鍛造とは - 定義、プロセス、種類

この記事では、知っておくべきことをすべて詳しく説明します鍛造、鍛造製品が何であるか、どのように行われるか、また、鋳造、溶接および製造、機械加工されたバー/プレート、粉末金属部品、強化プラスチック/複合材料などの他の方法で製造された製品とどのように比較するかが含まれます。

まず、鍛造とは何かを定義します。

鍛造とは何ですか？

鍛造は、ハンマーやプレスによる局所的な圧縮力によって固体金属を成形する製造プロセスです。

鋼の鍛造は、実行される温度に応じて、冷間鍛造、温間鍛造、熱間鍛造に分類されることがよくあります。 鍛造する金属は決して溶かして流し込まないため、鍛造は鋳造とは異なることに注意することが重要です。

なぜ鍛造品を使用するのか?

鍛造品は強い 。 鍛造プロセス中に金属が成形されると、その内部粒子構造が変形して部品の全体的な形状に追従します。 結晶粒構造を圧縮し、結晶粒の流れを作り出すことにより、部品の強度特性が向上します。

鍛造品は信頼性と安全性が重要な場所で使用されます。 鍛造品は、いくつか例を挙げると、機械、自動車、飛行機、トラクター、船舶、石油掘削装置、エンジン、ミサイルなどの内部で使用される部品であることがよくあります。

鍛造品はどのくらいの温度で作られますか?

鍛造プロセスは一般に、金属温度が金属微細構造の再結晶温度より高いか低いかによって分類されます。 鋼の鍛造は次のように分類できます。

鋼の熱間鍛造

• 1742 ～ 2300 °F の再結晶温度を超える鍛造温度

• 良好な成形性

• 低い成形力

• ワークの引張強度を一定に保つ

鋼の温間鍛造

• 鍛造温度 1200 ～ 1742 °F

• ワーク表面のスケーリングが少ない、またはまったくない

• 熱間鍛造よりも狭い公差を実現可能

• 成形性が限られており、熱間鍛造よりも成形力が高い

• 冷間成形よりも成形力が低い

鋼の冷間鍛造

• 室温条件での鍛造温度、成形エネルギーにより最大 300 °F まで自己発熱

• 達成可能な最小公差

• ワーク表面にスケールが発生しない

• ひずみ硬化による強度の増加と延性の低下

• 低い成形性と高い成形力が必要

ここエジャートン フォージでは、鋼を熱間鍛造しています。

どうやって偽造するのですか？

鍛造部品を製造するには、基本的に、印象型鍛造、自由型鍛造、シームレス圧延リング鍛造の 3 つの方法 (またはプロセス) があります。

ここエジャートン フォージでは、インプレッション型鍛造。

インプレッション金型鍛造では、特定の形状 (キャビティ) が切り込まれた 2 つの金型 (ツーリングと呼ばれます) の間に金属を押し込むか押し込みます。

金属は力を受けてキャビティ内に流れ込み、特定の部品形状を作成します。 このプロセスでは、単純な形状から非常に複雑な非対称形状に至るまでの部品を作成できます。

印象型鍛造は、油圧プレス、機械プレス、ハンマー、アプセッターなどのさまざまな機械で行うことができます。 Edgerton Forge ではアプセッターと機械プレスを使用しています。

鍛造品は鋳造品とどう違うのですか?

鍛造品のほうが強いです。鋳造では熱間加工や冷間加工による強化効果が得られません。 鍛造は、予測可能な強度特性において鋳造を上回り、部品ごとに確実な優れた強度を生み出します。

鍛造は、鋳造インゴットまたは連続鋳造棒の欠陥を微細化します。鋳物には粒の流れや方向性の強さがなく、このプロセスでは特定の冶金的欠陥の形成を防ぐことはできません。 鍛造ストックを事前に加工すると、最大の強度が必要な方向に向いた鍛流線が生成されます。 樹枝状構造、合金偏析、および同様の欠陥は、鍛造によって改善されます。

鍛造品は信頼性が高く、コストが低くなります。鋳造欠陥はさまざまな形で発生します。 熱間加工により結晶粒パターンが微細化され、高い強度、延性、抵抗特性が付与されるため、鍛造製品の信頼性が高まります。 また、鋳造に必要な厳格なプロセス管理や検査にかかる追加コストを発生させることなく製造されています。

鍛造品は熱処理に対する応答性が優れています。鋳造品では合金の偏析が発生する可能性があるため、溶解および冷却プロセスを厳密に制御する必要があります。 その結果、熱処理の反応が不均一になり、完成部品の真直度に影響を与える可能性があります。 鍛造品は熱処理に対してより予測通りに反応し、寸法安定性が向上します。

鍛造品は需要に応じて柔軟にコスト効率の高い生産が可能です。特殊性能の鋳物などの一部の鋳物には、高価な材料とプロセス制御が必要であり、より長いリードタイムが必要です。 オープンダイとリングローリングは、さまざまな生産ランレングスに適応し、リードタイムの​​短縮を可能にする鍛造プロセスの例です。

鍛造品は溶接品や製造品とどう違うのですか?

鍛造品は生産の経済性と材料の節約をもたらします。溶接製造は大量生産ではコストが高くなります。 実際、製造量の増加に伴い、製造部品は伝統的な鍛造品の供給源となっています。 鍛造の初期工具コストは、生産量と材料の節約によって吸収でき、鍛造の本質的な生産経済性により、人件費の削減、スクラップと再加工の削減、検査コストの削減が可能になります。

鍛造品のほうが強いです。通常、溶接構造には気孔が存在しません。 標準的な圧延製品の溶接または締結によって得られる強度の利点は、溶接や接合の方法が不十分な場合に失われる可能性があります。 鍛造で達成される結晶粒の方向性により、より強力な部品が作成されます。

鍛造品はコスト効率の高い設計/検査を提供します。複数の部品を溶接したアセンブリでは、適切に設計された一体型鍛造で得られるコスト削減に匹敵するものはありません。 このような部品の統合により、大幅なコスト削減が可能になります。 さらに、溶接部、特に応力の高いコンポーネントの場合、コストのかかる検査手順が必要になります。 鍛造品はそうではありません。

鍛造品は、より安定した優れた冶金学的特性を提供します。溶接時に発生する選択的な加熱と不均一な冷却により、不均一な結晶粒構造などの望ましくない冶金学的特性が生じる可能性があります。 使用中、溶接された継ぎ目は冶金学的ノッチとして機能し、部品の故障につながる可能性があります。 鍛造品には、応力や衝撃による予期せぬ破損の原因となる内部空隙がありません。

鍛造品は製造を簡素化します。溶接と機械的締結には、接合材料、締結の種類とサイズを慎重に選択し、締め付け方法を注意深く監視する必要があり、どちらも生産コストを増加させます。 鍛造により製造が簡素化され、部品ごとに品質と一貫性が向上します。

鍛造品は機械加工されたバー/プレートとどう違うのですか?

鍛造品は、必要な材料グレードの幅広いサイズ範囲を提供します。棒鋼・板鋼製品のサイズ・形状は、供給される寸法に限定されます。 多くの場合、鍛造は、特定のグレードで希望のサイズで利用できる唯一の金属加工プロセスである場合があります。 鍛造品は、最大寸法が 1 インチ未満の部品から重量が 450,000 ポンドを超える部品まで、幅広いサイズで経済的に製造できます。

鍛造品は、強度を高めるために形状に合わせて結晶粒を配向しています。機械加工されたバーやプレートは、機械加工によって材料の粒子パターンが切断されるため、疲労や応力腐食を受けやすくなる場合があります。 ほとんどの場合、鍛造により部品の形状に合わせた結晶粒構造が得られ、その結果、最適な強度、延性、衝撃や疲労に対する耐性が得られます。

鍛造により、材料をより効果的に、より経済的に利用できます。火炎切断プレートは無駄なプロセスであり、リングやハブなどの部品を製造するために必要以上の材料を消費するいくつかの製造ステップの 1 つです。 その後の加工ではさらに多くのものが失われます。

鍛造品はスクラップの発生量が少なくなります。 より大規模で、よりコスト効率の高い生産を実現します。鍛造品、特にニアネットシェイプでは、材料をより有効に活用でき、スクラップがほとんど発生しません。 大量生産では、鍛造品には決定的なコスト上の利点があります。

鍛造品では二次加工が少なくて済みます。一部のグレードのバーおよびプレートは、供給された状態で、表面の凹凸を取り除き、目的の仕上げ、寸法精度、機械加工性、強度を達成するために、旋削、研削、研磨などの追加の操作を必要とします。 多くの場合、鍛造品は高価な二次加工を行わずに使用できるようになります。

鍛造品と粉末金属部品 (P/M) はどう違うのですか?

鍛造品のほうが強いです。標準の機械的特性 (引張強度など) が低いのは、P/M 部品の典型です。 鍛造品のグレインフローにより、臨界応力点での強度が確保されます。

鍛造品はより高い完全性を提供します。 P/M の欠陥を防ぐには、コストのかかる部品密度の変更または浸透が必要です。 どちらのプロセスもコストがかかります。 鍛造部品の結晶粒を微細化することにより、金属の健全性と欠陥の無さが保証されます。

鍛造品では二次加工が少なくて済みます。特殊な P/M 形状、ねじ山と穴、および精密公差では、大規模な機械加工が必要になる場合があります。 二次鍛造作業は、多くの場合、仕上げ加工、穴あけ、その他の単純なステップに削減できます。 鍛造本来の健全性により、安定した優れた加工面仕上げが得られます。

鍛造品は設計の自由度が高くなります。 P/M形状は押付け方向に突き出せる形状に限定されます。 鍛造により、この方向の形状に制限されない部品設計が可能になります。

鍛造品はより安価な材料を使用します。高品質の P/M 部品の出発材料は通常、水アトマイズされ、事前に合金化され、焼きなまされた粉末であり、棒鋼よりもポンドあたりのコストが大幅に高くなります。

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