自由鍛造とは？基本作業・特徴・製品例・注意点を紹介

自由鍛造についてお調べですね？

自由鍛造とは、金型を使用しない鍛造方法です。

金型を使用しないため、加工時の高い自由度が特徴ですが、製造するものによっては適さない場合もあります。

目的に適した加工方法を選ぶためには、自由鍛造の特徴を知らなければなりません。

そこで本記事は、自由鍛造の特徴やメリット・デメリット、自由鍛造の製品例などをわかりやすくまとめました。

本記事を読んで適した鍛造方法を選ぶことで、クオリティ・コスト共に納得のいく製品を実現することができます。

わかりやすく解説していますので、是非参考にしてください。

自由鍛造とは金型で成形するのではなく、叩く台とハンマーで自由に成形する鋳造方法です。

以下で詳しく見ていきましょう。

鍛造とは、金属をハンマーやプレスで叩き、成形することを言います。

中でも金属を加熱して叩く「熱間鍛造」は、叩くことで金属が圧縮され結晶が密になります。

内部の気泡も圧着させるため、金属に粘り強さが出て強度が高くなる成形方法です。

成形方法の一つに、溶かした金属を金型に流し込んで冷やす「鋳造」がありますが、内部に気泡ができてしまうので、鍛造に比べると強度は低くなります。

叩くことで強度が高い金属になる成形方法が、鍛造なのです。

そのため、強度が求められる自動車や航空機の部品などに適した成形方法と言えます。

「自由鍛造」は、金型を使用しない鍛造です。

一方、金型を使用する「型鍛造」は金型内に真っ赤に熱した金属を入れ、機械で押し潰して成形します。

今回の記事で紹介する自由鍛造は、金型を使用せず金属をハンマーや金敷と呼ばれる作業台を使い希望の形状に成形する方法です。

自由鍛造は、鋳鉄もしくは鋳鋼製の平面や曲面になっている金敷の上で、素材を動かしたり回転させたりしながらハンマーやプレスで力を加えることで素材を加工します。

自由鍛造で作られる製品で有名なのが日本刀ですが、大型工業部品や農機具、指輪など、金型を使用しない多品種少量生産の製品に多く使われている成形方法です。

自由鍛造で有名なのは日本刀ですが、その他に以下の製品例があります。

・製紙・紙工機械の段ロール＆製紙ロール
・発電用タービンローター
・船舶用クランク軸
・原子炉圧力容器
・圧延機のロール
・半導体製造装置
・ガス給湯器
・農機具
・包丁
・工具
・指輪

このように、自由鍛造は小型から大型まで幅広いサイズに対応できる成形方法です。

自由鍛造には、鋳造にも型鍛造にもない特徴があります。

特徴を知ることで使用目的にあっているかが分かり、思い通りのクオリティで部品や製品を制作可能です。

それでは、自由鍛造の特徴を詳しく見ていきましょう。

自由鍛造は、高い鍛錬効果を出すことが可能です。

中でも熱間鍛造は、餅のようにハンマーで金属を叩いて成形することで、結晶方向が揃うという性質を持ちます。

方向の揃った結晶組織は鍛流線と言い、高い強度と粘りが出るのが特徴です。

そのため、自由鍛造で成形された製品は、熱した金属を上からプレスするだけの型鍛造よりも高い強度と耐久性が生まれます。

船舶や港湾、製鋼、発電機といった、強度も耐久性も求められる大型部品には自由鍛造が最適です。

ここまで、自由鍛造の特徴をみてきました。

次に、自由鍛錬のメリットとデメリットを見ていきましょう。

自由鍛造は鍛錬効果の高さ以外にもメリットがあり、詳しく知ることで製品のロット数や予算など、条件にあっているかがわかります。

条件に一番あっている鍛造方法を選ぶことは、無駄のないコストと理想通りの製品を実現するには必要不可欠です。

一方、デメリットによって余計なコストがかかったり目的に適さない場合があるため、メリット・デメリットの両方を把握しておきましょう。

自由鍛造のメリットは以下の3つです。

・型鍛造では実現できない形状・大きさも加工可能
・金型コストがかからない
・バリがないので歩留まりが良い

自由鍛造には、他の成形方法にないメリットがありますので、詳しく見ていきましょう。

自由鍛造は金型を必要としないため、製作が難しい大きな鍛造品も成形することができます。

また、型鍛造よりも強度が高いため、薄肉の形状や中空構造、複数部品の一体形成といった金型では難しい形状も成形できるのが自由鍛造のメリットです。

重さ数百トンの船舶用や原子力発電機用回転軸は、金型を必要としない自由鍛造だから作れる鍛造物と言えます。

自由鍛造は、金型の制作コストがかからないというメリットがあります。

ハンマーと金敷と呼ばれる作業台を使って成形するため、金型を必要としません。

型鍛造の場合、金型の製造には約40万円～120万円程かかるため、少量生産の場合は自由鍛造が適しています。

自由鍛造は製造過程でバリが出ないため、歩留まりが良い成形方法です。

金型をつかう鋳造や型鍛造は、型からはみ出た金属やバリが出るため歩留まりが悪くなる
特徴があります。

一方で自由鍛造は型を使わず金属のバリがないため、歩留まりがいいのです。

メリットが多い自由鍛造ですが、デメリットもあります。

デメリットを知らずに選択してしまうと、無駄なコストがかかり制作費が高くついてしまうので注意が必要です。

以下で詳しく見ていきましょう。

自由鍛造は、大ロットの製造には不向きです。

ハンマーや金敷で1点ごと成形するという方法のため、金型に金属を入れてプレスする型鍛造のように1度に大量生産することができません。

寸法精度を求める場合も、金型を使う型鍛造の方が向いています。

自由鍛造は大きな鍛造物を1点作りたい、または多種類の製品を少量ずつ作りたいという場合に選択しましょう。

自由鍛造には以下2つの注意点があります。

・製作者側の技術が精度に影響する
・エンジンのピストンなど複雑すぎる部品は困難

注意点を知らなければ、製造したものが使えず大きな損失になってしまう場合がありますので、しっかりと把握しておきましょう。

自由鍛造は、製作者側の技術が製品精度に影響します。

特に、素材の位置を制御するマニピュレーター操作、油圧プレスなどの操作は高度な技術が必要な作業です。

1点1点加工するため作業時間が長く、製作者側の技術によっては希望する精度に満たない部品ができあがってしまう可能性もあります。

技術力のあるプロに任せれば安心して作業が任せられるので、実績と技術力のある業者を選びましょう。

自由鍛造はエンジンのピストンなど、複雑すぎる部品を作るのは困難です。

金属をハンマーで叩いて成形するため、強度が高く形状の自由度も高いのですが寸法精度は金型を使う型鍛造に劣ります。

そのため、自動車部品のクランクシャフト・コネクティングロッドのような精度を求められる製品には向きません。

精度が求められる部品や複雑な部品は、型鍛造を選びましょう。

自由鍛造の基本作業は以下の5つです。

・据込み
・鍛伸
・展伸
・穴広げ
・背切り

基本作業を知ることで、どんな形状の成形に向くのかイメージしやすくなり、目的の物が自由鍛造で製造できるかわかります。

それでは、1つずつ見ていきましょう。

柱上の素材に平行平面型の金敷を使って上から力を加えることで、素材の断面積を広げます。

素材の上下の断面を同じ形で広げることが可能です。

アプセット鍛造とも呼ばれ、ボルトの先端部分などで行います。

円柱・角柱・円筒の断面積を減らして長さを伸ばす加工です。

素材の上下から圧を加えながら回転させることで、材料長さ500ｍｍものを1,500ｍｍまで伸ばすことが可能になります。

ロープシャックルや軸部品で用いられる加工方法です。

四角いブロックの素材に上下から圧力をかけることにより、前後左右に伸ばします。

前後左右に伸ばすことで、その厚さを減少させることが可能です。

展伸は包丁や、鍬などの農具、ブロック部品の成形に使われます。

リング状の素材を、穴の内側と外側で挟んで加圧することで、リングの穴を広げて厚さを薄くすることが可能です。

内側からは円形の棒で、外側からは平面の型で圧力をかけます。

穴拡げは、リング状の部品や指輪のサイズ調整に使われる加工方法です。

背切りは素材の一部を型で加圧することで、圧延加工をします。

素材を段付きに伸ばすことが可能です。

背切りは航空機の胴体フレームや、階段状の部品の加工に使われます。

また、背切りを繰り返すことで薄板状の加工も可能です。

自由鍛造で希望する製品が作れるのかお悩みの方は、プロに相談しましょう。

自由鍛造は、作業技術のレベルが精度に大きく影響する成形方法です。

納得できる製品をつくるためにも、実績と技術のある会社への相談をオススメします。

クマガイ特殊鋼株式会社では、豊富な加工技術でニーズに合った加工方法と鋼材の提案が可能です。

鍛造の実績例として、廃棄物のロータリー式焼却炉の付帯設備があります。

こちらの実績では、鍛造加工はもちろん熱処理や機械加工なども行われました。

クマガイ特殊鋼株式会社では、鋼材加工を一気通貫でサポート可能なのです。

図面があれば素材の仕入れから設計・加工・検査まで行ってくれるため、鍛造方法に関する疑問があれば、クマガイ特殊鋼株式会社へ相談しましょう。

自由鍛造とは鍛造の一種で、金型を用いない成形方法になります。

金型を使用しないので、型鍛造に比べて加工の自由度が高いことが特徴です。

ハンマーで叩くと金属の強度が高くなるため、耐久性や強度が求められる製品に向いています。

また、素材のロスがなく材料のほぼ全てが製品に生まれ変わるため、歩留まりが良いのも特徴です。

一方、1点ごとに加工するので型鍛造に比べて生産効率が悪く、大ロットの生産には向きません。

もしも鍛造についてお困りでしたら、ぜひクマガイ特殊鋼株式会社にご相談ください。

プロとしてきめ細かいサポートを約束します。