金属加工

金属加工とは

金属加工とは、金属素材に対して行われる各種の加工です。

具体的な金属加工の例としては、工具や機械を用いた切断加工、切削加工、および曲げ加工などがあります。また、非鉄金属を金型に流し込んで形を作る鋳造加工も金属加工の一部です。

さらに、金属加工には熱処理の焼入れ、焼き戻し、焼きなましに加え、表面処理としてメッキも広く含まれています。金属加工は、石材加工や木材加工と比較されることが多いです。

金属加工の使用用途

金属加工の使用用途はその形状によって、異なります。金属板を使用する場合、必要な寸法で切断し、プレスによる曲げ加工を行います。丸棒の金属素材の場合は、旋盤で必要な長さに切り落とし、切削加工で所定の形状に仕上げます。その後、ねじ切りが必要であればねじ切り加工を行うこともあり、切削加工や曲げ加工が施された半製品は、表面処理として熱処理やメッキなどを行い、完成です。

また、金属粉や粉末金属を使用する場合もあります。その場合、大きく分けて2つの用途が挙げられます。一つは3Dプリンタなどの粉末冶金に代用されるような、固めて形を作ることです。もう一つは、製品の表面コーティングに挙げられるように、金属粉末のまま使用します。

金属加工の原理

金属加工は、橋や船といった大規模な製造・加工から、ペンダントや指輪の製作・リフォームといった小規模なものまで、さまざまなスケールで可能です。そして、それぞれの分野には、特有の道具や技術、工程が存在します。

現代の自動車工場においては、自動化の製造ラインにおいて、巨大なプレス機械が数千トンの圧力をかけてロール状の鋼板を成形可能です。また、溶接ロボットが自動車のボディパーツを製造し、組み立てるなど、金属加工の応用技術です。

一方、研究部門等では研究者やエンジニアが金属部品を精密に加工しています。特定の部品を製作するために、コンピュータ制御の工作機械を用いて切削ビットを自動的に交換し、アルミニウムのブロックを削り出しも可能です。

金属加工の種類

金属加工の種類は、形状を形成するものと性質を変化させるものの2つに大別されます。

形状を形成する金属加工（成型加工）には、機械加工、塑性加工、鋳造加工、その他の方法（溶接加工、粉末冶金加工、金属3Dプリンターなど）が含まれます。性質を変化させる金属加工の代表例は、熱処理や表面処理です。具体例な機械加工として、研削加工（円筒研削および平面研削）、切削加工（旋盤加工やフライス加工）や、特殊加工（放電加工やレーザー加工など）が挙げられます。塑性加工には、プレス加工、鍛造（自由鍛造および型鍛造）、転造などが含まれます。

鍛造はハンマーのような工具を用いて金属を叩く加工方法です。転造は棒状の工具で加工物を挟み込む手法です。鋳造には「砂型鋳造」とダイカストが挙げられます。熱処理の方法として焼入れ、焼戻し、焼きならし、焼きなまし、侵炭などが挙げられます。表面処理の代表的方法としては、メッキや化成処理（リン酸塩処理やクロメート処理など）です。

金属加工の選び方

金属加工には多様な種類が存在し、それぞれ異なる特徴を持っています。選択の仕方によって、同一の寸法や特性を持つ製品を作成する際に、時間やコストに差異が生じることがあります。各加工法の得意分野と不得意分野を理解し、適するものを選ぶ必要があります。

具体的に挙げると、鋳造は同一形状の製品を大量に効率的に生産することが可能ですが、寸法精度に相違が生じることがあります。その一方で、切削加工やプレス加工を繰り返すことにより、鋳造よりも高い寸法精度を維持することが可能です。納期のタイミングや製造期間を考慮しながら、適切な加工方法を選定する事が必要です。

材料費に関しては、コストが発生することもあり、検討が必要です。流通量が多い材料は単価が低下し、コストを抑えることが可能です。しかし、材料費が安価であっても、製品に適さない素材を選択すると、人件費や製造時間に余計なコストかかることがあります。また、3Dプリンタは効率的な加工が可能ですが、初期投資やランニングコストが発生します。