鍛造の基本的な分類は何ですか?

鍛造は、様々な産業において強固で耐久性の高い部品の製造において重要な役割を果たしている、基本的な金属成形プロセスです。自動車のクランクシャフトや航空宇宙用ブラケットから、建設用ファスナーや油田用工具に至るまで、鍛造部品は優れた機械的特性と構造的完全性で知られています。

理解する鍛造の基本分類エンジニア、設計者、調達担当者が、用途、部品の複雑さ、生産量、材料の種類に基づいて最適な鍛造方法を選択できるよう支援します。この記事では、主要な鍛造方法とその特徴を解説し、情報に基づいた意思決定を支援します。

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鍛造とは何ですか？

鍛造鍛造とは、金属に局所的な圧縮力を加えて成形する製造工程です。鍛造は、ハンマー、プレス、圧延などの方法で行われ、通常は金属を加熱した（ただし固体の）状態で行われます。鍛造は、内部の結晶構造を改善し、強度を高め、気孔や介在物などの欠陥を排除します。

鍛造は、温度、使用設備、金型の構成などの要因に応じてさまざまな技術に進化してきました。

鍛造の基本分類

鍛造工程は、大きく分けて以下の分類に分けられます。2つの主な基準:

1. 成形温度

2. 金型構成とツール

それぞれの分類を詳しく見てみましょう。

成形温度による分類

これは鍛造工程を分類する最も一般的な方法です。鍛造を行う温度に応じて、以下のように分類されます。

1. 熱間鍛造

意味: 通常は金属の再結晶温度（鋼の場合は約 1100 ～ 1250°C）を超える高温で実行されます。

利点:

• 高い延性と低い変形抵抗

• 複雑な形状を可能にする

• 粒子構造を改良する

• 多孔性と欠陥を排除

デメリット:

• 酸化によるスケール形成

• 寸法精度は冷間鍛造より劣る

• 暖房により多くのエネルギーが必要

アプリケーション:

• 自動車部品（クランクシャフト、ギア）

• 重機部品

• 工業用シャフトとフランジ

2. 温間鍛造

意味: 熱間鍛造と冷間鍛造の利点を組み合わせ、中間温度（500℃～900℃）で行います。

利点:

• 成形荷重の軽減

• 寸法制御の改善

• 熱間鍛造に比べて酸化が少ない

• 表面仕上げの向上

デメリット:

• 特定の材料に限定

• より複雑な機器要件

アプリケーション:

• トランスミッション部品

• ベアリングレース

• ギアブランク

3. 冷間鍛造

意味: 材料を加熱せずに室温または室温付近で実行します。

利点:

• 優れた表面仕上げ

• 厳しい寸法公差

• 加工硬化により強度が向上

• 酸化やスケールが発生しない

デメリット:

• 高い成形力が必要

• よりシンプルな形状と柔らかい素材に限定される

• 残留応力のリスク

アプリケーション:

• ファスナー（ボルト、ネジ、リベット）

• シャフト

• 小型精密部品

ダイ構成による分類

鍛造は、工程で使用される金型や装置の種類に基づいて分類することもできます。

1. 自由鍛造（フリーフォージング）

意味: 材料を完全には囲まない平らな金型または単純な金型の間に金属を置きます。

プロセス:

• ワークピースは複数の段階で変形される

• オペレータは変形方向を制御する

• カスタムまたは少量生産に最適

利点:

• 大きくてシンプルな形状に適しています

• 金型コストの低減

• 穀物の流れを良好に制御

デメリット:

• 寸法精度が低い

• より熟練した労働力が必要

• 追加の加工が必要になる場合があります

アプリケーション:

• 大型シャフト、ディスク、リング

• 重工業部品

• 船舶および発電部品

2. 型鍛造（インプレッションダイフォージング）

意味: 金属を、部品の希望する形状に似た金型キャビティに配置します。

プロセス:

• 高圧の力で金属を金型に押し込む

• フラッシュはしばしば形成され、その後トリミングされる

• 大量生産に最適

利点:

• 精密でニアネットシェイプの部品

• 高い再現性と効率性

• 粒子の整列による機械的特性の向上

デメリット:

• 金型コストの増加

• 小型・中型部品に限定

• より高度な機器が必要

アプリケーション:

• ギア

• コネクティングロッド

• 自動車および航空宇宙部品

3. アプセット鍛造

意味金属棒の一部の長さを圧縮して直径を大きくする加工です。

プロセス:

• 通常は水平鍛造機で行われる

• ボルト、リベット、ファスナーの頭を形成するために使用

利点:

• 対称部品の効率的な生産

• 優れた機械的強度

• 高い生産速度

アプリケーション:

• ボルト

• ネジ

• シャフトとバルブステム

4. シームレスリングローリング

意味: 穴を開けたプリフォームからリングを形成し、その後圧延によって拡張する特殊なタイプの鍛造。

利点:

• 優れた木目配向

• 正確な壁の厚さ

• 大口径リングでもコスト効率が良い

アプリケーション:

• ベアリング

• フランジ

• ギアおよび圧力容器部品

追加分類

現代の鍛造では、プロセスは次のように分類されます。

a. マシンタイプ

• ハンマー鍛造

• 油圧プレス鍛造

• スクリュープレス鍛造

• 機械プレス鍛造

b. 自動化レベル

• 手鍛造

• 半自動鍛造

• 全自動鍛造

c. 素材の種類

• 鉄鋼（炭素鋼、ステンレス鋼）

• 非鉄金属（アルミニウム、銅、チタン、ニッケル合金）

鍛造と他の金属成形方法の比較