金属加工

金属加工とは

金属加工とは、金属材料に施す加工全般のことです。

金属加工の具体例として、工具や機械を使った切断加工や切削加工、曲げ加工などの加工が挙げられます。ダイカストと呼ばれる金型に非鉄金属素材を流し込んで形を作る鋳造加工も、金属加工の一つです。

さらに、金属加工には熱処理の焼入れ、焼き戻し、焼きなましだけでなく、表面処理で行われているメッキも広く含まれます。金属加工はよく石材加工や木材加工と対比されます。

金属加工の使用用途

金属加工は形状により変わります。金属板を使用するときは、所要の寸法に切断する加工を行い、プレスによる曲げ加工が必要です。丸棒の金属素材であれば、必要な長さに旋盤で切り落とし、切削加工で必要な形状に削り込みます。

その後、必要に応じてねじ切り加工を行う場合もあれば、曲げ加工や切削加工が施された半製品は熱処理やメッキなどの表面処理が行われ、完成品となります。

金属加工の原理

金属加工にはさまざまなスケールがあり、橋や船などの製造や加工のような大規模な金属加工から、ペンダントや指輪などの装身具の製作やリフォームのような小さな金属加工まであります。そしてそれぞれの領域ごとに、独特の道具、技能、工程があります。

現代の自動車工場では、毎日大量に自動化された製造ラインの中で、巨大なプレス機械によって数千トンもの圧力でロール状の鋼板を打ち抜いて成形可能です。溶接ロボットは、自動車のボディーのパーツを製造して、つなぎ合わせています。

その一方で研究所では、研究員やエンジニアによって、金属部品を精密に加工可能です。一つの部品を作るため、コンピュータにより数値制御された工作機械を使用し、切削ビットを自動交換させて、アルミのブロックを削っています。

金属加工の種類

金属加工は「形をつくるもの」と「性質を変えるもの」に大きく分けられます。

形をつくる金属加工 (成型加工) は、機械加工や塑性加工、鋳造加工、その他 (溶接加工、粉末冶金加工、金属3Dプリンター等) が該当します。性質を変える金属加工は、熱処理と表面処理が代表的です。機械加工の具体的には、切削加工 (旋盤加工やフライス加工) や研削加工 (円筒研削と平面研削) 、特殊加工 (放電加工やレーザー加工など) が含まれます。塑性加工は、プレス加工や鍛造 (自由鍛造と型鍛造) 、転造などです。

鍛造はハンマーのような工具で金属を叩いて行う加工で、転造は棒状の工具で加工物を挟み込んで行う加工です。鋳造には、「砂型鋳造」とダイカストが含まれます。熱処理には焼入れと焼戻し、焼きならし、焼きなまし、侵炭などがあります。表面処理は、メッキと化成処理 (りん酸塩処理やクロメート処理など) が代表的です。

金属加工の選び方

金属加工には多種多様な種類があり、特徴が違います。選び方次第で同じ寸法や特性を作る際に、時間やコストに差が出ます。それぞれの加工法の得意や不得意を理解すると便利です。

具体的には、鋳造は同じ形状の製品を大量生産でき、スピーディーです。ただし鋳造では、寸法精度にばらつきが生じる場合があります。それに対して、プレス加工や切削を繰り返すと、高い寸法精度を維持可能です。製作期間や納期を考慮して、加工方法を検討する必要があります。

その一方で、材料費によってはコストがかかります。流通量の多い材料は単価が下がって、コストを抑制可能です。しかし材料費が安くても、製品に合わない素材を使用すると、余計な人件費や製作時間が必要な場合もあります。例えば、3Dプリンタを用いた加工は効率的ですが、初期費用がかかります。

金属加工の構造

効率的に金属などの硬い素材を加工する際に、工作機械が必要です。主に工作機械は除去加工で使用され、具体例として、フライス盤、ボール盤、旋盤などが挙げられます。工作機械は、装置や機械を構成している部品を製造する役割も担います。人の手では難しいスピードや精度で加工が可能です。