【鍛造と鋳造の違いとは?】工程や製品の比較でわかりやすく解説

加工方法 | 2020年09月23日

金属を叩いて鍛える鍛造と、金属を溶かして成型する鋳造。どちらも金属の形を成型する工程であり、どちらも型を用いる点でよく似ていますが、それぞれの工法のメリット・デメリットや、作られた製品が持つ特徴は全く異なります。

今回は、そんな鍛造と鋳造の違いについて、各工法の特徴から、車のホイール、ゴルフクラブ、エンゲージリングといった鍛造と鋳造両方で作られる製品の違いまでを解説します。

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鍛造と鋳造の違い

まずは、鍛造加工と鋳造加工それぞれの大まかな工程特徴から、違いを確認していきましょう。

なお、今回はなるべく分かりやすく比較するため、鍛造は型を用いる「型打ち鍛造」をベースに、鋳造は砂で作った鋳型を用いる「砂型鋳造」の特徴をもとに、鍛造と鋳造を比較します。


鍛造加工と鋳造加工の工程

鍛造加工と鋳造加工の工程は、それぞれ次の通りです。

■鍛造加工の工程

引用:シンエイコーポレーション

  1. 工程

    • ①素材の切断と設置

    • ②圧縮・打撃により力を加える

    • ③さらに力を加える

    • ④金型から取り出して成型完了

    ①素材の切断と設置

まずは成型したい素材を、金型でプレスする位置に設置します。このとき、素材が金型に対して大きすぎる場合は、事前に切削加工などを施して加工をしやすくします。

②圧縮・打撃により力を加える

圧縮・打撃によって力を加えるとき、素材をどのような温度で加工するかによって「冷間・温間・熱間」と種類が分かれます。常温に近い温度で加工すればするほど強度が高くなる一方で、素材が変形しにくいため複雑な加工が難しくなる傾向にあります。

③さらに力を加える

圧縮・打撃を受けた金属は、金属内部の気泡などが圧着されることで欠陥がなくなり、結晶が微細化して結晶方向が揃うため強度が高くなります。このとき方向の揃った結晶組織が形成するラインを、鍛流線(メタルフローライン・ファイバーフローライン)と言います。

なお鍛造素材の強度を保ったまま成型するため、力を加える工程が重要ですが、この工程のために鍛造はほかの加工法に比べて製造コストがかかるともいわれます。

④金型から取り出して成型完了

金型から取り出した製品は、通常さらに切削加工などを加えて仕上げますが、ネットシェイプ・ニアネットシェイプといった精度の高い鍛造加工を用いると、後加工が不要になる場合もあります。


■鋳造加工の工程

引用:シンエイコーポレーション

  1. 工程

    • ①素材を溶融

    • ②溶融させた素材を金型に流し込む

    • ③流し込んだ素材を冷却して固める

    • ④鋳型から取り出して成型完了

①素材を溶融

素材を電気炉などの高温で溶かし、液体にします。

②溶融させた素材を金型に流し込む

液体化した素材を取り出す作業を出湯、鋳型に流し込む作業を注湯と言います。

③流し込んだ素材を冷却して固める

鋳造では物体に力を加えないため、冷却時に物体内部に応力が残る可能性があり、これにより強度が下がる可能性があります。

④鋳型から取り出して成型完了

鋳造で用いる型を鋳型と呼び、その他の加工法で用いられる金型とはやや扱いが異なります。まず鋳型は木型や発泡型という元となる型を作成し、それをもとに砂型という製造用の型を作成します。砂型は一度使ったものは基本的にバラすため、鋳造では型を取り外すのが難しい複雑な形状も製造することが可能です。


工程から見る鍛造加工と鋳造加工の違い

鍛造加工強度に優れるのに対して、鋳造加工形状の自由度が高いのが特徴です。

■鍛造の場合

鍛造素材に何度も強く力を加えることで、金属中に気泡が発生しづらく適切なメタルフローラインを形成することで非常に耐久性のある製品を作成することができます。しかしそのぶん加工にはかなりの力が必要であり、時間もかかります複雑な形状に関しては、そもそも型が対応していない場合もあります。


■鋳造の場合

鋳造は型の自由度が高いため、複雑な形状でも比較的安価に作成することができますが、一方で溶融した金属を冷却して固める際に内部応力が残る場合があり、製品の強度に不安が残ります。応力を取り除く加工も可能ですが、仕上げの段階でそういった工程が入ることを考えると、必ずしも鋳造のほうが低コストで済むとは限りません

一般に、加工に時間がかかるため鍛造加工は大量生産には不向きであり、鋳造のほうが低コストで加工可能なため大量生産向きであるとされています。しかしどちらも同じ型を何度も使用できる点は共通であり、後加工の要不要も加工精度によるため、一概にそうとは言い切れない部分もあります。

例えば型の作成にかかるコストは、木型や発泡型の砂型鋳造が低く済みます。そのため、少量多品種生産においては砂型鋳造のほうが圧倒的に向いていると言えるでしょう。しかしこれについても、型を用いない自由鍛造であれば同じく少量多品種生産に向いていると言うことができます。


鍛造品と鋳造品の違い

鍛造と鋳造は、用いる工法によっても異なる特徴を持つため、強度や形状以外の面で単純比較することは難しいと言えます。

しかし、鍛造品と鋳造品では明らかに傾向的に違いがあるのも事実です。そこで、より分かりやすく鍛造と鋳造の違いを把握するため、続いて鍛造品と鋳造品の具体例から両者の違いを比べてみましょう。


①アルミホイール

引用:FREEDOM

鍛造ホイールの特徴

  • 軽量かつ高強度で車の性能を活かしやすい

  • サイズの精度が高い

  • 大径のホイールに適している

  • コストが高い


鋳造ホイールの特徴

  • コストが低い

  • デザイン性の高いホイールの製造が可能

  • 鍛造に比べると強度が低い

  • 強度を確保する場合は肉厚になり重量が重くなる

  • サイズ精度が低い


②ゴルフクラブ

引用:ミズノ

鍛造ゴルフクラブの特徴

  • コストが高い

  • ポケットキャビティ―構造などの複雑な形状は不向き

  • ライ角などの調整が可能

  • 中・上級者向け


  • 鋳造ゴルフクラブの特徴

    • コストが低い

    • ヘッド形状を複雑にできる

    • 複数の素材を組み合わせることも可能

    • 易しくミスに強い

    • 初心者・アベレージ向き


③リング(婚約指輪・結婚指輪など)

引用:鍛造指輪(株)

鍛造リングの特徴

  • 強度が高く変形に強い

  • 24時間付けていたい結婚指輪などに向いている

  • デザインはシンプルなものが多い

  • 手作業が多く注文から時間がかかる場合も


  • 鋳造リングの特徴

    • 大量生産可能でコストが低い

    • 複雑で繊細なデザインのものも実現可能

    • 耐久性に劣る

    • 力仕事・スポーツ・家事などでゆがむ可能性


まとめ

具体的な製品例を見ると分かる通り、総じて、鍛造は強度が高い一方でコストが高く鋳造は強度で劣るものの複雑形状を作りやすい、というのが大きな違いと言えます。

ただあくまでも鍛造品の方が強度が高いだけであり、必ずしも精度の高さなどと直結するわけではありません。複雑な形状を無理に鍛造で作成しようとしても、かえってコストがかさむばかりです。ぜひ素材や形状などにあった、適切な工法を選びましょう。




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Mitsuri編集部
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