温間成形とは
温間成形（ウォームフォーミング）は、金属の加工温度を室温以上・再結晶温度未満の中間領域（一般的に200〜800°C）に設定して行う塑性加工プロセスである。「冷間」でも「熱間」でもない、この中間温度域を利用することで、両者の優位性を組み合わせた加工が実現する。
冷間成形では成形が困難な高強度・低延性の材料（チタン合金、ニッケル基超合金、高合金鋼など）を、熱間鍛造ほど高温を必要とせずに成形できることが最大の特徴である。
温間成形が必要な理由：流動応力と延性
流動応力の低下
金属の流動応力（塑性変形を開始・継続するのに必要な応力）は、温度が上昇するにつれて低下する。チタン合金（Ti-6Al-4V）の場合、室温での流動応力は1000 MPa以上に達するが、温度を700〜800°Cまで上げると300〜400 MPa程度まで低下する。これは必要な圧造トン数の大幅な削減を意味し、冷間成形では必要なトン数が超過してしまう部品でも、温間成形であれば対応可能となる。
延性の向上
延性は材料が破断せずに変形できる能力であり、温度上昇とともに向上する。冷間成形では割れが生じるリダクション率でも、温間成形では問題なく成形できる場合が多い。これは、より大きな形状変化を1ステーションで達成できることを意味し、工程数の削減につながる。
冷間成形・温間成形・熱間鍛造の比較
| 項目 | 冷間成形 | 温間成形 | 熱間鍛造 |
|---|---|---|---|
| 加工温度 | 室温（〜30°C） | 200〜800°C | 900〜1200°C以上 |
| 流動応力 | 高い | 中程度 | 低い |
| 寸法精度 | 非常に高い | 高い | 低〜中 |
| 表面品質 | 優れる | 良好 | 劣る（スケール発生） |
| 加工硬化 | 大 | 中 | ほぼなし |
| 工具寿命 | 長い | 中程度（熱負荷） | 短い |
| エネルギー消費 | 低い | 中程度 | 高い |
| スケール（酸化皮膜） | なし | 微量〜あり | 多い |
| 対応材料 | 低〜中炭素鋼、SUS | 高合金鋼、Ti、Ni合金 | ほぼすべての金属 |
温間成形の適用材料
チタン合金（Ti-6Al-4V等）
航空宇宙用ファスナーの主要材料。室温での延性が低く、加工硬化率が高いため冷間成形は困難。600〜800°Cの温間成形により良好な成形性を示す。
ニッケル基超合金（Inconel 718、Waspaloy等）
ジェットエンジンや工業用ガスタービン用の耐熱ファスナーに使用。非常に高い高温強度を持ち、冷間成形では工具摩耗が激しく、過大なトン数が必要となる。500〜750°Cでの温間成形が有効。
高合金鋼・特殊ステンレス鋼
自動車・エネルギー産業向けの高強度ファスナーに使用される合金鋼（SCM440等）や、マルテンサイト系ステンレス鋼（SUS410等）は、温間成形で成形性が大幅に改善する。
ベータチタン合金
宇宙・防衛産業向けの超高強度ファスナー。温間成形が事実上唯一の実用的な冷間成形系アプローチとなる場合が多い。
Manzoni機械の温間成形対応
温間成形オプションは、Manzoni MCシリーズ以上（MC、ME、MF）で利用可能である。温間成形対応機械には以下の装備が追加される。
- インライン誘導加熱システム: ワイヤーまたはブランクをダイへの投入直前に短時間で目標温度まで加熱する。加熱時間を最小化することで、スケール（酸化皮膜）の生成を抑制する。
- 耐熱工具材料: 高温での硬度保持性に優れた工具鋼またはセラミックコーティング工具を使用。
- 温度モニタリング: パイロメーター（非接触温度計）によるリアルタイム温度管理で、温度ばらつきによる寸法不良を防止。
- 工具冷却システム: 工具への熱伝達を最小化するための積極冷却機構。
温間成形は冷間成形に比べてプロセス管理の複雑さが増すが、チタンや超合金製ファスナーという高付加価値部品の大量生産を可能にする点でManzoni MF/MEシリーズの重要な差別化要素である。