鍛造・切削・鋳造の違い｜部品に合う加工法の選び方

加工法を比較する前に部品の要求を整理する

鍛造、切削、鋳造を比較するときは、部品に加わる荷重、材質、内部形状、必要な精度、年産数量を整理します。さらに、設計変更のしやすさ、後加工、検査方法も工法ごとに確認します。

鍛造・切削・鋳造の違い

切削は、材料から不要な部分を除去して形を作るため、少量品、試作品、形状変更が多い部品の候補になります。削る量が多い部品では、素材の使用量と加工時間が増えます。コストと納期は、材料形状、加工時間、工具費、仕上げ精度で変わります。

鍛造は、棒材などの素材を加熱するか常温のまま、圧力を加えて所定の形状に成形する工法です。鍛造では金属内部に繊維状の流れ（鍛流線）ができ、その向きが強度や疲労特性に影響します。鍛造で完成品に近い形状を作り、穴や取付面など必要な箇所を切削で仕上げる方法もあります。

製品に合わせた専用金型を使う型鍛造と、金敷や汎用治具で成形する自由鍛造では、準備する型・治具と、仕上げ加工の範囲が異なります。

鋳造は、複雑な外形や内部形状が必要な部品で候補になります。砂型鋳造では、鋳型内に中子を配置して、部品内部の空洞や流路を作れます。材料、肉厚、必要な品質、鋳巣の評価方法、後加工を確認し、要求する形状と機能を実現できるか検討します。

工法ごとの形状と品質の確認

各工法で作れる形状と、仕上げ加工が必要な箇所を確認します。材質や形状を変える場合は、変更後も製品に必要な機能と品質を満たすか評価します。

鍛造で確認する形状と強度

型鍛造では、型割り、抜き勾配、バリ、仕上げ加工の取り代を検討します。荷重の方向と鍛流線の向き、材質、熱処理を確認し、部品に必要な強度を満たすか評価します。

切削で確認する加工箇所と精度

切削では、工具が加工する面に届くか、素材を固定した状態で必要な箇所を加工できるかを確認します。削る量と加工時間、穴や取付面の寸法公差、必要な表面粗さを踏まえて、素材の形状と加工方法を検討します。

鋳造で確認する内部形状と欠陥

鋳造では、肉厚や中子で作る内部形状、必要な後加工を検討します。鋳巣などの内部欠陥が強度や気密性に与える影響を考え、検査する部位と合否基準を決めます。

内部通路を持つ部品の検討例では、砂型鋳造は中子を崩して取り除ける開口、切削は工具が届く方向を確認します。鍛造を候補にする場合は、成形できる外形と、その後に加工する穴・通路の形を検討します。

数量と後加工を含めた費用の比較

同じ数量の完成品を必要な品質に仕上げる条件で、型や治具の製作費、材料費、加工費、熱処理費、検査費を比較します。専用の型を使う工法では、試作時の型製作や、設計変更に伴う型の修正も費用に含めます。

工法によって仕上げ加工が必要な箇所や加工量が変わるため、鍛造・鋳造・切削の費用に加え、完成品までに必要な作業を確認します。生産数量や設計変更の見込みが変わる場合は、その条件で総費用を計算し直します。

比較する期間の型・治具の製作費をF、製品単価をp、生産予定数量をQ、製品単価に含まれない変更・補修などの費用をRとすると、総費用はF＋p×Q＋Rです。pはその数量と作業範囲に対応する単価を使い、FやRには製品単価に含めた金額を重ねて加えません。