鍛造(自由鍛造と型鍛造)

しくみ

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   ビレットを加熱する。 ビレット(棒を切った塊)を炉に入れます。鋼は通常、約 1,100–1,250 °C に加熱され、橙黄色に光り、流れるほど柔らかくなります。

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   自由鍛造:押し、回し、繰り返す。 平らなダイ(焼入れした鋼のブロック)が、熱い棒を、一度に一部分ずつ押すか叩きます。マニピュレーター(大きな機械式のつかみ具)が、打撃の合間に棒を回し、動かします。少しずつ、棒は伸ばされ、平らにされ、または据え込まれます(短く太く押しつぶされます)。

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   型鍛造:ビレットを置く。 量産では、熱いビレットを、部品の形の半分をキャビティとしてもつ下型の上に置きます。上型が、残りの半分をもっています。

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   ダイを閉じる。 ハンマーまたはプレスが、上型を1回から数回のストロークで押し下げます。金属はキャビティの隅々まで流れ込みます。余った分は、ダイの間からバリ(余剰金属の薄いひれ)として押し出されます。

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   トリミングして仕上げる。 トリミングプレスが、バリをせん断して切り取り、それはリサイクルされます。そのあと部品は、通常、スケール(黒い酸化皮膜)を落とし、熱処理され、精密なはめあいが必要な箇所は機械加工されます。

主なポイント

材料

炭素鋼と合金鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、銅合金、ニッケル超合金

代表的な部品

クランクシャフト、コネクティングロッド、歯車、手工具、フランジ、タービンディスク、船や発電機の軸

部品サイズ

型鍛造:数グラムから数百キログラム。自由鍛造:100 トンを超える軸やリングまで

精度

型鍛造:約 ±0.5 mm。自由鍛造:数ミリで、そのあと機械加工

表面仕上げ

粗いスケールのある表皮。ショットブラストで清掃し、重要な面は機械加工

向いているロット数

自由鍛造:1品ものから数十個。型鍛造:数千から数百万個

金型・設備コスト

型鍛造のダイセット:数千から数万ドル。大きなプレスやハンマー:数百万ドル

速度

型鍛造:1個あたり数秒から約 1 分。自由鍛造:1個あたり数分から数時間で、再加熱も

強みと限界

使われる場所

• 自動車クランクシャフト、コネクティングロッド、歯車、ステアリングナックル、ホイールハブ
• 航空宇宙降着装置のビーム、タービンディスク、エンジンマウント、翼の取付金具
• エネルギー発電機やタービンの軸、圧力容器のリング、バルブボディ、風力タービンのフランジ
• 工具と金物レンチ、ハンマー、ペンチ、のみ
• 石油・ガス・鉱業ドリルビットのボディ、管のフランジ、重いフック、チェーンのリンク

見分け方

• バリを切り取った部品のまわりの細い帯で、少し粗いか研削されていることが多い(パーティングライン)。
• 丸みのある縁と、ゆるやかに傾いた側面(抜き勾配、部品がダイから離れるための、わずかなテーパー)。
• 機械加工していない部分の、暗い、またはつや消しの、少し孔のある表皮。光る機械加工面は、部品同士が合わさる場所だけ。
• ダイに刻まれた印から写された、盛り上がった文字や部品番号。

比較

動画を見る

Forging 101: The Forging Process & Open Die Forgings

Scot Forge Company · 鍛造工場が、自由鍛造で金属を加熱し、押し、回す様子

Compare Open die forging, Closed die forging, Press forging, Drop forging | Manufacturing Processes

Shubham Kola · 主な鍛造の種類を、並べて解説

Forged Crankshaft Manufacturing Process

CFS Forge · 型鍛造で鍛えられ、バリを切り取られるクランクシャフト

13000 Ton large open die forging press

HBEPRESS · 光る鋼塊の自由鍛造の、圧倒的なスケール

実写真を見る

• Wikipedia: 鍛造 — ハンマー、プレス、熱間鍛造品の写真
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