型鍛造とは？種類・特徴・製品例・注意点・工程を紹介

型鍛造について、お調べでしょうか。

型鍛造は、加工時の温度によって仕上がりに差が出るため、適切な方法を選ばなければ不要なコストが増加します。

強度に影響する鍛造の作業を誤れば、耐久性が規定に満たない欠陥製品の量産にも繋がるのです。

本記事を読むことで、型鍛造の知識がついて目的に適した加工方法の選定ができます。

型鍛造の特徴やメリット・デメリットを把握して、高品質な鍛造を成功させましょう。

加工方法の選定には、まず型鍛造がそもそもどういう加工なのか理解が必要です。

鍛造とはどんな方法か？どういった製品に使われるのかを理解すれば、加工方法選定の際に役立ちます。

型鍛造の加工方法と製品例を理解して、目的に適した鍛造方法を検討しましょう。

鍛造とは、固体材料を圧縮または打撃して、成形および鍛錬を行う加工方法です。

圧縮・打撃といった外力を材料にかけることによって、金属内部の気泡を圧着させます。

金属内部の気泡が圧着することで、密度が上がり金属強度が高くなるのです。

また、金属加工には、その他切削・鋳造などの方法があります。

特徴を以下に表でまとめました。
 

型鍛造は金型を使用する鍛造方法です。

金属素材を、製品の寸法・形状に合わせた一対の金型に入れて、圧力をかけます。

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るのが特徴です。

また、金型を使用しない鍛造方法は自由鍛造といいます。

型鍛造は、金型を利用し大量生産に適した鍛造方法です。

型鍛造は、自動車用部品の製造に用いられます。

金型を利用するので迅速に生産できて、小型品の大量生産に適した鍛造方法です。

具体的には、クランクシャフトや、コネクティングロッドなどの製造で型鍛造が用いられています。

型鍛造は、高い生産性を活かして自動車部品などの製造に用いられる鍛造方法です。

鍛造の種類は加工温度で異なり、以下の４つに分類できます。
 

• 熱間鍛造
• 冷間鍛造
• 温間鍛造
• 溶湯鍛造

熱間鍛造とは、金属材料を加熱してから鍛造する加工法です。

約1,100～1,250℃の高温に加熱して、金属を柔らかい状態にしてからプレス機で鍛造します。

溶金により金属繊維の流れが一方向に整うため、自動車のシャフトのような高強度が求められる部品に適した鍛造方法です。

熱間鍛造は、金属を溶かして再形成するので強度を得られる鍛造方法と言えます。

冷間鍛造は20℃±15℃の常温で鍛造する加工法です。

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。

高い寸法精度と強度が得られるので、規格に沿った六角レンチのような工具部品やネジパーツなどで利用される加工法です。

しかし、素材硬度が高い状態で加工するため、大きな成形圧力が必要になります。

冷間鍛造は寸法精度は高いが、加工に大きな圧力が必要な鍛造方法です。

温間鍛造は、熱間よりも低い温度で加工する鍛造方法です。

約600～900℃で加工するので、熱間鍛造と同様に強度の高く、冷間鍛造よりも小さい荷重で鍛造できます。

高温で柔らかくして加工するので、自動車のランジコンパニオンのような凹凸のある部品に利用される加工法です。

一方で、強度・寸法精度共に熱間・冷間鍛造ほどの品質ではないというの特徴もあります。

温間鍛造は、冷間鍛造と熱間鍛造の中間的な性質をもつ鍛造方法なのです。

溶湯鍛造とは、鋳造と鍛造を掛け合わせた加工方法です。

素材を半凝固状態で加圧して金属加工します。

圧力をかけることで、鋳造で課題となる空気の巣が金属内にできにくく強度も強くなるのが特徴です。

溶湯金属に対して強度を増す加工ができるので、自動車ホイールの製作などで利用されています。

しかし、密度が上がり金属の使用量が増化するので部品コストは高いです。

溶湯鍛造は、コストはかかるが加工性と強度の両方を手に入れられる鍛造方法になります。

ここからは、型鍛造の特徴を詳しく解説します。

型鍛造の特徴を理解していなければ、正しい加工方法は選定できません。

特徴を理解していれば、製作前例がない商品の製造でも適した加工方法かどうか判断できます。

型鍛造の特徴を理解して、目的にあった鍛造方法か精査しましょう。

型鍛造は、製品の精度が高いという特徴があります。

金型に合わせて鍛造を行うので、自由鍛造に比べて製品精度が高いです。

製品精度が高く、鍛造加工で強度も得られるため自動車部品に適した加工法になります。

金型を使うことによる、製品精度の高さと強度が型鍛造の特徴です。

型鍛造は、表面の仕上がりが綺麗です。

金型で叩くので、表面も整った状態で仕上がります。

温間鍛造でも仕上がりは綺麗ですが、熱変性の影響を受けない冷間鍛造では特に綺麗な仕上がりです。

続いては、型鍛造に関するメリット・デメリットの紹介です。

メリット・デメリットを理解すれば、製品の加工に適した方法か判断する基準になります。

まずは、メリットから見ていきましょう。

型鍛造のメリットは２つあります。
 

• 金型を使い回せるので生産効率が良い
• 加工温度により仕上がりをコントロールできる

金型を使い回せるので、高い生産効率を発揮できることが型鍛造のメリットです。

金型作成の工程をカットできるので、自由鍛造に比べて生産効率が高くなります。

型鍛造は金属部品を、一定精度で大量生産する場合に適した加工方法です。

加工温度によって、仕上がりをコントロールできることも型鍛造のメリットです。

型鍛造は目的によって、適した加工方法が分かれています。

例えば、表面の仕上がりと強度を求める際は冷間鍛造、加工性と強度を求める際は温間鍛造などの使い分けです。

型鍛造では、仕上がりの目的に合わせて加工温度を選択しコントロールできます。

型鍛造のデメリットは２つあります。
 

• 金型自体の設計が難しいので複数回作り直す場合がある
• バリができるため自由鍛造よりも歩留まりが落ちる

金型自体の設計が難しいのが、型鍛造のデメリットです。

鍛造という構造上、金属に叩きつけて使う金型は強度が求められるので、設計難易度は高くなります。

さらに型鍛造では、工程の中で粗型加工と仕上げ加工で異なる金型を使用するので複数個の製作が必要です。

型鍛造では金型設計の難しさに加えて複数の金型が必要なので、作り直しが必要になるデメリットがあります。

製作技術に課題がある場合は、実績にあるプロに依頼を検討しましょう。

型鍛造はバリができるため、自由鍛造よりも歩留まりが落ちるのがデメリットです。

型鍛造では鍛造する際に、素材を金型に巻き込まないためにバリを作って対策しています。

製品精度を上げるための対策ですが、自由鍛造に比べてバリの分だけ歩留まりは低いです。

型鍛造では精度と引き換えに、歩留まりが落ちるというデメリットがあります。

歩留まりを高くしたい場合は、自由鍛造など他の加工方法を検討しましょう。

型鍛造をする上で気を付けるべき注意点が２つあります。
 

• 金型が高コストなので小ロット生産に向かない
• 金型設計には技術が必要

型鍛造は金型が高コストなので、小ロット生産に向きません。

金属に強い圧力をかけて変形させる鍛造法の性質状、金型にも硬度と強度が求められます。

硬度と強度が高い金属は、素材や加工の費用が高いです。

そのため、型鍛造は金型の製造が高コストになり、小ロット生産に向きません。

小ロット生産の場合は、型鍛造以外の加工方法を検討しましょう。

型鍛造の金型設計には技術が必要です。

型鍛造は、目的の製品を作るために何度も鍛造工程を繰り返さなければなりません。

目的の製品を作るために必要な金型の途中形状は、 理論に裏打ちされた高度な技術と経験が必要です。

具体的には、鍛造工程で何度も打ち付けられる金型形状に対して負荷の高くなる場所への理解と対策が必要になります。

精度の低い金型設計をすれば、金型の破損が頻繁に発生して金型の作り直しでコストが増していくのです。

コスト増加を回避するために、金型の設計は技術と経験のある専門業者へ依頼を検討しましょう。

型鍛造は、以下の５ステップに分けて実施されます。
 

• ステップ1:材料の切り出し
• ステップ2:金属を加熱する
• ステップ3:粗型でおおよその形状を作る
• ステップ4:仕上げ型にて成形する
• ステップ5:バリ取りなど表面処理をする

まずは、材料の切り出し工程です。

プレス切断機、又はバンドソーなどを用いて素材を切断します。

素材となる金属を、金型に適したサイズに切り出します。

金属の切り出し後は、加熱工程です。

素材が規定の温度に達するまで、炉内温度、在炉時間、抽出ピッチなどを管理して加熱してください。

加熱が完了したら、次は素材を鍛造機に投入します。

加熱手段は、重油加熱、電気加熱などの方法があります。

金属を鍛造機に投入した後は、粗型での鍛造工程です。

粗型と呼ばれる金型を用いて、おおよその形状を作ります。

精度が高い金型の摩耗を軽減するために、粗型でおおよその形を整えておく工程です。

ある程度の形が整えば粗型の工程は完了し、仕上げに入ります。

粗型の次は、仕上げ型で成形です。

仕上げ型は、製品寸法に近い金型を用いて実施します。

寸法精度の高い金型で叩き、寸法を整えれば成形工程は完了です。

最後の工程はバリ取りなどの表面処理です。

プレス機でバリとよばれる余分な部分を取り除いて、鍛造工程は終了になります。

バリ取りの後は、研磨で表面を整えれば製品完成です。

型鍛造を成功させるためには、正確な金型設計が重要です。

型鍛造に自信がない人は、プロへの依頼も検討しましょう。

加工のプロである鋼材専門業者であれば、経験豊富な技術を基に精度の高い設計や加工対応が可能です。

クマガイ特殊鋼株式会社は100年以上の歴史があり、鍛造加工に対する経験や知識が豊富です。

長い歴史で培われた基盤と幅広い知識を元に、あらゆる鋼材加工に対応できます。

目的にあった素材の選定や、金型設計の技術に自信がない場合はクマガイ特殊鋼株式会社に相談しましょう。

専門性と長い歴史に裏付けされた技術で、あなたの鍛造を成功させます。

型鍛造は、加工精度の高さと金属強度を併せ持つ鍛造方法です。

１つの金型を使い回すので、生産効率が高いというメリットがあります。

一方、金型の設計は技術が必要で、製作コストが高く小ロット生産には向いていないというデメリットも。

型鍛造におけるメリットやデメリットを理解した上で、目的に合わせた最適な鍛造方法を選択しましょう。

もし、型鍛造を用いた加工にお困りの場合は、実績多数の専門商社であるクマガイ特殊鋼株式会社までお問い合わせください。

最適な鍛造方法を選択して、あなたのニーズに合った製品を製造致します。