金属回転

金属スピニングは、スピンフォーミング、スピニング、金属旋削とも呼ばれ、金属のディスクまたはチューブを高速で回転させ、軸対称の部品に成形する金属加工プロセスです。^{[1]スピニングは手作業または}CNC旋盤で行うことができます。

金属回転の産業は、古代エジプト時代にまで遡る歴史を持ち、古代エジプト時代には使用されていた技術です。当時、金属回転は原始的な旋盤で人力による軟質金属の回転に限られていました。この技術は、19 世紀にヨーロッパと北米で水力と蒸気動力の大幅な進歩をもたらし、20 世紀初頭には電気モーターが必要な電力と高速回転能力を提供しました。この進歩により、金属回転の職人は真鍮、銅、アルミニウム、さらにはステンレスや冷間圧延鋼で作られたより高品質の作品を回転できるようになりました。

金属スピニングでは、従来の木材や金属の旋削のように材料を除去するのではなく、既存の形状の上に 金属板を成形します。

金属スピニングは、職人の専門分野から、商業用途の円形金属部品を成形する最も有利な方法まで多岐にわたります。職人は、このプロセスを使用して、建築ディテール、特殊照明、装飾的な家庭用品、壷を製造します。商業用途には、ロケットの ノーズコーン、調理器具、ガスシリンダー、真鍮製楽器のベル、公共のゴミ箱などがあります。アルミニウムやステンレス鋼から、INX、インコネル、グレード 50/コルテン、ハステロイなどの高強度、高温合金まで、実質的にあらゆる延性金属を成形できます。成形部品の直径と深さは、使用可能な機器のサイズによってのみ制限されます。

スピニングの工程は極めて単純である。成形されたブロックを旋盤の駆動部に取り付ける。次に、予めサイズ調整された金属ディスクを、テールストックに取り付けられた圧力パッドでブロックに固定する。次に、ブロックとワークピースを高速で一緒に回転させる。次に、ワークピースに局所的な力を加えて、ブロック上を流す。力は通常、さまざまなてこツールによって加えられる。単純なワークピースはブロックから取り外すだけだが、より複雑な形状には複数のピースからなるブロックが必要になる場合がある。極めて複雑な形状は氷の形の上でスピニングすることができ、スピニング後に氷の形のブロックは溶けてしまう。ワークピースの最終的な直径は常に開始直径よりも小さいため、ワークピースは厚くなり、半径方向に伸び、円周方向に曲がる必要がある。^[1]

縮小またはネッキングと呼ばれるより複雑なプロセスにより、回転したワークピースに凹角形状を含めることができます。表面仕上げと形状が重要でない場合は、ワークピースは「空中回転」され、マンドレルは使用されません。仕上げまたは形状が重要な場合は、偏心して取り付けられたマンドレルが使用されます。

「熱間スピニング」では、トーチからの高熱を加工物に当てながら、旋盤で金属片を回転させます。金属が加熱されると、旋盤の工具が加熱された表面に押し付けられ、回転しながら変形させられるため、金属は成形されます。その後、ほとんど力をかけずに部品を成形または直径を小さくして、継ぎ目のない肩部を作ることができます。

基本的な手回し金属工具はスプーンと呼ばれますが、他の多くの工具（市販品、アドホック、即席）を使用してさまざまな結果を得ることができます。 回転工具は、アルミニウムに使用する場合は硬化鋼で、ステンレス鋼や軟鋼を回転させる場合は真鍮で作ることができます。

一部の金属スピニング ツールは、成形プロセス中にベアリング上で回転します。これにより、ツールの摩擦と加熱が軽減され、ツールの寿命が延び、表面仕上げが向上します。回転ツールは、ツールの寿命を延ばすために、セラミックの薄膜でコーティングされることもあります。回転ツールは、 CNC金属スピニング操作 でよく使用されます。

商業的には、手紡ぎと CNC 金属紡ぎの両方において、レバーの端に取り付けられたローラーがマンドレルまでの材料の成形に一般的に使用されています。ローラーの直径と厚さは、使用目的によって異なります。ローラーが広いほど、紡ぎ面は滑らかになり、薄いローラーを使用すると、より小さな半径を成形できます。

金属の切断は、手持ちのカッターで行われます。カッターは、多くの場合、工具鋼の形を整えた/鋭利にしたやすりを取り付けた 1 フィートの長さの中空棒です。CNC アプリケーションでは、超硬または工具鋼の切断ツールが使用されます。

マンドレルは他の金属加工工程で見られるような過度の力を受けないため、木材、プラスチック、氷から作ることができます。硬い材料や大量使用の場合、マンドレルは通常金属製です。^[1]

1 回のセットアップで複数の操作を実行できます。ワークピースには凹面プロファイルがあり、中心線に対するプロファイルは実質的に制限されません。

成形パラメータと部品形状は、他の金属成形技術よりも低コストで迅速に変更できます。ツールと製造コストも比較的低く抑えられます。スピン成形は手作業で行われることが多いですが、簡単に自動化でき、プロトタイプや大量生産に効果的な製造方法です。^[1]

円形の金属部品を成形する他の方法には、ハイドロフォーミング、スタンピング、鍛造、鋳造などがあります。これらの他の方法は、一般的に金属スピニングよりも固定費は高くなりますが、変動費は低くなります。商業用途の機械が改良されるにつれて、1 インチ (25 mm) を超える厚い鋼材で部品がスピニングされるようになりました。従来のスピニングでは、他の方法よりも材料の無駄がかなり少なくなります。

継ぎ目のない部品を生産するために、1 つの材料を使用してオブジェクトを構築できます。継ぎ目がないと、部品は、それにかかるより高い内部圧力または外部圧力に耐えることができます。例: スキューバ タンクや CO2_{カートリッジ}。

金属スピニング加工の欠点の 1 つは、ひび割れが生じたり、物体がへこんだりすると、それを廃棄しなければならないことです。物体を修理するのは費用対効果が高くありません。

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