金属の加工には多くのプロセスが伴います。各プロセスで、幅広い部品設計を実現できます。
このガイドでは、一般的な金属成形プロセスをいくつか紹介します。さらに、金属加工技術の選択方法、加工できる金属、部品の例など、その他の重要な側面についても学習します。
したがって、次の材料成形プロセスを開始する前に、このガイドをお読みください。
金属成形とは何ですか?
金属成形は、曲げ、伸張、圧縮などのさまざまな技術を使用して金属部品を成形するプロセスです。このプロセスにより、ブラケットから自動車部品までさまざまな製品の製造が容易になります。
制御された力を使用してワークピースを操作し、質量を増減させることなく形状を変えることができます。そのため、正確で強力な結果が得られます。
金属成形技術の選択方法
· 材質タイプ
どの金属成形方法を使用するかを決める際に、最初に考慮する要素は材料の種類です。すべての金属には、延性や強度などの特性があり、それによって金属の成形方法が決まります。
たとえば、アルミニウムを扱う場合は曲げ加工や打ち抜き加工を選択できますが、鋼鉄を扱う場合は鍛造が推奨されます。
これは、技術と材料が一致した場合にのみ適切な結果が得られ、このプロセスで金属が損傷してはならないためです。
· 製品デザイン
適切な金属成形技術を選択する際には、製品の設計を評価する必要があります。大きな折り目や表面に追加のディテールがある部品には、深絞りや ハイドロフォーミング 正確に形を整える。
あまり複雑でないデザインでは、曲げたり丸めたりするだけで済む場合があります。そのため、テクニックをデザインのニーズに合わせることで、追加の手順や費用をかけずに、必要な形状と機能を実現できます。
· 生産量
これらの金属成形技術のいずれかを選択する場合、生産量は考慮すべき重要な要素です。しかし、大量生産の場合は、大規模に行うと安価な方法であるため、スタンピングまたはロール成形を使用できます。
少量生産の場合や個別の部品を製造する必要がある場合は、手作業による鍛造や曲げを使用する方が簡単です。
こうすることで、使用している技術を生産要件に合わせて調整することができ、無駄を省き、より安い価格を実現できます。
· ツールコスト
金属成形技術を選択する前に、ツールのコストを評価することをお勧めします。スタンピングなどの一部の方法では、かなり高価な金型を使用するため、大量生産に適しています。
また、予算が少ない場合や、比較的少数の部品を生産する場合は、曲げ加工や手作業による成形の方がコスト効率が高い場合があることにも注意してください。
例えば、 CNCフライス加工コスト.
· 許容範囲の要件
精度が重要な場合は、プロジェクトの許容誤差要件を考慮する必要があります。CNC 曲げや精密スタンピングなどのプロセスにより、厳密な許容誤差で正確なコンポーネントを製造できます。
高い精度がそれほど重要でない場合は、手曲げなどのより単純な技術を使用できます。技術を許容範囲の要件に合わせることで、不必要な複雑さを伴わずに、完成品が品質要件を満たしていることを確認できます。
一般的な金属成形の例
· 圧縮成形技術
ローリングメタル
金属を圧延する場合、金属をいくつかのローラーに通して厚さを減らし、平らなシートにします。この圧縮成形技術は、鋼板などの平らで硬い部品に最適です。厚さはローラーの圧力によって制御され、建設、自動車、製造分野で使用できます。
ローリング 均一な厚さと強度を維持しながら大量生産するのに最適で、さまざまな金属製品を製造するためのより安価で効果的な技術です。
金属押し出し
金属押し出しとは、金型を通して金属を押し出し、棒やチューブなどの長い円筒形の要素を製造することです。この圧縮成形技術により、非常に洗練された断面形状を作成できます。
さまざまな金型設計を利用して形状を制御できるため、建設、航空宇宙、自動車分野の金属部品の製造に最適です。 押し出し 不必要な材料を使用せずに複雑なデザインを作成できるため、最終製品の許容誤差が小さくなります。
金型成形
ダイ成形とは、金属を金型で押し付けて特定の形状に成形するプロセスです。このタイプの圧縮技術は、車のフェンダーや冷蔵庫など、複雑な形状の小さな部品を製造するときに役立ちます。細部まで正確な複雑な形状が必要な場合、そしてそのような形状が多数必要な場合は、ダイ成形を選択します。
このプロセスは、材料の消費を最小限に抑えながら均一な品質を実現することで、高い生産性を保証します。標準化された金属製品を必要とする業界に適したプロセスを実現します。
金属の鍛造
鍛造は、圧力やハンマーを使用して金属を曲げるプロセスであり、金属をより強靭で耐久性のあるものにします。この圧縮技術は、ギア、ボルト、ツールなどの部品の製造に特に適しています。
圧力と温度を制御することで、大きな圧力負荷に耐えられる強力な部品が得られます。鍛造は、強度と耐久性の要件が重要な航空宇宙、自動車、建設業界でよく使用されます。
インデント
インデントは、圧力または衝撃の力によって金属にデザインや刻印を施すために使用します。このタイプの成形プロセスは、製品の形状を変えずに、製品にテクスチャなどの特徴を組み込むのに役立ちます。また、ブランディング、機能的および造形的側面の開発、および美しさのためにも使用できます。
この方法により、刻印が正確で、その状態が維持されることが保証され、製品の外観や使いやすさに価値が加わります。ほとんどの業界ではインデント加工が使用されており、これはジュエリーなど、多くの分野に適用される技術です。
· 引張成形プロセス
金属の伸張
ストレッチングとは、材料に張力を加えて、元の状態よりも薄く長くするプロセスです。この技術の最適な応用は、航空宇宙や自動車製造でよく使用される金属シートで曲面形状を作成することです。ストレッチングは、金属の形状を制御するプロセスです。
この方法の最も優れた点は、金属の強度がプロセス中に影響を受けないことです。この技術により完成品の強度と精度が保証されるため、ストレッチにより複雑な曲線を簡単に実現できます。
膨張金属
エキスパンドメタルは、金属板を引き伸ばしたり、金属板の周囲に穴を開けたりして薄くします。限られた材料で金属の表面積を広げることができるため、軽量で耐久性のある部品を作るのに最適です。
建設、水処理システム、さらには建築設計にも広く使用されています。
したがって、金属を増やすと、流動性、軽さ、およびパワーが向上し、さまざまな用途で機能性と外観が向上します。
後退
凹みを作るには、金属板に張力を加えて、板にくぼみや窪みを作ります。このプロセスは通常、固定を容易にしたり、部品の構造形状を強化したりする溝や空洞を作成するために使用されます。
組み立てのために特定の部品を成形する必要があるため、自動車や電子機器の製造などの用途では、リセス加工が利用されます。
必要な形状の深さと形が規制され、金属の「強度」が保持されるため、装飾品と機能品の両方で広く使用できます。
· 圧縮成形と引張成形の組み合わせ
金属加工
金属スピニングでは、圧縮成形と引張成形の両方を統合して、回転するマンドレル上で金属ディスクを曲げます。これは、円錐やボウルなどの円筒形の部品を組み立てる場合に最適です。
圧力と速度を調整することで、材料に薄さを与えることなく、より細かい部分まで切断することができます。
金属スピニングは、必要な対称性と硬さを備えた形状を実現できるため、航空宇宙、自動車、調理器具業界で利用されています。
フランジ成形
フランジ成形では、圧縮力と引張力を適用して、隆起したエッジまたはリムを金属部品に合わせます。このプロセスは、部品を強化し、パイプやタンクなどの製品に簡単に接合できるようにするために広く適用されています。最適なフィットを実現するために、フランジの高さと角度を決めることができます。配管や暖房換気など、より重要な接続ポイントを必要とする業界では、これは非常に重要です。
深絞り
深絞り また、圧縮力と引張力を利用して、平らな金属板を深く空洞の形に引き伸ばす工程も含まれます。この工程は、缶、鍋、その他の自動車部品などの工芸品の製造によく使用されます。
このようにして、非モンゴロイドの固有形成力だけでなく、同一の厚さと強度も保証されます。
その他の金属成形プロセス
曲げ技術
となると 曲げ加工、さまざまなテクニックを採用できます。
- エアベンディング: パンチを材料からわずかに引き離し、金属を曲げるために必要な角度を作成するために必要な方向に力を加えることができます。
- 底打ち: 底付け時に金属が金型に完全に押し込まれるため、正確な角度が得られ、スプリングバックが最小限に抑えられます。
- コイニング: 加熱コイニングでは、永久的な曲げを希望する通りに金属を金型に押し込みます。
- ロール曲げこの方法は、大きな半径の曲げを作成するために使用され、曲線形状の作成に最適です。
- ワイプベンディング: 曲げたい側を固定エッジに当てて金属を曲げます。これにより、小さな曲げ作業でも迅速かつ同じ結果が得られます。
剪断
剪断 2 枚の刃で金属板を直線状に切断する工程で、必ずしも鋭い刃先を残さずに切断します。上の刃は下方向に往復運動し、下の刃は固定されています。
このプロセスは、大きなシートを小さな部品に切断するのに最適で、このプロセスではチップや熱が発生しません。特に、追加の金属処理のために鋭い切断が望ましい場合に、せん断が製造業で広く採用されていることにお気づきでしょう。
パンチング
パンチングでは、パンチが金属を貫通してダイに入る部分に金属に穴を開けます。穴あけパンチのサイズと形状を設定できるため、ボルト、留め具、またはデザイン要素に合わせて正確なサイズの穴を作成できます。
このプロセスは迅速で、金属加工分野における標準的な穴サイズの部品の大量生産に適しています。
鋳造
鋳造では、溶けた金属を型に入れ、金属が冷えると、型の形状を模倣します。この技術は、たとえば自動車のエンジンや巨大な彫刻など、複雑な形状や大きな図形の金属細工を形成するときに使用されます。
部品に細かく精緻な表面と剛性や強度を同時に持たせたい場合に使用します。
アイロンがけ
アイロンがけとは、パンチとダイを使用して金属を成形し、元の形状よりも薄く、かつ強度を高めるプロセスです。アイロンがけは、缶の製造など、希望の厚さに薄くすることが非常に重要な分野で使用されます。アイロンがけにより、部品の表面が均一になり、筋がなくなり、部品の強度が高まり、材料の使用量が最小限に抑えられます。
溶接技術
- アーク溶接アーク溶接では、電気アークを使用して接合点で 2 つの金属を溶かし、そこで融合して固体を形成します。
- MIG溶接MIG 溶接では、連続的に供給される固体ワイヤ電極を使用して、強力で正確な溶接を行います。
- TIG溶接: 薄板に適した、より細かく精密に製造された溶接にはタングステン電極を使用します。
- スポット溶接スポット溶接は、圧力と熱を使用して 2 枚の金属板を結合するプロセスであり、自動車の製造でよく使用されます。
- フラックス入り溶接MIG に似ていますが、フラックスを注入した中空ワイヤを使用しており、風が強い状況での溶接に使用します。
切断技術
- レーザー切断: 集中したレーザービームを使用して金属を切断します。これは高速で、材料に複雑なデザインを施すのに適しています。
- プラズマ切断: イオン化ガス（プラズマ）の高速ジェットが使用され、厚い金属の切断など、導電性材料に適しています。
- ウォータージェット切断: これは、研磨剤を含んだ高圧水流を使用して、熱を発生させずに金属を切断する機械的な方法です。
- 酸素燃料切断酸素を燃料ガスと混合すると、鋼鉄を溶かして簡単に切断できるほどの熱を持つ炎が発生します。
スタンピング
スタンピングでは、金型を使用して金属を特定の形状にプレスまたはパンチングして刻印または成形します。スタンピングは、自動車部品、家電製品、コインなどの大量の部品の製造に使用されます。スタンピングは迅速かつ正確で、材料の無駄をほとんど出さずに、均一で複雑な形状を大量に簡単に生成できます。
成形作業に最適な金属
アルミニウム
アルミニウムは軽量で、比較的展性があり、耐腐食性があるため、成形作業に特に適しています。
曲げ、打ち抜き、押し出しなどのさまざまな技術を使用して簡単に成形でき、主に自動車、航空宇宙、 包装産業アルミニウムのこの特性により、破損することなく成形できるため、コストに対する効率が向上します。
鋼鉄
鋼鉄は、強度と耐久性が高く、コストも比較的低いため、成形作業で頻繁に使用されます。圧延、鍛造、スタンピング技術を使用して鋼鉄を製造し、頑丈な建設用部品や自動車・機械用スペアパーツを製造できます。
合金化が可能であるため、特定の性能を満たすための努力において、ある程度の許容度も得られます。
銅
銅は、電気の良導体で加工性に優れた物質が必要な場合に最も適した金属の 1 つです。曲げたり、伸ばしたり、引いたりして簡単に成形できるため、電気部品やパイプに使用できます。銅は比較的柔らかいため、強度を損なうことなくさまざまな形状に成形できます。
真鍮
真鍮は銅に亜鉛を加えて強化した合金で、成形も比較的容易です。装飾品、金具、楽器などを製造する際に、打ち抜き加工や深絞り加工などの成形加工に使用されます。
耐腐食性に優れ、扱いやすいため、さまざまな業界やビジネスで使用できます。
チタン
チタンは、その成形性、強度対重量比、耐腐食性により、航空宇宙、医療、化学産業での成形に適しています。鍛造、スタンピング、押し出しなどの加工により、軽量で厳しい作業条件に耐えられる部品を成形できます。
成形金属部品の例
自動車用パネル
車のドア、ボンネット、フェンダーの製造には、金属成形がよく使用されます。スタンピングや深絞りなどのプロセスは、耐久性と安全性を確保するために、これらの部品を適切な方法で成形するのに役立ちます。
反りのある自動車パネルは、燃費の向上と自動車事故からの保護を実現するために必要なパワーと軽量化を実現します。
パイプとチューブ
押し出し加工や圧延加工により、配管、ガス、その他の産業要件を満たす金属パイプやチューブを成形できます。これらの部品は液体やガスの輸送に使用され、信頼性が高く、耐腐食性または圧力容器である必要があります。
金属缶
金属缶を作る場合、平らな金属板を円筒形にするために深絞り加工がよく使用されます。これらの缶は軽量であるため、安全な包装のために食品業界や飲料業界、化学業界で主に使用されています。
航空機部品
たとえば、航空宇宙業界では、翼、エンジン、機体部品など、軽量でありながら堅牢な部品を製造するために金属成形が不可欠です。フォードの生産に使用される主な材料はチタンとアルミニウムです。これらは主に鍛造またはスタンピングによって成形され、強度と軽量性を高めて燃費を向上させます。
キッチン用品
スタンピングとローリング成形のプロセスは、金属材料を使用してさまざまなキッチン用品、鍋、フライパンを製造するために使用されます。これらのアイテムは通常、ステンレス鋼またはアルミニウムで製造されます。耐久性があり、耐熱性があり、お手入れが簡単で、毎日の調理に最適だからです。
よくある質問
バルクメタルフォーミングとは何ですか?
バルク金属成形は、鍛造、押し出し、圧延などの技術を使用して、大量の金属を部品に成形します。
熱間加工金属と冷間加工金属を比較するとどうなりますか?
熱間加工 高温で行われるため、成形が容易になり、 冷間加工 室温で行われるため、ひずみ硬化によって金属が強化されます。
金属成形プロセスにおける安全上の考慮事項は何ですか?
火傷、切り傷、機械による怪我などのリスクを排除するためには、適切な個人用保護具を着用し、工具や機器をメンテナンスし、挟み込み箇所を保護し、十分な換気を行う必要があります。
結論
金属成形プロセスにより、設計者は特定のプロジェクトで使用する適切な成形タイプを選択して、精度、速度の向上、危険な事象の回避を実現できます。これらの方法を使用すると、高品質の部品と耐久性のある金属を製造できます。