鍛造とは何か？分類と特徴

鍛造とは、鍛造とプレス加工を総称する言葉です。鍛造機のハンマー、金床、パンチ、または金型を用いて、素材に圧力を加え、塑性変形を起こさせることで、所望の形状とサイズの部品を得る成形加工方法です。

鍛造とは

鍛造工程では、ブランク全体が著しい塑性変形を受け、比較的大きな塑性流動が生じます。一方、プレス加工では、ブランクは主に各部品領域の空間的な位置を変えることによって形成され、内部で広範囲にわたる塑性流動は発生しません。鍛造は主に金属部品の加工に用いられますが、エンジニアリングプラスチック、ゴム、セラミックブランク、レンガなどの非金属材料の加工や、複合材料の成形にも使用できます。

鍛造・冶金産業における圧延、引抜きなどは、いずれも塑性加工または圧力加工である。ただし、鍛造は主に金属部品の製造に用いられるのに対し、圧延と引抜きは主に板材、帯材、管材、形材、線材といった汎用金属材料の製造に用いられる。

鍛造の分類

鍛造は主に成形方法と変形温度によって分類されます。成形方法によって、鍛造は鍛造とプ​​レス加工の2種類に分けられます。変形温度によって、鍛造は熱間鍛造、冷間鍛造、温間鍛造、等温鍛造などに分類されます。

1. 熱間鍛造

熱間鍛造とは、金属の再結晶温度以上で行われる鍛造のことです。温度を上げると金属の塑性が向上し、加工物の品質向上や亀裂発生の抑制に効果があります。また、高温では金属の変形抵抗が低下し、必要なトン数を減らすことができます。鍛造機械しかしながら、多くの熱間鍛造プロセスでは、加工物の精度が低く、表面が滑らかでないという問題があります。また、鍛造品は酸化、脱炭、焼損などの損傷を受けやすいという欠点もあります。加工物が大きくて厚く、材料の強度が高く塑性が低い場合（極厚板のロール曲げ、高炭素鋼棒の引抜きなど）には、熱間鍛造が用いられます。
一般的に使用される熱間鍛造温度は、炭素鋼800～1250℃、合金構造鋼850～1150℃、高速度鋼900～1100℃、一般的に使用されるアルミニウム合金380～500℃、合金850～1000℃、真鍮700～900℃です。

2. 冷間鍛造

冷間鍛造とは、金属の再結晶温度以下の温度で行われる鍛造のことである。一般的に言えば、冷間鍛造とは室温で行われる鍛造を指す。

室温での冷間鍛造によって成形されたワークピースは、形状と寸法精度が高く、表面が滑らかで、加工工程が少なく、自動生産に適しています。多くの冷間鍛造部品や冷間プレス部品は、機械加工を必要とせずに部品や製品として直接使用できます。しかし、冷間鍛造では、金属の塑性が低いため、変形時に割れが発生しやすく、変形抵抗が大きいため、大型の鍛造機械が必要となります。

3. 温間鍛造

常温よりも高い温度で、ただし再結晶温度を超えない温度で鍛造することを温間鍛造という。金属は事前に加熱され、加熱温度は熱間鍛造よりもはるかに低い。温間鍛造は、精度が高く、表面が滑らかで、変形抵抗が低いという利点がある。

4. 等温鍛造

等温鍛造では、成形工程全体を通してブランクの温度を一定に保ちます。等温鍛造は、特定の金属の同じ温度での高い塑性を最大限に活用したり、特定の構造や特性を得たりするために行われます。等温鍛造では、金型と不良材料を一定温度に保つ必要があり、コストが高く、超塑性成形などの特殊な鍛造プロセスにのみ使用されます。

鍛造の特性

鍛造は金属の構造を変化させ、金属の特性を向上させることができます。インゴットを熱間鍛造すると、鋳造状態の元の緩み、気孔、微細な亀裂などが圧縮または溶接されます。元の樹枝状結晶は破壊され、結晶粒が細かくなります。同時に、元の炭化物の偏析と不均一な分布が変化します。構造を均一にすることで、緻密で均一、微細で、総合的に優れた性能を持ち、使用時に信頼性の高い鍛造品が得られます。鍛造品が熱間鍛造によって変形されると、金属は繊維状構造になります。冷間鍛造によって変形されると、金属結晶は規則的になります。

鍛造とは、金属を塑性流動させて所望の形状のワークピースを成形する工程である。外力によって塑性流動が生じた金属の体積は変化せず、金属は常に抵抗が最も少ない方向に流れる。製造工程では、これらの法則に従ってワークピースの形状を制御し、肉厚増加、伸長、膨張、曲げ、深絞りなどの変形を実現する。

鍛造品の寸法精度が高く、大量生産に適しています。鍛造、押出成形、プレス加工などの用途における金型成形寸法は正確かつ安定しています。高効率鍛造機械や自動鍛造生産ラインを使用することで、特注品や大量生産を効率的に行うことができます。

一般的に使用される鍛造機械には、鍛造ハンマー、油圧プレス鍛造ハンマーは衝撃速度が大きく、金属の塑性流動に有利ですが、振動が発生します。油圧プレスは静的鍛造を採用しており、金属を貫通して鍛造し、構造を改善するのに有利です。作業は安定していますが、生産性は低くなります。機械式プレスはストロークが固定されており、機械化や自動化が容易です。

鍛造技術の発展動向

1) 鍛造部品の本来の品質を向上させるため、主に機械的特性（強度、塑性、靭性、疲労強度）と信頼性を向上させる。
そのためには、金属の塑性変形理論をより適切に適用する必要がある。真空処理鋼や真空溶解鋼など、本来的に品質の高い材料を使用する。鍛造前加熱および鍛造熱処理を正しく実施する。鍛造部品の非破壊検査をより厳格かつ広範囲に実施する。

2) 精密鍛造および精密プレス加工技術のさらなる発展。切削加工を行わない加工は、機械産業において材料利用効率の向上、労働生産性の向上、エネルギー消費量の削減を実現するための最も重要な手段であり方向性である。鍛造ブランクの非酸化加熱技術、高硬度・耐摩耗性・長寿命の金型材料および表面処理方法の開発は、精密鍛造および精密プレス加工の適用範囲拡大に貢献するだろう。

3）生産性と自動化を高めた鍛造設備と鍛造生産ラインを開発する。専門化された生産体制の下では、労働生産性が大幅に向上し、鍛造コストが削減される。

4）柔軟な鍛造成形システムを開発する（グループ技術の適用、迅速な金型交換など）。これにより、多品種少量生産の鍛造において、高効率かつ高度に自動化された鍛造設備や生産ラインを活用できるようになり、生産性と経済性を大量生産レベルに近づけることができる。

5）粉末冶金材料（特に二層金属粉末）、液体金属、繊維強化プラスチック、その他の複合材料の鍛造加工方法などの新素材を開発する。超塑性成形、高エネルギー成形、内部高圧成形などの技術を開発する。