鍛造について

鍛造の種類

金型を使用する「型鍛造」と、使用しない「自由鍛造」。その他、変形方式や加工温度により多様な種類に分類。

鍛造は、型を使用する「型鍛造」と、型を使用しない「自由鍛造」の2つに大きく分類されます。

型鍛造は、上下1組の金型内に素材を入れ、機械で押し潰して狙った形状に加工する方法です。同一形状の製品を大量生産するのに向いており、高い寸法精度を得られ、スピーディーに成型加工を行うことが可能です。ただし、金型製作に初期費用がかかるため、少量生産には不向きと言えます。また、型鍛造は、その加工温度によって「熱間鍛造」「冷間鍛造」があり、それらの中間温度で、両方のメリットを得る「温間鍛造」も行われています。

一方、自由鍛造とは、金型ではなくハンマーや、金敷と呼ばれる表面が平面または曲面の工具を使って圧力を加え、伸ばし、据込み、穴あけ、せぎり、切断等の作業を行って目的の形状に加工する方法です。分かりやすい例では、日本刀の製作がこの自由鍛造に当たりますが、工業製品で言えば、船舶用クランク軸や発電用タービンローター、原子炉圧力容器、圧延機のロールなど、大型鍛造品等の一品生産に適しています。

このほか、ボルト成型等のため棒材の先を押しつぶす「据え込み」や、材料または工具を回転させることで成形する「回転鍛造」、円筒物やチューブを作るための「押し出し」等、さまざまな鍛造法があります。

1.金型の使用/不使用による分類

■ 自由鍛造

ハンマーや金敷を使用して成型を行う鍛造方法です。

■ 型鍛造(金型を使用)

金型を使用して成型を行う鍛造方法です。

・ 密閉鍛造

材料を押し切った時、上下の型が隙間なく閉じ、材料が密閉されます。

・ 半密閉鍛造

型の隙間から余分な材料をはみ出させることで、型内に材料を充満させます。

・ 閉塞鍛造

上下の型を閉じて材料を型内に閉じ込めた後、複数の成形ピンあるいは型を動かし、素材を側方に押出して、半径方向に突き出た部分を成型します。

・ 中空鍛造

上下の型を閉じて材料を型内に閉じ込め、さらに成形ピンを挿入することで中空形状を成形します。白光金属工業の独自技術である「熱間中空鍛造」では、水平4方向、垂直2方向から成形ピンを挿入することにより、最大φ120の大口径中空形状を成形。所要材料の大幅低減と、複雑形状の成形及び複数部品一体化を実現しています。

2.変形方式による分類

■ 据え込み

材料に上下から圧力をかけることにより、その断面積を増やして高さを減少させます。

■ 鍛伸

円柱・角柱・円筒形の材料に上下から圧力をかけ、断面積を減らして長さを伸ばします。

■ 展伸

四角いブロックの材料に上下から圧力をかけることにより、その厚さを減少させ前後左右に伸ばします。

■ 押し出し

パンチの動作方向に対して、材料がどの方向に押し出されるかによって、次の3つに分類されます。

・ 前方押し出し

・ 後方押し出し

・ 前後方押し出し

3.加工温度による分類

ここでは、鉄材の場合の加工温度の例を挙げます。

■ 熱間鍛造

材料を約1100~1250℃の再結晶温度以上の高温に加熱し、柔らかい状態で加工。鍛流線が整うため、大型製品や高強度材に最適です。

■ 冷間鍛造

常温で加工を実施します。熱間鍛造より高い寸法精度を得られ、表面は滑らかに仕上がります。

■ 温間鍛造

約600~900℃で加工。熱間鍛造と同様に靱性を高めると同時に、冷間鍛造よりも小さい荷重で鍛造する工法です。

■ 溶湯鍛造

鋳造と鍛造の融合工法。素材を半凝固状態で加圧し、巣の発生を防ぎます。

なお、材質別の熱間鍛造による加熱温度の例は、下記の通りです。

熱間鍛造による加熱温度の例
材質 温度範囲(℃)
鍛造用アルミ 340~480℃
プレス用マグネシウム 240~400℃
鍛造用黄銅 640~800℃
チタン 750~950℃
800~1050℃
炭素鋼 800~1250℃
ステンレス鋼(18-8) 750~1150℃
マンガン鋼 850~1200℃
ニッケル鋼 850~1150℃
ニッケルクロム鋼 870~1150℃
クロム鋼 870~1150℃
ニッケル 850~1250℃
モネルメタル 960~1170℃

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