金属加工の種類と分類
機械製造の分野では、金属とプラスチックの両方が最も一般的に使用される材料であり、多くの機械部品が金属加工によって作られています。
金属加工とは何ですか？
金属加工とは、製品を製造するために金属を原料として行うあらゆる加工・処理の総称です。
金属加工は、大きく分けて「形づくる」加工と「性質を変える」加工の2つに分類されます。前者は、板や棒、溶融金属などの素材を加工して製品の形状を作り出す加工方法です。後者は、金属に熱処理や化学処理を施し、硬度を高めたり、防錆性能を高めたりする加工方法です。
成形のための金属加工
金属を成形するための加工形態は、大きく分けて以下の4つに分類されます。
1. 機械加工
機械加工には、切断、研削、特殊加工の3つの方法があります。
切削加工
切削工具を用いてワークの不要な部分を切削・除去することで、ワークの形状を成形する加工方法です。最も代表的な方法は、旋盤、フライス盤、マシニングセンター、ボール盤などの設備を用いて加工することです。家電部品や自動車部品など、様々な製品に広く応用されています。
研削加工
研削砥石を用いてワークから不要な部分を除去する加工方法です。自動車部品や工作機械の摺動部品など、高精度な表面仕上げが求められる場面でよく用いられます。
特殊加工
切削加工や研削加工に該当しない機械加工法は、通常、特殊加工に分類されます。この加工法には多くの方法があり、代表的なものとして放電加工やレーザー加工があります。
放電加工は、金型のキャビティの彫刻、薄板やキー溝の精密切断などによく使用されます。
レーザー加工は薄板の精密切断や微細穴あけなどによく使用されます。
2. プラスチック加工
プラスチック加工には、打ち抜き加工や鍛造加工の他に、圧延加工も含まれます。
スタンピング加工
金型や工具を板金素材に強い力で押し付けて切削加工したり、金型の形状に合わせて成形したりする加工方法です。板金加工はプレス加工の中でも広義のプレス加工に分類され、板金素材を用いた自動車のボディシェルや家電製品などに広く用いられています。
鍛造
この加工方法は、ハンマーヘッドや金型に大きな力を加えてワークをプレスまたはハンマーで叩き、金型の形状に合わせて成形するものです。ワークの強度を高くできるという特徴を活かし、エンジン部品やレンチなど、力に耐える必要がある製品の加工に適用できます。
ローリング
ワークを回転させながら、あるいは転造しながら成形することから転造と呼ばれます。外ねじ加工などにも広く用いられます。主な製品は、ホームセンターなどで見かける一般的なボルトや各種ネジです。
3. キャスティング
原料となる金属を炉で溶かし、製品形状のキャビティ（空洞）が形成された金型に流し込み、金型内で凝固させることで製品を製造する加工方法です。複雑な形状の製品を量産する際によく用いられ、エンジン部品をはじめ、工作機械のベース、モーター部品などにも用いられます。
4. その他
粉末冶金と金属 3D プリントは比較的新しい加工方法で、従来の技術では実現できない複雑な形状や幾何学的形状を加工できます。
粉末冶金
原料となる金属粉末を製品形状の金型に押し込み、炉で加熱することで金属粒子を結合させ、製品を製造する加工方法です。駆動力を節約する歯車や、潤滑を必要としない特殊な軸受などの製造に多く用いられます。
金属3Dプリンター
近年注目を集めている加工方法です。製品の各部品に必要な材料を段階的に積み重ねることで最終製品を成形します。開発の歴史はまだ浅いものの、既にジェットエンジンのブレードや高級車のブレーキ部品などの製造に活用されています。
金属の特性を変える加工
金属の特性を変える主な加工方法としては、熱処理と表面処理があります。
1.熱処理
金属の主な特性の一つは、熱処理によって内部の微細構造を変化させ、様々な特性を得ることができることです。最もよく知られている熱処理には、焼入れ、焼戻しなどがあります。浸炭は焼入れの一種であり、炭素を鋼の表面に浸透させることで鋼の硬度を部分的に高める処理です。これらの処理は、自動車部品や航空機部品など、鋼やアルミニウム製の製品に広く適用されています。
2.表面処理
代表的な表面処理方法としては、コーティング処理や化学皮膜処理などがあります。
コーティング
金属表面に他の金属皮膜を被覆する処理工程です。防錆、美観向上、表面硬化など様々な機能を実現でき、家庭用品、自動車部品など幅広い分野で利用されています。
化学皮膜形成処理
コーティングとは異なり、このプロセスは化学的な手段を用いて金属表面の特性を変化させ、特定の特性を付与します。自動車や建設機械などの防錆が必要な部品など、過酷な動作環境で使用されることが多いです。
まとめ
金属加工には様々な方法があります。主な方法としては、切削加工、塑性加工、鋳造など、金属の形状を変えるものがあります。また、熱処理や表面処理など、金属の特性を変える処理も、用途や目的に応じて選択されます。
