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金属加工の世界!3種類の主要な「金属加工法」の違いと特徴


こんにちは株式会社ヤマトライティング担当の脇水です。

今回は弊社が得意としている色々な金属加工方法をご紹介していきます!


6000年の歴史をもつ金属加工とは?


金属加工と聞いて、皆さんはどんなイメージを持つでしょうか?

切削?溶接?鋳造?はたまた、鍛冶や鍛造、絞り加工という方もいるかもしれませんね。

金属加工は、なんと今から6000年以上前、つまり縄文時代からある技術なのです!


人類が金属を加工するために用いられた、はじめての加工方法が「鍛造(叩くことで形作る)」だったといわれています。


■鍛造

初めは複雑な加工はできませんでしたが、器や装飾品、武器などを作りだしたことを皮切りに石器から金属へと道具が進化した人類は様々な恩恵を受けることができました。


今回はそんな歴史も深い金属加工について、ご紹介します!




金属加工方法3選【基本編】


1つ目|「削る(切削)」

金属を削るためには、特別な工具が使われます。これらの工具は、量産品の物や、人の手によって手研ぎするものもあります。

刃物のできが良いと、削った面はとてもきれいな表面に仕上がります。

例:包丁・刀


2つ目|「曲げる」

金属は固いですが、特別な機械を使って曲げることができます。これによって、金属の形を変えたり、曲線を作ったりすることができます。

例:自転車のフレーム


3つ目|「溶かす」方法もあります。

金属は高温で溶けることができ、液体状になります。この液体金属を特別な型に流し込んで冷やすことで、新しい形の金属製品ができます。これを「鋳造」と呼びます。

例:キッチン用品(スプーン・お鍋)


応用編|「溶かす」を利用して「溶接」ができます。

これは金属を高熱で溶かし、金属同士を接合する方法です。非常に強固につなぎ合わせることができ、穴を埋めたり、補強したり。

例:壊れた金属製品同士を結着する




私たちの身の回りにある金属加工品


金属加工は様々な方法で行われ、非常に多くの製品が日々、生み出されています。

金属製品は私たちの日常生活に密接な関係があり、いまや欠かすことのできない存在となっています。ここで私たちの身の回りにある金属製品を見てみましょう!



【曲げる・溶かす】スプーン、フォーク、ナイフ

食事の際に使う食器類の多くがステンレス鋼や銀などの金属で作られています。


【曲げる】自転車

フレームやホイールにアルミニウムや鋼鉄などの金属が使用され、日常の移動手段として広く利用されています。


【溶かす】スマートフォン

金属製の筐体で内部の電子部品を保護し、いま私たちの生活の中でも欠かすことができません。


【溶かす・削る】自動車

ボディ、エンジン部品などに多くの金属が使用されています。


【溶かす】鍵

ドアや車に使用される鍵は、実は一番身近なものなのかもしれませんね。


などなど、これ以外にも非常に多くの金属でできた製品に囲まれて生活していることがわかりますね!


普段、あまり聞きなれない金属加工という言葉ですが、思っている以上に私たちの生活に深く結びついているのです!


今日は金属加工の世界!3種類の主要な「金属加工法」をご紹介します!






金属加工方法 3 選【製作所編】




金属加工の世界1つ目|「切削加工」




切削加工とは、切削用の工具を用い、金属を削り成形していく加工方法です。

工作機械によって行われ、中分類、小分類、細分類と用途によって約300種類もの様々な種類に分けられています。


その中でも...


金属加工『汎用機』



旋盤・ボール盤・中ぐり盤・フライス盤・研磨盤・歯切り盤など、人が直接操作を行い加工する工作機械


〇 メリット

  • プログラムを組まずに作れ、NC機械に比べ段取りが簡単。

  • 工具類の交換だけで加工ができ治具制作や試作品、単品、小ロットに対応できる。


✖ デメリット

  • 熟練の技術者が必要、高精度で複雑な加工が難しい、量産品に向いていないことが挙げられます。



金属加工『CNC機』




CNC旋盤・CNCボール盤・CNC中ぐり盤・CNCフライス盤・CNC研削盤・CNC歯車加工機・マシニングセンター・ターニングセンターなど、コンピュータ制御(CNCはComputer Numerical Controlの略語=数値制御)を行い加工する工作機械があります。



〇 メリット

  • 高精度で複雑な加工を自動で製造できる。

  • 精度が高くほぼ均一な製品ができる。

  • NCに多種類の加工段取りが組め、一台で複雑な製品を完成まで加工でき、量産品に向いている。


✖ デメリット

  • プログラミング技術が必要。

  • 小ロットにかかる工具費、材料費、プログラミングなど、コスト、時間がかかる。


弊社(株式会社ヤマト)では『NC機』を用い、高精度で複雑な加工が出来る設備、人材が揃っています。デメリットである小ロット、短納期への対応も行なっています。






金属加工の世界2つ目|「溶接加工」




溶接とは金属を文字どおり「溶かして接合する」加工方法のことです。今から100年以上前から使われている技術です。金属が融点に達すると溶解し、温度が下がると固まる性質を利用して接合する方法です。例えば鉄は約1500度、アルミは660度程度が融点となります。


現在でも多くの製作所で用いられており部品の接合や金属パーツを組み立てたりするうえで、接合する場合において必要とされている金属加工方法です。


「溶接加工」というと、マスクをつけ、バーナーのようなものを持ってバチバチ火花を飛ばしながら作業している様子を思い浮かべる方も多いかと思います。

実は、溶接加工の中にも「アーク溶接(放電)」「ガス溶接(火)」など、さらに細かい分類があり、この分類によっても使う機器が異なります。

これだけではありません!


簡単に溶接のメリット、デメリットを紹介いたします。

●溶接加工のメリット【金属の密着性が高く、強度がある】

  • 高い強度の接合が可能

  • 接合面の気密性が高い   

  • 接合に部品や溶剤が必要なく手軽   

  • 重量が増えず組立の手間も少ない   

  • 接合できる形状の自由度が高い


溶接加工は、金属に熱を加えて溶かし、溶けた部分が冷えると固まる性質を利用した加工方法です。

金属同士をしっかり接合することができ、高い強度で仕上げることができます。


●溶接加工のデメリット【作業者の熟練度が顕著に表れること】



  • 熱を加えることで、歪みや変形する場合がある

  • 一旦接合をすると、基本的に外すことができない   

  • 母材を溶かすことで、母材にダメージを与える可能性がある  


溶接加工の多くは、自動ではなく手作業で行います。

なので、作業者の熟練度によっては、理想の仕上がりや品質にならない場合があります。






金属加工の世界3つ目|「鋳造(金型)加工」


鋳造(ちゅうぞう)とは、加工したい形の型を制作し、その型に溶かしたい金属を流し込んで成型する金属加工法です。


鋳造金型は、金属製の鋳型(いがた)を作り、その空洞部分に溶けた金属を流し込んで鋳物(いもの)を作る方法です。鋳型には、砂を固めて作った砂型、金属を削って作った金型、樹脂型や石膏型などがあります。鋳造で作ったものを鋳物(いもの)といいます。


鋳造法の種類の一部をご紹介


■■砂型鋳造法■■

鋳物砂で鋳型を成型した砂型(すながた)を使う鋳造法。

砂型を制作するには一般的に木型を使用する為、ロストワックスやダイカストと比べて安価で納期も短いのが特徴で、小ロット対応や大物対応が可能というメリットがあります。



■■生型鋳造法■■

鋳物砂を焼成(乾燥)せず、生のまま押し固めて砂型を成型して鋳造するので生型といわれています。

木製または金属製の上下対になった型枠を作成し、その枠に製品と同形状の原型(模型)と鋳物砂を入れて押し固め、原型を取り外して鋳型を作ります。



■■ガス硬化型鋳型■■

鋳砂にガスを注入し化学反応で硬貨させて鋳型と作る方法です。

水ガラスを混ぜた珪砂に炭酸ガスを注入し硬化させる炭酸ガス法、添加剤にフェノール樹脂やイソシアネート樹脂、アミンガスを用いるコールドボックス法などがあります。



■■金型鋳造法■■

金型を鋳型として成型する鋳造方法です。溶湯のみの重力で鋳造する金型重力鋳造法と、溶け湯を高圧・高速で注入するダイカスト鋳造法があります。



■■重力金型鋳造法■■

溶かした金属を金型に溶湯のみの重力で流し込む鋳造方法です。重力を利用するため、グラビリティ鋳造とも言われています。圧力をかけないため中子を利用して複雑な形状を作ることができます。



■■ダイカスト鋳造法■■

金型にアルミ合金、亜鉛合金、マグネシウム合金、銅などの非鉄軽金属を溶かして圧力をかけて流し込む鋳造法です。

金型に高い圧力をかけて鋳造するので精度が良く鋳肌もきれいで大量生産が可能ですが、金型コストが非常に高く、選択できる素材に制限があります。




金属加工をする上で必要になってくる資格をご紹介


安全に、正確に行うにはこのようものが必要に・・・


ここでは金属加工をするうえで必要な資格や受験資格について紹介していきます。



まず金属加工を行う上で必要になる資格は


  1. 機械加工技能士

  2. めっき技能士

  3. 溶接技能士・溶接管理技術者


の3つが主です。


まず初めに、受験資格についてです。

金属加工をするうえで必要な資格は中央職業能力開発協会(JAVADA)にて受講できます。

受験資格は以下の通りです。


​受験資格

特級

1級合格後5年以上の実務経験

1級

2級合格後2年以上の実務経験、3級合格後4年以上の実務経験

または、7年以上の実務経験

2級

3級合格後0年以上の実務経験

または、2年以上の実務経験

3級

平成25年以降より、6カ月に満たない場合も受験可能


どの試験を受けるにも、この受験資格が大前提となります。

3級は実務経験がなくても、受験できるようになっており初心者向けといえます。


この階級によって受験できる技能試験が異なり、特級に行くほど難易度が上がります。

例として、中央職業能力開発協会における「機械加工」の受験申請者数は以下の通りです。




また、それぞれ階級には「どのくらいの技能者が保有するべきか」定められています。


特級…管理者または監督者が通常有すべき技能の程度

1級…上級技能者が通常有すべき技能の程度

2級…中級技能者が通常有すべき技能の程度

3級…初級技能者が通常有すべき技能の程度




合格率を見てわかる通り、特級レベルになると受験申請する人数が減り、合格率もグッと下がります。

それほど難易度の高い階級だということがわかりますね。


それでは、階級による有すべき技能の程度が分かったところで、主に金属加工で必要な資格について紹介していきたいと思います。



1. 機械加工技能士


機械加工技能士は国家資格である技能検定のひとつです。

3級・2級・1級の試験は筆記試験と実技試験。

特級の試験は筆記試験のみとなっています。


各級に共通する実技試験ですが、各級ごとによって選択できる作業内容が異なります。


使用機械や作業ごとに区切られていて、全部で18の技能検定試験があります。

3級では「平面研削盤作業」「マシニングセンタ作業」「けがき作業」の3つしか選ぶことが出来ませんが、2級ともなるとその選択肢は1級・特級と同じものを選択できるようになります。


ですので、自分が担当している作業やこれから身に着けたい技能から資格取得をすることができます。




2. めっき技能士


めっき技能士は国家資格である技能検定のひとつです。


機械加工技能士は18もの試験内容がありましたが、めっき技能士検定の試験内容は


電流を用いた電気めっき作業

溶かした亜鉛に鋼材を浸してつくる溶融亜鉛めっき作業


の2つのみです。


また、先ほど説明した機械加工技能士とは違い、めっき技能士は全ての階級で筆記試験と実技試験が課せられます。




3. 溶接技能士・溶接管理技術者


溶接技能者の資格は、基本的に溶接が必要になるもの全般に有利です。

というものの、そもそも資格を取得していないと溶接の仕事に携わることができません。


溶接技能の種類は多くあり、


  1. 手溶接(被覆アーク溶接・ガス溶接)

  2. 半自動溶接

  3. ステンレス溶接

  4. チタン溶接

  5. プラスチック溶接

などがあります。



その中でも特に初心者向けと言われるのが『手溶接(被覆アーク溶接)』です。


初心者向けというものの、溶接業務を行う際には、電撃による感電や火花等によるヤケドなど様々な危険があります。溶接業務をする前に、これらの基本を学習しましょう。





弊社株式会社ヤマトではこのようなご要望にお答えします


いかがだったでしょうか?

金属加工の中にもたくさんの加工技術があることがわかったかと思います。

数ある加工方法の中でも、弊社株式会社ヤマトでは切削加工を中心に様々加工を行っています。


社内には多くの設備があり、切削加工を行うNC機を中心に、研磨機、ホブ盤、マシニングセンタなど取り揃えています。

詳しくはコチラから


長年培った加工技術で様々な形状の加工や、多条ねじ、長尺加工、偏芯加工、研磨、歯切りなどの加工にも対応しております。

詳しくはコチラから


また、協力工場様にめっきや、焼き入れ処理、アルマイトなどの処理の依頼などもできますので、弊社に加工のご依頼をいただければ完成品で納品することが可能です。

加工についてお困りの際は、ぜひ弊社株式会社ヤマトにご相談ください。

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