プレス加工は、金属の板をプレス機と金型で挟み、切断や曲げ、絞りなどの形状変化を与える加工方法です。自動車のボディや家電製品のフレームなど、身近な製品の多くがこの方法で作られています。一方で、似た言葉に板金加工があり、違いがわかりにくいと感じる方も少なくありません。
本記事では、プレス加工の基本や種類、板金加工との違い、用途に合った選び方を紹介します。
プレス加工の基礎知識
まずは、プレス加工がどのような加工方法なのかを紹介します。定義と加工の仕組み、主な特徴を見ていきましょう。
プレス加工とは
プレス加工とは、金属などの板材をプレス機に取り付けた金型で挟み、強い力を加えて成形する加工方法です。塑性加工と呼ばれる分野のひとつで、材料を削らずに形を変えるため、切りくずがほとんど出ません。主に鋼板やアルミニウム合金、ステンレス鋼などの板材を対象として行われます。
この方法では、1回の動作で1つの形状を作ります。金型の形状をそのまま金属板に転写できるため、複雑な輪郭や立体的な形状であっても短時間で正確に作り出せる点が強みです。金型さえ用意すれば、同じ形の部品を何度でも繰り返し作れることから、大量生産に向いた加工方法として広く使われています。
加工が成立する仕組み
金属には、一定以上の力を加えると変形し、力を抜いても元に戻らなくなる性質があります。この性質を「塑性」といい、プレス加工はこれを利用した加工です。
具体的には、上下一対の金型の間に板材を置き、プレス機で上から強い圧力をかけます。すると、板材が金型の形に沿って変形したり、切断されたりします。金型の形がそのまま製品の形に反映されるため、金型の精度が製品の品質を大きく左右します。
プレス加工の主な特徴
プレス加工の特徴は、加工速度の速さと再現性の高さです。1回のプレス動作が数秒で完了するため、短時間で同一形状の製品を大量に製造できます。さらに、作業者の熟練度に品質が左右されにくく、同じ金型を使い続けるかぎり、製品の寸法や形状が安定しやすくなります。
また、板材を効率よく使えて無駄が出にくい点も、メリットといえるでしょう。複数の工程を連続して行える「順送金型」を使えば、切断から曲げまでを1台の機械で自動化することも可能です。ただし、金型を作るのに時間や費用がかかるため、少量生産には向きにくい面もあります。
プレス加工の主な種類
プレス加工は加える力の方向や金型の構造によって、いくつかの種類に分けられます。ここでは、基本となる3つの加工方法について紹介します。
せん断加工
せん断加工は、金型の刃で材料を切断する加工です。ハサミで紙を切るような原理を金型とプレス機械で高速に再現しています。代表的な手法としては、板材を所定の外形に切り抜く「打ち抜き」や、穴を開ける「穴あけ」などが挙げられるでしょう。
加工後の切断面には、なめらかな部分と荒れた部分が混在します。さらに、縁にはバリと呼ばれる小さな突起が出ることもあります。精度や仕上がりが求められる場合は、金型のすき間の調整や、後工程でのバリ取りが必要です。
曲げ加工
曲げ加工は、板材に力を加えて、一定の角度に折り曲げる加工です。L字やコの字、U字といった形状の部品は、この加工で作られます。
曲げ加工で注意が必要なのが、スプリングバックという現象です。これは、力を抜いたときに材料がわずかに元の形へ戻ろうとする性質のことです。そのため、狙った角度にするには、あらかじめ少し深めに曲げるなどの調整を行います。電子機器のシールドケースや建築金物など、立体的な強度を持たせたい部品で多用されています。
絞り加工
絞り加工とは、平らな金属板を金型に押し込み、継ぎ目のない底付きの容器状に成形するプレス加工の一種です。身近な製品では、飲料缶の胴体や調理器具の鍋、筒状の機械部品などが代表例です。パンチと呼ばれる凸型の金型で板材を押し、ダイと呼ばれる凹型の金型内へ引き込むことで立体化させていきます。
板材を引き伸ばしながら変形させるため、底や側面の板厚が部分的に変化する点が特徴です。一度に深く成形しようとすると材料に割れやしわが生じやすくなります。そのため、深さのある形状を作る際は、金型を変えて複数回に分けて少しずつ加工する方法が一般的です。材料自体が持つ伸びやすさ（延性）も、きれいに成形するための大切な判断基準となります。
板金加工との主な違い
プレス加工と板金加工は、どちらも金属の板を加工する方法です。ただし、使う設備や得意な生産規模が異なります。ここでは、両者の3つの違いについて紹介します。
専用金型の有無と初期費用
最も大きな違いは、専用の金型を使うかどうかです。プレス加工では、製品の形状に合わせた専用金型を一から設計・製作するため、数十万円から数百万円規模の初期費用が発生します。
一方で板金加工は、レーザー加工機やプレスブレーキなどの汎用設備を組み合わせて加工します。製品ごとの専用金型を起こす必要がないため、初期費用を大幅に抑えてスタートできる点が特徴です。ただし、1点ずつ順を追って加工するため、生産数量が増えるにつれて製品1個あたりの加工費の差が表れやすくなります。
対応ロットと納期の違い
プレス加工と板金加工では、得意とする生産ロットや納期の考え方が大きく異なります。プレス加工は、数千個から数万個規模の量産に適しており、生産数量が増えるほど金型費用が分散されて1個あたりの単価を大幅に抑えられます。ただし、専用金型の設計や製作に数週間から数か月ほど要するため、初回の製品が完成するまでに一定のリードタイムを見込んでおく必要があるでしょう。
一方で板金加工は、専用の金型を必要としないため、1個から数百個程度の試作や小ロット生産に向いています。図面データがあれば即座に加工へ着手できることから、短納期での迅速な納品が可能です。
設計変更への柔軟性の違い
設計変更への対応のしやすさも、両者で異なります。板金加工は、加工データを書き換えるだけで寸法や形状を変えられるため、変更に柔軟に対応できます。試作の段階で何度も設計を見直す場合には、この点が大きなメリットです。
プレス加工は、金型を作り直す必要があるため、設計変更に費用と時間がかかります。軽微な修正であれば金型の調整で済むこともありますが、大きな変更になると、金型の新規製作に近い負担が生じます。したがって、プレス加工を選ぶ場合は、設計を十分に固めてから進めることが大切です。
用途に合った選び方
プレス加工と板金加工のどちらを採用すべきかは、生産数量や求められる形状精度、開発の進行度合いによって決まります。ここでは、工法選定を判断する基準と注意点について解説します。
生産数量での判断
工法を選定するうえで最も客観的な指標となるのが、製品の総生産数量です。両者の特性を整理すると、以下のような基準で判断できます。
・試作・数十個から数百個：初期費用がかからない板金加工が最適・数千個から数万個以上：1個あたりの加工費が安価なプレス加工が最適
・月産数十個の継続生産：金型費用の償却期間を考慮して総合的に判断
生産数量が損益分岐点を超える場合は、初期に金型代を投じてもプレス加工を選んだ方がトータルコストを抑えられます。長期的な生産計画を見据えてコストを比較しておくとよいでしょう。
形状と精度での選定
製品の形状や求められる寸法精度も、選定の判断基準となります。深さのある絞り形状や、複雑な凹凸を一度に成形したい場合は、専用の金型を用いるプレス加工が適しているでしょう。一度金型を製作すれば、同一形状を高い再現性で安定して作り続けられる点もプレス加工の強みです。
一方で、大判の板材や厚みのある材料、多品種にわたる形状の加工には、板金加工のほうが柔軟に対応できます。板金加工では、レーザー加工機などを用いて金型なしで自在に輪郭を切り出せるため、設計変更にもすばやく対応可能です。なお、寸法公差が非常に厳しい部位については、どちらの工法を採用しても、切削加工などの追加工が必要になる場合があることも把握しておきましょう。
工法選定における注意点
工法を選ぶときは、現在の条件だけでなく、今後の見通しも踏まえることが重要です。試作段階では板金加工で進め、設計が固まって数量が見込めた時点でプレス加工へ切り替えるという方法もあります。
また、材料の種類や板厚によっても、加工のしやすさは変わります。たとえば、硬い材料や厚い材料では、プレス機に大きな能力が必要になり、金型への負担も増えます。そのため、図面を作る段階から、加工に詳しい担当者へ相談しておくと、後からの手戻りを減らせるでしょう。コストだけでなく、品質や納期、将来の設計変更の可能性も含めて、総合的に判断してください。
まとめ
プレス加工は、専用の金型を用いて金属板を成形する工法であり、せん断や曲げ、絞り加工などによって高精度な製品を短時間で大量に作り出せます。初期費用として金型製作費が必要になる一方で、生産ロットが大きくなるほど製品単価を抑えられる点が大きな強みといえるでしょう。試作や小ロットなら板金加工、数千個以上の量産ならプレス加工というように、生産数量や形状、納期などの条件に合わせて最適な工法を見極めることが大切です。
プロテックジャパンでは、各種金型の設計・製作からプレス加工、試作板金までの一貫体制を活かし、小ロット試作から最適な工法のコーディネートまで柔軟に対応しています。プレス加工と板金加工のどちらを選ぶべきかお悩みの際や、金型製作・金属加工のコスト削減を図りたい場合は、ぜひお気軽にご相談ください。
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