鍛造設備と工程設計｜プレス・ハンマー・加熱炉・自動搬送の選び方

鍛造プレスとハンマーの違い

鍛造機は、金属に圧力や打撃を加え、目的の形に変形させる設備です。ハンマーは、ラムと呼ばれる可動部と金型の打撃エネルギーを利用して素材を成形します。

プレスは、駆動機構で金型を動かし、素材を押して成形します。クランクで駆動するプレスと油圧プレスでは動き方が異なるため、駆動方式と機種ごとの仕様を確認します。

主な機械の例と、仕様を読むときの着眼点を示します。

サーボ駆動など、フライホイールを使わない機種では、駆動源に応じた作業エネルギーの条件を確認します。

製品の要求と鍛造工程から設備の条件を決める

図面で材質、製品形状、寸法公差、後加工する部位を確認し、鍛造でどこまで形を作るかを検討します。その形に加工するための素材形状・重量、鍛造温度、金型構造を具体化します。

必要な成形荷重と、金型の寸法・高さを基に、候補となる機械の仕様を確認します。クランクプレスでは、スライドの位置によって使用できる荷重が変わるため、成形する位置で必要な荷重を出せるかを確認します。最大荷重だけでなく、加工開始から終了までの荷重とスライド位置を、機械の能力線図に沿って確認します。

試作では、製品の形状・寸法が要求を満たすかを調べるとともに、実際の成形荷重や金型への材料の充填状態を確かめます。

生産量・段取り・自動搬送に合う鍛造機を選ぶ

月間生産数量と稼働できる時間から、一個当たりに使える生産時間を見積もります。機械の仕様にある無負荷時のストローク数は、材料を成形していないときの動作回数です。実際の生産量は、素材の供給、成形、取り出しにかかる時間と、金型交換などの段取り時間を含めて検討します。

自動搬送では、素材を金型へ置く動作と、成形後に取り出す動作を鍛造機の動きに合わせます。既存設備に追加する場合は、金型周辺の空間、搬送装置が動く範囲、機械同士で受け渡す動作信号を確認し、接続に必要な改造を検討します。

熱間鍛造プレスの仕様確認

熱間鍛造では、加熱装置からの取り出し後に素材の温度が下がります。搬送や待機にかかる時間を含め、成形開始時に必要な温度を保てるかを確認します。例えば、同じ素材を同じ温度まで加熱しても、搬送途中に待機する工程と、直ちに成形する工程では、成形開始時の温度を別々に評価します。プレスの加圧能力とストロークに加え、金型を取り付ける面の寸法や金型を収められる高さも確認します。

冷間鍛造機の仕様確認

冷間鍛造は、通常、素材を室温付近で成形します。素材の材質・寸法、変形量、潤滑方法、金型構造を基に必要な成形荷重を検討し、使用する機械の加圧能力と金型を取り付けられる寸法範囲を確認します。

鍛造工程を構成する設備

熱間・温間鍛造では、素材を加熱して鍛造機へ運び、成形後は必要に応じてばり取り、熱処理、後加工、検査へ進めます。冷間鍛造を含め、必要な作業を製品と加工方法に応じて選び、その受け渡しに合う設備を組み合わせます。

鍛造用加熱炉の仕様確認

加熱装置は、素材を鍛造に適した温度へ加熱するために使います。例えば、切断済みの素材を連続して加熱するビレットヒータと、棒材を加熱するバーヒータでは、扱う素材の形態が異なります。

材質と素材寸法に合う温度範囲・加熱能力を確認し、鍛造機が必要とする量を供給できる装置を選びます。加熱不足は材料の変形しにくさに、過熱は材料特性の悪化や酸化に関わるため、加熱後と成形開始時の素材温度を確認します。

鍛造工程を自動化する設備の確認内容

搬送装置が素材をつかむ位置、金型へ置く姿勢、成形後の取り出し経路を検討し、金型や鍛造機の動作と干渉しないようにします。加熱を伴う工程では、搬送中の待機による温度変化も含めて動作のタイミングを検討します。

安全面では、通常運転だけでなく、金型交換、点検、異常停止後の対応で人が機械へ近づく場面を確認します。その作業に応じたガードや保護装置、非常停止機能と再起動の条件を、設備の仕様・取扱説明書で確認します。ハンマーを設置する場合は、打撃による騒音・振動と、機械を支える地盤・基礎への対策も検討します。

鍛造シミュレーションを設備選定に使う際の注意点

鍛造シミュレーションは、材料の流れや加工荷重、温度変化を予測し、素材・金型の形状や成形動作を検討するために使います。予測できる内容は、使用する解析ソフトとモデルによって異なります。材料の変形抵抗、金型と素材の摩擦、要素分割の設定でも、材料流れや荷重の予測は変わります。

解析で設定した材料、素材・金型形状、温度、機械の動作を記録し、実機試験でも対応する条件を確認します。解析結果と試作での形状・荷重などを比較し、設備選定に使う予測が実際の成形を再現しているかを評価します。