第 3 章変形
塑性加工（バルク成形）
塑性加工は、固体の金属の塊を、溶かさず、切りくずも出さずに、圧縮、打撃、押し出し、引き伸ばしで成形します。金属は非常に硬い粘土のように流れて新しい形になるので、無駄になる量はほとんどありません。この 6 つの工程が、世界の棒材、板、線材、クランクシャフト、ねじの大部分をつくっています。
基本の考え方
金属は見た目ほど硬くありません。十分な力で押すと、親指の下の粘土のように、塑性的に流れます（壊れずに、形が永久に変わります）。ここにある工程は、どれもその押し方が違います：ダイスの間での打撃、回転するロール、ダイスの後ろのラム、穴を通す引っ張りです。金属を加熱すると流れやすくなり、冷間で加工すると強く精密になります。
並べて比較
| プロセス | ひとことで | 向いている用途 | ロットサイズ | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 3.1鍛造(自由鍛造と型鍛造) | 熱い金属を、平らなダイまたは形のついたダイで押しつぶす | 強くて丈夫な部品：クランクシャフト、工具、航空機の金具 | 1 点もの（自由鍛造）から数百万個（型鍛造） | 約 ±0.5 mm、その後機械加工 |
| 3.2圧延 | 回転するロールのあいだの隙間に、金属を通して引き込む | 板、厚板、箔、ビーム、レール | 年間数百万トン | 熱間で約 ±0.1 mm、冷間で ±0.01–0.05 mm |
| 3.3押出成形(アルミ形材とプラスチック管) | 金属やプラスチックを、形のついたダイに押し通す | 窓枠、ヒートシンク、パイプ | 少量生産から連続ラインまで | 約 ±0.1–0.3 mm |
| 3.4線引き | 棒材を、だんだん小さくなるダイスに通して引く | ケーブル、ばね、ねじ用のワイヤー | 非常に大量 | 約 ±0.01–0.05 mm |
| 3.5冷間ヘッディング | 線材を切ってブランクにし、冷間で頭部を打ち出す | ねじ、ボルト、リベット、釘 | 数万から数百万個 | 約 ±0.05–0.1 mm |
| 3.6転造とタップ立て | ブランクにねじ山を押し付ける、または穴にねじ山を切る・押し込む | ねじ、ボルト、ねじ穴 | 1 穴から数百万本のねじまで | 数百分の 1 ミリメートル |
最後の 3 つのレッスンは、1 本のねじがワイヤーからどうつくられるかという、1 つの物語です。線材を精密なワイヤーに伸線し（3.4）、切って頭部を成形してブランクにし（3.5）、転造でねじ山をつけます（3.6）。
このファミリー内での選び方
- クランクシャフトやフックのように、荷重で壊れてはいけない部品が必要ですか？ 鍛造を選びましょう。
- 長くて平らな、またはシンプルな製品を、トン単位で必要としていますか？ 圧延を選びましょう。
- 少量でも、複雑だが断面が一定の長い材料が必要ですか？ 押出しを選びましょう。
- 細くて丸く、精密なワイヤーが必要ですか？ 伸線を選びましょう。
- ねじのような小さな頭付き部品を、数百万個単位で必要としていますか？ 冷間圧造を選び、続いてねじ転造を行いましょう。
キーワード
- 塑性変形
- ひび割れずに形が永久に変わること。すべての塑性加工の基本です。
- 熱間加工
- 金属がやわらかくなり、結晶粒が再形成される温度より上で成形すること。流れやすい反面、仕上がりは粗くなります。
- 冷間加工
- 常温での成形。大きな力が必要ですが、部品はより強く精密になります。
- 加工硬化
- 金属は、冷間で変形するたびに、より硬く、延性が小さくなります。
- 焼なまし
- 冷間加工のあとで金属を加熱し、再びやわらかくすること。
- ダイス（型）
- 焼入れ鋼や超硬でできた工具で、その形が加工物に写し取られます。
- ビレット
- 出発材料となる、中身の詰まった金属の塊や丸太状の材料。成形前に長さを切ります。
- 鍛流線（グレインフロー）
- 金属の結晶が繊維のように並んだパターン。成形品では形に沿って流れ、部品を丈夫にします。