鍛造プレスとは、鍛造とプレスの総称であり、鍛造機械のハンマー、アンビル、パンチ、または金型を用いて素材に圧力を加え、塑性変形を発生させ、所望の形状と寸法のものを得る成形加工方法である。鍛造プレスは主に成形方式と変形温度によって分類される。成形方式による鍛造は鍛造とプレスの2種類に分けることができる、変形温度による鍛造は熱間鍛造、冷間鍛造、温間鍛造、等温間鍛造などに分けることができる。
鍛造加工において、ブランク全体に明らかな塑性変形が発生し、比較的に大量の塑性流動がある、プレス加工では、ブランクは主に各部位の面積の空間位置を変えることで成形され、その内部に大きな距離の塑性流動は現れない。鍛造プレスは主に金属製部品の加工に用いられ、エンジニアリングプラスチック、ゴム、陶磁素地、煉瓦素地及び複合材料の成形などの非金属の加工にも用いることができる。
プレス
プレス及び金型によって板材、帯材、管材及び形材等に外力を加え、塑性変形又は分離を生じさせ、所望の形状及び寸法のワーク(プレス)の成形加工方法を得る。プレスと鍛造は同属の塑性加工(または圧力加工)であり、合わせて鍛造と呼ばれる。プレスされたブランクは主に熱間圧延と冷間圧延の鋼板と鋼帯である。世界中の鋼材の60〜70%が板材であり、その大部分がプレス加工されて完成品となっている。
プレス加工は、機械加工及び塑性加工の他の方法と比較して、技術的にも経済的にも多くの独特な利点を有する。主な表現は以下の通りである。
(1)プレス加工の生産効率が高く、しかも操作が便利で、機械化と自動化を実現しやすい。これは、プレスはダイとプレス設備によって加工を完了するためであり、通常のプレスのストローク回数は毎分数十回に達することができ、高速圧力は毎分数百回から千回以上に達することができ、しかもプレスストロークごとにパンチを1つ得ることができるからである。
(2)プレス時に金型はプレス部品の寸法と形状精度を保証し、かつ一般的にプレス部品の表面品質を破壊せず、金型の寿命は一般的に長いため、プレスの品質は安定し、互換性がよく、「そっくり」の特徴を有する。
(3)プレスは寸法範囲が大きく、形状が複雑な部品、例えば時計のストップウォッチ、自動車の縦梁、カバーなどを加工することができ、プレス時の材料の冷変形硬化効果を加えて、プレスの強度と剛性はいずれも高い。
(4)プレスは一般的に切屑屑の生成がなく、材料の消費が少なく、その他の加熱設備が必要ないため、材料を節約し、省エネの加工方法であり、プレス部品のコストが低い。
プレスはこのような優位性を持っているため、プレス加工は国民経済の各分野でかなり広く応用されている。例えば、航空宇宙、航空、軍需産業、機械、農業機械、電子、情報、鉄道、郵便、交通、化学工業、医療器具、日用電器、軽工業などの部門にはプレス加工があります。産業界全体がそれを使用しているだけでなく、誰もがプレス製品と直接関連しています。飛行機、列車、自動車、トラクターには大、中、小型のプレス部品がたくさんあります。乗用車の車体、フレーム、リムなどの部品はプレス加工されている。調査統計によると、自転車、ミシン、時計の80%がプレス部品で、テレビ、ラジカセ、ビデオカメラの90%がプレス部品である、また、食品金属缶の殻、鋼精ボイラー、ほうろう鉢のボウル、ステンレス食器などもあり、すべて金型を使用したプレス加工製品である。コンピュータのハードウェアにもプレス部品が不足しています。
しかし、プレス加工に使用される金型は一般的に専用性があり、1つの複雑な部品は数セットの金型を必要として成形することができ、しかも金型製造の精度が高く、技術要求が高く、技術集約型製品である。したがって、プレス加工の利点はプレス部品の生産ロットが大きい場合にのみ十分に体現でき、それによって比較的に良い経済効果を得ることができる。
プレス部品は鋳物、鍛造品と比べて、薄く、均等で、軽く、強い特徴がある。プレスは、剛性を高めるために、補強リブ、リブ、起伏、またはフランジ付きの他の方法では製造が困難なワークを製造することができます。精密金型を採用しているため、ワークの精度はミクロン級に達することができ、しかも繰り返し精度が高く、規格が一致しており、穴穴穴、ボスなどを打ち抜くことができる。冷間プレス部品は一般的に切削加工されていないか、少量の切削加工しか必要としない。熱プレス部品の精度と表面状態は冷プレス部品より低いが、鋳物、鍛造品より優れており、切削加工量は少ない。
金型の精度と構造はプレス部品の成形と精度に直接影響する。金型製造コストと寿命はプレス部品のコストと品質に影響する重要な要素である。
プレス用スラブの表面と内在性能はプレス完成品の品質に大きな影響を与える。プレス材料に対する要求は:
①厚さが正確で均一である。プレス用金型は精密で隙間が小さく、プレート材料の厚さが大きすぎると変形力が増加し、カード材料をもたらし、さらにはダイを膨張破裂させる;スラブ材料が薄すぎると完成品の品質に影響し、絞り時に引き裂きが発生することもあります。
②表面はつややかで、斑、傷跡、擦傷、表面割れなどがない。すべての表面欠陥は完成品のワークの表面に残存し、亀裂性欠陥は曲げ、絞り、成形などの過程で深く広がり、廃品になる可能性がある。
③降伏強度が均一で、明らかな方向性がない。異方性(塑性変形を見た板材料は絞り、フランジ、膨張などのプレス過程において、異方性降伏の出現に前後があり、塑性変形量が一致せず、不均一変形を引き起こし、成形を不正確にして不良品や廃品をもたらす。
④均一延伸率が高い。引張防止試験において、試料にくびれ現象が現れ始める前の伸び率を均一伸び率と呼ぶ。絞り時には、スラブ材料の任意の領域の変形が材料の均一な延長範囲を超えてはならず、そうしないと不均一な変形が発生します。
⑤屈強比が低い。材料の降伏限界と強度限界の比を屈強比と呼ぶ。低い屈強比は変形抵抗力を低下させるだけでなく、絞り時のしわの傾向を減少させ、曲げ後の反発量を減少させ、曲げ部材の精度を向上させることができる。
⑥加工硬化性が低い。冷間変形後に現れる加工硬化は材料の変形抵抗力を増加させ、変形を継続させることが困難であるため、一般的には低硬化指数の板材を採用する。しかし、硬化指数の高い材料の塑性変形安定性は良く(すなわち、塑性変形は比較的均一)、局所的な引裂は現れにくい。
鍛造は鍛造機械を利用して金属素材に圧力を加え、塑性変形を発生させて一定の機械性能、一定の形状と寸法を有する鍛造品を得る加工方法であり、鍛造(鍛造とプレス)の2つの構成部分の1つである。鍛造によって金属が製錬過程で発生する鋳造状態の緩みなどの欠陥を除去し、ミクロ組織構造を最適化することができ、同時に完全な金属流線を保存したため、鍛造物の機械性能は一般的に同じ材料の鋳造物より優れている。関連機械の中で負荷が高く、作業条件が厳しい重要部品は、形状が簡単な圧延可能な板材、形材または溶接部品のほか、鍛造部品を多く採用している。
変形温度に応じて、鍛造はまた熱間鍛造(鍛造温度が素材金属の再結晶温度より高い)、温間鍛造(鍛造温度が金属の再結晶温度より低い)と冷間鍛造(常温)に分けることができる。鋼の再結晶開始温度は約727℃であるが、一般的に800℃を区分線として採用し、800℃より高いのは熱間鍛造である。300〜800℃の間を温間鍛造または半熱間鍛造と呼ぶ
金属は鍛造加工を経て、その組織構造と力学性能を改善することができる。鋳造組織は鍛造方法を経て熱加工変形した後、金属の変形と再結晶により、元の粗大枝晶と柱状結晶粒を結晶粒が細く、大きさが均一な等軸再結晶組織に変え、鋼塊内の元の偏析、疎、気孔、スラグ挟みなどの圧密と溶接を行い、その組織はより緊密になり、金属の塑性と力学性能を高めた。
鋳物の力学性能は同材質の鍛造物の力学性能より低い。また、鍛造加工は金属繊維組織の連続性を保証することができ、鍛造物の繊維組織と鍛造物の外形を一致させ、金属流線を完全にし、部品が良好な力学性能と長い使用寿命を保証することができ、精密型鍛造、冷間押出、温押出などの技術を用いて生産された鍛造物は、すべて鋳造物とは比べものにならない
鍛造物は、金属に圧力が加えられ、塑性変形によって要求される形状または適切な圧縮力を形成するものである。この力は典型的にはハンマーや圧力を使用することによって実現される。鋳物プロセスは精緻な粒子構造を構築し、金属の物理特性を改善した。部品の現実的な使用では、粒子が主圧力の方向に流れるように設計されています。鋳物は様々な鋳造方法で得られた金属成形物であり、すなわち、予め準備された鋳型に鋳造された液状金属を、鋳造、圧射、吸入またはその他の鋳造方法で注入し、冷却後に砂落ち、整理、後処理などを経て、得られた一定の形状、寸法、性能を有するものである。