金属は、自動車の外板のように、薄い板の材料を求める形状の製品に成形できます。このような性質

則 正しく並んだ原 子の位 置にづれが生じて変 形し、金属は条件によりいろいろな形に成形できる

板金加工によっていろいろの形に成形できます。また、を利用し、金属を固体の状態で目的の形状に加工す●金属を固体のまま加工する●金属を液状にして加工する●二つの材料を溶かして接合する

金属がいろいろに加工できるのはなぜ

お寺の鐘のように、より複雑で立体的な形状の製品るのが板金や鍛造（刀や刃物の製作で、材料を加熱

一方、固体の金属に熱を与えて加熱すると、原子にも成形できます。このように金属がいろいろの方法

日常、われわれが目にしている金属の素材は板やブどうしを結び付けていた結 合 力が徐々に弱 くなり、し繰り返しハンマーなどで叩いて成形する方法が鍛造

ロック状の固体材料です。この状態の材料を顕微鏡最終的には全く結合力がなくなり、原子が自由に動です）と呼ばれる塑性加工法なのです。

で１００倍や２００倍に拡大して見てみると、結晶きまわる水と同じような液体の状態になります。このものに起因しているのです。

粒と呼ばれる粒の集まりであることがわかります。さ金属で作った型の空間にこの液体状態の金属を流しのように金属が液体状態になる現象を利用し、砂やでいろいろの形に成形できるのは、金属の成り立ちそウムならばアルミニウム、鉄なら鉄の一つひとつの原込んで複雑な形状に成形するのが鋳造です（お寺の鐘

固体金属に力を加えて加工（塑性加工（板金加工））BOXらに、これらの粒の構成を詳しく調べると、アルミニ子が規則正しく並び、それぞれの原子が互いに引き水のような流動性を持たせるため多くの合金元素が添加された溶融金属や風鈴などがこの方法で造られています）。 また、二トリベ合う結合力という力で結びついた結晶格子の集まり

メス型

つの材 料を溶かして凝 固させ接 合するのが溶 接で、金属板でできていることがわかるのです。 すなわち、金属の製品

板金や鋳造で成形加工された材料は溶接などで接合力（荷重）され、より複雑で機能を持った製品になるのです。

オス型

板や棒はこうした原子と原子の結合力で成り立って加熱し液体状態にして加工（鋳造）

結合力を超える力を加えると原子間の距離（位置）が変化して形を変えることで成形おり、この結合力を超えるような力が加わると、規金属材料（原子と原子の結合力で成り立つ）

要点10

材料を溶融温度以上に加熱すると原子と原子の結合力が失われ、原子が自由に動き廻る液体状態にして型に流し込み成形

11

砂型（金型）

1
金属材料の成形加工

板金加工のイロハ●第1章

加工のしやすさは材料によって変わる
変形のしやすさは原子の構成で決まる立方の結晶格子の材料のほか、 個の原子が直方体や銅（ ）、り立ちで決まります。 例えば、アルミ（ ）金属材料の加工のしやすさはおおむね結晶格子の成晶 格 子です。 その結 晶 格 子は材 料によって異なり、材料は、体心立方であっても体心立方材料ほど原子子などがあります。 すず（ ）に代表される正方格子

その限られた面の中心に原子の入ったちゅう密六方格る正方格子材料や 個の原子で構成される六方体でとなるように配列し、その重心位置に原子がおさまが密に集まっておらず、手加工される食器などにも使●Al、銅、金、銀の構造は面心立方格子●鉄は体心立方格子●正方格子構造のSn、ちゅう密六方格子のMg

項で述べたように、金属の成り立ちの基本は結個の原子が立、銀（ ）などの材料は、紙のような板材の箔金（ ）方体となるよう配置され、かつ立方体のそれぞれのわれているように体心立方材料と面心立方材料の中に加工できます。これらの材料は、面の中心にも原子が配置される面心立方格子と呼ばまた、六方体を形作るように原子が配列されたち間の変形のしやすさとなります。の構造はマッチ箱構造であり、加工のための力が加わ六方体結晶格子の組み合わせで、変形はほとんどむずかしい方格子の材料であるマグネシウム（（d）ちゅう密六方格子材料

個の原子で構成される立方体に、面ではなくその重すずなどのように食器程度の加工は容易にできるのですの製品が鋳造品であり、板金加工で成形する場合に）は、ほとんどめて成形が難しくなります。したがって、ちゅう密六ゅう密六方格子の材料は、その形状的な制約から極一方、室温の鉄（ ）などの材料は、同じようにると変形しやすく、箔の状態まで加工ができます。

れる結晶格子の材料なのです。 すなわち、面心立方12重心位置に「すじかい」となる原子が入っているが、原子間の距離の長い部分で変形を助ける

心位置に原子がおさまる体心立方格子の材料なので（c）正方格子材料

は加熱し材料が温まった状態での加工が必要となり13

す（すなわち、この体心立方の結晶格子の材料では、室温状態での鉄のようにやや加工がむずかしい。ただし、赤熱に加熱された鉄は面心立方に変化し、加工しやすくなりますます。このように、材料の板金加工による変形のし8結晶格子の重心に原子が「すじがい」の状態で入っており、変形がややむずかしいやすさは、基本的に材料の原子の構成で決まるのです。

（b）体心立方材料

BOXFe

アルミや銅、金などのように箔の状態にまで加工が可能です

要点SnAl8Ag原子は面につまって入っており、結晶格子自体はマッチ箱構造で変形しやすい形をむずかしくします）。こうした面心立方や体心（a）面心立方材料

マッチ箱の中心に原子が居座ってかすがいとなり、変マグネシウムのように、常温での加工はほとんどむずかしくなります

12Cu

821Au

材料の成り立ちと加工のしやすさ

Mg

板金加工のイロハ●第1章

しかし、荷重がある大きさ（降伏点あるいは耐力と呼元の状態に戻ります（こうした変形が弾性変形です）。

荷重が小さい場合、荷重を取り除くと、この内力でわった力だけ元にもどそうとする内力も発生します。

形します。 同時に、原子どうしの結合力により、加している原子間の距離を変え（ひずみを発生し）、変金属材料に力（荷重）が加わると、材料はその構成ないよう、加工を行うのです。こうした加工段階でて金（手板金の場合）を用い、必要以上の変形が進ま

そこで、板金加工では、金型（機械板金の場合）や当進みすぎ、場合によっては材料が破断してしまいます。

要な加工を達成します。ただ、この状態では変形が形を得ることは難しく、幾分大きい荷重を加えて必要です。この場合、変形に費やされる荷重だけで変降伏点（耐力）を超えた荷重を材料に加えることが必

板金加工とはばれる大きさです）を超えると、弾性変形に加え元加えられる余分な荷重は、加工した材料に応力を発板金加工の原理に戻らない塑性変形が加わり、変形する量が急速に生させ、その応力を加工材内部に取り込んでしまう
すずなどのように食器程度の加工は容易にできる

六方体結晶格子の組み合わせで、変形はほとんどむずかしい

マグネシウムのように、常温での加工はほとんどむずかしい

室温状態での鉄のようにやや加工がむずかしいひずみで、この図を応力とひずみで示したものが応

変形量を単位長さ当たりで示した値が応力ならびにしたものが荷重変形線図です（荷重を単位面積当たり、発生していた残留応力の一部が取りのぞかれ、 残留加工後の製品の機械加工や溶接などの熱加工により低下させる要因になることがあります。 また、成形

この残留応力の発生は、製品の強度や耐腐食性をのです（こうした応力を「残留応力」と呼びます）。

重心位置に「すじかい」となる原子が入っているが、原子間の距離の長い部分で変形を助ける

この力で生じた
変形量2mm（b）ちゅう密天方材料加えられた力材料に加えられる力比較しやすくするため、この量を材料の元の長さで割り 1mm 当たりで示したものがひずみ応力でバランスが保たれていた加工材の応力バランス

変形量

ただし、荷重に対する変形量（原子間でのずれ）は小さく、荷重をとり去ると原子間の結合力で元の状態にもどります（弾性変形）

変形量を壊し製品の精度を低下させたりするのです。

この間になると、加わった力で材料は大きく変形（多くの元にもどらない塑性変形にわずかな弾性変形が加わったもの）…この変形を利用するのが板金加工

板金加工では、必要な形状の変形が得られるまで破断比較しやすくするため︑この量を材料の元の断面積で割り︑１ 当たりで示したのが応力加わった力（荷重）に対し、材料は全体で均一に同じ量で変形します

力ひずみ線図になります）。

荷重（c）正方格子材料

15（b）体心立方材料

×材料に一様に発生していた変形部にくびれを生じ、その部分に変形が集中し加えた力に対し変形量が多くなる
この間に加えられた力●金属は応力ひずみ線図に沿って変形●元の形に戻れる弾性変形●もう元に戻れない塑性変形14

多くなり、断面積が減少し最終的に破壊してしまい
結晶格子の重心に原子が「すじがい」の状態で入っており、変形がややむずかしい

こうした荷重と変形の発生状態の関係を左図で示

アルミや銅、金などのように箔の状態にまで加工可能

変形の形態が変わる点で、変化が完了するまで不安定な状態となる
降伏現象

BOXます。

原子は面につまって入っており、結晶格子自体はマッチ箱構造で変形しやすい元の状態にもどれない距離まで原子間がずれる変形（塑性変形）を発生し始める

要点※実際の板金加工では、必要な変形を与えられる力よりもやや大きい力を加えて確実な加工を行います。そのため、余分に加えた力で加工材には残留応力を発生するのです。

3
荷重変形線図

板金加工のイロハ●第1章