鋳造と鍛造の違いとは？加工方法や工程、メリット、デメリットは？

「鋳造」と「鍛造」は、どちらも金属加工の方法の一つです。鋳造は金属を溶かして鋳型に流し込んで成形するのに対して、鍛造は金属を叩いて加工するという大きな違いがあります。鋳造と鍛造について、それぞれの加工方法や工程、メリットやデメリットを紹介したうえで、2つの違いを比較していきます。

鋳造とは

鋳造（ちゅうぞう）とは、金属に電気炉などで熱を加えて溶かし、鋳型に流し込んで冷やし固めることで成形する加工方法です。鋳造によってつくられた製品は、鋳物（いもの）と呼ばれています。

鋳造の種類と工程や特徴

鋳型には型の種類による様々な工法があります。そのうち、砂型鋳造法とロストワックス法、ダイカスト（ダイキャスト）の工程や特徴をまとめました。

砂型鋳造法

砂型鋳造法は文字通り砂を固めてつくる型で、流した金属が固まったら、壊して取り出します。砂型は1度しか使用できないため、大量生産には向きませんが、安価で細かなデザインにも対応できるのが特徴です。試作品や小ロットの製品の製造に向いています。

ロストワックス法

ロストワックス法は、まず、ワックスを成形するための金型を製作し、ワックスを注入してワックス模型を製作します。次に湯口棒に複数のワックス模型を樹木の枝のように装着し、ツリーと呼ばれるものをつくります。ツリーに耐火材の皮膜をコーティングして、乾燥させる作業を繰り返し行います。そして、加圧・加熱させることでロウを溶かし出した後、高温で焼いて強度を高めます。

それから、完成した鋳型に溶かした金属を流し込み、鋳型を壊してツリー状の製品を取り出して一つ一つカットし、熱処理を行います。

ロストワックス法は、精度の高い複雑な形状の製品の製作が可能であり、表面がきれいなことが特徴です。

ダイカスト（ダイキャスト）

ダイカストは精密な金型を製作し、高い圧力を加えながら溶かした金属を流し込み、凝固させた後、金型から取り出すという加工方法です。大量生産が可能であり、精度が高く薄い鋳物が製作できるという特徴があります。

鍛造とは

鍛造（たんぞう）とは、ハンマーやプレス機などで金属を叩いて圧力を加えることによって成形する加工方法をいいます。圧力を加えることで、金属の内部の空気の隙間が潰され、結晶が微細化して粒が揃うため、強度がアップするという特徴があります。

鍛造の加工する温度による種類

鍛造は加工時の温度によって、主に次の4種類に分類できます。

・熱間鍛造…金属を再結晶温度以上となる約1000〜1200℃の高温に加熱して、柔らかい状態で加工する方法。歪んでいた結晶が正常な状態に戻るため、メタルフローラインが整うことから、強度を確保しやすいのが特徴です。
・冷間鍛造…常温で金属が硬い状態のまま加工する方法です。加工には高い圧力が必要になりますが、寸法精度が優れています。
・温間鍛造…熱間鍛造と冷間鍛造の間の約300〜800℃に加熱して成形する加工方法。冷間鍛造よりも圧力を必要とせず、熱感鍛造よりも高い精度で加工できます。
・溶湯鍛造…鍛造と鋳造を融合した加工方法。半凝固状態で圧力を加えて加工します。

鍛造の加工方法による種類

鍛造は加工方法によって、自由鍛造と型鍛造に分類することができます。

・自由鍛造…ハンマーと金敷と呼ばれる台を用いて、金属を加工する方法です。かつては職人による手仕事でしたが、昨今では機械ハンマーが主流となっています。

・型鍛造…ダイスと呼ばれる金型を用いる加工方法で、大量生産に向いています。型鍛造には、密閉鍛造と半密閉鍛造、閉塞鍛造といった種類があります。密閉鍛造は、金型に材料を入れて圧縮したときに、密閉された状態になります。半密閉鍛造は金型に材料を入れて圧縮したときに、余分な材料をはみ出させることで、型の中に充満させる方法です。閉塞鍛造は型に材料を入れて圧縮した後、型やピンを動かして成形する方法といいます。

鍛造の工程

型鍛造は一般的に次の流れで加工が行われています。

・材料の切断…金型に対して適切な長さに切断し、金型にセットします。
・加熱…熱感鍛造や温間鍛造は適切な温度でムラなく加熱します。
・圧縮…プレス機で荷重を加えて圧縮します。

この後、金型から取り出し、必要に応じて、バリを取り除くためのトリミングや酸化鉄を取り除くためのショットブラストなどの後工程を行います。

鋳造のメリット・デメリット

鋳造は金属を複雑な形状に容易に加工しやすいことがメリットです。加工方法にもよりますが、薄く加工することも可能であり、デザイン性の高い製品にも対応できます。

また、ダイカストなど金型を使用した方法では、何度も同じ型を繰り返して使用することができるため、短時間で低コストで大量生産を行うことができることもメリットに挙げられます。同じ金型を使用することによって、製品による寸法の誤差も生じにくくなります。

ただし、鋳造で強度を確保するためには、ある程度の肉厚が必要なことから、重量が重くなることがデメリットに挙げられます。

鍛造のメリット・デメリット

鍛造は圧縮するときに金属内部の結晶が整うことから、強度を確保できることがメリットです。金属を薄く加工して、軽量化を図りやすいのも特徴です。また、型鍛造であれば大量生産を行うこともできます。

ただし、型鍛造は複雑な形状をつくるのが難しく、成形に時間がかかることがデメリットに挙げられます。また、形状や仕様にもよりますが、比較的コストが高い加工方法です。

鋳造と鍛造の加工品の特徴の違い

鋳造は金属を溶かして鋳型に流し込んで成形する、鍛造は金属を叩いて加工するといった加工方法の違いから、特徴に違いがあります。

鋳造の方が複雑な形状で加工しやすく、形状の自由度が高いです。

一方で鍛造の方が強度が強いという特徴があります。安定した強度を確保したい場合には、製品形状に沿ったメタルフローラインができる鍛造の方が向いています。また、鋳造の方が強度を確保するために、鍛造よりも重くなりやすいです。

単純に加工品を比較すると、鋳造は重くて安いのに対して、鍛造は軽いもののコストが高くなるという傾向があります。鍛造は加工に時間がかかることから、鋳造の方が大量生産向きで、コストを抑えられるためです。ただし、鍛造も金型を使用した加工による大量生産が可能であり、後工程が必要になるかどうかによって一概には言えない部分もあるため、注意が必要です。

鋳造と鍛造でゴルフクラブには違いがある？

しばしば鋳造と鍛造の2つの加工方法の違いで比較されるのが、ゴルフクラブのアイアンです。

鋳造は複雑な形状にできたり、異なる素材を組み合わせたりできるのが特徴です。鋳造のゴルフクラブは打ちやすく、低コストなものが多い傾向があり、初心者向きです。

一方、鍛造で加工されたゴルフクラブの中でも、素材に軟鉄を使用した軟鉄鍛造は、主に上級者に支持されています。軟鉄を叩いてつくられて凝縮されていることから、打感がよく余計な振動がないことが理由です。また、ライカ角を調整できるモデルが多いのも特徴です。

まとめ

鋳造と鍛造は、鋳造は複雑な形状をつくりやすく、鍛造は強度が高いという違いがあります。また、コストの面では鋳造よりも鍛造が高いのが一般的です。ただし、それぞれの工法の種類によって異なる部分もありますので、材料や製品に合った加工方法を選択することが求められます。

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