鍛造とは「金属をたたいて鍛える」加工。自動車部品によく使われます

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鍛造加工とは
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こんにちは、ものづくり王国にっぽんの管理人をしています、とも(@Japan_MFG_Tomo)です。

 

「日本のものづくりを盛り上げたい」という気持ちから、今までの専門であった切削加工から分野を変えて、鍛造加工についての勉強をし始めました。

▼先日したツイートでは、たくさんの応援いいねをありがとうございました。

 

切削加工の基礎が分かっていれば、何となく鍛造加工の基礎も入ってきやすいかな?と肌では感じていますが、
結局は現場に出たもん勝ちなので、今は現場にてたくさんの工程を観察させてもらっています。

 

今回は「鍛造とは」というテーマで、広く基礎の基礎に関係する内容を取り扱っていきます。
細かい情報はまた別の記事にて補足していくので、本をたくさん買って勉強する時間が無い人はぜひ本ブログをブックマークして勉強の参考にしてください。

特に海外に行くとkindleでは鍛造の本は種類が少ないので、ブログ記事が便利だと思いますよ。

 

それでは行きましょう!

 

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鍛造とは

鍛造とは、英語ではForging、中国語では锻造と言います。

金属をドンドンガンガンと叩いて目的の形状を作る加工です。

 

鍛造の言葉の有来は、金属を叩いて圧力を加える事で強度が強くなる(鍛えられる)所から来ていて、
ハンマーやプレスを使って叩くことで、金属内部の空間を潰して加工します。
(鋳造では気泡によって巣ができますが、鍛造ではその隙間を潰す事ができる事から強度が強くなると言われています)

 

 

「鉄は熱いうちに打て」ということわざがあるように、金属を熱く加熱してから叩くのが基本です。
鍛造加工自体はとても古い時代から存在していて、日本では鍛冶屋さんが鍛造加工をして日本刀を作っていました。

 

 

鍛造の歴史

鍛造の歴史は非常に古く、ギリシャ神話にも存在しています。

ヘパイストスという神は鍛冶をしていたと言われていて、「ゼウスの盾」「アポロン、アルテミスの矢」「アキレウスの武具一式」は鍛造によって作られたと言われているそうです。

(参考書籍:工程順でわかる はじめての鍛造加工

 

 

日本では8世紀、日本刀の製作には鍛造が使われ、中国の明に輸出していたと言われています。

その当時の日本刀は優れた品質を持っていたため、日本刀を送られた人は「日本刀歌」という歓喜の歌を残しているそうです。

参考:明代中国における日本刀術の受容とその変容(https://www.jstage.jst.go.jp/article/budo/46/2/46_59/_pdf

 

「鍛冶」の代表例として有名な日本刀は、私たちの想像以上に高性能だったことがうかがえます。

 

 

また、16世紀(1543年)には種子島にポルトガルが漂着、購入した火縄銃を研究して1年ほどで国産化したと言われています。

 

国内の戦いの様子を大きく変えた鉄砲も、鍛造から作られたとされています。

参考:火縄銃(鉄砲)とは(https://www.touken-world.jp/tips/47464/

 

 

現代では、鍛造の65%は「自動車用」

鍛造加工は、日本の歴史を大きく変える役割を担ってきました。

 

鍛造加工の種類

鍛造加工には多くの種類があります。

鍛造加工の種類
  • 自由鍛造
  • 熱間鍛造
  • 冷間鍛造
  • 温間鍛造
  • 恒温鍛造(超塑性鍛造)
  • 密閉鍛造(閉塞鍛造)

温度による分類、金型を使うかどうかの分類、どんな形状の金型なのかによる分類などが存在しますが、
まあこれくらい覚えておけば少しは話題に入っていけるんじゃないですかね。

 

自由鍛造

 

自由鍛造とは、金型を持たない鍛造方法です。

日本刀で有名な「鍛冶」もそうだし、動画のような鍛造方法も自由鍛造です。

 

ハンマーでたたくイメージ通りの鍛造ですよね。

 

金型を作れない巨大な製品や、一品物の製品に採用されます。

 

熱間鍛造

 

熱間鍛造とは、金属を熱々にしてから叩く鍛造加工です。

「再結晶温度」以上に温めてから叩きます。鋼材が800度以上、アルミニウムは400度以上が目安です。

 

再結晶温度に加熱する利点は、「加工硬化しない」点。

金属の組織が崩れたすぐそばから再結晶が始まり、組織が綺麗に並ぶのが理由です。

 

しかし以下の弱点があります。

  • 熱によって金型が傷みやすい
  • 熱によって材料が酸化しやすい
  • 熱収縮をするので、後加工が必要になる

しかし熱くすることで変形しやすく(加工しやすく)なるので、鍛造の90%は熱間鍛造だと言われています。

 

冷間鍛造

 

冷間鍛造とは、常温で行う鍛造加工の事です。
再結晶温度よりも低い温度で鍛造を行うので、加工硬化しやすく、何度も形状を変えると割れます。

 

工程を分けて少しずつ形状を作り上げていくのが特徴ですが、複雑な形状を作るときは焼きなましをします。(金属を柔らかくするため)

 

得意な形状は、軸対象の形状です。

 

温間鍛造

 

温間鍛造は、熱間鍛造と冷間鍛造のいいとこ取りを狙った鍛造方法です。

温度は熱間鍛造と冷間鍛造の間。

 

加熱はするけど熱間鍛造ほど温度は高くないと覚えておけばOKです。(「温間」の定義があいまいで、人によって解釈が違うため)

 

 

恒温鍛造(超塑性鍛造)

 

金属も高温にすると、プラスチック、飴、餅のようにびよーんと伸びるようになります。

これを「超塑性」と言います。

 

「高温でゆっくり」加工するので加工スピードは速くないですが、航空業界で使われるチタン、ニッケル、コバルトに関係する合金に適していると言われています。

 

 

密閉鍛造(閉塞鍛造)

 

密閉鍛造(閉塞鍛造)は、完成形状とほぼ同じくらいの質量の材料のみを使用する鍛造方法です。

 

切削加工では金属を削り落として切粉が出るし、他の鍛造加工では金型から金属がはみ出るように質量を設定しますが、密閉鍛造(閉塞鍛造)では金型から材料がはみ出さないように調整します。

 

通常の鍛造でははみ出した材料が「バリ」になるので、後の工程で除去しますが、「バリ」の出ない密閉鍛造(閉塞鍛造)ではバリの分の材料費、バリの除去にかかる加工費分だけコストダウンができます。

 

しかし材料の質量の設定を失敗すると設備や製品の故障につながるので、材料の重量についての管理が非常に大切です。

 

鍛造について簡単に覚えておくなら

 

鍛造については出ている情報がすくないので、

  • 本を読む
  • インターネットで調べる
  • 動画を見る

など知識ののインプットだけでは絶対に足りません。

 

しかし現場に出ればそこには無限の情報があります。
したがって、本サイトでもある程度基礎の基礎に当たる部分は記事に残しますが、その後には必ず現場に行って見学してきてほしいと思います。

 

 

ただし、もし本記事だけの知識を持って現場に行くなら

「熱間鍛造が鍛造のほとんどを占めている」という事実を利用して、熱間鍛造について思いっきり山を張っていくのもありかもしれませんね。

 

 

鍛造加工の65%は自動車部品の加工に使われ、その90%が熱間鍛造なので、「熱間鍛造の半分以上は自動車に依存している」とも言えます。

しかし今後自動車は部品の少量化、ガソリンエンジンから電気自動車への転換によって、熱間鍛造の必要性が心配されています。

これからはもしかしたら別の鍛造加工が優勢になるかもしれないし、熱間鍛造の他の用途が見つかるかもしれないし、ある程度勉強したら、また深く覗いてみるのが良いんじゃないかな、と思いますよ。

 

これからも一緒に勉強を頑張りましょう。

 

以下、私も参考にした書籍を4冊、紹介します。

 

工程順でわかる はじめての鍛造加工

挿絵が可愛く、図解も豊富で、わかりやすい一冊でした。

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絵とき「鍛造加工」基礎のきそ

少し学術的な内容が入ってくるので、最初の一冊には少し難しいかもしれません。
しかし、説明の内容は非常にわかりやすく、この本が無ければ理解できない内容もありました。

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トコトンやさしい鍛造加工の本

コラムが豊富で、読み物として楽しいです。
プレス機の絵が分かりやすくて、そこが特に参考になりました。

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わかりやすい 鍛造加工

大学で使う教科書的な本で一見とっつきにくいですが、基礎に対する理解が増えていけば分かる内容が増えてきます。
最終的に手元に残す本として一冊持っておくのがいいかもしれません。

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