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鍛造は、何千年も前に鍛冶職人によって初めて導入された。彼らはハンマーやアンビルを使ってさまざまな製品を製造していた。現在では、多くの産業でかなりポピュラーな製造プロセスが採用されている。調査によると 鍛造収入 は2024年までに316億米ドルに達するだろう。
通常、鍛造では、圧延、ハンマー、プレスによって金属を成形する。この工程は、冷間、温間、熱間など、さまざまな温度下で行われます。一般的に、このプロセスを使用すると、さまざまな部品を製造するための高強度金属を提供します。
鍛造は様々な方法に従って行うことができる。この記事では、そのプロセス、方法、用途の完全な概要を説明します。それでは、記事を掘り下げていきましょう！
鍛造の定義
鍛造 is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
鍛造の助けを借りて、金属加工品を様々な形状に変換することができます。これは、アンビルの上にラムの落下として力を加えることにより、ワークピースをカスタマイズされた形状に強制することによって起こるかもしれません。また、金型キャビティ内で金属部品を押し出すことで、素材に形状を与えることもできます。
この技術は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、チタンに対応している。このプロセスは、材料の無駄を最小限に抑えながら、元の金属を様々な形状に塑性変形させるという利点がある。未加工の金属加工品が鍛造されると、かなり強化され、耐疲労性が向上する。
通常、金属を高温で加熱した後に圧力をかけると、金属中の亀裂や空隙が塞がれ、頑丈な金属になる。さらに、鍛造技術に従って金属の結晶粒組織を交互に変化させることで、金属は強靭で頑丈になる。
鍛造に使用される設備は？
以下に、この工程で使用される主な鍛造工具を紹介します。それでは見てみよう！
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ハンマー
パワーハンマーは最も一般的に使用される鍛造ツールである。カウンターブローマシンは、ハンマーとアンビルを備え、その間に金属部品を挟み込む。金属部品を変形させたり成形するために、特定の部分から連続的に叩くことで機能する。ハンマリングは、金属の形状を変えるためにかなり高圧の打撃を必要とする。そのため、ほぼ50,000ポンドの駆動力が必要となる。
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プレス
連続打撃とは異なり、ハンマーを使用しながら、金属は、成形するためにプレス中にカスタム形状の金型の間で押されます。一般的に、プレスは鍛造金型に圧力を加えるために機械的または油圧的な圧力を使用します。機械式プレスでは、クランク、カム、トグルが打撃に重要な役割を果たします。一方、油圧プレスの場合は、流体の圧力とピストンが駆動力を発生させます。さらに、プレスの場合、金属は金型のキャビティに垂直に押し込まれる。
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アップセッター
アップセッターはプレスとよく似ている。唯一の違いは、アプセッター鍛造では金属が水平方向に絞られることです。金属を金型のキャビティに移動させるため、水平方向に力が加えられる。
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リングローラー
その名が示すとおり、リング・ローラーは金属のリング形状を作る役割を担っています。主に、数インチからほぼ300インチを超えるリング直径を製造することができます。リングローラーは、中空形状の金属ワークピースを加工します。
鍛造の種類とは？
鍛造にはいくつかの方法があり、それぞれに異なる能力と利点がある。まず、最初の鍛造方法から説明しよう：
1.ドロップ鍛造
ドロップ鍛造は、ハンマーをワークピースに落下させ、ワークピースが存在する金型の形状に従って変形させることで機能するため、この名前が付けられた。金型は、金属ワークピースと接触する面である。金型は、作業に応じて平らなものから複数の形状を持つものまである。
ドロップ鍛造はさらに2つのタイプに分けられる：
- オープン・ダイ鍛造またはスミス鍛造。
- クローズドダイ鍛造またはインプレッションダイ鍛造。
オープン・ダイ鍛造
開放型鍛造では、金属ワークピースは金型に囲まれていません。その代わり、ワークは固定された金敷の上に置かれ、ハンマーがそれを叩いて素材の形状を成形します。そのため、必要な形状を得るために金属の位置を変えるのはあなた自身です。
さらに、カスタマイズされた金属製品も提供している。鍛造の大きな利点は以下の通りです：
- 耐疲労性に優れ、粒径が細かい。
- ボイドが発生する確率は低い。
- 優れた機械的特性により、製品の内部品質を向上させる。
閉塞鍛造
クローズド・ダイ鍛造は、異なる形状のダイに完全に依存している。金型内の金属ワークピースはハンマーによって落とされ、流動し、最終的に金型のキャビティが満たされる。金型内のワークピースはアンビルに取り付けられている。
連続的な打撃の結果、余分な金属がダイのキャビティから出てくる。フラッシュは、金型内の他の材料に比べて短時間で冷却されます。そのため、比較的強度が高く、丈夫になります。鍛造が完了すると、フラッシュを取り除くことができます。インプレッション鍛造は次のようなメリットがあります：
- ユニークで完成度の高い製品形状を生み出す。
- 25トンまでの製品を扱う。
- より高い生産率を提供する。
2.ロール鍛造
ロール鍛造法は、円形または棒状のワークピースの厚みを減らし、長さを長くする。2本の円筒形または半円筒形の水平ロールを使用し、それぞれに成形溝がある。加熱された丸いワークピースはロールの間に置かれ、ロールが回転するにつれて、ワークピースは機械内で順次成形される。その後、次の溝へ移される。この工程は、ロッドの所望の形状とサイズが得られるまで続けられる。
ロール鍛造の長所は、材料の無駄が出ないことである。さらに、ロッドの断面積を減らし、テーパーエンドを形成します。
3.プレス鍛造
プレス鍛造は圧縮要素を扱う。金属部品は固定された金型に置かれ、必要な形状を得るために連続的な圧力が加えられます。圧縮率を管理することで、内部のひずみを制御することができます。
鍛造プレスが好まれる理由は以下の通りである：
- 驚異的な精度を誇る。
- プレス鍛造で500～9000トンの圧力を加えることができる。
- ダイの圧力、速度、移動を自動的にコントロールできる。
4.アプセット鍛造
アプセット鍛造は、ワークの長さを圧縮して径を大きくする鍛造である。クランクプレスはアプセット鍛造が可能な高速機械である。クランクプレスは作業効率を上げるため、水平面に設置するのが一般的です。しかし、油圧プレスや縦型クランクプレスも使用できます。アプセット鍛造は、生産速度を向上させるというメリットがあります。さらに、完全自動化が提供されます。
5.冷間鍛造
冷間鍛造は、優れた表面仕上げと厳しい公差寸法を特徴とする製品を生産する鍛造方法の一つです。冷間鍛造は熱を使用しないため、他の鍛造方法とは大きく異なります。その代わり、部品の成形には低温が必要です。
さらに、シャフト状部品、中空部品、アップセットおよび曲げ形状、カップ状部品など、幅広い形状を提供している。
6.等温鍛造
等温鍛造は、素材と金型の両方を同じ温度に加熱する熱間鍛造の高度な形式です。したがって、適切なチェックとバランスを維持するために、金型の加熱と温度制御装置が必要です。このプロセスは断熱加熱を使用するため、システムとその周囲との間で熱交換が発生しません。したがって、熱損失が少ないため、より小型の機械を使用することができる。
最も一般的な等温鍛造は、チタン合金、超合金、パワー超合金などのように、狭い温度範囲を含む材料に適している。
7.自動熱間鍛造
自動熱間鍛造では、金属棒は室温で鍛造機の一端に導入される。一方、熱間鍛造製品は反対側の端から出てくる。全プロセスは迅速に行われる。一般に、1分間に180個の小さな部品を作ることができるが、大きな部品は1分間に90個の割合で作ることができる。
この方法の主な利点は、鍛造機の操作に必要な労力はわずかで、残りの工程は自動で行われることだ。さらに、フラッシュが発生しないため、材料が無駄にならない。
8.精密鍛造またはネットシェイプおよびニアネットシェイプ鍛造
精密鍛造は通常、フラッシュレスニアネットシェイプ鍛造技術である。これは、操業中のコストと無駄を最小限に抑えることを目的としています。材料消費量が少なく、エネルギー使用量が制限され、機械加工が削減されるため、コストが節約される。したがって、このプロセスは、コスト削減を望む場合にのみ好まれます。
とりわけ精密鍛造は、鍛造後にさらなる加工を必要としない精錬技術である。
鍛造の用途
鍛造は応用性の高い金属製造技術です。数インチの小さな鍛造部品から何トンもある大きな部品まで作ることができます。以下は一般的な使用例である：
- 航空機のデリケートな部品の製造を担っている。
- このプロセスは自動車設備を強化する。
- また、ネジ、リベット、ノミ、ボルトなどのハンドツールも生産している。
- 鍛造金属の優れた疲労強度により、カムシャフトギアやクランクシャフトなど、ほとんどの可動部品に最適です。
- この技術は、船舶の構造物の建造に応用できる。
- 発電機のローターやタービン・モーターも鍛造品の一例である。
- また、エンジンやトランスミッション部品の強化にも一役買っている。
結論
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
At 嘉徽カスタム, we offer expert forging services, leveraging advanced techniques to produce high-quality metal components for various industries. Our skilled team specializes in methods like drop forging and precision forging, ensuring precision and reliability in every project. For more details, visit our forging services page.
