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冶金学において、冷間成形または冷間加工とは、金属が再結晶温度以下、通常は周囲温度で成形される金属加工プロセスです。このようなプロセスは、熱間圧延、鍛造、溶接などの熱間加工技術と対比されます。[1] : p.375 ガラス製造 では、同等の用語として同じまたは類似の用語が使用されています。たとえば、カットガラスは「冷間加工」、つまり成形された物体を切断または研磨することによって作られます。
冷間成形技術は通常、圧縮、曲げ、引抜き、せん断の 4 つの主要なグループに分類されます。一般的に、冷間成形技術には熱間加工技術よりも実行が簡単であるという利点があります。
熱間加工とは異なり、冷間加工では金属の流れに沿って結晶粒や介在物が変形するため、加工硬化や異方性材料特性が生じる可能性があります。加工硬化により金属は硬くなり、剛性が増し、強度が増しますが、塑性が低下し、部品に亀裂が生じる可能性があります。 [1] : p.378
冷間成形の用途は、大きな平板、複雑な折り畳み形状、金属管、ネジ頭とネジ山、リベット接合部など、非常に多岐にわたります。
プロセス
以下は冷間成形プロセスの一覧である: [1] : p.408
利点
冷間加工が熱間加工よりも優れている点としては、以下の点が挙げられる。[1] : p.375
- 加熱不要
- 表面仕上げの向上
- 優れた寸法制御
- 再現性と互換性の向上
- 金属に方向性を与えることができる
- 汚染の問題は最小限に抑えられます
材料と変形の程度によっては、加工硬化による強度の増加が熱処理による強度の増加に匹敵する場合があります。したがって、特に精度や細かい表面仕上げも必要な場合は、熱処理が可能な高価な金属を熱間加工するよりも、安価で強度の弱い金属を冷間加工する方が経済的な場合があります。
冷間加工工程では、機械加工に比べて廃棄物も削減され、ニアネットシェイプ法では廃棄物がなくなることさえあります。[1] : p.375 材料の節約は、大量生産の場合にさらに顕著になり、銅、ニッケル、金、タンタル、パラジウムなどの高価な材料を使用する場合にはさらに顕著になります。[2]冷間成形の結果としての原材料の節約は、機械加工時間の節約と同様に非常に大きくなります。冷間加工時の生産サイクル時間は非常に短くなります。マルチステーション機械では、生産サイクル時間はさらに短くなります。これは、大量生産に非常に有利です。
デメリット
冷間加工の欠点と問題点としては、次のようなものがある。[1] : p.375
- 金属はより硬くなり、より大きな力、より硬い工具や金型、より重い設備が必要となる。
- 金属は延性や展性が低いため、得られる変形量が制限される。
- 金属表面は清潔でスケールのないものでなければならない
- 最終製品に望ましくない異方性が残る可能性がある
- 最終製品に望ましくない残留応力が残る可能性がある
より重い設備とより硬い工具が必要となるため、冷間加工は大量生産産業にのみ適している可能性がある。[1] : p.375
加工硬化による可塑性の損失により、中間焼鈍と最終焼鈍が必要になる場合があります。残留応力を緩和し、製造物に望ましい特性を与えるためです。これらの追加ステップにより、冷間成形が熱間成形よりも経済的に優れている点の一部が打ち消されます。[1] : p.378
冷間加工された製品は、スプリングバックまたは弾性スプリングバックと呼ばれる現象に悩まされます。ワークピースから変形力が除去されると、ワークピースはわずかに跳ね返ります。材料の跳ね返り量は、材料の降伏ひずみ（降伏点におけるひずみ）に等しくなります。[1] : p.376
ショットピーニングや等角押し出しなどの冷間加工中にワークピースの全体的な形状を維持するために、特別な注意が必要になる場合があります。
参考文献
- ^ abcdefghi Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003).製造における材料とプロセス(第 9 版). Wiley. ISBN 0-471-65653-4。。
- ^ Deringer-Ney、「冷間成形と冷間圧造の利点」、2014 年 4 月 29 日