熱間鍛造について

熱間鍛造について

高温に熱した金属材料をプレスし、金型成形を行うことで高い強度と靭性を得ることができる鍛造加工法。

熱間鍛造とは、金属材料を真っ赤になるほど加熱し、柔らかい状態にした上で、プレス機によって圧力をかけ、金型成形する金属加工法のことを指します。金属部品を成形すると同時に、高い強度と靱性を得ることができます。また、高温下で鍛造を行うことにより、複雑な形状加工や省材料・省切削化が可能。ここでは、熱間鍛造と、鋳造や棒材からの削出し機械加工といった他の加工法との違い、そして熱間鍛造ならではの優位性についてご説明します。

熱間鍛造とは

金属は、ある温度以上に加熱すると柔らかくなり、歪んだ結晶が正常な結晶に変化します。これを「再結晶」と言い、金属が持つ特殊な性質の1つです。「熱間鍛造」とは、この「再結晶温度」以上に熱せられた金属に対して行う鍛造加工のことで、これによりさまざまなメリットを得ることができます。

ちなみに、金属を「再結晶温度」以上の高温で成形する「熱間鍛造」に対し、「再結晶温度」以下の常温で成形する鍛造加工のことを、「冷間鍛造」と呼んでいます。

熱間鍛造の概略と「鍛流線(メタルフローライン)」について

■ 熱間鍛造工程概略図

■ 各組織形状のメタルフローライン
  鍛造品 棒材からの削出品 鋳物品
組織形状図
組織 材料の形状に沿って
メタルフローラインが
流れている
加工した部分で
メタルフローラインが
切られている
メタルフローライン無し
性質 反復曲げ応力に強い 反復曲げ応力に弱い 反復曲げ応力に弱い

鍛造品では、材料に製品の形状に沿った鍛流線(メタルフローライン)が形成され、粘りや靱性を高めることができます。しかし、棒材からの削出し品や鋳物等では、内部に鍛流線が形成されず、内部組織が不均質で、反復曲げ応力に対して脆弱となります。この鍛流線の形成は、鍛造加工ならではの特長です。

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熱間鍛造のメリット

熱間鍛造には、「成形」と「鍛錬」の2つの面でメリットがあります。

まず、成形の面では、複雑形状の部品が成形可能になることが挙げられます。また、鍛錬の面では、内部欠陥がなくなり、組織が緻密で均質になること。さらに、材料内部に結晶組織「鍛流線(メタルフロー)」を形成し、強度が高まることも大きなメリットです。

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熱間鍛造と冷間鍛造の違い

材料を高熱で加熱して行う「熱間鍛造」に対し、材料を加熱せずに常温で行う鍛造を「冷間鍛造」と言います。
冷間鍛造は、大量生産品を中心に用いられる加工法で、寸法精度に優れていますが、金属の硬度が高いため、高い圧力が必要となります。したがって、小さなネジ、ボルト、ナットなど、比較的小さな部品の製造に適しています。

一方、熱間鍛造は、金属が柔軟な状態で鍛造するため、小さな圧力で加工でき、複雑形状や大型部品などの加工に最適です。さらに、高温により金属が鍛錬されるため、高い強度を得ることが可能となります。

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鋳造・ダイキャストに対する優位性

鋳造とは、金属を高温で溶かし、液状にして、型に流し込み成形する加工法です。ダイキャストは、それを発展させた工法で、融解した金属を金型へ圧力をかけて流し込むことで、高精度の鋳物を短時間に大量に生産することができます。鋳造・ダイキャスト加工の問題点は、充填不良を起こしたり、内部にガスが溜まって空洞(す)の発生の可能性があることです。

一方、熱間鍛造なら、鋳造やダイキャストのように、内部にガスが溜まって空洞(す)が発生することはありません。熱して鍛えることにより、内部組織が均一となり、鍛流線が生じ、粘りや靱性を高めることができます。

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削出し機械加工に対する優位性

削出し機械加工とは、旋盤やフライス盤・ボール盤・研磨機・NC工作機械・マシニングセンタ等の機械を使って、丸棒や角材等の棒材から目的の形を削り出す加工法です。金型が不要なため初期費用が安くなりますが、切削屑が大量発生するため加工時間がかかります。

一方、熱間鍛造では、最初に金型を製作する必要があり、立上り時に一定の初期費用と時間がかかりますが、切削屑等の材料ロスが少なく、その上、薄肉化を図ることで材料費を抑えることができます。コスト面はもちろん、地球の資源枯渇及びCO2削減に対応し、地球環境保全に貢献するという面でも有意義です。

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さまざまな分野で活躍する熱間鍛造部品

複雑形状の製品製造が可能で、高い強度を得られるなど、大きなメリットがある熱間鍛造。その特性を活かして、さまざまな分野で活用されています。

  • ガス器具
  • バッテリー端子
  • 高圧シリンダー、安全弁
  • 電磁弁
  • 高圧バルブ
  • 産業機械、特殊機械
  • 高圧ポンプ
  • 電気設備 etc...

熱間鍛造部品は、その他あらゆる業界の金属部品加工に幅広く採用されています。

お問い合わせ:072-241-1888

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