金属加工の解説：プロセス、技術、主なメリット

私たちが毎日使用するツール、機械、構造物の背後にある最も重要なプロセスの1つが金属加工です。家電製品や車両から橋梁や産業用機器まで、金属加工は原材料の金属を有用で信頼性の高い製品に成形するのに役立ちます。

金属加工職人は職人と呼ばれ、このプロセスは職人技として知られています。金属加工は一般的に成形、切削、接合の3つのカテゴリに分類されます。これらの各カテゴリにはさまざまなプロセスが含まれます。

すべての操作は、望ましい完成品に応じてマーク出しと測定を行う必要があります。マーク出しは、設計やパターンをワークピースに転写するプロセスであり、金属加工の技術における最初のステップです。

多様で専門化した現代の金属加工プロセスは、さまざまな領域に分類できます。この記事ではそれらを取り上げます。工作機械では、ワークピースを容易に扱いながら精密に作業できるさまざまな工作機械が利用可能です。

それでは、金属加工とは何か、そのプロセス、利点、欠点、金属加工職人とは誰かを説明しましょう！

詳細ガイド「最高の磁気ボール盤」を参照してください。

金属加工とは、個々の部品、アセンブリ、または大規模な構造物を開発するために金属を加工するプロセスです。このプロセスは非常に広範で、大型船や橋梁から精密なエンジン部品、建物、さらにはボルトやナットまで多岐にわたります。

金属加工には、有用な部品を形成するために金属を成形し再成形する技術が含まれます。現代の金属加工は多様で専門化されていますが、成形、切削、接合プロセスという3つの広い領域のいずれかに分類されます。

最近では、金属加工工房は工作機械と呼ばれ、高精度で製品を作成できる幅広い特殊または汎用の工作機械が含まれています。従来の金属加工方法は、高精度で高速なコンピュータ化された自動化プロセスに大きく進化しました。

詳細ガイド「最高のボール盤」を参照してください。

金属加工職人とは？

金属加工職人は、金属製品を成形および組み立てるために使用される機器のセットアップと操作に精通した専門家です。分野が多岐にわたるため、部品ボディ用の金属部品の曲げ、ボルトやナットの追加による組み立て、溶接などが含まれます。

一方、機械加工オペレーターは、さまざまなワークピースを作成し、それらが概略図面の仕様を満たすことを保証する責任があります。以下の記述は、金属加工のさまざまな分野における金属加工職人のタイプを表しています：

• 機械工
• 金型製作者
• 切削工
• 溶接工

詳細ガイド「キャプスタンとタレット旋盤」を参照してください。

金属加工プロセスとは？

金属加工プロセスには、鋳造プロセス、成形プロセス、板金成形プロセス、切削プロセス、接合プロセス、熱処理などが含まれます。

金属加工の鋳造プロセスについて簡単に説明します。

鋳造プロセス

鋳造とは、溶融金属を金型空洞に注ぎ込み、冷却・凝固させることで、複雑な形状を含むあらゆる形状の金属部品を製造するプロセスです。

これは機械的な力を用いずに達成され、製造する部品に応じてさまざまな形で実行できます。鋳造の形式には以下が含まれます：

• インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）
• 遠心鋳造
• ダイカスト
• 砂型鋳造
• スピン鋳造
• シェル鋳造

成形プロセス

成形プロセスは、材料を除去せずに物体を変形させることで金属やワークピースを改質するために行われます。機械的力のシステムまたはバルク金属成形のための熱で実行されます。

バルク成形プロセス：

バルク金属成形では、ワークピースを通常、塑性状態になるまで加熱します。塑性変形とは、ワークピースを熱や圧力にさらして機械的力に対してより従順にすることです。

このプロセスは歴史的に鍛冶職人が鋳造とともに行ってきましたが、プロセスの進歩により工業化されました。バルク成形プロセスには以下が含まれます：

• コールド サイジング
• 鍛造
• 粉末冶金
• 圧延
• 押出
• 摩擦穴あけ
• バーニッシング
• 引抜き

板金成形プロセス

これらのタイプの成形プロセスは、機械的力の適用によって室温で実行できます。しかし、最近の開発では、操作実行時にダイや部品を加熱することが含まれます。

自動化金属加工技術の進歩により、ダイ スタンピングには大きな進歩がありました。この方法は、パンチング、曲げ、コイニング、および以下にリストされているいくつかの他の方法を含み、より低コストで金属を改質でき、スクラップが少なくなります。

• DEカーバリング
• 曲げ
• 深絞り (DD)
• ハイドロフォーミング (HF)
• フロー フォーミング
• コイニング
• 高温金属ガス成形
• スピニング、せん断成形、または成形
• 高温プレス硬化
• ゴムパッド成形
• 絞り
• ロール フォーミング
• ロール ベンディング
• レプッセとチェイシング
• せん断
• スタンピング
• 超塑性成形 (SPF)
• ホイーリング

切削プロセス：

金属加工における切削にはさまざまなタイプがあり、余分な材料を除去することで金属を指定された形状に加工します。この操作は、仕様を満たす仕上げ面の部品を残すために、さまざまな種類の工具で実行できます。

切削金属から除去される廃棄物は、切り屑、またはスワーフ、余分な材料と呼ばれます。

金属加工の切削プロセスは、次の2つの主要なカテゴリのいずれかに分類されます：

• 切り屑を生成するプロセスは機械加工として知られています。そして
• 燃焼は、切り込みを酸化させて金属片を分離することで金属を切断する一連のプロセスです。

金属を切断するためのさまざまな技術には以下が含まれます：

• 工作機械技術：旋削、穴あけ、フライス加工、鋸引き、研削
• 手動技術：鋸、ノミ、せん断、スニップ；これらは金属加工以外の分野でも使用されます
• 溶接/燃焼技術：レーザー、酸素燃料燃焼、プラズマ。他の技術も利用可能かもしれませんが、これらが一般的です。

接合プロセス

これは、部品を組み立てたり、2つ以上の金属部品を組み合わせたりするプロセスです。接合する材料の種類に応じて、さまざまな形式で実現できます。

金属加工における接合プロセスのタイプは以下の通りです：

溶接：

溶接は、金属または熱可塑性プラスチックを融合させることで接合する製造プロセスです。このプロセスは、多くの場合ワークピースを溶かして溶融プールを作り、それが冷却されて強力な接合部になります。条件によっては充填材が接合部に追加され、熱と併せて圧力が使用されることもあります。

溶接にはさまざまなエネルギー源が使用されます：

• 電気アーク
• ガス炎
• レーザー
• 電子ビーム
• 超音波、および
• 摩擦

ろう付け：

ろう付けは、2つ以上の近接した経路の組み立てによって形成される毛細管に充填金属を溶かし込む接合プロセスです。充填金属はワークピースと冶金学的に反応し、毛細管内で凝固して強力な接合部を作ります。

このプロセスではワークピースは溶けず、はんだ付けに似ていますが、450度セ氏以上の過剰温度で発生します。ろう付けは溶接より熱応力が少なく、接合部は溶接部より延性が高くなります。これは合金元素が偏析・析出できないためです。

はんだ付け：

このプロセスは450度セ氏未満の温度で発生します。充填材がより低い温度で溶けて毛細管に引き込まれて接合部を形成するため、ろう付けに似ています。

より低い温度と充填材として使用される異なる合金のため、充填材とワークピースの間の冶金学的反応は最小限であり、接合部が弱くなります。

リベット接合：

リベット接合は製造技術における接合プロセスです。金属片を保持する頭が2つありネジ山のないピンです。接合する2つの金属片に穴をあけるかパンチングする必要があります。

整列した部品の穴を通してリベットを通し、リベット ガンを使用して操作を行います。一部はハンマーと成形ダイ（コールド ワークまたはホット ワークのいずれか）を利用します。

熱処理プロセス

このプロセスは主要な金属加工プロセスではありません。金属加工プロセスの前または後に実行されることが多いです。

熱処理プロセスは、所望の冷却プロセスを伴う加熱によって金属の特性を変えるために実行されます。金属は強度、硬度、靭性、延性、耐食性などの特性を変更するために熱処理されます。熱処理プロセスには以下が含まれます：

• 焼鈍
• 析出硬化
• 焼入れ
• 焼き戻し

詳細ガイド「治具と固定具」を参照してください。

金属加工の利点

以下は金属加工のメリットです：

• 製造製品は10年間持続
• 長期および大量生産ラインではコスト効率が高い
• 高耐熱性
• 金属加工は広範囲
• 材料が強い
• 人間は金属加工なしでは生きていけない
• 金属加工は装飾品を生産
• 金属加工は産業である

詳細ガイド「ブローチ加工」を参照してください。

金属加工の欠点

以下は金属加工の制限事項です：

• すべての分野で熟練した人が必要
• プロジェクトには通常時間がかかる
• 高額な初期費用
• 現場では真剣な注意が必要
• 使用前にさまざまな機械について知識が必要

詳細ガイド「展延性」を参照してください。

結論

金属加工は、原材料を強力で有用で信頼性の高い製品に変えることで、私たちを取り巻く世界を形作る上で重要な役割を果たしています。

そのプロセス、利点、欠点、金属加工職人とは誰かを理解することは、建設、自動車、製造、エンジニアリングなどの業界におけるその用途を浮き彫りにします。効率の向上、製品品質の強化、イノベーションの実現により、金属加工は技術的成長と日常のニーズを支え続け、現在の産業に不可欠な部分となっています。

詳細ガイド「パンチの種類」を参照してください。

よくある質問

金属の10の重要性とは？

• 化学反応における触媒作用。
• エネルギーと燃料電池技術。
• 光学とフォトニクス。
• 医療および製薬用途。
• 環境用途と排出制御。

金属の20の例は？

アルミニウム、銅、鉛、ニッケル、錫、チタン、亜鉛、および真鍮や青銅などの銅合金が含まれます。その他の希少または貴重な非鉄金属には、金、銀、白金、コバルト、水銀、タングステン、リチウム、ジルコニウムが含まれます。

原子番号50の金属は？

スズ (Tin)

スズは化学元素で、記号はSn（ラテン語のstannumに由来）、原子番号は50です。灰白色の金属で、わずかな力で切断できるほど柔らかく、スズの棒はわずかな労力で手で曲げられます。

原子番号29の金属の名前は？

銅

銅は記号Cu、原子番号29の化学元素です。遷移金属に分類され、銅は25°C（室温）で固体です。

すべての金属の王様は？

金は金属の王様として知られています。