金属加工の目的と種類

金属加工とは

金属加工をするとき、まずは原料の加工が行われます。原料とは、鉄鉱石やアルミニウムのような鉱物です。これらの鉱物を鋳造または粉末成型し、均質な状態の材料をつくります。

この材料をさらに使いやすいようにする方法が、圧延や熱処理といった加工です。コイルやプレート、パイプ、ワイヤーなどの金属材料に形を変えた後は、切断や成型によって製品として使えるように金属加工を行います。さらに、塗装やコーティングによる表面処理を行い、金属製品として完成するのです。

金属加工の目的

原料を鋳造や粉末成型によって均質な金属原料にする理由は、現代の金属加工は連続的な機械加工が中心だからです。機械加工時にトラブルが起こらないよう、材料は均質な状態でなければなりません。まずは金属加工によって品質を安定させ、次の工程に耐えうるものにします。

材料を製品にする際の金属加工の目的は、製品としての利便性や耐久性、意匠性を満たすことです。金属加工によって、プレートやワイヤー状の金属は一つの製品になります。

金属加工の種類・分類

金属加工の種類や分類はさまざまです。ここでは、素材加工とプレス加工、機械加工、切断、接合に分けて見てみましょう。

金属原料を金属材料にするための金属加工です。プレス加工や金属加工をするために行われる方法ですが、①鋳造、②粉末成型、③圧延、④押し出し・引き抜きの4つを見てみましょう。①鋳造は、主に鉄や銅、アルミ合金などの原料を融点よりも高温で熱してできた液体を型に流し、目的の形状に固めるために冷却する方法です。できあがった鋳造品はそのまま使うか、さらに均質な状態の金属材料に加工することがあります。金属加工においては古くから用いられている定番手法ですが、後述の粉末成型より均質さは高くありません。②粉末成型は、原料の粉体を圧縮して焼き固める方法です。原料をきわめて均質な状態に加工でき、そのままでも使えることが特徴ですが、必要に応じてさらに金属加工を行い製品にします。③圧延は、2本または複数のローラーなどに金属を通し、強い力を加えてプレート・棒・管などの形状にする方法です。金属の内部組織が変わるので素材が均質な状態になることが特徴で、寸法精度が高い上に大量製造もできます。④押し出し・引き抜きは、ダイスを使い、材料を押し出したり引き抜いたりする方法です。材料を削らずに行う加工なのでロスが少なく、寸法精度がよくなります。なお、アルミは押し出し加工、鋼材のミガキ材は引き抜き加工をするのが一般的です。

プレス加工は金型を取り付けた機械の中に金属を入れ、圧力を掛けて金属を成型する金属加工です。モーターを使う機械式プレスや液圧ポンプによる液圧式プレスを使います。曲げ加工、絞り加工、抜き加工、出し加工を見てみましょう。プレスブレーキやベンディングマシンを使い、金属を既定のR値に曲げる方法が曲げ加工です。プレート・棒・管などをL字やコの字、Z曲げ、U曲げなどの方法で角度に曲げ、金属素材を立体的なパイプやブロックにします。金属を絞り込んで、円筒をはじめとした容器の形にする方法が絞り加工です。平板を圧縮して金属を絞ることでコップや花瓶、壺などが素早く作れるようになったため、これまで職人が手作業で作ってきた製品を安価な価格で作れるようになりました。

金型を取り付けた機械の中に金属を入れ、圧力を掛けて金属を成型する金属加工です。モーターを使う機械式プレスや液圧ポンプによる液圧式プレスを使います。曲げ加工、絞り加工、抜き加工、出し加工を見てみましょう。

プレスブレーキやベンディングマシンを使い、金属を既定のR値に曲げる方法が曲げ加工です。プレート・棒・管などをL字やコの字、Z曲げ、U曲げなどの方法で角度に曲げ、金属素材を立体的なパイプやブロックにします。

金属を絞り込んで、円筒をはじめとした容器の形にする方法が絞り加工です。平板を圧縮して金属を絞ることでコップや花瓶、壺などが素早く作れるようになったため、これまで職人が手作業で作ってきた製品を安価な価格で作れるようになりました。

パンチによって金属に穴を開ける方法が抜き加工です。金属製品のネジ穴やプリント基板の外形抜き、さらに不織布など、加工できるものは金属に留まりません。加工する機械によって違いがあり、型抜きプレスでは厚みのある金属の抜きが強く、タレットパンチプレスでは薄いプレートを素早く抜けることが強みです。

材料の一部を出す方法が出し加工です。金属部品にリブやビードを加えることで、機械加工の工程やコストを削減できます。さらに、金属の剛性が強化できるので板の厚みを増すことができ、設計上必要な強度を確保する際にもよいでしょう。

機械の工具を使って行う金属加工です。旋盤やフライス盤、ボール盤に工具を取り付けたりマシニングセンタを使ったりして金属加工をします。ここでは、切削加工、研削加工、穴開け加工を見てみましょう。

工具で材料を削り、金属の寸法合わせや形状をつくる方法が切削加工です。バイトやフライス、ドリルなどで金属を切ったり削ったりするときに活用します。寸法精度が高くて複雑な形状にできることから、印刷機械や自動車部品、半導体製造装置などの精密機械用の部品を作れることが特徴です。

砥石や粒子を使い、表面を細かく磨いて削る方法が研削加工です。非常に細かく削ることから正確な寸法精度で金属の面精度を上げられる加工ですが、研磨と違い、あくまでも素材を削ることに重きを置いています。研削加工を行うときは切削加工用の工具よりも強度が強い工具を使うので、陶磁器や超硬合金の加工に役立つでしょう。

ドリルで金属に穴を開ける方法が穴あけ加工です。ボール盤にドリルを取り付けることが多かったですが、最近では旋盤やフライス盤を使うケースも少なくありません。なお、穴にめねじを切る場合はドリルではなくタップを使います。

レーザーや電極ワイヤーで切断する金属加工です。3次元のものをはじめ、複雑な金型製作やプレス加工の試作品づくりのために用いられます。強い力で切断できるため、材料の硬さや強度が影響しません。熱の影響層が小さいので歪が少なく、切断した部分の精度もよいです。

金属を溶かして他の金属等と溶融させる金属加工です。電圧をかけるアーク溶接、はんだ付けやろう付けなどのろう接などがあります。金属材料を接合することで金属パイプや金属棒をつなげたり金属を樹脂とつなげたりすることができ、継手の強度も高くて厚い金属を接合できるでしょう。

金属加工は素材加工やプレス加工、機械加工といった種類があります。金属加工の目的や種類を理解し、最適な加工を行うようにしましょう。