鍛造の基本：知っておくべき5つの重要なヒント

鍛造は、鍛造機械を利用して金属ブランクに圧力を加え、塑性変形を生じさせ、特定の機械的特性、形状、サイズを持つ鍛造品を得る金属加工法である。スタンピングと並ぶ鍛造の2つの要素のうちの1つである。

鍛造は、微細構造を最適化しながら、製錬工程における鋳巣のような欠陥を排除する。さらに、金属の完全な流線が維持されるため、鍛造品の機械的特性は、同じ材料から作られた鋳造品よりも一般的に優れています。

単純な形状の圧延板、形材、溶接品を除き、鍛造品は主に関連機械で高荷重と過酷な使用条件にさらされる重要な部品に使用される。

1.変形温度

鋼の初期再結晶温度は約727℃である。しかし、一般的には800℃が熱間鍛造の閾値とされている。800℃以上の鍛造を熱間鍛造といい、300℃以上800℃未満の鍛造を温間鍛造または半温間鍛造という。常温鍛造を冷間鍛造という。

熱間鍛造は、ほとんどの産業で鍛造品の製造に最も一般的に使用される方法である。一方、温間鍛造と冷間鍛造は、主に自動車、一般機械、その他の部品製造産業で使用される。これらの方法は、効率的に材料を節約することができる。

2.鍛造の種類

前述のように、鍛造は温度によって熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造に分類される。さらに、成形機構から自由鍛造、型鍛造、リングローリング、特殊鍛造に分類される。

1) 自由鍛造

自由鍛造とは、鍛造装置の上金敷と下金敷の間で、簡単な万能工具を使ったり、直接外力を加えたりしてブランクを変形させ、必要な形状や内部品質を得る加工方法である。

この方法で生産される鍛造品は自由鍛造品と呼ばれ、通常、小ロットで生産される。

適格な鍛造品を作るには、鍛造ハンマーや油圧プレスなど、さまざまな鍛造設備を用いてブランクを成形・加工する。

自由鍛造の基本的な工程には、アプセット、絞り、打ち抜き、切断、曲げ、ねじり、転位、鍛造などがある。この方法は通常、熱間鍛造技術を用いる。

2）金型鍛造

型鍛造は、開放型鍛造と密閉型鍛造に大別される。開放鍛造とは、金属ブランクを鍛造用金型内で所定の形状に変形させ、プレスすることにより鍛造品を製造する方法である。

一般的に、金型鍛造は小さな重量の部品を大量に製造するために使用される。この工程はさらに3つのタイプに分けられる： 熱間金型鍛造温間鍛造、冷間鍛造。

温間鍛造と冷間鍛造は、いずれも金型鍛造の将来の方向性を示すものと考えられており、鍛造技術の進歩を示すものである。金型鍛造はまた、使用される材料に基づいて分類することができる。 金型 鍛造、非鉄金属型鍛造、粉末製品成形。

炭素鋼のような鉄、非鉄金属。 銅とアルミニウムこのプロセスでは、粉末冶金材料が使用される。

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押出成形は 金型 鍛造は重金属押出と軽金属押出とに分類される。

閉塞鍛造と閉塞アプセット鍛造は、金型鍛造の2つの高度なプロセスである。これらの工程の大きな利点は、バリがないため、材料の利用率が高いことである。

一工程または数工程で、複雑な鍛造品を完成させることができる。

さらに、バリがないことで、鍛造の応力領域が減少し、最終的に必要な荷重が低くなる。

しかし、注意しなければならないのは、ブランクを完全に制限することはできないということである。従って、ブランクの体積を厳密に管理し、鍛造型の相対位置を管理し、鍛造型の摩耗を最小限にするために鍛造を測定する必要がある。

3) 研磨リング

リング研削とは、リング研削盤と呼ばれる専用の装置を用いて、さまざまな直径のリング部品を製造する工程である。自動車のハブや電車の車輪など、ホイール部品の製造にも利用されている。

4) 特殊鍛造

特殊な鍛造技術には次のようなものがある。 ロール鍛造クロスウェッジ圧延、ラジアル鍛造、リキッドダイ鍛造など、特定の複雑な形状の部品を製造するのに適した方法がある。

例えばロール鍛造は、効率的な予備成形工程として機能し、その後の成形作業に必要な圧力を大幅に低減することができる。

クロスウェッジ圧延は鋼球の製造に用いられる、 トランスミッションシャフトその他、同様の部品がある。

一方、ラジアル鍛造は、大型のバレル、ステップシャフト、その他の種類の鍛造品の製造に使用される。

5）鍛造用金型

鍛造は、鍛造型の運動様式によって、スイングローリング、スイングロータリー鍛造、ロール鍛造、クロスウェッジローリング、リングローリング、クロスローリングに分けられる。

回転鍛造、ロータリー鍛造、リングローリングも精密鍛造で加工できる。

材料の利用率を向上させるために、細長い材料の前工程としてロール鍛造とクロスローリングを使用することができる。

自由鍛造と同様、回転鍛造も局所的に成形される。

その利点は、鍛造サイズと比較して、鍛造力が小さい場合にも成形できることである。

自由鍛造を含むこの鍛造法では、加工中に素材が金型表面付近から自由表面に向かって膨張する。

そのため、正確性を確保するのは難しい。

鍛造金型の移動方向と回転鍛造工程をコンピュータ制御することで、鍛造金型と回転鍛造工程を一体化した製品を製造することができる。 複雑な形状 例えば、蒸気タービンブレードのような多品種・大サイズの鍛造品の製造のように、低い鍛造力で高い精度を得ることができます。

鍛造設備の動きは自由度と一致しない場合があり、以下の4種類に分類される：

• 鍛造力を制限するモード：スライディングブロックを油圧で直接駆動するオイルプレス。
• 準ストローク制限モード：クランクコネクティングロッド機構を油圧で駆動するオイルプレス。
• ストローク制限モード：A 機械プレス クランク、コネクティングロッド、ウェッジ機構によって駆動されるスライダー。
• エネルギー制限モード：スクリュー機構を用いたスクリュー＆フリクションプレス。

高精度を実現するためには、下死点での過負荷の防止、速度や金型位置の制御など、鍛造公差や形状精度、金型寿命に影響する要素に注意を払う必要がある。

さらに、精度を維持するためには、スライディングブロックガイドレールのクリアランスの調整、剛性の確保、下死点の調整、補助伝動装置の使用などが必要となる。

細長い部品の鍛造、潤滑冷却、高速生産用部品の鍛造のために、スライダーは垂直方向または水平方向に移動することができます。他の方向への動きを大きくするために補償装置を使用することもできます。

上記の方法は、必要な鍛造力、工程、材料利用、出力、寸法公差、潤滑および冷却方法が異なる。これらの要素は自動化のレベルにも影響する。

3.鍛造材料

について 鍛造材料 主に炭素鋼、合金鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、およびそれらの合金が含まれる。これらの材料は、棒、インゴット、金属粉、液体金属の形で入手できる。

鍛造比とは、変形前の金属の断面積と変形後の断面積の比をいう。鍛造比の正しい選択、適切な加熱温度と保持時間、適切な初期および最終鍛造温度、および適切な変形と変形速度は、製品の品質を向上させ、コストを削減するために不可欠である。

丸棒や角棒は、一般に中小サイズの鍛造品のブランクとして使用される。これらの棒鋼は、均一で良好な結晶粒組織と機械的性質、正確な形状と寸法、良好な表面品質を有し、大量生産に便利である。合理的な加熱温度と変形条件により、大きな鍛造変形を伴うことなく、優れた性能の鍛造品を製造することができる。

それに比べ、インゴットは大型の鍛造品にのみ使用される。インゴットは大きな柱状晶を持つ鋳造組織で、中心部が緩んでいる。そのため、優れた金属組織と機械的特性を得るためには、柱状結晶を微細な結晶粒に破砕し、大きな塑性変形によって圧縮する必要がある。

粉末冶金プリフォームは、熱間状態で非フラッシュダイ鍛造により粉末鍛造とすることができる。粉末鍛造は、良好な機械的性質や高精度など、一般的な型鍛造品と同様の特性を有し、その後の切削加工を低減することができる。粉末鍛造の内部組織は偏析がなく均一であるため、小さな歯車などのワークに適している。しかし、粉末の価格は一般棒材よりはるかに高く、生産現場での適用が制限される。

ダイカストと型鍛造の中間に位置する成形法。ダイボア内に流し込んだ液体金属に静圧を加え、圧力の作用で凝固・晶出・流動・塑性変形・成形させることで、要求される形状・特性のダイ鍛造品を得ることができる。特に、一般的な型鍛造では成形が難しい複雑な薄肉部品に適している。

最後に、鉄基超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金の鍛造合金も、鍛造や圧延によって完成させることができる。しかし、これらの合金は塑性域が狭いため、鍛造は比較的難しい。そのため、材料によって加熱温度、開放鍛造温度、最終鍛造温度に厳しい要求がある。

4.プロセスフロー

様々な鍛造方法が異なる工程を採用しているが、その中でも熱間金型鍛造は工程フローが最も長い。

典型的な順序は、鍛造ブランクの型抜き→鍛造ブランクの加熱→ロール鍛造ブランクの準備→型鍛造による成形→トリミング→打ち抜き→矯正→鍛造品の寸法と表面欠陥をチェックする中間検査→応力を除去して改善するための鍛造品の熱処理である。 金属切断 性能→表面の酸化スケールを除去するための洗浄→修正→検査。

通常、鍛造品には外観検査と硬度検査が行われるが、重要な鍛造品には化学成分分析や機械的特性の検査も行われる、 残留応力およびその他の非破壊検査（NDT）。

5.鍛造品の特徴

鋳造品に比べ、鍛造品は金属の組織と機械的特性を改善することができる。

金属を熱間鍛造法で変形・再結晶させると、元の粗い樹枝状や柱状の結晶粒組織が、より微細で均一な結晶粒を持つ等軸再結晶組織に変化する。このプロセスにより、インゴットに元々あった偏析、気孔、スラグ封入などの欠陥がよりコンパクトに溶接され、金属の塑性と機械的特性が向上する。

鋳物の機械的特性は、一般に同じ材料の鍛造品よりも低い。

さらに、鍛造は金属繊維構造の連続性を保証し、繊維構造と鍛造品の形状の一貫性を維持します。この工程によりメタルフローラインが完成し、部品が良好な機械的特性と長い耐用年数を持つことが保証されます。

精密型鍛造、冷間押出し、温間押出しなどの方法で製造される鍛造品は、鋳造品よりも優れている。

鍛造は、金属を所望の形状にプレスすること、または塑性変形により適切な圧縮力を加えることを含み、通常ハンマーまたは圧力を使用する。鍛造プロセスは、粒子構造を微細化し、金属の物理的特性を向上させます。実用的なアプリケーションでは、正しく設計された部品は、一次圧力の方向に粒子の流れを向けることができます。

鋳造とは、様々な方法で金属成形体を得るプロセスである。 鋳造法.溶融した液体金属を、注湯、射出、吸引、またはその他の鋳造技術によって、準備された鋳型に注入する。その後、対象物は冷却され、砂が落ち、洗浄され、特定の形状、サイズ、性能を達成するための後処理が施される。