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2021.02.22 | ブログ

板金加工ってどんな加工?種類や加工方法をご紹介します♪

こんにちわ!新人営業のイワタケです!
さて、本日は板金加工について、記事を書いていきたいと思います!
製造業に携わっている方であれば当たり前のことかもしれないですが、お付き合いください♪

板金加工とは

弊社所有のブレーキプレス

板金加工とは金属の板材を切断したり曲げたりして任意の形状に加工する作業のことを言います。
その適用範囲は広く、金属製品の部品にはほぼ使われているといっても過言ではありません。
元々1枚の薄板に対し、曲げ、溶接、表面加工を行うことで目的の形状を得ることはもちろん、強度の向上、軽量化、複雑形状の製作、費用の節約といった恩恵を受けることが出来ます。
中でも強度の向上と軽量化は板金加工を行う上での最も魅力的なメリットと言えます。

レーザー加工機
 

弊社所有のレーザー加工機

板金など薄い素材をレーザーの照射によって切断、マーキング、彫刻ができる機械です。
切断や旋削のように削る工作機械ではなく、素材に直接触れることなく非接触で加工する工作機械です。
素材が板金や銅板、ステンレスなど薄い素材で使われるため、機械の分類としては板金機械となります。
また、レーザーカットはシャーリングやプレス機械といった機械式のせん断ではないため、切断面のダレやバリが少なく良好な切断面が得られるといった特徴があります。

レーザー加工の種類

①CO2レーザー

3種類あるレーザー加工機のうち、最も使用されているレーザー加工機です。
名前にあるように二酸化炭素を利用しているガスレーザータイプの加工機です。
金属、木材、ゴム、ガラスなどほとんどの素材に適応できます。
活用の幅に加え値段も他2種類の加工機よりも安く、CO2レーザーが主流になるのも納得の性能です。
ただし弱点として、アルミや銅など反射が強い金属には不向きとなっています。

②ファイバーレーザー

ここ数年の間に開発された新しいレーザー加工機です。
CO2レーザーには向かない銅やアルミなどの難溶接材や反射が強い金属の加工ができるので、CO2レーザーの弱点を補う特徴を持っています。
加工機自体は高いものの、レーザーガスがいらなかったり、エネルギー効率が良かったりとランニングコストが安く抑えられます。
近年出始めたばかりで本体価格も高いため、まだまだ普及していませんが、今後の進展次第では主流になりえるかもしれません。

③YAGレーザー

金属の加工以外に医療でも使われるレーザーです。
金属加工では主に溶接とマーキングに使われ、溶接では薄い素材でも変形や歪みがなくきれいに仕上げることができ、溶接スピードも早くできます。
マーキングとは簡単に言うと出来上がった製品に文字や記号を書くことです。
YAGレーザーはあらゆる素材に精密かつ高速で写し出すことができます。
医療では歯や目の治療に使われています。
そんな高性能なYAGレーザー加工機ですが、CO2レーザーと比較すると値段やランニングコストが高くついてしまい、そこがネックと言えるでしょう。

レーザー加工機のメリット
①作業に手間がかからない

レーザー加工は金型を使う必要がありません。
基本的に金属の加工には金型と呼ばれる「元の型」が必要になります。
元の型は他の加工方法だと、製品を早く均一に大量生産するために必須で、種類も様々あります。
しかし、レーザー加工では金型の代わりにパソコンで形をつくるため、一度作った後はデータを入力するだけで加工・生産が出来ます。
金型を使わないため、加工途中の金型交換の手間が省けて作業効率が良くなります。

②仕上げがきれい

レーザー加工機を使えば加工後の処理に手間がかかりません。
バリや返りの発生を抑えることが出来るので、切断面がきれいに仕上がります。
加工の際に起こりえる歪みやひび割れのリスクもなくすことができ、安定した品質を保つことが出来ます。

③加工の自由度が高い

加工できる素材の幅が広いのもレーザー加工のメリットです。
他の方法では硬すぎる金属や柔らかすぎる布地でも、素材によってレンズや照射の出力を変えることで問題なく加工できます。
熱で変形してしまうような薄版の素材でもレーザー加工なら大丈夫です。
また、穴あけや切削以外にも溶接や熱処理、製品に文字を入れ込むマーキングなど様々な加工が可能です。
いろいろな製品を作るには、従来では複数の加工方法を取り入れる必要がありました。
ですが、将来的にはレーザー加工だけですべての素材や加工方法を実現することが出来るかもしれません。

④精度の高い加工が可能

レーザー加工の台頭により、複雑かつ精密な形でも比較的容易に加工する事が可能となりました。
レーザーの光が細いので、他の加工機器では穴あけが出来ないような細かく小さな場所でも正確にでき、曲線をたどった切断でもレーザーなら安定して加工することが出来ます。
複雑な絵柄を描いたり、錆びにくさを向上させるなど製品の様々な表面改善もレーザー加工でできるので、非常に便利な加工法となってきています。

⑤メンテナンスに手間がかからない

レーザー加工では材料と工具が接触しないので、刃物や研削盤などを消耗することがなくメンテナンスに手間がかかりません。
メンテナンスで必要なのはレンズをきれいにしたり、アシストエアーを清掃したりする程度なので交換作業も必要ありません。
また、加工時に材料を切った後の粉塵が発生せず、刃物などにつかないため、除去する手間も省けて作業も楽になります。
金属加工ではこういったメンテナンスの時間を割くことで生産効率を上げていくことも重要でしょう。

レーザー加工機のデメリット

①加工速度が遅い

切削加工やプレス加工と比べると加工速度に劣る面があります。
多彩な加工方法を持ち合わせるレーザー加工ですが、速度重視で見るとやや不利な傾向があります。
金属加工にはレーザー加工以外にも早くて精度が高い加工方法がたくさんあるので、必要に応じて適材適所の板金機械を使っていくのです。

②厚板の素材は加工しづらい

レーザー加工には適切な焦点距離というものがあり、レーザーの光が集中している箇所があります。
その焦点距離の範囲でないとエネルギー密度が低下して素材が溶かせなくなるのです。
レーザーは真下に向かっているように見えて、実は光線同士が交わっています。
なので、この焦点の位置から遠ざかってしまうとレーザーの威力が弱まって加工できなくなるということです。

③反射率の高い素材は加工できない

アルミや銅など反射率が高いとされている素材は、古いタイプのレーザー加工機だとうまく加工できないことが多いです。
レーザーの光を弾いてしまっては材料に熱が伝わらないので、当然と言えば当然です。
ですが近年になって、反射率が高い素材でも加工できるレーザー加工機が登場しています。
これを機に、これまでレーザーではできなかった素材も、これからどんどん加工できるようになっていくことでしょう。

④コストが高い

特に不思議なことも意外なことでもないですが、レーザー加工機は性能がいい反面、値段は高いです。
消耗品や維持費にもけっこうな費用が掛かり、電気代やガス代などの光熱費に加えて、焦点レンズやミラーには定期的に交換が必要です。
工業製品といえど精密機械です。
大切に扱いながら、稼働時間やランニングコストにも注視しながら活用していかねばなりません。

弾性変形と塑性変形

材料は力を加えると瞬時に変形しますが、力を取り去ると元に戻ります。
これを「弾性変形」といいます。
しかし、一定の力を超えると力を取り去っても変形が残る性質があります。
これを「塑性変形」といい、板金加工はこの塑性変形を利用した加工法です。
板金加工の多くはプレス機を使用するので、プレス加工ともいいます。

板金加工の種類

①切り離す「せん断加工」

はさみのように2枚の刃ではさみこんで切断する加工が「せん断加工」です。
その中で、金型で打ち抜く加工を「打抜き加工」といい、打抜き形状は丸や角などさまざまです。

②L形やU形、Z形に曲げる「曲げ加工」

板金を曲げる加工です。曲げ形状はL字に曲げたり、さらに折り返してU形やZ形などに変形させることが出来ます。

③コップ形状に成形する「深絞り加工」

平面形状の板金を、コップなどの容器形状に変形する加工です。
一枚の板が立体形状になります。

④板金にネジ加工する「バーリング加工」

板金にネジ加工したい場合、その多くは板が薄いために必要なネジ長さを確保できません。
そこで下穴にパンチを打ち込むことで、穴の円周部が凹状に伸びて、板厚が疑似的に増えた状態になります。
この凹部にネジ加工することをバーリング加工といいます。

板金加工の加工事例

せん断加工

①パンチが下降して、パンチとダイの切れ刃が板金に食い込む。
②切れ刃付近が急激に伸ばされ、伸びの限界を超えると双方からき裂が入る。
③このき裂がつながりせん断が終了する。
せん断加工では必ず「だれ」と「バリ」が発生するので、加工後にバリ取りにより除去します。

曲げ加工

平坦な板材を曲げると、内側は圧縮され、外側は伸びが発生します。
この圧縮と伸びの境い目、すなわち圧縮もせず伸びもしない面を中立面といいます。
曲げると中立面より外側は薄く、内側は厚くなるため、曲げが十分にゆるいと中立面は板厚の中間位置にきますが、曲げが厳しくなると中立面は内側に寄ってきます。
そのため、曲げる前の寸法を表す「展開長」を算出する際には、中立面を考慮しなければなりません。
曲げが厳しいと外側の伸びが限界にきてき裂が生じるため、き裂が発生しない限界を最小曲げ半径と呼んでいます。
最小曲げ半径は曲げの内面の半径を指し、材質によって変わりますが、板厚と同寸法が一つの目安です。
たとえば板厚1.0mmなら最小曲げ半径も1.0mmです。
この最小曲げ半径がつくことが許されない場合は、板金加工ではなくフライス加工を行います。
また曲げた際の背の部分には反りが生じて、馬のくらのような形になります。

深絞り加工

平らな板金から容器形状に変形させる深絞り加工は、家電製品から自動車の部品まで幅広く行われています。
身近では、ビールのアルミ缶が深絞り加工でつくられています。
材料を引き延ばすことから、軟らかい材料が用いられます。
鉄鋼材料では冷間圧延鋼板のSPCDやSPCE、またアルミニウム材料や真鍮が使われます。
この深絞りの加工には、手作業でハンマを打つ方法や、パンチとダイで成形する方法があります。
また円盤状の板金を回転させながら、へらと呼ばれる工具を押し当てて変形させる工法を「へら絞り」といいます。
このへら絞りは「スピニング」とも呼ばれ、高度な技能が要求されます。

バーリング加工

板金にネジ加工が必要な際に、そのままでは薄くて必要なネジ長さが確保できない場合、その解決策の一つが「バーリング加工」です。
ネジ長さは一般的な使用ではネジ径寸法と同じ長さ以上必要で、カバーなどの力がかからない使用では4ピッチ分以上必要となります。
そこで、板金に下穴をあけてから、市販のバーリングパンチを打ち込んで、穴を広げながら凹状に伸ばします。
これにタップでネジ加工を行い、必要なネジ長さを確保します。
しかし、材料が伸ばされることで肉厚が薄くなっている上に、機能するネジ山の信頼性が低いので、これが問題となる場合にはほかの手段としてナットを溶接するか、もしくはプレスナットを使用します。

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