削らずに形を変える技術とは？塑性加工の特徴と加工法選定で失敗しないための実務知識
削らずに形を変える技術とは？塑性加工の特徴と加工法選定で失敗しないための実務知識
塑性加工の特徴を調べている多くの方は、「切削加工と何が違うのか」「なぜ強度が上がると言われるのか」「どんな製品に向いているのか」といった、設計や加工方法の選定に直結する疑問を抱えています。塑性加工は金属材料を削り取らず、材料内部の結晶構造を活かしながら形状を変化させる加工技術です。本記事では、塑性加工の本質的な特徴を整理し、代表的な加工法、メリット・デメリット、実務での注意点までを体系的に解説します。
塑性加工とは何か｜弾性変形との違いから理解する基礎
塑性加工を理解するためには、まず金属材料の変形挙動を知る必要があります。金属に力を加えた際、力を除くと元に戻る変形を弾性変形、元に戻らず形状が保持される変形を塑性変形と呼びます。塑性加工は、この塑性変形領域を意図的に利用し、材料に永久的な形状変化を与える加工方法です。 弾性変形はバネのような挙動ですが、塑性変形では結晶格子内の転位が移動し、材料内部の組織そのものが再配置されます。この現象を制御することで、形状だけでなく強度や靭性といった機械的性質も同時に変化させられる点が、塑性加工の大きな特徴です。塑性加工の主な特徴
材料を削らず歩留まりが高い
切削加工では切りくずが発生しますが、塑性加工は材料を変形させるため、原則として切りくずが出ません。その結果、材料利用率が高く、材料コスト削減に直結します。特に材料単価の高いアルミニウム合金や特殊鋼では、この特徴が生産性に大きく影響します。加工硬化による強度向上
塑性加工では、加工中に材料内部の転位密度が増加し、加工硬化が起こります。これにより、同一材質であっても切削加工品より高い引張強度や耐疲労性を得られるケースがあります。構造部品や荷重を受ける部品で塑性加工が選ばれる理由の一つです。量産性に優れる
金型を用いる塑性加工は、初期投資こそ必要ですが、一度条件が確立すればサイクルタイムが短く、安定した品質で大量生産が可能です。自動車部品や家電部品など、数量が多い製品に多用される背景には、この量産性があります。繊維流れを活かした高信頼性
鍛造などの塑性加工では、材料内部の繊維流れ（メタルフロー）を部品形状に沿って連続させることができます。これにより、応力集中部での破断リスクを低減でき、信頼性の高い部品設計が可能になります。代表的な塑性加工法とそれぞれの特徴
鍛造加工
鍛造は、金属に圧縮力を加えて成形する塑性加工法です。熱間鍛造と冷間鍛造があり、熱間では変形抵抗が低く複雑形状に対応でき、冷間では高精度・高強度が得られます。ボルトやクランクシャフトなど、高い機械的強度が求められる部品に用いられます。圧延加工
圧延は、回転するロール間に材料を通して板や条材を製造する加工法です。板厚を均一に制御でき、鋼板やアルミ板の製造に不可欠です。押出し加工
プレス加工
プレス加工は、板材を金型で打ち抜き・曲げ・絞りなどを行う加工法です。薄板部品の大量生産に向いており、家電筐体や自動車外板で多用されます。工程設計次第で寸法精度と生産性を両立できます。塑性加工のメリットとデメリット
| 項目 | メリット | デメリット | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| コスト | 量産時の単価が低い | 金型費が高い | 強度 | 加工硬化により高強度 | 過加工で割れのリスク | 精度 | 条件次第で高精度 | ばらつき対策が必要 |
設計・調達担当者が注意すべきポイント
限界と割れ対策
塑性加工では材料ごとに加工限界が存在します。延性の低い材料や低温条件では割れが発生しやすく、適切な加工温度や潤滑条件の設定が不可欠です。後工程との関係
塑性加工後には、熱処理や切削仕上げが必要になるケースもあります。加工硬化により切削性が低下する場合があるため、工程全体を見据えた設計が重要です。塑性加工が活きる代表的な用途
- 自動車部品（ギア、シャフト、外板）
- 建築資材（H形鋼、アルミ形材）
- 家電・電子機器の筐体部品
- 産業機械の構造部品
