CHAPTER 2

プレス加工

塑性加工では、機械プレスと呼ばれる機械を使って圧力をかける方法が一般的ですが、その他にもいくつかの方法が存在します。では、どのような方法があるのでしょうか。ここでは塑性加工の圧力をかける方法に焦点をあてて解説します。

プレス加工とは

プレス加工とは、被加工材の塑性変形を利用した塑性加工の一種で、被加工材を金型に当て、加工機で圧力を加えて材料を金型の形にする加工方法のことです。加工の種類には「切る(せん断加工)」「曲げる(曲げ加工)」「絞る(絞り加工)」があり、多くの場合1つの被加工材を加工する時間は数秒で、低コストでの大量生産に向いています。

プレス加工のイメージ

上から圧力をかける

プレス加工のイメージ
金型同士ではさんでプレス(A:金型)
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プレス加工の種類

プレス加工の加工方法には、せん断・曲げ・絞り・成形・鍛造・接合などがありますが、ここでは代表的な加工法としてせん断、曲げ、絞りについて説明します。

せん断加工

せん断とは、物体がはさみで切られるような作用のことで、被加工材を完全に分離する加工法です。プレス加工では最も一般的な加工方法といわれ、主なせん断加工には以下の種類があります。

  • 打ち抜き(ブランキング):
  • 「ブランク抜き」ともいわれ、被加工材から外形を切り抜いて形を作ります。
  • 穴あけ(ピアッシング):
  • 「穴抜き」ともいわれ、文字通り被加工材に穴を開けます。
  • 切断(シャーリング):
  • 被加工材を2つに分断します。
  • 切り欠き(ノッチング):
  • 被加工材から余計な部分を切り取ります。

曲げ加工(ベンディング)

被加工材を曲げる加工です。上の金型と下の金型の形状で仕上がりの形状が決まります。曲げる方法には、ローラの間に被加工材を通して曲げる「ロール曲げ」や被加工材の一方を固定し、支点を中心に90度回転する曲げ板を回転させて板を曲げる「板折り曲げ」などがあります。仕上がりには「V形」や「L形」、「U形」・「Z形」などがあります。

曲げ加工は、せん断加工と異なり被加工材を切断しません。このため、曲げた部分に被加工材の弾性が残り、元の形に戻ろうとする力が働きます。これを「スプリングバック」といい、正確な加工を求める場合は、この作用を計算しておく必要があります。

曲げ加工(ベンディング)のイメージ

パンチ(上型)

曲げ加工(ベンディング)のイメージ

ダイ(下型)

A
加圧(プレス)
B
V溝

絞り加工

被加工材に引張力を加え、プレス機の「パンチ」と「ダイ」で被加工材を挟んで加工します。代表的な加工物には、金属やプラスチックでできたコップやボールなどがあります。

コップなど深く絞る加工では、応力状態が複雑なため圧縮応力のかかる底の部分にしわが出やすく、円筒側面には引張応力が働くため横クラックが生じやすい問題があります。特にパンチとダイで金属の薄板などから継目のない底付きの容器を作る「深絞り」ではこの問題が発生しやすいといわれています。

パンチプレス加工

板状の金属に穴抜きや、型を用いた打ち抜きなどの加工を行うことを「パンチング」といいます。パンチプレスはパンチングを行う加工で、幅広く導入されています。加工力は数十トンクラスで、主に薄板の加工に利用されています。パンチプレスの中でも、特にタレットと呼ばれる取り付け装置に金型を装着し、板材の抜き打ちを行う加工を「タレットパンチプレス」(通称、タレパン)といいます。

タレットパンチプレスのイメージ

加圧

タレットパンチプレスのイメージ
A
金型を取り付けるホルダ
B
金型
C
加工物の板金
プレス後のイメージ
タレットパンチプレスのイメージ
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プレス方式の種類

多くのプレス加工の現場では、多品種少量の部品に関してオペレーターが手作業で被加工材のセットし、1つの工程ずつプレスしていく「単発プレス」が用いられています。
一方、大量生産向けとしては、コイル状の被加工材をセットし、複数のプレス工程を順送りで行う「順送プレス」が広く用いられています。その他、単発プレスと順送プレスの利点を取り入れて、自動での連続加工を可能にした「トランスファープレス」があります。

単発プレス

被加工材を人の手でプレス機にセットし、加工が終わったら加工材を人の手でプレス機から取り出すプレス方式です。プレス加工技術としては、最もオーソドックスで、大型加工品の少量生産に適しています。1種類の加工をする「単能型」と複数の加工をする「複合型」があります。
1回のプレスで1つの加工を行うため、連続加工や自動加工はできません。他のプレス金型に比べて生産性が劣りますが、プレス機や金型が低価格なので、初期費用を抑えることができます。

順送プレス

「プログレッシブプレス」ともいわれ、略して「プログレ」「PRG」と呼ばれます。1つの金型に複数の工程分の凹凸が設けられています。コイル状に巻いた被加工材をプレス機にセットして、少しずつ流していくと、順次加工されていく仕組みです。
トランスファープレスに対して被加工材を搬送する装置が不要で、加工速度が速く複雑な加工が1工程で完成するため、プレス加工の中では最も生産効率が高いといわれています。

トランスファープレス型

単発型プレス機を組み合わせたプレス方式です。「TRFプレス」または「トランスファープレス」ともいわれます。トランスファープレスでは、1つの加工が終わったら、順次次の工程に被加工材を搬送します。

トランスファープレスは順送りプレスに比べ生産性に劣りますが、歩留まりが良く、比較的大きな被加工材が扱えるなどのメリットもあります。

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プレス加工と板金加工の違い

プレス加工も板金加工も同じ塑性加工の一種です。加工の種類と被加工材、そして加工機という3つの要素が必要である点も、同じです。そして、プレス加工と板金加工を合わせて「板金プレス」という場合もあります。しかし、この2つの加工方法には、確かに違いがあります。ここでは、その違いについて説明します。

板金加工とは

プレス加工と板金加工の違いについて説明する前に、板金加工について説明します。
板金加工は、汎用金型(標準金型)といわれる金型を使います。パンチとダイで被加工材を挟んで、プレスブレーキ(ベンダー)といわれる機械で圧力をかけ、被加工材を変形させます。加工は、基本的に1か所ずつ行い、たとえば4か所を曲げる場合は4回加工します。板金加工には、屋根や外壁・ダクトなどを作る「建築板金」と工場内の機械のカバーなどを作る「工場板金」の2つの分野があります。

プレス加工と板金加工の特徴

プレス加工と板金加工にはそれぞれ特徴があり、生産性や費用・ワークのスケールから作業者のスキルまで、それぞれのメリットを活かした製造が行われています。たとえば、プレス加工は製造する製品に対し専用の金型を使用しますが、板金加工は汎用金型を使用します。加工に要するプレスの回数は、プレス加工は1回ですが板金加工は加工箇所の数だけ加工が必要です。その他、相違点を下表にまとめました。

プレス加工と板金加工の違い

板金加工 プレス加工 備考
生産性 少量生産 大量生産 板金加工は多品種少量生産が、プレス加工は少品種大量生産に向いている。
金型費用 安い 高い 板金加工は汎用金型で加工可能。プレス加工は専用金型の作成が必要。
プレス回数 1回のプレスで1箇所の加工 1回のプレスで1個の製品
生産開始に要する時間 短い 長い 板金加工は汎用金型を使用。プレス加工は専用金型の製作に時間を要する。
ワークの大きさ 大きい 小さい プレス加工でも大きなワークは扱えるが、金型が大型化し加工機も大型化する。
加工の精度 作業者の技量に依存 金型の精度に依存
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プレス加工機の種類

プレス加工機の加圧機構には、加工速度や被加工材の材質への対応、さらにコンピュータ制御への適応などを考慮した、さまざまな種類があります。また、近年では小さな部品や、複雑な形状の部品に対応したプレス加工機が登場しています。
その中から、ここでは「機械プレス」と「液圧プレス」という、代表的なプレス加工機の加圧機構について説明します。

機械プレス

現在、生産の現場では大半が機械式のプレス機を導入しています。これは高速で加工できるメリットがあるほか、メンテナンスが比較的容易にできるためです。加工の自動化が進み、金属部品の大量生産に欠かせない加工機といえます。また、液圧式と異なり、液漏れの心配がない点も利点です。
機械プレスは加圧部のスライド機構によっていくつかの機種があります。最も普及しているのは「クランク式」で、モーターの回転運動をクランクで上下の往復運動に変えて加工を行うものです。このほか、クランク機構にナックル部を付加して加圧力を高めた「ナックル式」、クランク式よりも生産性の向上を図った「リンク式」などさまざまなタイプが登場しています。

液圧プレス

液圧プレスとは、油もしくは水をポンプでシリンダーに送り、その圧力を利用して加工を行う機械です。液圧を制御することで、塑性加工を柔軟に行うことができる点が特徴といえます。また、長尺の加工物に対応できる点もメリットです。現在、代表的な液圧プレスとして、加工物に材質や厚さに合わせて負荷荷重を調整することができる、油圧式の「プレスブレーキ」を挙げることができます。
古くは水圧式のプレス機が活躍していましたが、工業が発展するとともに油圧式のものが普及するようになりました。また、近年はNC化、CNC化が進み、デジタル制御で高精度かつ高速でのプレス加工が可能となっています。
水圧式は液そのものが不燃であるとともに、メンテナンスが比較的容易でランニングコストが低いという利点があります。加えて、大型のものでは数万トン単位の加圧力を発揮することができます。
一方、油圧式は水圧のものよりも制御性に優れ、より精密な加工ができるのが特徴です。また、水を用いないために金属部品のさびを防ぐことができる利点もあります。このため現在、油圧式が広く普及しています。

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