金属成形の理解:種類、メリット、分類を徹底解説
金属成形プロセスとは
工作物を様々な形状に変換するために、鋳造、機械加工、成形など多くの製造プロセスが使用されます。金属成形は、工作物を所望の形状に変換する最も有用なプロセスの一つです。金属成形は材料の降伏強度に依存します。これらのプロセスでは、工作物材料に誘導される応力が材料の降伏強度より高く、極限強度より低くなるような力を工作物に適用します。金属成形は材料の塑性変形によって起こります。これらのプロセスでは、金属を加熱する場合としない場合があり、適用力は製品要件に応じて圧縮または引張のいずれかです。圧延、押出、引抜き等のすべてのプロセスがこれに含まれます。
金属成形プロセスの種類
主にこれらのプロセスは以下の2種類に分類されます:
熱間加工(ホットワーキング)
金属成形プロセスが材料の再結晶温度以上で行われる場合、熱間加工と呼ばれます。再結晶温度はほとんどの金属で融点の約1/3程度です。熱間加工では、変形が起こる温度が重要です。更なる温度上昇は粒成長を促進し、機械的特性を低下させるためです。
メリット
- 再結晶温度以上であればあらゆる金属を成形可能
- 任意の加工量を付与可能
- 冷間加工と比較して少ない力で済む
- 適切な加工温度と冷却速度の制御により、任意の粒度を達成可能
デメリット
- 高温で脆くなる金属は熱間加工できない
- 高温でのスケール(酸化皮膜)形成により表面仕上げが悪い
- 高温では寸法精度の制御が困難
- 高温工作物の取り扱いが困難
関連記事:熱間加工 vs 冷間加工
冷間加工(コールドワーキング)
金属成形プロセスが材料の再結晶温度以下で行われる場合、冷間加工と呼ばれます。これは実際の加熱を伴うか伴わないかに関わらず、達成温度が再結晶温度以下であれば冷間加工です。このプロセスは、再結晶温度以下での加工により加工硬化(ひずみ硬化)を伴って達成されます。
メリット
- 加工硬化により材料の強度と硬度が向上
- 疲労強度が向上し、耐食性が増す
- 熱間加工と比較して優れた寸法精度が得られる
- 加熱のためのエネルギー源が不要
- 冷間加工品は容易に取り扱い可能
- 表面に酸化物が形成されないため良好な表面仕上げが得られる
デメリット
- 変形量がプレスサイズによって制限される
- これらの金属成形プロセスは工作物を変形させるためにより高い力を必要とする
- 脆性工作物は冷間加工できない
- 冷間加工ではクラック発生リスクが高い
- 内部応力と残留応力を伴う
以上が金属成形プロセスの種類、メリット、デメリットについての解説です。ご質問がありましたらコメントでお知らせください。この記事がお役に立てば幸いです。ぜひソーシャルネットワークで共有し、当サイトを購読してさらなる興味深い記事をお楽しみください。
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