冷間圧造 vs CNC 旋削：どちらを選ぶか

1. 技術者が両工程を知るべき理由

サプライヤが購買担当を誤らせる最も簡単な方法は、工程の選択です。同じ M6×20 の六角穴付きボルトが、ある工場では 0.12 元、別の工場では 0.35 元——この 3 倍の差は、通常は材料や品質とは関係ありません。片方は冷間圧造、もう片方は旋削です。

Primetzhofer & Associates が 2024 年に締結部品の購買担当 47 名を対象に行った調査では、エンジニアの 62% が最初の問い合わせで工程を指定しておらず、見積りはサプライヤにとって都合の良い工程を反映したものになっています。年間 10 万個を超えると、この差は年間数万ドルに相当します。

さらに重要なのは、工程が疲労寿命、寸法安定性、最小ロットを決めることです。ヒューマノイドロボットの関節用 M3×8 ボルトを冷間圧造ではなく旋削で作ると、頭部の疲労寿命は 60% しか得られないことがあります。10⁷ サイクルでは、これが「2 年持つ関節」と「10 年持つ関節」の差になります。

本稿では冷間圧造と CNC 旋削を、原理、コスト、強度、ロット、サイズ範囲、材料の各面で比較し、最後に図面と照合できる判断表を示します。どちらが優れているかではなく、どの条件でどちらを選ぶのかを整理するのが、本稿の目的です。

2. それぞれの原理

2.1 冷間圧造

線材を常温でコイルから切断し、高速圧造機の複数ステーションに通します。衝撃圧力で金属を加熱せずに成形するため、メタルフローが部品形状に沿って連続します。

典型的な 3 ステーション圧造機の構成は次のとおりです。

1. ステーション 1 — 切断：コイルを所定長さにせん断します。
2. ステーション 2 — 予備成形：片端を据え込み、頭部を予備成形します。
3. ステーション 3 — 本成形：最終的な頭部形状（六角穴、六角、なべ、丸）に仕上げます。

ねじはこの後、常温で転造します。切削はしません。

代表的な設備は Chang Hong（台湾）、Kyowa、Sakamura（日本）、HBF（韓国）です。国産の 3 ステーション圧造機は 30〜80 万元、輸入の多ステーション機は 200〜500 万元で、生産能力は毎分 80〜300 個です。

2.2 CNC 旋削

棒材をチャックで把持し、回転工具で材料を段階的に除去して輪郭を仕上げます。

典型的な手順は次のとおりです。

1. 棒材を主軸に送り、所定長さに切断。
2. 軸部を外径まで旋削。
3. 端面と面取り。
4. 段取り 2：頭部形状の旋削、六角穴のフライス加工。
5. ねじの旋削、または別工程での転造。

スイス型旋盤（Tornos、Star、Citizen L20）は極小部品を担当し、Mazak や Tsugami が大きいサイズをカバーします。スイス型旋盤は 40〜80 万元、サイクルタイムは 1 個 30 秒〜3 分です。

2.3 ねじは旋削ではなく転造

3. 6 つの軸で比較

3.1 材料歩留り

冷間圧造は材料を除去せず変形させるため、歩留りは通常 95% 以上で、損失は切断端のわずかな部分に限られます。旋削は材料を除去するため歩留りは 30–50% です。Ø10 mm の棒材から M6 を削り出すと、質量の大部分が切りくずになります。

数字で確認します。2026 年の 304 ステンレス線材は約 28 元/kg、M6×20 ねじの質量は 2.2 g です。

• 冷間圧造：投入 2.3 g、材料費 0.064 元。
• 旋削：歩留り 50% で投入 4.5 g、材料費 0.126 元。

材料費だけで 2 倍になります。歩留りの差は、そのまま単価の差として残ります。年間 100 万個なら 62 万元の差——減価償却、労務、エネルギーを除いた数字です。

3.2 量産単価

華南における M6×20 六角穴付きボルトの 2026 年の実勢見積りです（17% の VAT を含み、めっきを除く）。

これは 304 ステンレスの数値です。炭素鋼の冷間圧造反りはさらに安く、100 万個で 0.03〜0.05 元です。

3.3 サイクルタイムと納期

段取りが済めば、圧造機は秒単位で動きます。1 ストロークで 1 個が完成するためです。毎分 120–200 ストローク、毎時 7,000〜12,000 個です。100 万個の受注は、1 台で 1 日分に相当します。

スイス型旋盤は分単位です。1 個 30 秒〜2 分、毎時 30〜120 個。100 万個には 10 台で 1 か月かかります。

代償は立ち上げまでの時間です。冷間圧造の金型は製作に 7〜15 日、段取りに 2〜3 日かかります。CNC は当日に初品、翌日には量産が可能です。

3.4 疲労強度

ここが冷間圧造の最も過小評価されている利点です。強度の差は材料ではなく、工程の違いから生まれます。メタルフローが輪郭に沿って連続するため、フローラインが切断されません。旋削はこれを分断し、ねじ谷と首下フィレットに応力集中源を残します。

Yang ら（2019）は、10.9 級 M10 ボルトを両工程で作り、軸方向の疲労寿命を比較しました。

• 冷間圧造：応力振幅 120 MPa で 1.8×10⁷ サイクル。
• 旋削：1.1×10⁷ サイクル。

約 40% の差です。コンロッドボルト、タワーフランジボルト、ロボット関節ボルトのように 10⁷ サイクルで使う部品では、これは安全寿命の差になります。ISO 898-1 が 8.8 級以上で冷間圧造を推奨し、HB などの航空宇宙規格が冷間圧造を明文で要求する理由もここにあります。

3.5 最小ロット

冷間圧造部品の実質的な敷居は金型です。M6 六角穴付きボルトの場合を示します。

• 予備成形ダイ、本成形ダイ、トリムダイ：合計 5,000〜15,000 元。
• 特殊頭部（丸、ボタン、フランジ）：10,000〜30,000 元。
• 転造ダイス：1,000〜3,000 元。

金型費を単価の約 10% に抑えるには、年間 5,000〜10,000 個以上が必要です。それを下回ると、金型の償却で冷間圧造の方が高くつきます。

旋削は金型がなく、プログラミングのみ（通常 1 個あたり 200〜500 元）で、50 個から受けます。数量の変動に強いのはこのためです。

3.6 サイズ範囲

4. コストはどこにあるのか

M6×20 ねじを 5 つのコストブロックに分解すると、資金の行き先が見えます。

5. CNC が必須になる条件

5.1 異形の頭部

冷間圧造は軸対称、または単純な回転対称の頭部（六角穴、六角、丸、ボタン、フランジ）に向きます。次の形状は金型の複雑さを指数関数的に押し上げます。

• 回り止めのために頭部片側をフライスで平坦にした形状
• 頭部の偏心穴、非円形穴
• 45° などの傾斜頭部
• 軸径の 3 倍を超える頭部

CNC なら段取り 1 回で作れますが、冷間圧造では 5 万元以上の複合ダイスが必要になります。

5.2 非円形の軸部

四角、六角、段付きの軸、六角中央の両端スタッド、ボールポイントねじ、フランジ付き特殊品——いずれも旋盤加工になります。

5.3 極小ロット（5,000 個未満）

5,000〜30,000 元の金型を 5,000 個で割ると 1 個あたり 1〜6 元になり、旋削より高くなります。試作やパイロット生産はそのまま CNC に回します。

5.4 難加工材料

冷間圧造には良好な冷間成形性が必要です。SWRCH 系、ML08–ML35、304HC などが該当します。次の材料は困難または不可能です。

• C45 を超える高炭素鋼（割れが発生）
• チタン合金（変形抵抗が高く、金型寿命が崩壊）
• 17-4PH、A286 などの析出硬化型ステンレス
• ベリリウム銅

5.5 M24 超の大物

M24 超の圧造機は 200 t の力が必要で、保有工場は少なく、金型も高価です。M24 超は CNC か熱間鍛造になります。設備の償却を考えても、この領域で圧造を選ぶ利点はほとんどありません。

6. 冷間圧造が勝つ条件

6.1 量産の標準部品（10,000 個超）

M3〜M12 の標準的な六角穴、六角、なべ、皿ねじで年間 10,000 個を超えるなら、冷間圧造で議論の余地はありません。

6.2 疲労が重要な部品

コンロッドボルト、主軸受ボルト、タワーフランジボルト、ロボット関節ボルト——10⁶ サイクルを超えるものすべてです。同サイズの旋削品は寿命 60% しか得られないことがあります。

6.3 極小精密ねじ（M1.0–M2.0）

極小ねじは旋削と思われがちです。主流の極小ねじ工場は極小圧造機を使い、なべ、皿、丸頭ねじを毎分 200〜400 個作ります。頭部形状が小さいほど、圧造の優位は大きくなります。CNC では 2 個作るのがやっとです。

6.4 多ステーションの複合成形品

最新の圧造機は、切断、据込み、絞り、トリム、穴あけ、成形を 1 パスで行えます。段付き、フランジ付き、穴付きボルトが 1 サイクルで完成し、CNC では 3〜5 工程が必要です。

7. ハイブリッド工程：現場の実際

純粋に冷間圧造だけ、または旋削だけの部品はほとんどありません。主流は本体を冷間圧造し、細部を切削する工程です。

1. 冷間圧造：頭部と軸部の予備成形。
2. ねじの転造：ねじ山の形成。
3. CNC の後工程：二面幅、溝、クロス穴、端面旋削、面取り。
4. 熱処理：8.8 級以上は焼入れ焼戻し。
5. 表面処理：亜鉛、Geomet、亜鉛ニッケル。

当社カタログの工具用ねじを例にとると、90% は冷間圧造の後、CNC で六角穴底面の平坦部をフライスし、軸部を公差まで旋削し、最後にねじを転造します。純粋な冷間圧造では平坦部が出せず、純粋な旋削ではコストが高すぎます。

8. よくある誤解

9. よくある質問：実務の 10 問

Q1. M6×20、年 50,000 個——冷間圧造か CNC か

冷間圧造です。金型 8,000 元を 50,000 個で割ると 1 個 0.16 元で、旋削の 0.40 元の半分です。

Q2. 平坦部付きの M5 を設計し、初回は 2,000 個だけ必要です。どうすればよいですか

2,000 個を CNC で作って検証し、1 年以内に累計 50,000 個になることをサプライヤに伝えて、並行してダイスを製作します。次のロットから冷間圧造に切り替えます。

Q3. 冷間圧造反りのねじに合わせ目があるのはなぜですか

2 つのダイス半割が合わさるフラッシュラインです。正常です。0.05 mm を超える場合は金型摩耗か段取り不良を示します。

Q4. M1.0 未満のねじは冷間圧造できますか

M0.6〜M1.0 が工程の境界です。通常は冷間圧造の頭部に旋削の軸部を組み合わせ、両工程の長所だけを取ります。M0.6 未満はほぼすべてスイス型旋削です。

Q5. チタンボルトはなぜこんなに高いのですか

チタンは冷間成形に抵抗し、金型寿命は鋼の 5 分の 1、部品は割れます。99% が旋削で、材料歩留りは 40%——だから高価なのです。

Q6. 10.9 級ボルトは旋削できますか

できますが、疲労寿命は 30% 低下します。自動車 OEM の規格は 10.9 超で冷間圧造を要求しており、旋削品は補修部品に限られます。

Q7. 部品を見て工程を判別する方法はありますか

フローラインを見ます。冷間圧造反りはエッチング後に頭部と軸部の遷移部を連続して流れる線が見えます。旋削品は首下フィレットに工具痕があり、頭部端面にセンターマークが残るのが普通です。

Q8. 冷間圧造の金型寿命はどのくらいですか

炭素鋼で 20 万〜50 万個、ステンレスで 5 万〜15 万個、合金鋼で 3 万〜8 万個です。摩耗はバリと首下フィレットの不整として現れます。

Q9. 非標準のねじ山形状は冷間圧造できますか

ねじは転造で作り、転造ダイスは任意の形状に製作できます。10,000 個未満では金型費（3,000〜8,000 元）のため、切削ねじの方が有利になるのが通常です。

Q10. カーボンフットプリントに差はありますか

あります。冷間圧造のエネルギー消費は旋削の約 5 分の 1（クーラント不要、材料除去が少ない）で、エンボディドカーボンは 40–60% 少なくなります。EU の CBAM や EPD 宣言の下では、輸出コストに影響します。

10. 規格と参考文献

中国規格

• GB/T 3098.1 ボルト、ねじ、スタッドの機械的性質
• GB/T 699 質別炭素構造鋼
• GB/T 1231 鋼構造用高力大六角ボルト、ナット、座金

国際規格

• ISO 898-1 締結部品の機械的性質
• SAE J429 締結部品の機械的・品質要求
• ASTM F606 内外ねじ締結部品の機械的性質を求める標準試験方法

主要文献

• Yang X., Zhu L., He L. 冷間鍛造ボルトと CNC 旋削ボルトの疲労性能比較. Chinese Journal of Aeronautics, 2019.
• Pretty C. 冷間圧造と CNC：大量生産における費用便益分析. Primetzhofer & Associates, 2024.
• ASM Handbook Vol. 14A: Metalworking: Bulk Forming. ASM International, 2005.