機械加工用プリフォームとは？
プリフォームとは、機械加工部品が最初に持つ形状のことです。機械加工される部品はすべて、打ち抜きブランク、丸棒または管材の定尺材、あるいは購入したニアネットシェイプ素材（鍛造品、冷間押出しブランク、冷間圧造ブランク、鋳造品、焼結粉末冶金ブランクなど）から始まります。この選択は通常、工具を手に取る前に決まります。除去すべき材料量、完成部品に残る元のメタルフローの量、機械加工に必要な工程数、そして気孔や硬点がどこに発生するかが、この選択で決まります。ニアネットシェイプのプリフォームは棒材より1kgあたりのコストは高くなりますが、切りくずの大半を除去できるため、投入材料費が上がっても部品トータルコストは下がることがよくあります。棒材から加工する部品では、投入材料の70％を切りくずとして除去するのが普通です。鍛造品から同じ部品を加工する場合、切りくずは15％で済むことがあります。
プリフォームが部品コストを決める理由
機械加工コストを左右するのは、原材料の価格ではなく、除去する材料の体積と段取り回数です。ニアネットシェイプのプリフォームはこの両方に効きます。切削する材料が減ればサイクルタイムが短くなり、工具の消費が減り、廃棄する廃材も少なくなります。また、ボス、ウエブ、フランジがあらかじめ成形されたプリフォームなら、工程全体を1つ削減できます。トレードオフは金型と最小発注数量です。鍛造金型、押出しパンチ、焼結金型は、ある年間数量を超えて初めて経済的になります。その数量を下回る場合は、切りくずが増えても棒材の方が安くなります。DFM段階でプリフォームを検討する意味は、図面をまだ変更できるうちに、その部品がどちら側に属するかを見極めることにあります。
プリフォームの種類と、それぞれが有利になる条件
- 打ち抜きブランク — 内製。 打ち抜き、穴あけ、成形はBalford自社の25t～350tプレスで行い、そのブランクを同じ工場内で機械加工します。1回のレビューで両工程をカバーでき、サプライヤー間の受け渡しもないため、機械加工を施す平坦または軽度成形のプロファイルに最短のルートとなります。
- 丸棒。 中低量産の回転部品ではこれが既定の選択です。金型不要、最小発注数量なし、バーフィーダーが対応できる径なら何でも使えます。コストは切りくずに乗るため、棒材から加工して投入材料の大半を除去する部品は、ニアネットブランク化の最初の候補になります。
- 鋼管。 内径がすでに穴として存在する場合に選びます。スリーブ、スペーサー、ブッシュ、ハウジングなどは、購入時の内径をそのまま使い、機能面だけを仕上げます。管の肉厚と同心度は図面レビューの対象になります。
- 熱間鍛造 — ビレットを赤熱するまで加熱し、金型で鍛造します。メタルフローが部品形状に沿うため、荷重を受ける方向の強度が高くなり、鍛造ボス、レバー、アイ（輪）など、丸材から削り出すと無駄が多い形状に適します。鍛造ままの公差は機械加工に比べて緩いため、鍛造品は通常、機能部位を仕上げ加工します。
- 冷間押出し — ビレットを室温で成形します。寸法精度と表面粗さは熱間成形よりも最終形状にはるかに近く、材料歩留まりも高く、冷間加工によって表面の降伏強度が上がります。対称形状の部品、たとえばスリーブ、カップ、ブッシュ、ハウジングに適します。
- 冷間圧造 — 線材を室温で据え込み、頭部や肩部を成形します。高速で、廃材はほとんど出ず、ファスナー、ピン、リベット、肩付き端子の標準的な製法です。制約は形状で、冷間圧造は、基本的に胴体の端部が拡大した形の部品で材料を有効に使えます。
- 鋳造 — 砂型鋳造、インベストメント鋳造、ダイカストがあります。複雑な内部空洞を経済的に作れる唯一の製法であり、砂型鋳造は金型費がほとんどかからないため、一品物や低量産部品に適した選択です。その代わり、公差は他の製法より粗く、気孔は「ないものとする」のではなく、管理・検査する必要があります。
- 粉末冶金 — 金属粉末を金型で圧縮成形し、焼結します。小型で複雑な高量産部品ではニアネット形状となり、意図的に気孔を制御して作ることもできるため、自己潤滑軸受や一部の磁気部品で主流となっています。制約は部品サイズ、肉厚、耐衝撃性で、金型費は量産時にのみ正当化されます。
要点
判断は通常、4つの数字で決まります。年間数量、完成品サイズ、形状の対称性、特定方向に必要な強度です。高数量で対称形状なら、冷間押出し、冷間圧造、粉末冶金が候補になります。異形ボスがある、または荷重方向が決まっているなら熱間鍛造です。低数量で複雑な内部キャビティなら鋳造です。金型予算をかけられないなら棒材切削です。
Balfordが内製している工程と、外注している工程
Balfordは機械加工を内製し、プレス加工と絞り加工も内製しています。プレスブランクは自社プレスで生産するため、このルートではブランクと機械加工の両方を1社で完結できます。丸棒と鋼管は材料として購入します。当社が製作しないニアネットブランクは、認定外注先から購入します。熱間鍛造、冷間押出し、冷間圧造、鋳造、粉末冶金です。この区分をあえて明記するのは、プリフォームのサプライチェーンが顧客の承認する工程ルートの一部だからです。自社で行う工程だけを説明するサプライヤーは、部品の半分しか説明していないことになります。Balfordは鍛造工場、鋳造工場、粉末冶金工場ではありません。本ページでもそのように装いません。これらのプリフォームの外注先リストは拡充中です。部品の見積りルートには、使用するプリフォームを明記します。
各外注先は、顧客がBalfordに課すNDAと少なくとも同等に厳しい守秘義務を書面で負い、その工程に必要な情報のみを受け取ります。部品の見積り工程ルートには、使用するプリフォームと外注工程を明記し、外注先の名称は要請があれば開示します。
プリフォーム検討のために送付いただくもの
- 完成品図面 — プリフォームの判断は、現在のサプライヤーがたまたま購入しているものではなく、完成形状から導かれます。
- 年間数量と想定プログラムライフ — 金型が経済的に成り立つかどうかは、これで決まります。
- 材料 — 一部の鋼種は特定の形態でしか入手できず、鍛造できない鋼種でも鋳造適性が良い場合があります。
- 強度が必要な箇所 — 荷重方向、および疲労や圧力の要件です。メタルフローと気孔の影響を受けるためです。
- 完成面と成形まま面の区分 — 成形まま面を部品のどこかで許容できる場合にのみ、ニアネットのプリフォームを購入する価値があります。
- 現行ルート — 現在棒材から機械加工している部品であれば、比較は単純で、数量があれば通常は初年度で元が取れます。
当社が主張しないこと
Balfordは鍛造工場、鋳造工場、粉末冶金工場ではありません。これらの工程は認定外注先から購入しており、そのように明記します。プレス能力25 t～350 t、最大深絞り径250 mmは、当社工場のプレス・絞り工程を示すもので、外注プリフォームを示すものではありません。公差0.001 mmは、工程、形状、材料、検査条件が許容する特定の重要機械加工部位に限り、図面に対して適用します。品質管理はISO 9001:2015に基づいて運用し、当社が対応する自動車プログラムではIATF 16949に準拠した管理を行っています。IATF 16949認証を取得しているとは主張していません。
Balfordは2000年以降、4,000以上の単発絞り金型を製作し、浙江省諸暨市で12,000 m²の工場を運営しています。500台以上の設備と120名以上の技術・生産スタッフを擁し、年間約5,000万個の部品を生産しています。機械加工図面は通常24時間以内にレビューし見積りします。価格と併せてDFM指摘を返し、数量と形状がプリフォームを正当化する場合はプリフォームの推奨も含みます。
よくある質問
機械加工部品は鍛造にすべきか、棒材から削るべきか
現在どれだけの材料を捨てているか、また部品に求められる機能によります。完成品がボスやレバーを備えた異形ボディなら、鍛造品は完成形状にはるかに近い状態で届くため、機械加工時間は大幅に短縮されます。年間およそ数千個を超えると、通常は鍛造金型のコストは回収できます。部品が小さく単純で年間数量が少ない場合は、金型費がかからない棒材が有利です。図面と年間数量を送付いただければ、1 kgあたりの価格ではなく実際のサイクルタイムで比較できます。
冷間押出しは何に使うのか
冷間押出しは常温でビレットを成形するため、完成ブランクは良好な表面品位で、熱間成形より完成品にはるかに近い公差で金型から出てきます。対称部品、すなわちスリーブ、カップ、ブッシュ、絞り型ハウジングなどに適し、冷間加工によって表面の降伏強度が上がるため、圧力や摩耗を受ける部品に有効です。現在中実材から機械加工しており、実質的に回転体である部品では、通常、押出しプリフォームと比較検討する価値があります。
プリフォームの鋳造や鍛造は自社で行っていますか
いいえ。Balfordは機械加工を内製し、プレス加工と絞り加工も内製しているため、プレスブランクは自社プレスから出ます。ただし、熱間鍛造、冷間押出し、冷間圧造、鋳造、粉末冶金は認定外注先から購入し、丸棒と管は材料として購入します。これを明記するのは、プリフォームが顧客の承認する工程ルートの一部だからです。各外注先は、顧客がBalfordに課すNDAと少なくとも同等に厳しい守秘義務を負い、その工程に必要な情報のみを受け取り、要請があれば名称を開示します。
粉末冶金はどのような場合に適しているか
部品が小さく複雑で、高数量が必要で、かつ制御された気孔が有利に働く場合、または他の方法では経済的に生産できない場合です。焼結はニアネットであるため、機械加工は多くの場合、内径、端面、ねじに限定され、金型費は年間数量が多くなって初めて正当化されます。大型部品、薄肉部、衝撃荷重を受ける部品には向きません。含油軸受では有用な気孔も、衝撃荷重を吸収する必要がある部品では不利益になるためです。