あなたの手にある精密機器や、車のエンジンの重要な部品について考えてみてください。原材料は、特定の形状、性能特性、表面特性を持つ最終製品にどのように変わるのでしょうか？金属部品の製造は、複数の技術を統合した複雑なプロセスです。この記事では、初期の成形から高度な表面処理まで、金属部品製造の複雑な段階を探求し、その根底にある科学技術を明らかにします。さまざまな製造プロセスを検証し、最高の性能とコスト効率を達成するための最適な技術の組み合わせをどのように選択するかを議論します。
金属部品の製造は通常、一次加工と二次加工に大別される一連のプロセスを伴います。多くの部品では、両方の組み合わせが必要です。製造中、未完成の部品は、さらなる加工を待つ「仕掛品」（WIP）と呼ばれます。
一次加工は、金属部品製造の中核を成し、部品の基本的な構造を定義します。以下は、一次加工の主な種類です。
成形と鋳造は、溶融材料を金型に注入し、固化させてから成形された部品を排出することを含みます。これらの方法は、金属、ポリマー、ガラスに適用されます。プラスチックの場合、一般的な技術には射出成形とブロー成形があり、金属の場合はダイカスト、砂型鋳造、ロストワックス鋳造が一般的です。
すべての成形および鋳造プロセスでは、材料組成と溶融温度の制御が必要です。射出圧力、金型温度、排出タイミング、金型潤滑などの追加の変数も重要になる場合があります。
このプロセスでは、金属またはセラミック粉末を金型内で加圧し、高温炉で焼結して粒子を固体の部品に融合させます。熱間プレスと熱間静水圧プレスは、圧密と焼結を組み合わせます。
理想的な焼結部品は、圧密と焼結パラメータを通じて設計された制御された多孔性を示し、所望の特性を達成します。
これらのプロセスは、機械的変形を介して固体金属またはポリマーを成形します。出発材料には、シート、チューブ、ロッド、またはブランクが含まれ、成形を容易にするために加熱されることもあります。金属部品は、スタンピング、ドローイング、鍛造、または押出成形される場合があります。ポリマーは、圧縮成形または熱成形を介して成形されます。
この減算プロセスは、シート、ブロック、またはバーから材料を除去して、鋳造または成形された部品を改良し、より厳しい公差を達成し、または外観を変更します。技術には、機械加工、化学エッチング、レーザービーム加工が含まれ、金属、ポリマー、セラミックに適用できます。
ラミネーションは、個々の材料層を多層構造に組み立てるもので、多くの場合、複合材料に使用されます。層は、接着剤の有無にかかわらず、熱を加えて一緒に加圧されます。
二次加工はWIPを変更し、次の3つのカテゴリに分類されます。
熱処理は、金属の微細構造を変更して、強度、延性、または磁気特性を向上させます。制御された加熱および冷却サイクルは、材料と所望の結果によって異なります。
化学的、機械的、または熱的方法により、表面組成、テクスチャ、または化学的性質を改良して、耐摩耗性、疲労寿命、摩擦、または結合能力を向上させます。
薄い層（ナノメートルからマイクロメートル）は、基板の能力を超えて、耐摩耗性、耐食性、または外観を向上させます。例としては、次のものがあります。
一部のコンポーネントは、複数の二次加工を受けます。たとえば、サンドブラストは、表面を清掃して粗面化するために塗装の前に使用される場合があります。成形前の材料（たとえば、鋼板の亜鉛）を事前にコーティングすると、成形後のコーティングと比較してコストを削減できます。
バルク成形を超えて、堆積、エッチング、または化学変換技術は、特に電子機器（たとえば、集積回路、MEMS）で複雑な構造を構築します。ここでは、基板が機械的サポートを提供し、機能的な設計に統合されます。
