カスタマイズされたアルミニウム合金鍛造品の設計図面は、成形上の困難、金型損失、または不合理な構造設計に起因する性能欠陥を回避するために、鍛造プロセスの特性と密接に統合する必要があります。以下は、アルミニウム合金鍛造品の特性と組み合わせた構造要素、寸法公差、プロセス識別、およびその他の寸法の分析です。
I. 構造設計のプロセス適応性
1. 極端な構造的特徴の回避
| タブー構造 | リスクの現れ | 改善計画 |
| 深穴（穴深さ/穴径 > 5:1） | パンチが曲がりやすく、破損しやすく、穴壁が完全に充填されない | 段付き穴のセグメント成形を使用して、その後の穴あけ代を確保する |
| 高リブ（リブ高さ/壁厚 > 3:1） | 金属の流れがブロックされ、リブ部分が充填不足になる | 段付きリブ設計により、移行勾配を大きくする |
| 薄肉（壁厚< 2mm） | 鍛造中の急速冷却、折り畳みやすい | 部分的に3〜4mmに厚くし、その後の機械加工で薄くする |
事例：アルミニウム合金モーターハウジングの設計図には、Φ10mmの深穴（穴深さ55mm）があります。パンチは鍛造中に激しく摩耗したため、後にΦ10mm×30mmのブラインドホール+Φ8mm×25mmの段付き穴に変更されました。成形合格率は40％から92％に向上しました。
2. 勾配角の差別化設計
合金シリーズの対応角度：
6シリーズ（6061/6082）：外壁5°〜7°、内壁7°〜10°（可塑性が良好で、角度はわずかに小さい）;
7シリーズ（7075/7A04）：外壁7°〜10°、内壁10°〜15°（強い焼入れ傾向があり、ジャミングを防ぐために角度を大きくする必要がある）;
2シリーズ（2024/2A12）：外壁6°〜8°、内壁8°〜12°（角度が小さすぎることによる型抜きクラックを回避）。
構造最適化：深腔構造（バッテリーハウジングなど）の場合、可変角度設計を採用：上部セクションは10°、中間セクションは8°、下部セクションは5°で、型抜きを補助するイジェクション機構を使用。
3. フィレット半径の機械的整合
最小フィレット半径（Rmin）の計算：
Rmin = 0.2×壁厚 + 2mm（6シリーズに適用）;
Rmin = 0.3×壁厚 + 3mm（7シリーズ/2シリーズに適用）。
例：壁厚5mmの7075鍛造品の場合、コーナーRはR<3mmの場合の応力集中クラックを回避するために、R≥0.3×5+3=4.5mmにする必要があります。
特殊部品の処理：リブとウェブの接続部には楕円形の移行を使用（長軸は金属の流れ方向に沿っている）。たとえば、特定のブラケットのリブの接続部にR8×R12の楕円形フィレットを設計して、鍛造折り畳みのリスクを軽減します。
II. 寸法公差と機械加工代設計
1. 公差帯の鍛造プロセスへの適応
線形寸法公差（GB/T 15826.7-2012を参照）：
| サイズ範囲（mm） | 6シリーズ通常精度（mm） | 7シリーズ精度グレード（mm） |
| ≤50 | ±0.5 | ±0.3 |
| 50-120 | ±0.8 | ±0.5 |
| 120-260 | ±1.2 | ±0.8 |
幾何公差管理：平面度≤0.5mm/100mm、垂直度≤0.8mm/100mm、薄肉部品（壁厚< 5mm）は1/2標準値に締め付ける必要があります。
2. 機械加工代の三次元分布
半径方向の代：外円筒面の場合3〜5mm（自由鍛造）、1.5〜3mm（型鍛造）; 内穴面の場合4〜6mm（自由鍛造）、2〜4mm（型鍛造）。
軸方向の代：各端面に2〜4mmを残します。アスペクト比>3のシャフト部品の場合、中間セクションに1〜2mmの反り防止代を追加する必要があります。
代の補正：7シリーズ鍛造品の場合、大きな焼入れ変形のため、主要寸法の代を20％〜30％増やす必要があります。たとえば、7075フランジの内径代は3mmから4mmに増加しました。
III. プロセス識別と特別な要件
1. 繊維の流れ方向の必須マーキング
マーキング方法：断面図で矢印を使用して繊維方向を示します。主要な応力負担部分（ハブボルト穴領域など）では、繊維方向と主応力方向の間の角度は≤15°にする必要があります。
禁止設計：鍛造品の応力方向が繊維方向と垂直になることを避けてください（たとえば、歯車の歯の方向が繊維と垂直の場合、曲げ強度は30％減少します）。
2. 分割面とプロセスボスの設計
分割面の選択原則：
非対称の分割によるミスアライメントを避けるために、鍛造品の最大断面に配置;
7シリーズ鍛造品の分割面の粗さはRa≤1.6μmで、フラッシュの引き裂きによるバリを防ぎます。
プロセスボスの設計：非対称鍛造品（L字型ブラケットなど）の場合、位置決めのためにΦ10〜15mmのプロセスボスを設計する必要があります。ボスはその後機械加工され、除去され、位置は非応力領域で選択されます。
3. 熱処理状態と欠陥検出要件
状態識別：図面タイトルバーは、T6/T74/T651などの状態を示す必要があります。たとえば、2024鍛造品がT4状態を必要とする場合、「溶体化処理+自然時効」とマークする必要があります。
非破壊検査用語：
重要な部品（シャーシ部品など）：100％超音波探傷検査（許容レベル≥GB/T 6462-2017 IIレベル）;
航空宇宙グレードの鍛造品：蛍光浸透探傷検査を追加（感度レベル≥ASME V 2レベル）。
IV. 典型的な故障事例と改善計画
1. 事例：6061自動車コントロールアームのひび割れ
元の設計の問題：アーム本体の中央にあるウェブの壁厚が突然変化（8mm→3mm）、移行半径はR2mm、鍛造後に突然の変化でひび割れが発生。
改善された設計：壁厚が徐々に変化（8mm→5mm→3mm）、移行ゾーンはR8mm+45°の角度で設定され、ひび割れの問題はなくなりました。
2. 事例：7075航空ジョイントの寸法公差外れ
元の公差設定：直径Φ50mm±0.3mm（型鍛造）、実際の生産における焼入れ収縮による公差外れ率は50％に達しました。
改善計画：「熱間鍛造後の4mm機械加工代、焼入れ後にΦ50±0.05mmに精密旋削」とマークし、合格率は98％に向上しました。
V. 設計ツールと標準参照
1. CAEシミュレーション支援設計
Deform-3Dを使用して金属の流れをシミュレートし、勾配角とフィレットを最適化します。たとえば、複雑なシェルのシミュレーションでは、元の設計のR5mmフィレットでの金属の流れ速度差が20％であり、R8mmに変更すると流れ速度差が5％に減少することが示されています。
2. 業界標準参照
国内：GB/T 15826-2012「ハンマーによる鋼製型鍛造品の機械加工代と公差」;
国際：ISO 8492:2011「アルミニウムおよびアルミニウム合金鍛造公差」。
要約すると、アルミニウム合金鍛造図面の設計は、材料特性（7シリーズの焼入れ感度など）、鍛造プロセス（型鍛造の金属の流れの法則など）、および構造機能を深く結合し、合理的な勾配角、フィレット半径、代の割り当て、およびプロセス識別を通じて鍛造品の製造可能性と性能を確保する必要があります。設計段階で鍛造メーカーと協力し、DFM（製造可能性のための設計）分析を通じて事前にプロセスリスクを回避することをお勧めします。
カスタマイズされたアルミニウム合金鍛造品の設計図面は、成形上の困難、金型損失、または不合理な構造設計に起因する性能欠陥を回避するために、鍛造プロセスの特性と密接に統合する必要があります。以下は、アルミニウム合金鍛造品の特性と組み合わせた構造要素、寸法公差、プロセス識別、およびその他の寸法の分析です。
I. 構造設計のプロセス適応性
1. 極端な構造的特徴の回避
| タブー構造 | リスクの現れ | 改善計画 |
| 深穴（穴深さ/穴径 > 5:1） | パンチが曲がりやすく、破損しやすく、穴壁が完全に充填されない | 段付き穴のセグメント成形を使用して、その後の穴あけ代を確保する |
| 高リブ（リブ高さ/壁厚 > 3:1） | 金属の流れがブロックされ、リブ部分が充填不足になる | 段付きリブ設計により、移行勾配を大きくする |
| 薄肉（壁厚< 2mm） | 鍛造中の急速冷却、折り畳みやすい | 部分的に3〜4mmに厚くし、その後の機械加工で薄くする |
事例：アルミニウム合金モーターハウジングの設計図には、Φ10mmの深穴（穴深さ55mm）があります。パンチは鍛造中に激しく摩耗したため、後にΦ10mm×30mmのブラインドホール+Φ8mm×25mmの段付き穴に変更されました。成形合格率は40％から92％に向上しました。
2. 勾配角の差別化設計
合金シリーズの対応角度：
6シリーズ（6061/6082）：外壁5°〜7°、内壁7°〜10°（可塑性が良好で、角度はわずかに小さい）;
7シリーズ（7075/7A04）：外壁7°〜10°、内壁10°〜15°（強い焼入れ傾向があり、ジャミングを防ぐために角度を大きくする必要がある）;
2シリーズ（2024/2A12）：外壁6°〜8°、内壁8°〜12°（角度が小さすぎることによる型抜きクラックを回避）。
構造最適化：深腔構造（バッテリーハウジングなど）の場合、可変角度設計を採用：上部セクションは10°、中間セクションは8°、下部セクションは5°で、型抜きを補助するイジェクション機構を使用。
3. フィレット半径の機械的整合
最小フィレット半径（Rmin）の計算：
Rmin = 0.2×壁厚 + 2mm（6シリーズに適用）;
Rmin = 0.3×壁厚 + 3mm（7シリーズ/2シリーズに適用）。
例：壁厚5mmの7075鍛造品の場合、コーナーRはR<3mmの場合の応力集中クラックを回避するために、R≥0.3×5+3=4.5mmにする必要があります。
特殊部品の処理：リブとウェブの接続部には楕円形の移行を使用（長軸は金属の流れ方向に沿っている）。たとえば、特定のブラケットのリブの接続部にR8×R12の楕円形フィレットを設計して、鍛造折り畳みのリスクを軽減します。
II. 寸法公差と機械加工代設計
1. 公差帯の鍛造プロセスへの適応
線形寸法公差（GB/T 15826.7-2012を参照）：
| サイズ範囲（mm） | 6シリーズ通常精度（mm） | 7シリーズ精度グレード（mm） |
| ≤50 | ±0.5 | ±0.3 |
| 50-120 | ±0.8 | ±0.5 |
| 120-260 | ±1.2 | ±0.8 |
幾何公差管理：平面度≤0.5mm/100mm、垂直度≤0.8mm/100mm、薄肉部品（壁厚< 5mm）は1/2標準値に締め付ける必要があります。
2. 機械加工代の三次元分布
半径方向の代：外円筒面の場合3〜5mm（自由鍛造）、1.5〜3mm（型鍛造）; 内穴面の場合4〜6mm（自由鍛造）、2〜4mm（型鍛造）。
軸方向の代：各端面に2〜4mmを残します。アスペクト比>3のシャフト部品の場合、中間セクションに1〜2mmの反り防止代を追加する必要があります。
代の補正：7シリーズ鍛造品の場合、大きな焼入れ変形のため、主要寸法の代を20％〜30％増やす必要があります。たとえば、7075フランジの内径代は3mmから4mmに増加しました。
III. プロセス識別と特別な要件
1. 繊維の流れ方向の必須マーキング
マーキング方法：断面図で矢印を使用して繊維方向を示します。主要な応力負担部分（ハブボルト穴領域など）では、繊維方向と主応力方向の間の角度は≤15°にする必要があります。
禁止設計：鍛造品の応力方向が繊維方向と垂直になることを避けてください（たとえば、歯車の歯の方向が繊維と垂直の場合、曲げ強度は30％減少します）。
2. 分割面とプロセスボスの設計
分割面の選択原則：
非対称の分割によるミスアライメントを避けるために、鍛造品の最大断面に配置;
7シリーズ鍛造品の分割面の粗さはRa≤1.6μmで、フラッシュの引き裂きによるバリを防ぎます。
プロセスボスの設計：非対称鍛造品（L字型ブラケットなど）の場合、位置決めのためにΦ10〜15mmのプロセスボスを設計する必要があります。ボスはその後機械加工され、除去され、位置は非応力領域で選択されます。
3. 熱処理状態と欠陥検出要件
状態識別：図面タイトルバーは、T6/T74/T651などの状態を示す必要があります。たとえば、2024鍛造品がT4状態を必要とする場合、「溶体化処理+自然時効」とマークする必要があります。
非破壊検査用語：
重要な部品（シャーシ部品など）：100％超音波探傷検査（許容レベル≥GB/T 6462-2017 IIレベル）;
航空宇宙グレードの鍛造品：蛍光浸透探傷検査を追加（感度レベル≥ASME V 2レベル）。
IV. 典型的な故障事例と改善計画
1. 事例：6061自動車コントロールアームのひび割れ
元の設計の問題：アーム本体の中央にあるウェブの壁厚が突然変化（8mm→3mm）、移行半径はR2mm、鍛造後に突然の変化でひび割れが発生。
改善された設計：壁厚が徐々に変化（8mm→5mm→3mm）、移行ゾーンはR8mm+45°の角度で設定され、ひび割れの問題はなくなりました。
2. 事例：7075航空ジョイントの寸法公差外れ
元の公差設定：直径Φ50mm±0.3mm（型鍛造）、実際の生産における焼入れ収縮による公差外れ率は50％に達しました。
改善計画：「熱間鍛造後の4mm機械加工代、焼入れ後にΦ50±0.05mmに精密旋削」とマークし、合格率は98％に向上しました。
V. 設計ツールと標準参照
1. CAEシミュレーション支援設計
Deform-3Dを使用して金属の流れをシミュレートし、勾配角とフィレットを最適化します。たとえば、複雑なシェルのシミュレーションでは、元の設計のR5mmフィレットでの金属の流れ速度差が20％であり、R8mmに変更すると流れ速度差が5％に減少することが示されています。
2. 業界標準参照
国内：GB/T 15826-2012「ハンマーによる鋼製型鍛造品の機械加工代と公差」;
国際：ISO 8492:2011「アルミニウムおよびアルミニウム合金鍛造公差」。
要約すると、アルミニウム合金鍛造図面の設計は、材料特性（7シリーズの焼入れ感度など）、鍛造プロセス（型鍛造の金属の流れの法則など）、および構造機能を深く結合し、合理的な勾配角、フィレット半径、代の割り当て、およびプロセス識別を通じて鍛造品の製造可能性と性能を確保する必要があります。設計段階で鍛造メーカーと協力し、DFM（製造可能性のための設計）分析を通じて事前にプロセスリスクを回避することをお勧めします。
