金属プレス加工の概要と単発型金型の特徴について解説

金属プレス加工とは

金属プレス加工とは、機械的に圧力を加えて金属板を所定の形状に成形する製造技術です。プレス機と呼ばれる機械を用い、金型を使って素材に対して圧力を加えることで、希望の形状やサイズに加工します。

プレス加工の特徴は以下のとおりです。

• 高速で効率的な大量生産が可能
• 切断、曲げ、絞りなどの様々な加工が可能
• 一貫した品質の製品を均一に製造できる

自動車のボディパーツから家電製品の部品、建築素材まで、プレス加工は様々な産業分野で重要な役割を果たしています。

プレス加工のメリット・デメリット

大量生産に適した加工方法

プレス加工は、金属製品の量産化において大きな役割を果たす加工方法です。この加工法の最大の長所は、短時間で大量の製品を効率的に生産できる点にあります。

プレス加工では、金型に材料を打ち付けることで、製品の形状を付与します。この工程を繰り返すことにより、均一な精度と品質を持つ製品を連続して大量生産することが可能となります。また、金型に合わせて材料をセットすることで加工できるため、熟練を要さず、作業者の技量に左右されにくいのも大量生産に適した理由です。さらに、プレス機への材料のセット位置が決まっているため、自動化への対応も容易です。

高精度・高強度製品の実現

高精度な金型を使えば、切削加工に劣らない高い精度での加工も可能です。さらに、プレス加工ではファイバーフローと呼ばれる金属の細い繊維状組織を保つことができるため、製品の強度が高くなるというメリットもあります。

また、近年の技術の進歩により、従来は困難とされていた三次元の複雑な形状への加工も可能になってきました。プレス加工品は継ぎ目がないため、強度に優れた一体加工製品の製作が可能であり、工法の転換により、より高強度な製品の供給が期待できます。

金型製作コストが課題

一方で、プレス加工を行うには、製品の形状に合わせた専用の金型を製作する必要があり、その費用がかさむことがデメリットとなります。金型製作には高価な設備と高度な技術を要するため、少量生産の場合は1個あたりのコストが高くつきます。そのため、プレス加工は大量生産向けの加工法であり、金型費用の償却が見込める製品に適しています。

適切な条件設定が重要

このように、プレス加工には大量生産向けという大きな長所がある一方、金型費用の課題もあります。しかし、製品の強度や複雑形状への対応力など、他の加工法にはない様々な利点も備えており、その用途は多岐にわたっています。製品の用途と要求仕様を見極め、適切な加工条件を設定することで、プレス加工のメリットを最大限に活かすことができるでしょう。

プレス加工の種類と特徴

プレス加工には、加工方法によっていくつかの種類があります。

せん断加工

被加工材から一部の形状を分離させる加工法です。具体的には以下のとおりです。

• 切断：被加工材を1本の線で切り離す
• 外形抜き：ダイを通過した外側が製品になる
• 穴抜き：ダイの上に残った部分が製品になる
• 切欠き：被加工材の一部を切り取る

絞り加工

板状の被加工材をパンチやダイの形状に沿って、継ぎ目のない容器状に成形する加工法です。

曲げ加工

パンチとダイの形状に合わせ、被加工材を曲げる加工法です。スプリングバックを考慮する必要があります。

冷間鍛造

常温環境での鍛造加工です。ファイバーフローが保存されるため強度が高い反面、大きな製品には向きません。

このように、プレス加工には様々な加工方法があり、用途に合わせて使い分ける必要があります。

金属プレス加工で製品を作るには、まず型となる「金型」が必要です。この金型を作る費用が、初期投資として大きな割合を占めます。金型は、製品の形状に合わせて一つひとつ作られます。そのため、製品が複雑になればなるほど、金型を作るのに時間がかかり、費用も高くなってしまいます。

コストを抑える方法

1）形状を見直す

• シンプルイズベスト：形状をできるだけシンプルにすることで金型の構造もシンプルになり、製作コストを抑えやすい
• 標準部品の活用：既製品の部品を組み合わせて金型を作ることで、設計や製作の時間が短縮され、コストダウンにつながる

2）単発型の金型を選ぶ

少量生産の場合、何度も使えるような高性能な金型を作るよりも、一回限りの使用でも問題ない単発型の金型を選ぶ方がコストを抑えられます。

金型製作のコストを抑えるには、製品の形状をシンプルにする、単発型の金型を選ぶなど、様々な方法があります。大切なのは、製品の形状や生産数量に合わせて、最適な方法を選ぶことです。

単発型金型の定義と特徴

単発型金型とは、一つの金型で単一の工程のプレス加工を行う金型のことです。

一方の順送型金型は、単一の金型に複数工程が均一ピッチで配置されており、材料をピッチ分順送りしながら複数工程のプレス加工を無人で行えます。

つまり単発型金型の主な特徴は、

• 製造コストが低い
• サイズの大きな製品のプレス加工が可能

という2点です。そのため試作や少量生産、大型製品の加工に適しています。

単発型金型のメリット・デメリット

単発型金型は、製品の形状や品質管理において特有のメリット・デメリットがあります。

メリット

【低コスト製作が可能】

単発型金型は、順送金型に比べて製作コストが大幅に抑えられるため、少量生産や試作品の製造に適しています。製品形状の変更にも柔軟に対応できます。

【製品形状の確認が容易】

単発加工では、工程ごとに部品を取り出して形状や寸法を確認できるため、製品の品質管理が行いやすくなります。必要に応じて金型のカスタマイズも可能です。

デメリット

【大量生産に不向き】

単発型金型では一度に少量の製品しか生産できないため、大量生産用途には向いていません。効率的な量産には不向きな加工方式です。

【品質のばらつきに注意が必要】

単発加工では作業者の操作や設定の違いにより、製品の品質にばらつきが生じる可能性があります。品質管理には細心の注意を払う必要があります。

このように単発型金型は、低コストで製品形状の確認がしやすいというメリットがある一方で、大量生産には不向きで品質ばらつきにも注意が必要です。製品の用途や生産量、品質要求などを踏まえ、最適な金型の選択が重要となります。形状と品質の両面から、プレス加工の利点を最大限に活かすことができます。

順送型金型との違い

順送型金型は自動機にセットして使用するのが一般的です。対して単発型金型は、一つの工程を一つの金型で行うことになります。

例えば、

順送型金型	単発型金型
せん断→穴あけ→曲げ等の複数工程を自動で行う	一つの工程を一つの金型で行う
材料を自動的に加工	人の手で材料をセットし、ずらして再び加工

つまり、単発型は一つずつ金型を交換しながら、人の手作業で進めていく点が大きな違いです。以上のように、自動化や一度に複数工程を行えるかどうかが、順送型と単発型の大きな違いです。