鍛造機 – metoree本番管理

鍛造機とは

鍛造機

鍛造機 (英: forging mashine) とは、金属材料に圧力を加え、成形または鍛錬を行うための機械です。

鍛造機は大きく分けると、ハンマとプレスがあります。圧縮空気や蒸気を利用した空気ハンマや蒸気ハンマに加え、大型ハンマを重力により落下させるドロップハンマなどです。一方、プレスは、荷重の発生方法から、液圧プレスと機械プレスがあります。

ハンマでは大きな圧力を加えることができる一方で、荷重の制御が難しく、高い精度の鍛造が困難です。特に精密な鍛造を要する場合には、機械プレスが用いられます。

鍛造機は、高強度の金属材料を必要とする自動車部品や航空機部品に加え、包丁やペンチといった金物の製造加工において使用されます。

具体的には、鍛造機は自動車部品のクランク軸、ギア、タイヤホイール、ベアリングレースなどです。また、航空機部品では、ジェットエンジンの部品や胴体フレームに多く使用されています。

その他の産業部品として、ボルトやカップリング、バルブなどが挙げられます。高い強度が求められ、加熱されても変形しにくい部品が必要な場合に、鍛造機が利用されます。

鍛造は金属材料を打撃し成形する加工法として、古くから用いられています。鍛造により金属の強度が高まるプロセスは、かなり解明されています。

鍛造により金属が圧縮され、十分に引き伸ばされると、メタルフローライン (鍛流線) と呼ばれる結晶構造が形成されます。このメタルフローが重要な役割を担っていますが、鍛造されていない鋳造品ではメタルフローがなく、曲げ応力に対して十分な強度がありません。

鍛造された金属では、材料形状に沿ってメタルフローが形成され、金属は高い強度を有し、耐久性が向上します。鍛造機はハンマもしくはプレスによって金属を打撃し、メタルフローを生成します。

ハンマによる鍛造では、ラムの重量や圧縮空気を利用して、金属と強く衝突させる工法です。一方、プレス類では、油圧によって強力にシリンダを加圧したり、モータによる回転運動をクランクなどにより直線運動へ変換することで加圧します。

鍛造ハンマーは、主に熱間鍛造で使われる鍛造機械です。空気ハンマ、カウンターブロー空気ハンマ、スプリングハンマなどがあります。

空気ハンマ
空気圧によりラムと呼ばれる駆動部を加速しながら落下させて、ワークを打撃成形する機械です。打撃エネルギーが大きい特徴があります。

カウンターブロー空気ハンマ
ラムの落下と同時にワークを治具毎引き上げて打撃します。圧力を増加させ、振動が小さいのが特徴です。

スプリングハンマ
スプリングの力を使う小型の汎用ハンマです。人手による鍛冶と比べ生産性が高く、たたき跡のばらつきが小さいが、作業者の熟練が必要です。

プレス鍛造機の動力による分類は、機械プレス、液圧プレス、サーボプレスなどです。

機械プレス
機械プレスの1つは、動力にフライホイールの回転運動をラムのスライド運動に換えて圧力をワークに加えるプレスです。任意の位置でスライドを止められないが、加工の速度が速く生産性が優れています。自動化ラインが可能です。大量生産の冷間鍛造に多く使用されます。

また、機械プレスには、フライホイール式のほか、クランクプレス、ナックルプレス、スクリュープレスなどの種類があります。

液圧プレス
液圧プレスは、油圧や水圧を使ってワークをプレスする機械です。小ロットの大きな製品から大量生産の小さな製品まで広く使われます。

任意の位置でスライドを止めることができるため、試作や材料の変形試験も可能です。また、加圧速度が遅いため、放熱しやすい小型部品の熱間鍛造には不向きです。

油圧鍛造プレスが主流ですが、大きな製品の熱間鍛造では、メンテナンス性、安全面、価格から水圧鍛造プレスも使われます。火力発電のタービンや、発電機ロータなどの大きな製品の熱間鍛造に使われます。

サーボプレス
鍛造サーボプレスは、サーボモータでラムを直接スライドさせます。サーボモータで駆動するため、加圧力や加圧量の精密な制御が可能です。

サーボプレスは、加圧速度を制御して生産性が向上し、加圧量を制御して歩留まり低下ができます。マグネシウムなどの難加工材や、複雑な形状の鍛造も可能です。

参考文献
https://kotobank.jp/word/%E9%8D%9B%E9%80%A0%E6%A9%9F%E6%A2%B0-95209
https://ohmiyanissin.co.jp/2020/09/11/348/
https://www.hakkokinzoku.co.jp/forging-encyclopedia/forging/merit.html