金属加工
金属加工(きんぞくかこう、英: metal working)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。
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集まりである。切削加工によって生まれるのは、最終的な金属の部品や製品と金属屑である。木工で言えば、おが屑や木片が生じるのと同じである。金属の切削加工で出る屑も、削り屑と切断された金属片である。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。
金属に穴を開ける穿孔加工(英語版)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。
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、高いほど難しいので、金属加工の歴史を考える上で重要である。見ての通り、金の酸化還元電位は極めて低く、鉄の酸化還元電位は他に比べてずっと高い。金がそのままの形で産することが多いのも、酸化還元電位が低いおかげである。金塊は純金に近く、そのまま加工することができる。
紀元前3000年頃に作られたと推定されている、にぎり部分が金を加工してできている、古代エジプトのファラオの儀式用のナイフ。
紀元前2200~1700年ころに加工されたと推定されている、金製の品物。
ミケーネの遺跡で見つかったアガメムノンのマスク。(紀元前1550~1500年ころに制作)
トトメス3世(紀元前1479年 - 1425年ころ在位)の時代のサンダルと腕輪。
「ツタンカーメンの黄金マスク(英語版)」。黄金を材料にしてつくられている。(紀元前1323年)
アナトリアの銀のパテラ(英語版)(紀元前2300-2000年ころ)
プスセンネス1世(紀元前1039 - 991年ころ在位)の墓から見つかった葬儀用杯。左が銀製。中央が銀と金。右が金製。
銀の器。鳥の模様を加工。紀元前5世紀ころ。
古代ギリシアのテトラドラクマ。(写真は紀元前454-404年ころのもの)
本体が銀製で把手が青銅製の水差し(紀元前400年ころ)
アルテミシオンのゼウス(英語版)ゼウスの銅像。(古代ギリシア、紀元前460年。)
銅製フライパン。(テッサロニキ、紀元前5~4世紀ころ)
以下に挙げる加工工程は本質的には金属加工とは言えないが、金属加工工程の前後に実施されることが多い。
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。
例えば中世の(またその伝統を受け継ぐ近・現代の)熟練の刀鍛冶はふいご・炭・槌などを用い玉鋼を鍛錬し成形し、焼入れ・焼もどし・焼なましなどの一連の熱処理を行い、研師はその刃をとぎ、また例えば近・現代のジュエリー工房では職人が金・銀・プラチナ等々の合金をガスバーナーややすりやペンチやはんだごてなどといった道具を用いて、美的感覚に配慮した細かな加工を手作業で行い、一方で現代の自動車工場では自動化された製造ラインの中で、毎日大量に、ロール状の鋼板を巨大なプレス機械に送り込み数千トンもの圧力で打ち抜いたり成形するなどして自動車のボディーのパーツを作り溶接ロボットにそれをつなぎ合わせる作業をさせていたり、また例えば精密な金属部品加工を行う工場や研究所等では工員やエンジニアや研究員などが、ただひとつの部品を作るために、コンピュータで数値制御された工作機械を用いて、切削ビットを自動交換させつつ、アルミのブロックを削る、といったように、ひとつひとつの領域ごとに、さまざまな技能・工程・道具で金属加工がおこなわれているのである。→#職人・専門家、#分類