り曲げ機を使用することも可能です。この機械は前面パネルを持ち、これが上向きに持ち上がり、延長された金属を曲げ、平らな金属面に平板を置き、クランプでワークピースを固定します。

溶接

溶接は、圧力と熱を組み合わせて2つ以上の金属ピースを接合するプロセスです。個々のピースが任意のサイズ、形状、形態を取れるため、このプロセスはよく知られています。よく知られた溶接手順には、MIG溶接、アーク/スティック溶接、フラックスコアードアーク溶接、タングステンインナートガス（TIG）溶接があります。

メタルインナートガス（MIG）溶接またはガスメタルアーク（GMA）溶接は、固体ワイヤ電極と外部ガス供給を使用して環境要因から保護し、溶接をより高速かつ連続的に行えます。また、このシールドガスは溶接中のヒュームを減らすのに役立ちます。

アークまたはスティック溶接は、電極棒を使用して電流を生成します。この電流が金属に触れると電気アークが発生。アークの高温で金属を溶接します。

フラックスコアードアーク溶接は、金属加工と溶接プロセスと類似の設備と製造技術で動作しますが、自己シールドワイヤを使用します。ここではシールドを生成するコアを含むワイヤ電極を使用するため、二次ガス源は不要。この溶接技術はスティックやMIG溶接タイプより持ち運びしやすいですが、薄板には使用できません。

タングステンインナートガス（TIG）溶接は、タングステン電極棒を使用して短いアークを生成し、重い製造時の重金属溶接に有用です。TIG溶接には分野の専門家が必要で、非常に難しいプロセスです。しかし、複雑な作業と大多数の完成金属製品に有用です。

鍛造

切断と同様に、鍛造は最古の金属加工技術の一つです。これに取り組んだことがあれば、ブレードが固体アンビルブロックをハンマーで叩くイメージを持っているでしょう。

今日まで、鍛造は金属をさまざまなサイズに成形する信頼できる方法として使用され続けています。また、鍛造にはさまざまなタイプがあります。これらにはオープンダイ鍛造、熱間鍛造、冷間鍛造が含まれます。各方法には独自の特徴がありますが、すべて圧縮力を利用して金属を押し、曲げ、または選択した形状に成形する点で共通しています。

押出し

押出しプロセスは金属に特有ではなく、ポリマーやプラスチック製品の製造にも使用できます。また、断面部品のプロファイル作成やアルミニウム/鋼ビームに有用です。

押出しでは、金属または合金から作られた固体ビレットが、独自の断面を持つ工具ダイを通過します。高圧・高出力の油圧システムを使用して、ダイがビレットを成形することを可能にします。押出し製品を排出するとすぐに、欠陥除去、外観改善、調整のための後処理を施す場合があります。

アルミニウム押出しプロファイルは、押出しの最も一般的な用途です。ドアと窓のフレーム、ミュリオン、手すりなどの製造に有用。アルミニウムは非腐食性ですが、メーカーは通常、材料に追加の粉体塗装層を追加します。これにより見た目が良くなり、長持ちします。

機械加工

機械加工は、ワークから材料を除去して形状を整えるもう一つの金属加工方法です。このプロセスはさまざまな方法で実行できます。機械加工にはさまざまなプロセスがあります。それらを検討しましょう。

穴あけ（ドリリング）：

このプロセスはドリルビットを使用して材料に穴を開けます。これらのドリルビットは通常、材料に押し付けられ高速回転して円形の穴を作ります。

旋削（ターニング）：

旋削は旋盤を使用して金属を回転させ、切削工具が直線的に動いてその直径に沿って金属を除去します。また、切削工具を異なる角度に設定して複数の形状を作ることもできます。CNC旋盤または手動で実現可能。一般的に、部品寸法に高精度が必要な場合はCNC加工が必要です。

フライス加工（ミリング）：

この金属製品製造方法は、回転切削工具を使用してワークピースから材料を除去し、所望の形状を得ます。フライス加工では、金属を切削工具にゆっくり通します。手動またはCNCフライス盤で実行可能。

一般的にフライス加工は仕上げプロセスですが、金属加工の主要技術として使用することもできます。フライス加工には、アップカットフライス、アンギュラフライス、フォームフライス、フェイスフライスなどさまざまなタイプがあります。

金属スタンピング

このプロセスは、アルミニウム、真鍮/銅、ステンレス鋼などの板金に特化して有用です。他の製造方法と組み合わせて所望の結果を得ることもできます。

スタンピング技術の重要な用途の一つは、自動車部品の組立と製造で見られます。また、この方法はホイールハブキャップ、ファイアウォール、トランクリッドなど、車両コンポーネントの設計に役立ちます。

自動車にスタンピングが適しているもう一つの理由は、カスタムビルトとユニークな設計の作成能力です。車愛好家とメーカーはこの方法を活用して車両コンポーネントを作成できます。

せん断（シアリング）

せん断は、2つの工具を使用して直線的で長い切断を実現するプロセスです。1つの工具は金属の上に配置され、もう1つは圧力をかけて下部に配置されます。上部ブレードが金属を固定ブレードに押し下げ、その結果破断させます。この破断が内側に広がって完全な分離を達成します。

さらに、せん断は異なる形状の材料や短い長さの切断に適しています。これはブレードを角度に取り付けて必要な力を減らせるため可能です。

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延性（成形性）は、金属を加工できるかどうかを定義する重要な材料特性です。アルミニウム合金のような高延性材料はさまざまな金属加工プロセスで容易に加工できますが、ステンレス鋼では困難な場合があります。これらの材料は、産業全体における金属加工の基盤を定義します。

炭素鋼

炭素鋼はその特性によりさまざまな業界で使用できます。建設、機械アセンブリ、その他のハイエンド用途に使用可能。多用途でさまざまな作業条件に耐えられます。これらの利点に加え、炭素鋼は非常に耐久性があり耐摩耗性があります。

アルミニウム

この軽量金属は製造に適しています。低密度のため、航空宇宙と自動車産業で使用可能。このような用途では軽量維持が重要だからです。高い強度重量比と良好な熱的特性を持ち、ほぼすべての用途で優れています。

青銅

青銅は金属の中であまり一般的ではない選択肢です。この材料は大部分がスズで構成されます。また、青銅は耐摩耗性と耐食性があります。熱と電気の良好な導体として、この材料は製造業界での使用に最適です。

真鍮合金

真鍮合金は亜鉛と銅の組み合わせです。これらの金属は展延性があり融点が低いです。赤みがかった色が他の金属と区別されます。魅力的な見た目から、美観が主要な懸念事項である用途に使用できます。

また、真鍮合金には抗菌特性があり、医療業界で有用です。この材料で病気と戦うことができます。また、組成に基づいてこの金属を希望通りにカスタマイズできます。

ステンレス鋼

ステンレス鋼は耐食性と耐錆性、耐久性で知られています。鏡のような美しい仕上げが魅力を高めます。したがって、メーカーの間で高く評価されています。また、希望通りに曲げたり溶接したりできます。

銅

この金属は使用前に追加の処理を必要としません。銅には熱的・電気的伝導性、展延性、軟らかさ、引張強度、延性などの良好な特性があります。これらの特性により、多くの高性能用途で銅を使用できます。

構造用鋼

このタイプの鋼は建設業界で一般的に統合されています。建物や橋、トンネルなどの他の構造物の建設に使用できます。構造用鋼は約2.1%の炭素を含みます。この鋼に含まれる炭素量を増やすことで高い強度を達成できます。しかし、これは鋼の延性を低下させます。

一部の用途では、必要な炭素量を考慮する必要があります。炭素含有量が希望のプロジェクト要件と特定の基準を満たすことを確認する必要があります。

チタン

耐食性に優れた軽量金属として、チタンは加工業者の間で好ましい選択肢となっています。関節置換を扱う医療プロジェクトにこの鋼を使用できます。骨と結合する能力が医療用途に適しています。

金属加工プロセス中にさまざまなタイプの金属加工技術を統合できます。以下に頼れる一般的な技術を示します：

レーザー技術

金属の精密で迅速な製造を実現したい場合、この方法が最適です。この技術では、レーザーの助けを借りて板金に精密な切り込みを入れます。レーザーは1000度以上の温度で溶融させることでこれを実現します。このプロセスでは、レーザービームを酸素または窒素と組み合わせる必要があります。

適切に専門知識を持って実行すれば、レーザー装置で材料をエッチングできます。より良い結果を得るには、材料をエッチングするためだけに設計されたレーザー彫刻機を使用できます。

CADソフトウェア

CAD（Computer Aided Design）は、金属製造のような高度なアプリケーションで使用される人気のソフトウェアです。このソフトウェアで、加工技術全体を通じて役立つ設計を作成できます。CADでは、いつでも更新可能な3Dモデルを作成できます。

また、CADは作成した設計をプログラミング言語に変換するのを助けます。このソフトウェアは高信頼性で、エンジニアの間で好まれる選択肢です。高度なソフトウェアとして、CADは加工プロセス中の重要なデータを検出できます。

プラズマ切断

プラズマ切断は加工で使用される一般的な技術です。このプロセスでは、高温プラズマを使用して金属を切断できます。これは激しい熱を使用する熱切断プロセスです。プラズマは帯電した電子とイオンで構成され、加速して衝突し、集中したプラズマトーチを形成します。

自動化

自動化プロセスは、製造中にプログラミング能力を使用します。これは、いくつかの仕様や設定に基づいてマシンを使用して特定のタスクを実行することを可能にする洗練された技術です。この自動化プロセスは人間の介入をほとんど必要としません。自動化のメリットは弱点を上回ります。この方法は一貫性と精度を向上させながら運用コストを最小限に抑えます。

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金属加工のメリット

金属は強く、耐久性があり、損傷に強い材料です。この材料は厳しい使用にもかかわらず時の試練に耐えられます。したがって、金属加工品は交換の必要なく長期間持続します。耐久性を必要とする用途では優れた選択肢といえます。

専門的な加工を統合できるさまざまな用途があります。最近では、好みに基づいて金属加工を容易に調整できます。したがって、意図したプロジェクトに適した設計とサイズを得られます。主なメリットは以下の通り：

汎用性

金属は建設から製造まで多くの用途で広く使用される汎用性のある材料です。カスタム金属加工プロセスはこれらの用途で重要な役割を果たします。

競争力のある価格

金属は競争力のある価格の製品と見なされ、幅広いアイテムの生産に最適な選択肢です。また、耐久性があるためコスト効率の良い代替案と見なされます。この材料をプロジェクトに統合することで、より多くのコスト削減が可能。また、金属はより手頃で、コストが懸念される用途での使用に適しています。

メンテナンスが簡単

金属は耐食性の特性により、低メンテナンスで済む良い材料です。メンテナンスが容易なため、屋外用途に使用できます。耐火・耐熱材料として、極端な温度でも使用可能。熱的特性により、金属加工品は産業用と商業用の両方に最適です。

金属加工のデメリット

初期コストが高い場合がある

耐久性の観点から長期的には原材料からアイテムを作る方が安価ですが、初期コストは他の材料と比較して高くなる可能性があります

時間がかかる

金属加工を使用すると、特にカスタムツーリングが必要な場合、より長い期間を要することがあります。

より多くの仕上げ工程

加工完了後、一部の金属ではデバリングや塗装などの追加仕上げ工程が必要になる可能性が高いです。これは生産の遅延と全体的な価格の上昇を招く可能性があります。

設計制約

複雑なシステムの構築中、金属は設計制約を経験する可能性があります。これにより、コンポーネントが異なるサイズ、小さなサイズ、または異常な形状になることがあります。

以下は金属加工製品が適用できる領域の一部です：

航空宇宙

金属加工を航空機に使用できます。これには民間旅客機と軍用機が含まれます。この分野は金属加工なしでは存在できません。

建設

ほとんどのエンジニアと建築家は、作業に金属加工製品/部品を使用することを好みます。倉庫、橋、建物、多くのメガ構造物の重要なフレームワークは、金属加工業者によって製造された鋼製ハシゴ、ガーダー、ビーム、プラットフォーム、手すりから製造されます。建設について語る際、金属加工なしでは語れません。

造船

金属加工に使用されるアイテムは、造船で使用されるさまざまな機器で重要です。これらのアイテムには、ハシゴ、鋼製床、搬送チューブ、プラットフォーム、階段などがあります。

ハードウェア製造

メーカーはさまざまなハードウェアコンポーネントで使用する金属の加工を扱います。これがコンピュータシステムがオフィスと家庭の両方でほぼ40年間強力であり続けた理由です。

鉱業

鋼は鉱業セクターで非常に重要です。ここで使用されるツールの大部分（ツルハシ、シャベル、ブルドーザーなど）は構築に鋼を必要とします。皮肉なことに、鋼は鉱業の副産物と見なせます。なぜなら、それを製造するために必要な金属がなければ存在できないからです。

軍事

軍事産業はさまざまなアイテムで金属加工を活用します。これにはボディアーマー、航空機、弾薬、潜水艦などが含まれます。

エネルギー

エネルギーセクターも金属加工と連携します。これには原子力、太陽光、石油・ガスから電力を生産するビジネスが含まれます。金属加工を通じて製造されるエネルギー分野で使用される製品には、電磁シールド、送電塔、トランスフォーマーコア、風力タービン、パイプライン、電磁石などがあります。

結論

金属加工は多くの業界で重要であり、そのため金属加工の種類と高品質コンポーネントを達成するために必要な精度を理解することが重要です。金属加工に関しては、専門的なサービスプロバイダーと連携することが重要です。

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FAQ

製造と加工の違いは？

製造とは最終製品の作成に関わるプロセスを指します。これは原材料を即座に使用可能な製品に変換することを扱います。一方、加工はさらに生産するための部品を作成する製造プロセスの一部です

加工の原理は？

加工プロセスには多くのプロセスと技術が関わります。加工の原理には、加工に関わる材料、技術、プロセスが含まれます。

金属加工で使用されるツールは？

金属加工プロセスでは幅広いツールが使用されます。これにはプラズマカッター、手鋸、メタルニブラー、マーキングツール、ワイヤカッター、ダイグラインダー、プラニッシングハンマー、クリコファスナー、ベベリングツール、ストレッチャー、デバリングツール、ビームライン、スロートレスシアーなどがあります。

金属加工と溶接の違いは？

金属加工は、金属部品を切断、成形、組み立てて完成品にする広範なプロセスです。溶接は加工の中の単なる一工程で、熱と圧力を使用して金属を接合することに焦点を当てています。要するに、すべての溶接は金属加工の一部ですが、すべての加工が溶接を含むわけではありません。部品の接合のみが必要な場合は溶接を、フル生産やアセンブリが必要な場合は加工を選択してください。

金属切断時に金属をどう除去する？

金属の切断中、期待される形状や生金属の形態を得るために不要な材料を除去することが重要です。このプロセスでは、ツールや設備を使用して所望の材料から不要な金属を除去し、最終製品を達成します。ただし、除去される不要な金属はチップや粉末の形を取ることがあります。

金属加工と鋼加工の違いは？

金属加工は真鍮、青銅、銅などさまざまな金属を扱いますが、鋼加工は鋼のみを扱います。この主要な違いは、加工プロセスに関わるツール、技術、ステップに影響します。さらに、鋼加工のプロセスは単純明快です。一方、金属加工はより専門的な技術を伴います。