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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

鍛造とは

 

 

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鍛造(たんぞう)とは、「鍛えて造る」と書くように、金属を叩いて加工することです。

 

古くは、農機具や刀などの加工に用いられてきました。

 

熱を加えて柔らかくした金属を、ハンマー等で叩いて変形させます。
徐々に目的の形状に近づけていきます。

 

 

叩くことで金属は鍛えられ、金属が持つ機械特性がよくなります。

 

金属が変形する際に、金属は塑性変形(そせいへんけい)を起こします。塑性変形とは、ある一定の変形を超えることによって、永久に元に戻らない変形状態のことです。このようにして金属が形作られていきます。

 

 

鍛造された金属の内部では、結晶粒度が高くなっています。叩いて圧縮することで粒子が整列します。

 

粒子が木目のように整列した状態をメタルフロー(鍛流線)といいます。メタルフローは金属粒子の流れる方向であり、この方向に直角な方向で強度が強くなります。

 

このメタルフローを考慮することで、製品の強度を増すことが可能です。

 

 

型打ち鍛造

 

昔の刀や農機具の場合、職人の手作業によって造られます。

 

職人は、ハンマーを使い、たたく方向や力加減で形を微調整していきます。したがって、全く同じものは作れず、完成品には微妙な形状の違いが生じます。これを 「自由鍛造」 といいます。

 

一方、同じ形のものを大量生産する場合はハンマーの代わりに金型が用いられます。
金型を用いることで、同じ形状の製品を大量に生産することが可能となります。これを「型打ち鍛造」 といいます。

 

鍛造の工程

 

鍛造は以下の工程で作業が進められます。

 

1.材料の切断
  材料を目的の形状に見合ったサイズで切断します。

 

2.材料の加熱
  材料を1200℃程度に加熱します。

 

3.鍛造
  鍛造の型は複数存在します。
  まずは粗型で最終形状に近づけていき、仕上型で最終形状にします。

 

4.バリ抜き
  プレス機で製品に発生するバリを取り除きます。

 

5.熱処理およびショットブラスト

 

<参考動画>

 

 

冷間鍛造と熱間鍛造

 

鍛造は大きく 「冷間鍛造」「熱間鍛造」 に分かれます。

 

冷間鍛造は常温で造るのに対して、熱間鍛造は熱を加えて造ります。
常温で造る冷間鍛造の場合、非常に大きな力をかけることで、冷えた金属でも変形させることができます。

 

冷間鍛造と熱間鍛造の特徴とメリットを以下に示します。

 

冷間鍛造

  •  寸法精度が高い
  •  面粗さが優れる
  •  小さな部品の製造に適する

 

熱間鍛造

  •  大変形に適している
  •  金型の耐久性が優れる
  •  複雑な形状に向いている

 

鍛造で作られる製品

 

「鍛造」は、その特徴を活かしてさまざまな製品で利用されます。

 

・ピストン、クランクシャフト、ホイールなどの自動車部品
・工具

 

など強い強度を必要とするもの。

 

また、小さな部品では、

 

・ボルト
・ナット
・リベット
・歯車

 

などです。

 

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