鍛造プロセス完全ガイド:種類、操作、用途、メリット・デメリット
鍛造プロセスとは
鍛造は、金属を加熱して塑性状態にし、圧縮力を加えて所望の形状を得る金属成形プロセスです。基本的に熱間加工ですが、常温で行う冷間鍛造も存在します。現代ではあらゆる製造業で不可欠な技術となっています。
鍛造の基本操作
1. 引き伸ばし
材料の長さを伸ばし、断面積を減らす操作です。長さ方向に垂直な圧縮力を加えます。引張力で長さを変える場合は「線引き」と呼ばれ区別されます。
2. アップセッティング
引き伸ばしの逆操作で、長さを短くして断面積を増やします。長さ方向に平行な圧縮力を加えます。
鍛造の分類
温度による分類
熱間鍛造
再結晶温度以上で加工し、変形抵抗が低く複雑形状に適します。多くの金属では融点の約半分が再結晶温度です。
温間鍛造
融点の約40%の温度で行い、熱間と冷間の中間的特性を持ちます。
冷間鍛造
常温で加工し、全鍛造プロセス中で最高の機械的特性が得られます。寸法精度・表面仕上げも優れています。
ダイ配置による分類
開放型鍛造
平坦なダイまたは無ダイで、主に熱間鍛造として用いられます。仕上げが粗くなりますが、大型品に適します。
閉鎖型鍛造
インプレッションダイを用いて所望形状を再現します。仕上げ加工が不要なことが多い一方、高い荷重が必要です。
設備による分類
スミス鍛造
伝統的な手法で、開放型ダイを用い、固定アンビル上でハンマー打撃により変形させます。手動または動力ハンマーを使用します。
ドロップ鍛造
閉鎖型インプレッションダイで、自動ハンマーが落下動作により連続打撃を与えます。突発的な荷重が特徴です。
プレス鍛造
ドロップ鍛造に似ますが、油圧プレスによる連続的な押圧力を用います。材料を引き伸ばし断面を減らします。
マシン鍛造
アップセッティングプロセスで、断面積を増やし長さを減らします。
メリット・デメリット
メリット
- 鋳造品よりタフな製品が得られる
- 疲労強度とクリープ抵抗が高い
- 優れた機械的特性
- 運転コストが低い
- 高度な熟練工を必要としない
- 多様な形状に対応可能
デメリット
- 大型プレスの初期投資が高額
- 熱間鍛造では二次仕上げが必要
- 複雑形状の製造に不向き
- プレスサイズにより製品寸法が制限される
- 脆性材料は鍛造不可
主な用途
- 機械工業全般の鍛造品
- タービンローター、発電機ローター
- クランクシャフト、カムシャフト、ギアなどの可動部品
- チゼル、ボルトなどの冷間鍛造品
- 手工具・ハードウェア製造
- 造船構造部品
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