鍛造と鋳造の違い
鍛造
鍛造は、ビレットまたはプリフォームを操作（叩く、絞る、ハンマーで叩くなど）して圧力下で成形する変形プロセスです。
炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼などの多くの金属を鍛造できますが、組成や特性の違いはどの鍛造プロセスが使用されるかに影響します。 鍛造プロセスには、熱間鍛造、冷間鍛造、温間鍛造、型押し鍛造、プレス鍛造などがありますが、これらに限定されません。 私たちのブログ投稿をご覧いただけますここさまざまな鍛造方法について詳しく知ることができます。
使用される特定の方法に関係なく、鍛造では材料の追加や除去が行われないため、部品がプラッターから切り取られるまで、結果として得られる形状はビレットと同じ重量と体積になります。
鍛造の利点
鍛造の最大の利点の 1 つは、合金組織への影響です。 すべての金属は粒子で構成されており、それらがどのように絡み合っているかが強度と延性に重要な要素となります。 金属素材を鍛造で加工するこれらの穀物を伸ばします力が加えられる方向に垂直な方向に。 これにより、元の状態から強度が大幅に向上することがあります。
変形の 2 番目の利点は、多孔性や合金の細分化などの内部欠陥が大幅に減少することです。
鍛造のその他の利点は次のとおりです。
- スピード：鍛造は、ブランクの予熱が必要な場合でも、鋳造に比べて（特に大量注文の場合）迅速に行えます。
- 低いスクラップ率:工具が開発されると、鍛造された各部品は同一であり、鋳造に特有の欠陥はまったくありません。
- 一貫したプロパティ:熱処理後の機械的特性は、鋳造部品やビレット機械加工部品の場合よりも安定します。
鍛造への挑戦
鍛造には限界がないわけではありません。 主な制約が 2 つあります。
- サイズ制限:鍛造には重量と長さの制限があり、プロセス中に使用される機器によって異なります。 一般に、鍛造プロセスでは鋳造のような非常に大きな部品を製造することはできません。
- 材料の制約:ほとんどの金属は鍛造可能ですが、ブランクに使用される加熱プロセスの種類によっては、一部の合金の鍛造が不可能になる場合があります。
鋳造
鋳造とは、金属を溶かし、最終コンポーネントの形をしたキャビティに流し込み、固める作業です。 キャビティは、一度使用した使い捨て型として、または永久型として製造できます。 砂鋳造とインベストメント鋳造は消耗型鋳造プロセスですが、重力鋳造とダイカストは永久的な鋳型を使用します。 金型には、金属が部品のキャビティに流入するためのチャネルと、冷却中に金属が収縮するときにリザーバーとして機能する「ライザー」が必要です。
内部空洞はコアを使用して作成されます。 金属を流し込む前に、コアを型に入れます。 金属が凝固した後、最終コンポーネントが金型から取り外されるときにキャビティが破壊されます。
すべてのタイプの鋳造でニアネットシェイプの部品が生成されますが、再現される詳細のレベルと機械加工で除去される金属の量は使用されるプロセスによって異なります。 砂型鋳造は最も精度が低くなりますが、特にインベストメント鋳造は細部まで細かく滑らかな表面仕上げが可能です。
あらゆる金属を鋳造できますが、酸化が問題になる可能性があります。 この問題は真空溶解と注入によって解決されますが、必要な装置がさらに複雑になります。
キャストの利点
鋳造プロセスには多用途性があります。 主な利点は次のとおりです。
- 材料の能力:鋳造はあらゆる種類の金属に使用できますが、一部の金属には酸化に対する注意が必要です。
- 工具コストの削減:使い捨ての鋳型法、特に砂型鋳造法は工具コストが低いため、少量の注文には経済的です。
- サイズ機能:鋳造を使用すると、非常に大きな部品を作成できます。 数千ポンド、さらには数万ポンドの重量の鋳造も可能です。
- 複雑な形状を再現可能:インベストメント鋳造は抜き勾配を必要としないため、この点で特に優れています。
キャスティングの課題
鋳造が最適ではない部品の状況や種類は数多くあります。
具体的な問題には次のようなものがあります。
- 納期：鋳造では、工具の製造と検証が必要なため、リードタイムが長くなります (特にインベストメントおよび永久鋳型鋳造の場合)。
- 生産時間の延長:このプロセスは、特に消耗金型プロセスの場合、複雑で時間がかかります。
- 気孔率：鋳造では一般に気孔が避けられず、内部欠陥が生じて部品が脆弱になります。
- 介在物と酸化物:溶融金属中の介在物や酸化物は、最終部品に欠陥をもたらします。
- 収縮率:固化時の収縮によりクラックが発生する場合があります。
- 材料の利用が不十分 : 通常、鋳造では鍛造よりも材料の無駄が多くなります。 ランナーとライザーの材料は、追加の加熱を犠牲にして再生できる場合があります。
最適な方法を選択する方法
金属成形プロセスの選択には、アプリケーションの評価が必要です。
- あなたの用途にはどのような種類の材料が必要ですか?
- 部品の形状はどれくらい複雑ですか?
- コンポーネントはいくつ必要ですか?
- 最終コンポーネントにはどのような機械的特性が必要ですか?
- 予算はいくらですか？
- 特定の表面仕上げが必要ですか?
鍛造は一般に、鋳造よりもコスト効率が高く、無駄が少なく、より速く、より強力なコンポーネントを製造できるため、少量および大量の注文に最適です。 通常、鍛造品は、高い耐摩耗性を必要とする用途や、ストレスの多い環境で良好な性能を発揮することが期待されるコンポーネントに好まれます。 ただし、非常に大きく複雑なコンポーネントの場合、または用途で鍛造できない材料を使用する必要がある場合、鍛造は最良の選択肢ではない可能性があります。
鍛造部品の一般的な用途には、コンロッドやクランクシャフトなどの自動車部品、クラウンホイールやピニオンなどの動力伝達部品、海洋、防衛、林業、鉱山用途の部品が含まれます。
比較的、鋳造プロセス、特にインベストメント鋳造は、優れた表面仕上げを備えた軽量で複雑な薄肉部品や、重量が 100 ポンドを超える重い部品の製造に最適です。 しかし、鍛造品よりも鋳造品のほうが欠陥が多く、工具の作成プロセスが完了するまでに通常より長い時間がかかります。
鋳造プロセスは、航空宇宙、自動車、産業用途向けのエンジン ブロック、ピストン、パイプ、バルブ、その他のコンポーネントの製造に一般的に使用されます。