金属加工（きんぞくかこう、）とは、金属材料にほどこす加工である。

金属加工は木工（木材加工）や石工（石材加工）などと対比される。

 概説 
金属加工には数千年以上の歴史があり、歴史的起源は様々な文化や文明に遡ることができる。

そのスケールは様々であり、船や橋の製造・加工から、ブロンズ像（銅像）、自動車、装身具などといったものもある。そして各領域ごとの独特の技能・工程・道具がある。

 歴史 

 先史時代 
金属加工は先史時代にまで遡るが、その起源は正確にはわかっていない。古代エジプト文明は金を扱うようになった最初の文明の1つとされている。

金属を扱うのに常に火を必要としたわけではない。アイザック・アシモフは「最初の金属」は金だったのではないかと考えた。その根拠は、金が化学的に安定していて純金の塊として見つかることが多く、その展延性により加工も容易な点である。金以外のほとんどの金属は鉱石や鉱物を含む岩石の形で存在しており、そこから金属を取り出すには熱を加えるなどの工程を必要とする。

ある時点で鉱石に熱を加えれば金属を取り出せることが判明し、銅やスズや鉛を多く含む岩石に需要が生じるようになった。古代の鉱山の痕跡は中東の至るところで見つかっている。南アジアのメヘルガルでは、紀元前7000年から紀元前3300年にかけて金属加工が行われていた。金属加工は紀元前6000年ごろ、中東で銅の精錬が一般化したことで本格化した。

 古代人の7種の金属 
古代人は7種類の金属を知っていた。以下にそれらを酸化還元電位の低いほうから順に挙げる。

 金: -1.50
 銀: -0.80
 水銀: -0.79
 銅: -0.34
 鉛: +0.13
 錫: +0.14
 鉄: +0.44

酸化還元電位が低いほど鉱石から金属を取り出し易く、高いほど難しい。

 銅、青銅、鉄の時代 
 銅
 銅鉱石とスズ鉱石は比較的豊富にあり、金属加工の歴史の中で金の次に重要となった。銅鉱石を熱することで銅が豊富に生産されるようになった。銅は装飾品や簡単な道具に使われたが、銅単独では硬さを要求される刃物などの道具には不向きだった。
 青銅
 青銅は銅とスズの合金である。純粋な銅に比べて硬く、刃物に加工できるという重要な利点があった。鉄の精錬が可能となるまでは道具や武器に使われた（詳しくは青銅器時代を参照）。
 中国やイングランドでは銅単独の時代は非常に短く、すぐに青銅器時代に突入している。日本では青銅と鉄がほぼ同時期に使われ始めた。アメリカ大陸では金属は知られていたが、それを道具や武器に使うようになったのはヨーロッパ人が新大陸を発見してからで、それまでは金属はほとんど装飾品や芸術品に使われていた。
 紀元前2700年ごろ、原料が入手可能な世界各地で青銅の生産が行われるようになっていた。
 鉄
 その後、鉄の精錬が始まる。鉄は道具や武器の重要な原料として使われ始め、鉄器時代が到来する。

 古代エジプト、古代インド、古代イスラエル、北米のマヤ文明など世界各地の古代文明で、希少な金属に独特の価値が付加されるようになっていった。場合によっては、貴金属の所有・分配・交易に規制をかけることもあった。金属加工職人は鉄や鉄合金で武器を作るだけでなく、鉄以外の貴金属で装飾品や宗教用の器物などの制作も行った。は、古くから世界各地の古代文化で見られる。

 今日 

金属加工は貴金属から装飾品を作るだけでなく、様々な産業の基盤となっている。

道具

日本の伝統的工具

けがき針、槌（ハンマー）、均らし（フラッター）、鋸（ソウ）、鋏（直刃・えぐり刃・やなぎ刃）、鑢（丸・半丸・平・角）

近代的工具

旋盤、ディスクグラインダー（グラインダー）など。レーザー加工（切断、溶接）もある。

職人・専門家
かつては鍛冶屋などと言う呼称も使われていた。鉄工所は、鉄に限らず広く金属類の加工を請け負っている。
現在では、プレス職人、溶接工など、細分化された名称が主として用いられている。

 分類 

金属加工は、「成形」、「切削」、「接合」に分けられ、それぞれに様々な工程がある。

+ 金属と加工工程の対応表 材質 工程 鉄 鋼 アルミニウム 銅 マグネシウム ニッケル 超硬合金 チタン 亜鉛 砂型鋳造 ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ 金型鋳造 ○ △ ○ △ ○ △ △ ダイカスト ○ △ ○ ○ インベストメント鋳造 ○ ○ ○ △ △ 型鍛造 ○ △ △ △ △ △ △ 押出成形 △ ○ ○ ○ △ △ △ 冷間圧造 ○ ○ ○ △ プレス加工と絞り加工 ○ ○ ○ △ ○ △ △ ねじ切り △ ○ ○ ○ △ ○ △ △ △ 粉末冶金 ○ ○ △ ○ △ ○ △ 凡例: ○ = よく行われる、△ = 若干困難を伴う、空白 = あまり推奨できない

いずれの場合も、最終的な製品に合わせて原料となる金属材の寸法を計測し、レイアウトを決める必要がある。デザインやパターンを金属材に転写する工程を Marking out(en) という。大量生産ではこの工程は省略されるが、個人が金属加工する場合には必須である。

ノギスは2地点間の距離を正確に計測する道具で、0.1mmから0.01mmといった精度で計測できる。それほど精密さを要求されない用途では普通のメジャーもよく使われる。

 成形加工 
成形加工は、金属材の一部を除去することなく変形させる工程である。成形には熱や圧力、機械力などを使う。他の加工法にくらべ生産性が格段に高い。これらに用いる金型・工具等は金属同士の衝撃や高温にさらされるため、ほとんどが鉄鋼材料の一種である強固な工具鋼で製造される。

 鋳造 

鋳造は熔解した金属を型に注ぎ、機械的な力を加えずに単にそれが冷却することで特定の形状にする。鋳造には以下のようなものがある。

 インベストメント鋳造
 遠心鋳造
 ダイカスト
 砂型鋳造
 シェルモールド鋳造
 回転鋳造

 塑性加工 

塑性加工とは、熱や圧力などを使って金属材を塑性変形させ、成形することをいう。歴史的には鍛冶屋の作業が塑性加工と鋳造にあたるが、今では産業化されている。

 冷間サイジング
 押出成形
 鍛造
 熱間金属ガス成形
 粉末冶金
 ぎょう鉄

 板金成形 

常温で機械力を加えることで成形する技法を指す。

 曲げ加工
 圧印加工(コイニング)
 反り低減
 絞り加工
 深絞り
 へら絞り
 レリーフ
 ロール成形
 彫金
 圧延
 ラバーパッド成形
 せん断加工
 プレス加工
 イングリッシュホイールを使った成形

 切削加工 

切削加工は金属材から最終的な形状に不要な部分を除去することで最終的な製品の形に近づける各種工程の総称である。切削加工によって、最終的な金属の部品や製品と金属屑が生まれる。切削加工の多くは、削り屑を生じる何種類かの機械加工に分類される。酸水素ガストーチなどを使った溶接技法で金属を切断する溶断加工もあるが、これは機械加工ではない。他にもいくつか特殊な化学的切削加工がある。

金属に穴を開けるは削り屑を生じる加工工程の一例である。ガス溶接トーチを使って鋼板を溶断するのは溶断加工の一例である。化学的切削加工とは、化学薬品を使ってマスキングとエッチングを行うなどの技法である。

金属を切断する技法は様々である。以下に一部を挙げる。
 人力の技法: 鋸、鑿、金切り鋏
 機械加工: 旋盤、フライス盤、ドリル、グラインダー、切断機
 溶断加工: レーザーによる切断、ガス溶接トーチによる切断、プラズマ切断
 侵食加工: ウォータージェット、放電加工、エッチング

切削時には刃先や切断面に多大な摩擦熱が生じるため、切削油や冷却材が必須である。冷却材は一般に切削対象や道具の表面に広範囲に吹きつけ、温度を低下させることで道具の過度の摩滅を防ぐ。冷却材による冷却方法には様々なものがある。

 機械加工 

機械加工は、金属などの素材から最終形状に不要な部分を除去することで複雑な形状を作る加工技術である。一般にフライスなどの工具と作業台から成るフライス盤という工作機械を使用する。フライスは工具であり、作業台は複数の方向に移動可能である（通常X軸とY軸方向の2次元の動きをする）。回転工具はZ軸方向に動く。作業台全体を持ち上げることもできる。このような工作機械はCNC（コンピュータ数値制御）も可能である。溝削り、平削り、穴あけ、ねじ切り、リューターによる加工など複雑な作業が可能でがある。主軸の方向によって、立フライス盤と横フライス盤に分けられる。

設計図からX, Y, Z軸の座標をCNCマシンに入れてやると、必要な作業を実行する。フライス盤は様々な3次元形状を作ることができるが、場合によっては加工対象物をX, Y, Z軸で回転させる必要がある。公差は1インチの数千分の1程度で、機械によって異なる。

刃先と加工対象物を冷却しておくために冷却剤が使われる。多くの場合冷却剤はホースから直接刃先と加工対象物に吹き付けられる。冷却剤の噴射はユーザーが制御する場合と機械が自動制御する場合がある。

アルミニウムからステンレス鋼まで様々な素材が加工可能である。ただし素材によって切削可能速度に違いがある。硬い素材では切削速度は遅い。柔らかい素材では一般に切削速度が速くなる。

フライス盤を使用することで様々な工程コストが付加される。まず、刃先の摩滅を防ぐために冷却剤の噴射が欠かせない。また、ある程度使った刃先は交換する必要がある。加工にかかる時間もコストに大きく影響する。複雑な部品の製作には時間がかかる。加工時間の差は製品全体の完成時間にも影響を及ぼす。

刃先は高速回転しており作業員が接触すると危険である。また、加工時に出る切削屑（せっさくくず）（業界では、切り粉（きりこ）と呼ぶ）は加工で高温かつ鋭利になっていて皮膚に触れると危険である。CNCでは作業員が刃先や切り粉に近づく必要がないため、安全性が高い。

 旋盤加工 

旋盤加工()は、1点を削る工具を使って円筒状の表面を作り出す切削加工である。対象物を1つの軸を中心に回転させ、軸に対して垂直に、または軸方向に工具を接近させて削っていく。回転軸に対して垂直な面を削りだすことを「面削り (facing)」と呼ぶ。軸に対して放射状の方向からの切削と軸方向の切削を組み合わせて表面を削りだすことを「プロファイル加工 (profiling)」と呼ぶ。

旋盤はブロック状または円筒状の素材を回転させ、研磨工具や切削工具を使い、回転軸を中心として対称な形状の物体を作る。燭台、テーブルなどの脚、ボウル、野球のバット、クランクシャフト、カムシャフト、軸受の台などの形状を作ることができる。

旋盤は、主軸台、往復台、心押し台の3つの部分から成る。主軸台の主軸には加工対象を固定するチャック装置があり、3つから4つの爪で加工対象を固定する。主軸を高速で回転させることで、対象物を切削するエネルギーを与える。古くは天井からベルトで動力を伝達していたが、最近の旋盤は電動機を使っているものが多い。加工対象物は主軸の先に回転軸方向に設置される。往復台は回転軸方向に移動可能な台で、その上の横送り台で回転軸に対して直交する方向に移動可能となっている。その上の刃物台にバイトという切削工具を固定する。往復台を回転する加工対象物の周囲で移動させることで切削工具が対象物の切削を行い、必要な形状に切削していく。心押し台は回転軸方向に移動可能で、必要な位置に固定できる。センタと呼ばれる工具で加工対象物を主軸台の反対側から支えることができ、切削工具で対象物の回転軸に対してなんらかの加工を施すこともできる。

旋盤では他に次のような加工ができる。

 面取り: 円筒の角の部分を削る。
 突切り: 軸に対して工具を放射方向から軸に向けていき、部品の一方の端を切り離す。
 ねじ切り: 対象物にねじ（雄ネジまたは雌ネジ）を切る。
 中ぐり: 回転軸に開けた穴を大きくする。
 穴あけ: 対象物の軸にドリルで穴を開ける。
 ローレット切り: 手で握る部分を意図して一定の斜交パターンを表面につける。

最近のCNC旋盤では独自に駆動された工具を使うこともでき、その場合は対象物自体は回転させない。そのため、最近のCNC旋盤は単なる回転体以外の様々な3次元形状も作ることができる。

旋盤加工の対象とする素材は比較的柔らかい金属だが、硬い金属でも切削に時間がかかるだけで不可能ではない。

バイトの素材は切削対象の金属より硬くなければならない。生産性は対象の素材の種類とそれに対して可能な切削速度で決まる。また、最終的な形状が複雑なほど時間がかかる。

 ねじ切り加工 

ねじ切り工程には様々なものがある。ねじ切りダイスを使った方法、専用のねじ切り盤を使う方法、ねじ転造盤を使う方法などがある。タップはドリルで開けた穴の内側に雌ネジを切るのに使われ、ねじ切りダイスは丸い棒に雄ネジを切るのに使われる。

 研削加工 

研削加工は金属素材を研磨する工程である。工作機械の一種であるグラインダーで、軽く切削することで非常に滑らかな表面仕上げをしたり、砥石車を使って高精度な仕上げをする。砥石車には様々な大きさのものがあり、石やダイヤモンドや無機化合物でできている。

最も単純なグラインダーとして、金属部品のバリ取りに使われるベンチグラインダーや小型アングルグラインダーがある。

手動の砥石車から、ジェットタービン製作に使われる毎分3万回転のCNCグラインダーまで様々なものがある。

グラインダーで仕上げをするには、対象とする金属より硬くなければならない。中にはCNCの軸の位置決めに使われるガラススケールの製造に使われるグラインダーもある。一般にある機械の部品を製造する機械は、対象機械の10倍の正確さでなければならない。

現代の砥石車は工業用ダイヤモンドなどの人工コーティング材（立方晶窒化ホウ素）を使っており、利用できる用途が広がっている。

現代ではCNC制御を含む進んだ研削加工があり、高精度に材質を削ることができ、航空宇宙用途や高精度部品の大量生産にも使えるようになっている。

 やすりがけ加工 

やすりがけ加工は、やすりを使って研磨と切断を行う加工技法である。工作機械が登場する以前は相対的に精密な小型部品を作るのに使われていた。特に平らな表面仕上げを得意とする。かつて熟練した機械工はやすりで微妙な調整を行うことができ、それが技能の証明にもなっていた。やすりがけは標準的生産技術としてはめったに使われないが、バリ取りにはよく使われている。