鍛造

鍛造エアーハンマー

鍛造（たんぞう、forging）とは、金属加工の塑性加工法の一種。金属をハンマー等で叩いて圧力を加えて変形させる手法で、古くから刃物や武具、金物などの製造技法として用いられてきた。

特徴

金属を叩くことで内部の空隙をつぶし、結晶を微細化し、結晶の方向を整えて強度を高めると共に目的の形状に成形する。また、金属を叩くことで内部の不純物を除去するとともに炭素元素を外に排出して炭素量の調節を行う。鍛流線 (fiber flow) が連続するために組織が緻密になり、鋳造に比べて鋳巣（空洞）ができにくいので、強度に優れた粗形材をつくることができる。

歴史

金属を叩く加工法は古代から天然の金銀銅で行われていたほか、鉄もニッケルを多く含む隕石を素材に叩いて加工されていた。鍛造は最も古い金属加工法である。古代エジプトで紀元前3000年頃に製作された隕石製とみられる鉄環首飾りが発見されている。産業革命の起きる18世紀まで鋳鉄は脆いものとされていたため叩いて作る鍛造品の鉄が重宝された。

鍛造の分類

• 熱間鍛造 (hot forging) ：素材の変形抵抗を減少させるために再結晶温度以上の高温に加熱して成形する。
• 冷間鍛造 (cold forging) ：再結晶温度以下の常温で成形する。加工に要するエネルギーや時間が熱間鍛造より節約できるが、変形に要する力が熱間鍛造より大きい。また、仕上がりの製品の寸法精度が熱間鍛造より優れる。
• 溶湯鍛造：鋳造の改善工法、凝固収縮による鋳巣の発生をふせぐため、半凝固状態で加圧する。

鍛造方法

大きく分けて以下に大別される

• 型鍛造 (die forging) ：鍛造用金型を用いて鍛造する。比較的形状が簡単な製品に採用されやすく、初期投資が高価となるので大量生産向き。
• 自由鍛造 (free forging) ：加工物を治具などにセットして、ハンマー等で成形する。初期投資は比較的安く済むが熟練の技術が必要で、少量生産向き。

鍛造機械

現代の鍛造では、次のような鍛造機械が用いられる。

ハンマー

主にエアハンマー(上下運動型)・スプリングハンマー(クランク式)が用いられる。

• エアハンマー：圧縮空気によってハンマー（金槌）を上下に動かして材料をたたく機械で、主に熱間鍛造に用いる。

• スプリングハンマー：モーターの動力をベルトとクランクによって伝導してハンマーヘッドの弓を上下させる機械で、鍛接の完了した鋼材を延ばす目的で使用することが多い、

鍛造プレス

主に機械プレスや液圧プレスなどがある。

• 液圧式プレス：液圧プレスとは、水や油を送り込んだシリンダーの圧力を利用して加工を行うプレス機で、冷間鍛造に用いられることが多い。
• 機械式プレス：動力にモーターを用い回転エネルギーをクランク機構やスクリュー機構などに変換して材料を加工するプレスで、生産効率が高く、大量生産を求められる電気･電子機器や自動車部品等のプレス加工に多く使用されている。
• トランスファープレス：複数のプレス機と搬送機構（トランスファー機構）を内蔵した大型のプレス機で、金型の組み合わせなどによってさまざまな製品を自動で鍛造加工することが出来る。

鍛接

鍛接 (forge welding) は、金属を接合する技術の一つで、圧力を加えて接合面を密着させ、一体化させる技法。代表例としては、刃物を製造する際に鋼と軟鉄を鍛接する技法が知られている。鋼管の製造法として帯状の鋼材を丸めて接合部を鍛接する方法がある。

鍛造を利用した製品例

• 歯車
• ゴルフクラブ（アイアン）ヘッド
• アルミホイール

レシプロエンジン

• ピストン
• コネクティングロッド（コンロッド；連接棒）
• カムシャフト
• クランクシャフト
• ロッカーアーム

航空機

• プロペラブレード（アルミニウム合金のもの）
• ランディングギア

出典

実教出版 新機械工作

鍛造加工で使用する機械、道具

関連項目

• ショットピーニング (Shot peening)
• 鋳造
• 転造
• 機械材料
• 鍛冶