BW HSS And Carbide Cutting Too: 2008年12月13日

2008年12月13日星期六

鋳造と鍛造（ちゅうぞうとたんぞう）www.tool-tool.com

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鋳造とは・・・金属を溶かし鋳型に流し込んで器具をつくること。
鍛造とは・・・加熱して変形しやすくした金属をハンマーでたたいて一定の形に加工すること。

☆金属の成形方法について

金属を成形する方法は大きく分けて二つの方法があります。

一つは鋳造（ちゅうぞう）といって砂や金属で作った型のなかに、溶かした金属を注ぎ込んで必要な形にする加工方法のことを鋳造といい、この方法で作られたものを鋳物といいます。鋳造にはたくさんの方法がありますが複雑な形状でも自由自在に造形できる点が大きな特長です。

もう一つが鍛造（たんぞう）です、金属をハンマーなどでたたいて形を整える方法を鍛造といいます。昔から日本刀や農機具をつくるのにこの方法を用いました。　

でも同じように形を作るのになぜ鋳造と鍛造の二つの方法があるのでしょうか、鍛造には鋳造にない形を整えながら製品自体を強くする特長があります。これはちょうどお餅を作るのと同じで、熱いご飯を杵でたたくことで粘り気がでて、おいしいお餅になります。お餅はご飯を握って作ったおにぎりと違って、落としてもバラバラになりません。これと同じように鍛造は金属をたたいているうちに粘り気（靭性）を増し、さらに金属の中にある余分な泡やガスを無くし強い製品を作ることができるのです。

次回は、鋳物と鍛造についてもう少し具体的に書いてみます。

鋳物とは

鋳物の歴史について

鋳物の歴史は古く、紀元前４０００年ごろメソポタミアで始まったといわれています。銅を溶かして
形に流し込み、いろいろな器物を作ったのが始まりです。鋳物は人間の物づくりの中で最も古いもののひとつといえます。

日本に鋳物作りの技が伝わったのは、紀元前数百年頃といわれています。１世紀に入ると銅鐸、銅鏡、刀剣などが作られるようになり、奈良時代になると、仏像や梵鐘などがつくられました。鋳物作りが広まったのは平安時代なかば以降といわれています。

鋳物が現代工業の形態をとるようになったきっかけは、１８世紀にイギリスで起きた産業革命です。工場制工業の発展と共に、鋳物が広く機械文明の中に採用されるようになりました。日本では江戸時代末期になって近代化への動きが活発になり、幕府はオランダから技術を導入しキュポラ（溶鉱炉の一種）を建設しました、これが近代化のさきがけとなりました。

長い歴史の中で、鋳物はいつの時代も重要な役割を担い今日まで受け継がれています。

銑鉄鋳物（せんてついもの）とは
(一般に鋳鉄と呼ばれている)

　
鋳物にも使用する金属材料によっていくつかの種類があります。その中で最も広く使われているのが銑鉄鋳物です。

銑鉄は、鋼など他の鉄素材に比べて、より多くの炭素を含んでいることが特長です。

この炭素が鋳造の重要な鍵をにぎっています。炭素が多いほど溶け易く、溶けるとどんな形にでも鋳込めるため鋳造しやすくなります、また炭素は鉄が固まるとき結晶化して黒鉛になりますが、そのとき膨張して全体の体積の縮みを補うことになります。

銑鉄（せんてつ）とは

銑鉄とは高炉や電気炉などで鉄鉱石を還元して取り出した鉄のことです。

炭素を2～7％も含みそのほかクロム、マンガン、リン、ケイ素、イオウなどをふくんでいます。

銑鉄は非常に硬くてもろい性質をしています。無理に曲げようとすれば割れてしまいまた赤く熱すると少し力を加えただけで崩れてしまいます。

銑鉄は炭素を多く含み過ぎているため焼きを入れることはできません、焼きを入れると割れてしまいます。しかし炭素が多いと溶けやすいので圧延や鍛造には使われず製鋼や鋳造の原料として用いられます。

中国では紀元前１２世紀頃から銑鉄を生産していたそうです。

鋳鉄の種類　　　鉄鋳物を材料別に分類すると次のようになります。

１、鉄鋳物
　１－１鋳鉄
　　　　１－１－１普通鋳鉄
　　　　　　　　　　　・ネズミ鋳鉄（ズクFC100～FC350）
　　　　　　　　　　　・白鋳鉄（白銑）
　　　　　　　　　　　・班鋳鉄
　　　　１－１－２高級鋳鉄
　　　　　　　　　　　・球状黒鉛鋳鉄（ダクタイルFCD350～FCD800）
　　　　　　　　　　　・ミーハーナイト鋳鉄
　　　　　　　　　　　・オーステナイト鋳鉄
　　　　　　　　　　　・高クロム鋳鉄
　　　　　　　　　　　・高ケイ素鋳鉄
　　　　　　　　　　　・その他
　１－２可鍛鋳鉄
　　　　　　　　　　　・黒心可鍛鋳鉄（マレーブルFCMB）　
　　　　　　　　　　　・白心可鍛鋳鉄(マレーブルFCMW)　　　　　　　　
　１－３鋳鋼
　　　　１－３－１炭素鋼(SC360～480)
　　　　１－３－２特殊鋼
　　　　　　　　　　　・クロムモリブデン鋳鋼(SCCrM1～SCCrM3)
　　　　　　　　　　　・ニッケル鋳鋼
　　　　　　　　　　　・ステンレス鋳鋼（SCS1～SCS24）
　　　　　　　　　　　・その他

鋳鉄の中ではネズミ鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）です。
当社製品では
ネズミ鋳鉄・・・・・・ポンプのクロスヘッド、メインギヤなど、試錐機のスイベルケース、ドラム、ブラケットなどがあります。
ダクタイル鋳鉄・・・ＫＲ-100Ｈのターンテーブル
マレーブル鋳鉄・・・鋳物配管類

精密鋳造とは
精密鋳造の種類はロストワックス鋳造法、シェルモード鋳造法、ショウプロセス鋳造法などありますが、今回は代表的なロストワックス鋳造方についてのべます。

ロストワックス鋳造法とは
ロストワックス法とは、まず製造目的物と同じ形状の模型を蝋（ワックス）で精密に作り、その周囲を耐火物で固めます。次に加熱して蝋を流出（ロスト）させたあとの空間に、溶融金属を注入して冷却し鋳物を造る方法で、蝋のかわりにプラスチックなどを使う場合もあります。

この技術は紀元前最初に古代エジプトで開発され、中国を経て日本にも奈良時代に渡来しました。古代のロストワックス法は、天然の蜜蝋をつかうため非常に手間と費用がかかる鋳造法でしたが、近年化学の発達により蜜蝋に近いワックスの開発が進みこの鋳造法が広く普及しました。ロストワックスの精度とは
精密鋳造といわれているロストワックス法は、どの程度の精度で鋳物ができるかといえば100ミリ以下のもので±0.25～±1.0ミリ、鋳肌の凹凸は 35Ｓ（あるメーカーの例）で極めて滑らかです。その理由として鋳型が一体で、鋳物の合わせがないためと、型を造る耐火物の素材の粒子が細かいため寸法精度が高くできるのです。

ロストワックスの特長とは
1）完成品とほとんど同じ形状、寸法のワックス模型を使うので、精度の高い素材が得られる。
2）硬度が硬いものや、粘りのあるものなど機械加工が難しい材質でも整形できる。

3）複雑な形状の部品が量産可能。
4）部品を簡単に一体化できるので加工方法の制限を考えることなく自由な設計が可能。
5）ワックスが相手のため金型の磨耗が少なく、半永久的に使える。

当社の製品としては、半自動モンケンに使用するキャッチャーのフックやロッドホルダーの駒（40.5）などがロストワックス法で作られています。

鍛造とは

鍛造の歴史

古事記や日本書紀によると、４世紀当時応神天皇の要請により百済から鍛人（鍛造技術者）が来朝し韓鍛冶の方法を伝えたとあります。

その後百済から大勢の人が日本に移住し、７世紀前半には韓鍛冶は近江をはじめ諸国に集落をつくり、鍛造の技術はこれらの人々によって広められました。

日本には弥生時代に大陸から技術が伝来し青銅の鋳造品や鉄の鍛造品が現れています。

鉄は熱いうちに打て

鉄は打って始めて強くなることは昔から知られており、｢かじ鍛冶｣または｢火造り｣といわれていました。

このように叩くと言う事で、固体中の隙間をなくして一つの強い固体にし、また熱いうちであれば容易に形を変えることができるということです。

鍛造の特長

1）工作機械による切削工程が省略または節減できる。

2）金属を鍛錬することにより組織が緻密になり、内部欠陥がなく高い強度が得られる。

3）引張強さ、硬さなどの機械的性質のばらつきが少ない。

4）製品形状に沿ったメタルフローが得られ反復曲げに対して強くなる。

鍛造の種類

(１)鍛造の方法による分類と特長

1）自由鍛造
自由鍛造とは、金属材料を適当な高温に加熱し、上下の金敷きのあいだに入れプレスまたはハンマーを用いて力を加えて行う鍛造加工のことです。大型鍛造品や、多種少量品で金型の使用に適さないものの生産に適用します。

2）型鍛造
型鍛造は、型彫りされた上下一組の金型を鍛造機に取り付け、金型の内側に素材を入れて圧縮加工する方法です。同一形状の製品を多数製造する場合に採用され寸法精度が高く、成形加工を迅速に行うことができる生産性の高い方法です。しかし金型に時間と経費がかかるので、製品を量産する場合に適します。

（2）材料の温度による分類と特長

1）　熱間鍛造
　　　材料を真っ赤に焼いて軟らかくしてから鍛造する方法。
　　　熱して軟らかくしてから鍛造するので、変形抵抗が少なく、複雑形状部品の鍛造ができる。
　　　他の鍛造方法に比べ、最も自由度が高く安価である。

2）　冷間鍛造
　　　材料を全く加熱しないで鍛造する方法。
　　　成形精度が高く、後工程での加工を減らせる。

鍛造品の用途

当社製品で鍛造品は現在使われておりませんが、一般的には自動車部品、ブルドーザ、パワーショベルなど建設機械の部品、航空機、鉄道などの重要保安部品に使われています。

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机械工艺和技术-切削加工www.tool-tool.com

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切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。

任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬；不同的刀具结构和切削运动形式，构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。

切削齿轮加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。

切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时期。在中国，早在商代中期 ( 公元前 13 世纪 ) ，就已能用研磨的方法加工铜镜；商代晚期 ( 公元前 12 世纪 ) ，曾用青铜钻头在卜骨上钻孔；西汉时期 ( 公元前 206 ～公元 23) ，就已使用杆钻和管钻，用加砂研磨的方法在“金缕玉衣”的 4000 多块坚硬的玉片上，钻了 18000 多个直径 1 ～ 2 毫米的孔。

17 世纪中叶，中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。如公元 1668 年，曾在畜力驱动的装置上，用多齿刀具铣削天文仪上直径达 2 丈 ( 古丈 ) 的大铜环，然后再用磨石进行精加工。

18 世纪后半期，英国工业革命开始后，由于蒸汽机和近代机床的发明，切削加工开始用蒸汽机作为动力；到 19 世纪 70 年代，切削齿轮加工中又开始使用电力。

对金属切削原理的研究始于 19 世纪 50 年代，对磨削原理的研究始于 19 世纪 80 年代，此后各种新的刀具材料相继出现。 19 世纪末出现的高速钢刀具，使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上，达到 25 米 / 分左右； 1923 年出现的硬质合金刀具，使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右； 30 年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料 ( 人造金刚石和立方氮化硼 ) ，进一步提高了切削速度和加工精度。

随着机床和刀具的不断发展，切削加工的精度、效率和自动化程度不断提高，应用范围也日益扩大，从而大大促进了现代机械制造业的发展。

金属材料的切削加工有许多分类方法，常见的有按工艺特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三种分类方法。

切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。因此按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。

按材料切除率和加工精度，切削加工可分为粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修饰加工、超精密加工等。

粗加工是用大的切削深度，经一次或少数几次走刀，从工件上切去大部分或全部加工余量的加工方法，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工效率高但精度较低，一般用作预先加工；半精加工一般作为粗加工与精加工之间的中间工序；精加工是用精细切削的方式，使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等，精加工一般是最终加工。

精整加工是在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。精整加工的加工余量小，如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等；修饰加工的目的是为了减小表面粗糙度，以提高防蚀、防尘性能和改善外观，而并不要求提高精度，如抛光、砂光等；超精密加工主要用于航天、激光、电子、核能等需要某些特别精密零件的加工，其精度高达 IT4 以上，如镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。

切削加工时，工件的已齿轮加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。

刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹，来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等，刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动；成形刀具法简称成形法，是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具，或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比较困难，因此一般只用于加工短的成形面；展成法又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。

切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量 ( 包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化 ) 。随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。 18 世纪后期，切削加工精度以毫米计； 20 世纪初，切削加工的精度最高已达 0.01 毫米；至 50 年代，切削加工精度已达微米级； 70 年代，切削加工精度又提高到 0.1 微米。

影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。

高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。

磨削速度在 45 米／秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削 ( 或磨削 ) 既可提高效率，又可减小表面粗糙度。高速切削 ( 或磨削 ) 要求机床具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统；要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。

强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大故不适于齿轮加工细长工件。