冷間圧造の知識まとめ さっさと片付けろ！

冷間圧造（押出加工）は金属加圧加工に属し、非切削金属加圧加工の一つです。

製造時には、常温下で金属に外力を加え、所定の金型で成形します。 この方法は、通常、冷間圧造 (押出) と呼ばれます。

ファスナーの成形工程では、冷間圧造（押出）技術が主要な加工技術です。 冷間圧造技術は、生産に最適ですボルト, ネジ、ナット、リベット。

今日、Xiao Bian は、冷間圧造の基本概念、冷間押出の開発の歴史、冷間圧造の長所と短所、および冷間圧造、熱間圧造、温間圧造の比較を紹介します。

冷間圧造の基本的な考え方

冷間圧造 (押出) は、精密プラスチック ボリューム フォーミング テクノロジーの重要な部分です。 冷間押出とは、金属ブランクを冷間状態で金型キャビティに入れ、強い圧力と一定の速度の作用で金属材料に塑性流動を発生させ、必要な形状、サイズ、および押出部品の特定の機械的特性を取得することです。 .

明らかに、冷間押出プロセスは金型に依存して金属の流れを制御し、部品を形成するための金属体積の大量の移動に依存しています。

実際、あらゆるファスナーの成形は、冷間圧造だけでなく、順方向および逆方向の押し出し、複合押し出し、打ち抜き、転造、およびアプセット変形に加えて、他の変形方法によっても実現できます。

したがって、生産における「冷間圧造」という用語は単なる慣習的な用語です。 より具体的には、「冷間圧造（押出し）」と呼ぶべきです。

現代の冷間押出の開発経緯

現代の冷間押出技術は 18 世紀末に始まりました。 フランス人は、フランス革命中に小さな穴から弾丸に鉛を押し出すことによって冷間押し出しを始めました.

1830 年に、フランスの何人かの人々が機械プレスを使用して、逆押し出しによって鉛と錫のチューブを製造し始めました。

1906年、アメリカで真鍮のスーツボタンを製造するために、前方押し出しの中空カップブランクの特許権を取得しました。

1909年にアメリカ人が特許を取得したフッカー方式は、前方に打ち抜く押出方式です。 金属の流れ方向は、打ち抜き押出し方向と同じです。 1906年の特許が購入された後に開発されました。 特許のカップブランクは深絞り法で製造されています。

第一次世界大戦中、真ちゅう製の薬莢の製造にフッカー製法が使用されました。 第二次世界大戦前の1934年、ドイツはこの方法で鋼製の薬莢を試作したが、熱接着がひどく失敗した。

第二次世界大戦中頃までは、鋼製薬莢の製造に押出法が成功したのは、新しい表面潤滑処理法 (ワークピースの表面にリン酸塩皮膜を形成する) の使用によるものでした。

それ以来、冷間押出技術が実用化され、冷間鍛造技術で最も広く使用される方法になりました。

1960 年代、日本の自動車産業の成長は、冷間押出技術の開発に有利な条件を作り出しました。 冷間押出設備の観点から見ると、1933年に日本初の2000kN PK精密プレス（エルボプレス）が日本のケイダコーポレーションによって製造されて以来、これまでに2000台以上のPKシリーズプレスが製造されました。

自動車産業の発展に伴い、高精度プレスの需要はますます急務になっています。 株式会社ヒューダでは、各種鍛造プレスも開発しております。

同時に、日本のコマツは、目標として高精度で操作が簡単なLICおよびLZCシリーズの冷間鍛造成形プレスを開発しました。

冷間押出製品の観点から、日本は 1970 年代にスターティング クラッチ ギア、ドライブ シャフト スプライン、オルタネーター ポール コアの冷間押出に成功しました。 1980年代には大型高精度等速ボールアウターレース、インナーレース、クロスシャフト、自動車用ディファレンシャルベベルギアなどの高精度部品の冷間押出にも成功。 国産車の高性能化と生産コストの低減に大きく貢献しました。

中国の冷間押出技術の開始時期は日本とほぼ同じです。 1970 年代、中国は自転車、自動車電化製品、その他の製品のバッチ生産で過冷却押出技術を促進し、始動ギアの押出成形を開発してバッチ生産に導入することに成功しました。

しかし、プロセス、設備、材料、金型、潤滑、自動化装置などの一連の技術的問題と、ブランクの元のサイズ、元の状態、および後処理などの一連の技術的問題は根本的に解決されていないため、大きく発展していません。 1980 年代、家電製品、自動車、オートバイ産業の急速な発展、冷間押出プロセス設備と生産技術の導入、消化、吸収に伴い、科学研究者は生産実践を通じて冷間押出技術の多くの問題を克服し、同時に、 、冷間鍛造設備も大きく発展しました。

現在、中国は時計ケース、自転車用フライホイール、センター シャフト、精密鍛造歯車、自動車用等速ユニバーサル ジョイント、内燃機関用スパーク プラグとピストン ピン、自動車用タペット、カメラ部品、自動車用スターター方向スリーブ、冷間押出技術で始動歯車などを開発し、国内外で同じレベルに達しています。

冷間圧造（押出）加工のメリット

冷間押出技術は、高精度、高効率、高品質、低消費の高度な生産技術であり、主に中小規模の鍛造品の大規模生産に使用されます。 他の加工プロセスと比較して、冷間押出には次の利点があります。

a) 原材料を節約します。 冷間押出は、金属の塑性変形を使用して必要な形状の部品を作成することで、切断を大幅に削減し、材料の使用率を向上させることができます。 冷間押出の材料利用率は、一般的に 80% 以上に達します。

b) 労働生産性を向上させる。 切削加工ではなく冷間押出加工を使用して部品を製造すると、生産性が数倍、数十倍、さらには数百倍になります。

c) 部品は理想的な表面粗さと寸法精度を得ることができます。 部品の精度はIT7~IT8に達し、表面粗さはR0.2~R0.6に達します。 したがって、冷間押出で加工された部品は再切断されることはほとんどなく、特別な要件がある場所でのみ細かく研磨する必要があります。

d) 部品の機械的特性を改善します。 冷間押出後の金属の冷間加工硬化と、部品内部の合理的な繊維流線分布の形成により、部品の強度は原材料の強度よりもはるかに高くなります。 さらに、合理的な冷間押出プロセスにより、部品の表面に圧縮応力が形成され、疲労強度が向上します。 そのため、冷間押出加工後に熱処理強化が必要な部品については、熱処理工程を省略できる場合があります。 一部の部品は、もともと高強度鋼で作る必要があり、冷間押出加工後に低強度鋼に置き換えることができます。

e) 複雑な形状や難削材の加工が可能です。 不規則な断面、複雑な内部空洞、内歯、目に見えない内部溝など。

f) 部品コストを削減します。 冷間押出プロセスには、原材料の節約、生産性の向上、部品の切断量の削減、高品質の材料を質の悪い材料に置き換えるという利点があるため、部品のコストが大幅に削減されます。

冷間押出技術の適用の難しさ

1) 金型に対する高い要件。 冷間押出し中、ブランクは金型内で3次元の圧縮応力を受け、変形抵抗が大幅に増加し、金型の応力が一般的なスタンピング金型の応力よりもはるかに大きくなります。 鋼の冷間押出の場合、金型の応力はしばしば 2000MPa~2500MPa に達します。 高強度に加えて、金型は十分な衝撃靭性と耐摩耗性も備えている必要があります。 さらに、金型内の金属ブランクの強い塑性変形により、金型温度が約 250 度 ~ 300 度まで上昇します。 したがって、金型材料には一定の焼戻し安定性が必要です。 上記の条件により、冷間押出ダイの寿命は、スタンピングダイの寿命よりもはるかに短くなります。

2) 大トン数のプレスが必要です。 冷間押出時のブランクの変形抵抗が大きいため、数百または数千トンのプレスが必要です。

3) 冷間押出ダイはコストが高いため、一般的に大量生産の部品にのみ適用されます。 その適切な最小バッチ サイズは 50000 ~ 100000 個です。

4) ブランクは、押出前に表面処理する必要があります。 これにより、工程数が増えて生産面積が大きくなるだけでなく、生産の自動化が難しくなります。

5) 高強度材料の加工には不向きです。

6) 冷間押出部品の可塑性と衝撃靭性が低下し、部品の残留応力が大きくなり、部品の変形と耐食性の低下 (応力腐食) につながります。

冷間押出技術の開発動向

1) ますます深刻化するエネルギー危機に伴い、人々は環境品質にさらに注意を払い、ますます激化する市場競争は鍛造生産を促進し、高効率、高品質、洗練、省エネルギー、および材料節約の方向に発展します。 したがって、押し出しやその他の技術的手段によって製造された洗練された鍛造品の生産量は、市場競争で大きく発展します。

2) 自動車の軽量化、高速化、滑らかさの方向への発展に伴い、鍛造品の寸法精度、重量精度、機械的特性に対する要求が高まっています。 例えば、自動車エンジン用コネクティングロッド鍛造品には、大小端の誤差に加えて、各重量誤差が8g以下であることが求められます。 新製品の高い要件は、洗練された生産技術の開発を促進します。

3）専門化された大規模な生産組織は、依然として冷間押出生産の開発方向と傾向です。 フランスでは、1991 年から 1994 年まで、押出加工で鍛造品を製造する専門メーカーの総労働生産性、つまり 1 人あたりの押出成形部品の生産高と生産額が、型鍛造や自由鍛造を製造する一般メーカーよりも高くなっています。 1994 年を例にとると、専門メーカーの押出成形部品の 1 人当たりの生産量は 51024KG で、生産額は 775688 フランでした。 同時期、金型鍛造メーカーの一人当たり平均生産量は39344KG、生産額は592384フランで、押出部品専業メーカーの77.1%と76.37%に過ぎない。 自由鍛造工場と比較すると低くなっています。

4) 特殊押出機が開発トレンドとなる。 中型および小型鍛造品の精巧な生産の開発と、冷間押出および温間押出プロセスの促進と適用により、マルチステーション冷間押出プレス、精密プレス、および特定の鍛造品用に設計および製造された特殊機械が大幅に開発されます。

一般的な押し出し方法は、次のカテゴリに分類できます。

a) 前方押し出し中、金属の流れ方向はパンチの移動方向と一致します。 前方押し出しは、中実前方押し出しと中空前方押し出しの 2 種類に分けられます。 フォワード押出法は、スクリュー、マンドレル、チューブ、カートリッジケースなど、さまざまな形状の中実および中空部品を製造できます。

b) バック押出: 押出中、金属の流れの方向はパンチの移動方向と反対です。 バック押出は、器具ハウジング、ユニバーサル ジョイント ベアリング スリーブなど、さまざまな断面形状のカップ型部品の製造に使用できます。

c) 複合押し出し: 押し出し中、ブランクの金属の流れ方向の一部はパンチの移動方向と同じですが、金属の流れ方向の他の部分はパンチの移動方向と反対です。 複合押出法では、ダブルカップ部品を製造できます。また、カップおよびロッド部品も製造できます。

e) 縮径押出は、変形の少ない異常な前方押出方法の一種であり、ブランク セクションはわずかに減少します。 主に径差の少ない段付きシャフト部品の製作や、深穴カップ部品の仕上げ加工に使用されます。

上記の押出法に共通する特徴は、金チップの流れ方向がパンチ軸と平行であることであり、総称して軸押出法と呼ぶことができます。 また、ラジアル押し出しとアプセット押し出しがあります。

冷間押出、熱間押出、温間押出の比較

a) 冷間押出法には多くの利点がありますが、変形抵抗が大きいため部品のサイズが制限され、変形抵抗が大きい材料に冷間押出技術を使用することも制限されます。

b) 熱間押出成形法は、材料の変形抵抗を下げることができますが、加熱による酸化、脱炭、熱膨張の問題により、製品の寸法精度や表面品質が低下する可能性があります。 したがって、最終製品として使用する前に、一般的に多くの機械加工が必要です。

c) 温間押出法とは、ブランクを金属再結晶温度以下の適切な温度に加熱して押出する方法です。 金属加熱により、ブランクの変形抵抗が減少し、成形が容易になり、プレスのトン数も削減でき、金型の寿命が延びます。 ただし、低温域での加熱では酸化や脱炭の可能性が少なく、製品の機械的性質は冷間押出と変わらないため、熱間押出とは異なります。 特に、ステンレス鋼、高炭素鋼、一部のクロム含有量の高い鋼、硬化相を析出する超合金など、室温での機械加工が困難な材料は、温間押出中に機械加工可能または機械加工が容易になる場合があります。

d) 温間押出は、変形抵抗の高い難加工材料に適しているだけでなく、連続生産が容易であるという利点があるため、冷間押出に適した低炭素鋼にも適しています。 低炭素鋼の冷間押出を含む冷間押出では、通常、加工前に予備軟化焼鈍が必要であり、冷間押出工程の間にも焼鈍が必要です。 冷間押出前に不動態化処理を行う。 これにより、継続的な生産を組織化することが困難になります。 温間押出では、軟化前焼鈍や各種工程間の焼鈍を回避でき、表面処理も回避できるため、微細構造の連続生産が可能です。 少なくとも、多くの補助プロセスを削減できます。

e) 温間押出は、大変形を採用できるため、工程数を削減できます。 金型費も大幅に削減でき、非常に剛性の高い高価な鍛造設備から汎用の鍛造設備を使用することができます。 したがって、温間押出は金属を加熱する必要がありますが、総処理コストは比較的安価です。特に、複雑なプロセスで非軸対称形状の部品を製造する場合は、温間押出がその役割を果たすことができます。

f) 現在、温間押出に使用される潤滑剤は完全に満足できるものではありません。 一方で、加工に関する実用的なデータも不足しており、解決すべき技術的課題も数多くあります。

ファスナーの熱間および冷間アプセット プロセスの比較

熱い動揺

熱間据込みのプロセスでは、ビレットは、誘導によって、または鍛造炉またはオーブン内で、金属の結晶化点を超える温度まで加熱されます。

この極端な高温は、変形中の金属のひずみ硬化を避けるために必要です。 金属は成形状態にあるため、かなり複雑な形状を作ることができます。 金属は延性と靭性を維持します。

さまざまな金属の熱間圧造に必要な平均鍛造温度は次のとおりです。

1150℃までの鋼

アルミニウム合金 360～520℃

銅合金 700～800℃

超合金鋼などの一部の金属を鍛造するために、等温鍛造と呼ばれる熱間据え込みが採用されます。

ここでは、金型をビレットに近い温度に加熱して、鍛造プロセス中の部品の表面冷却を回避します。 鍛造は、酸化物スケールの形成を最小限に抑えるために、制御された雰囲気で実行されることがあります。

一般的に言えば、複雑な部品は熱間据え込みによって製造されます。これは、材料が塑性状態で変形し、金属が加工しやすいためです。

熱間圧造を考慮する要因には、次のものがあります。

複雑な部品の製造

中・低精度寸法

低応力または低加工硬化

均一な粒子構造

延性の向上

ホットヘディングの欠点は次のとおりです。

精度の低い公差

冷却中に材料が反る可能性があります

金属粒子構造の変更

周囲の大気と金属との間の反応の可能性

冷間圧造（または冷間成形）

冷間圧造により、金属は結晶化点以下で変形します。 冷間圧造により延性が低下し、引張強度と降伏強度が向上します。 冷間圧造は通常、室温で行われます。

冷間圧造用途で最も一般的な金属は、通常、炭素鋼または炭素合金鋼です。 冷間圧造は、通常、クローズド ダイ プロセスです。

通常、冷間圧造は熱間圧造よりも安価であり、最終製品の仕上げはほとんど必要ありません。 冷間圧造による金属強度の向上により、低グレードの材料を使用して、機械加工または熱間圧造できない部品を製造できる場合があります。

また、冷間圧造は汚染の影響を受けにくく、最終部品の全体的な表面仕上げが向上します。

欠点は次のとおりです。

鍛造する前に、金属表面はきれいで、酸化スケールがない必要があります

金属の延性が悪い

残留応力が発生する可能性があります

より重く、より大きな機器が必要

強度の高い金型が必要

暖かい動揺

温間据え込みは、再結晶温度未満で室温以上で行われ、熱間据え込みと冷間据え込みの欠点を克服し、その利点を獲得します。

少量の酸化スケールの形成は、熱間圧造よりも正確に制御できます。 冷間圧造に比べて加工費が安く、製造に必要な圧力も低くなります。

冷間加工に比べ、加工硬化が少なく延性が向上します。