鍛造
金属材料加工法のひとつ。切断された炭素鋼などの金属材料を加熱したり、または、加熱しない常温のまま、上下1組の金型の間で圧縮加工する方法である。鍛造の目的は、鋼塊の粗大な樹脂状の結晶を破壊して均一な組織にし、引張り強さ、伸び、絞りなどの機械的性質を向上させるとともに、所要の形状をつくることである。自動車部品では、エンジン部品のコンロッド、クランクシャフト(ディーゼルエンジン用が多い)、ミッション部品のギヤブランク(ギヤ用素材)、プライマリーシャフト、セカンダリーシャフト、足まわり部品のナックル(トラック用)、そのほかドライブシャフトなどに使用されている。
鍛造(たんぞう)
鍛造
金属加工のうち、金型や工具によって素材を圧縮変形させ、所定の形状に成形する作業を鍛造という。原始的には、ハンマー等で素材を叩いて加工を行ったり、鍛冶屋として熱した素材（鉄など）を叩き武器や農耕具を製造した。
現代では手作業の代わりに、機械式のハンマーやプレスによる鍛造加工が行われ、大型タービンの主軸といった大きなものから、数ミリ単位の機械部品といった精密なものまで、様々な製品作りが行われている。
一般的に、金属を鍛造加工すると、素材金属内部の結晶が一様化されるため、強度が上がる・靭性が高まるなど機械的性質も改善される。
鍛造加工は、加工時の素材温度により熱間・温間・冷間の区別がなされ、また工具を用いて行う自由鍛造(free forging)と金型により行われる型鍛造(die forging)に大別される。
熱間鍛造とは、材料を再結晶温度付近にまで加熱して行う鍛造である。材料は赤熱するまで加熱され、加工が容易となり大型の製品を加工できる。また、素材結晶が加工により変形しても、熱間鍛造においては再結晶されるため、残留応力の少ない製品が得られる。製品強度についても、鋳造などに比べて高い機械的性質を得る。
反面、金属素材は冷えるにつれて収縮するため、製品に寸法精度が求められる場合には仕上げ加工が必要となる。
冷間鍛造は材料を加熱せず加工を行うため、熱間鍛造に比べて高い寸法精度が得られる。また金属素材は変形により加工硬化が起こるため、高強度な製品が得られる。しかし、工具や金型には非常に高い剛性が求められ、また製品に残留応力が残る場合もある。このため、冷間鍛造は熱間鍛造の仕上げ段階で行われることが多い。
両者の長所を取り入れるため、材料加熱温度を常温以上再結晶温度以下とし鍛造を行うのが温間鍛造である。
適している分野・使用事例
工具、機械部品などより高い強度や靭性を求められる部品。大量生産品。
用語解説
鍛造
鍛造
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/02/22 14:04 UTC 版)
鍛造（たんぞう、forging）とは、金属加工の塑性加工法の一種。金型を使用する「型鍛造」と、使用しない「自由鍛造」に大別される。その中で、型鍛造は、加工温度により熱間・冷間・温間鍛造の3種類に分類される[1]。
自由鍛造は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。大型鍛造品等の一品生産に適している[1]。
特徴
型鍛造
型鍛造は、上下１組の金型の間に材料を入れ、機械で押し潰して狙った形状に加工する方法で、同一形状の製品を大量生産することに向いており、高い寸法精度を得られ、スピーディーに成形加工を行うことが可能である。ただし、金型製作に初期費用が必要となるため、少量生産には不向きと言える。また、型鍛造は、その加工温度によって「熱間鍛造」「冷間鍛造」があるほか、それらの中間温度で両方のメリットを得る「温間鍛造」も行われている[1]。
自由鍛造
自由鍛造とは、金型を用いず、ハンマーや金敷と呼ばれる表面が平面または曲面の工具を使って材料に圧力を加え、伸ばし・据込み・穴あけ・せぎり・切断等の作業を行って目的の形状に加工する方法である。分かりやすい例では、刀鍛冶が金床の上で槌を振るう日本刀の製作がこの自由鍛造に当たるが、工業製品では、船舶用クランク軸（熱間鍛造）や発電用タービンローター、原子炉圧力容器、圧延機のロールなど、大型鍛造品等の一品生産に利用されている[1]。
大型自由鍛造をするためには能力1万4千トン級の大型油圧プレスが使用されている[2]
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[3]。特に、精錬を主目的として鍛造された鉄を「鋼」（はがね、刃物に用いる金属を意味する刃金に由来）と呼ぶ。
鍛造の利点
型鍛造
同一形状の製品を、スピーディーに成形加工して大量生産することができ、また、高い寸法精度が得られる。自動車の車体、家電製品の筐体、金属製家具、金属容器など、社会生活に欠かせない製品が、型鍛造によって大量生産されている。また成形型に合わせて必要素材量を事前に算出して準備する方法のため、削り出しや鋳造に比べてより材料が少なくて済む。このため、大量生産にも向いている[4][5]。
自由鍛造
組織が緻密となり、鋳造に比べて鋳巣（空洞）ができにくいので引張り強度・硬さに優れた粗形材をつくることができる。粗形材も最終形状に近い形で仕上がることからやはり削り出しや鋳造、粉末金属冶金等の方法よりも後工程である切削や研磨が比較的省略・簡略化できる。また、部品形状に合わせて鍛流線 (fiber flow、metal flow) が連続するために反復曲げ応力に強い。打刃物などの伝統工芸品だけでなく、近代工業において強度が求められる大型船舶のプロペラシャフト素材や蒸気タービン発電機のシャフト素材、超高圧に耐える必要のある加圧水型原子炉の圧力容器のような一品製造に向く。
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[3]。鍛造は最も古い金属加工法である[3]。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[3]。紀元前15世紀頃にはヒッタイトが炭を用いた鉄の還元・加熱鍛造技術を発明し[6]、前1200年のカタストロフを経て人類史に鉄器時代が到来する。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[3]。 今日では鍛造は銅や鉄に限らず、チタン、アルミ合金、タングステン、ニッケルなど、様々な金属や合金の加工製品化のために用いられている。
鍛造方法
大きく分けて以下に大別される[1]。
- 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、少量生産や大型製品の加工に向いている。
鍛造の分類
被加工材料の温度により、以下のように分類される[1]。
- 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柔らかい状態で加工・成形する。鍛流線が整うため、大型製品や高強度材の製造に向く。
- 冷間鍛造（cold forging） - 常温で加工を実施する。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、表面は滑らかに仕上がる。
- 温間鍛造 - 約600～900℃で加工。熱間鍛造と同様に靱性を高めると同時に、冷間鍛造よりも小さい荷重で鍛造することを目的とする工法。
- 溶湯鍛造 - 鋳造と鍛造の融合工法。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。
鍛造機械
現代の鍛造では、次のような鍛造機械が用いられる。
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。
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。水道管や排水管に使われ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[7][8][9]。
出典
- ^ a b c d e f “【鍛造事典】鍛造の種類Ⅰ（金型および変型方式・加工温度）”. www.hakkokinzoku.co.jp. 2023年8月20日閲覧。
- ^ 篠崎吉太郎『絵とき「鍛造加工」基礎のきそ』日刊工業新聞社、2009年、9-10頁。ISBN 9784526062957。
- ^ a b c d e 菅野利猛. “世界文化遺産、韮山反射炉の10大ミステリーを解く”. 2020年5月15日閲覧。
- ^ “鍛造 | 塑性（そせい）加工 | なるほど！機械加工入門 | キーエンス”. www.keyence.co.jp. 2023年8月20日閲覧。
- ^ “鍛造とは？鍛造と鋳造の違いは？ | 株式会社大宮日進”. ohmiyanissin.co.jp. 2023年8月20日閲覧。
- ^ 「文明の誕生」p128-129 小林登志子 中公新書 2015年6月25日発行
- ^ “鍛接鋼管”. JFEスチール株式会社. 2023年8月22日閲覧。
- ^ “JFE スチールの鋼管の製造プロセスおよび商品の特徴”. www.google.com. JFE スチール株式会社. 2023年8月23日閲覧。
- ^ 日下部良治、三谷一雄『鍛接管と電縫管―その発展と歴史』コロナ社、1986年6月1日。ISBN 978-4-339-04297-9。
参考文献
- 篠崎吉太郎『絵とき「鍛造加工」基礎のきそ』日刊工業新聞社、2009年7月25日。ISBN 9784526062957。
- 日下部良治、三谷一雄『鍛接管と電縫管―その発展と歴史』コロナ社、1986年6月1日。ISBN 978-4-339-04297-9。
関連項目
外部リンク
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鍛造（折り返し鍛練）
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/03/06 09:08 UTC 版)
「聖剣の刀鍛冶」の記事における「鍛造（折り返し鍛練）」の解説
刀剣の製造技法の1つ。古来より正当な流れを汲む鍛冶師の間で受け継がれてきた伝統技術。
※この「鍛造（折り返し鍛練）」の解説は、「聖剣の刀鍛冶」の解説の一部です。
「鍛造（折り返し鍛練）」を含む「聖剣の刀鍛冶」の記事については、「聖剣の刀鍛冶」の概要を参照ください。
「鍛造」の例文・使い方・用例・文例
- 熱いうちに巻く、鍛造する、かたどる（鉄を）
- 鍛造により作り出す
- 落し鍛造で鋳造する
- 鉄を鍛造する
- 大きい鍛造物を作るのに用いる装置
- 鍛造、打撃、またはかしめによって、金属（棒の先端やリベットなど）を厚くしたり広げるのに用いられる工具
- ハンマーと金床で鉄を鍛造し形成する鍛冶屋
- 頑丈で、可鍛性で、そして、鍛造でき、溶接することができる低炭素含有量をもつ鉄
- 材料を大まかな形に鍛造すること
- 型鍛造という鍛造法
- 金属鍛造用の型
- 水圧で鋼材を鍛造する機械
- 金属鍛造用の機械
- 熱間鍛造品などの表面に現れる荒れ
- 発条ハンマーという鍛造機械
- 平へしという鍛造用工具
- 鍛造用の炉
- 丸圧しという手加工用鍛造工具
- ドロップハンマーという,鍛造用の工作機械
- 伝統の鍛造技術をできるだけ早く習得したいと思い，ほとんど休みませんでした。
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