プレス加工とは? 板金加工との違いとメリット・デメリット

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プレス加工は、自動車や家電など身近にある製品の部品製造でよく行われる加工方法で、ほかの加工方法と比べると大量生産に向いています。プレス加工と一言でいっても、その加工方法や種類はさまざまで、目的の成形状況によってどのプレス加工を選ぶかを考える必要があります。今回は、そんなプレス加工が他の加工方法と違う点やメリットなどを解説します。

プレス加工の基礎知識

プレス加工とは

プレス加工とは、被加工材を金型に当て、加工機を使って荷重による圧力を加えることで材料を金型の形に変形させる加工方法のことです。プレス加工が行われる材料は被加工材と呼ばれ、プレスする機械には金型とプレス加工機が必要になります。なおプレス加工は塑性(そせい)加工とも呼ばれます。

まず最初に、目的の形へ成形するための金型を作成します。一度金型を作成すれば短時間で同じ形のものを大量生産することが可能なため、個々を手作業で製造するよりも製品の製造コストを大幅に下げられます。身近な例では、穴あけパンチを使って書類に穴をあけるのもプレス加工のひとつだといえます。

プレス加工は金型のとおりに抜いて切断するだけでなく、曲げや絞りなどその手法はさまざま。身のまわりで利用されている製品の多くにプレス加工が使用されています。

プレス加工で成形される製品例

プレス加工は自動車部品に多く使用されています。もとは一枚の長い鉄板を必要な長さにカットして、プレスされたものを溶接することでドアや天井といったパーツや部品が完成します。金型やプレス方法が豊富なためさまざまな形のパーツを作ることができ、そのパーツを利用して多様な車種が誕生するのです。

エアコンなどの大型家電やパソコン、携帯電話といった小さなものまで、製品に使われる部品にはプレス加工が施されています。また交通カードや電子マネーなどのICチップや、硬貨、食器類などにもその技術は使われており、プレス加工は生活で使用する多くの製品に関わる製造方法なのですね。

プレス加工技術の進化で医療器具や研究に使われる器具など、ミリ単位での加工が必要な部品にも使われていて、科学や医療の発展にも役立っていると言えるでしょう。

加工方法の種類

プレス加工にはさまざまな加工方法があり、加工後の形状や目的によって向いている方法が異なります。ひとつだけ採用するのではなく複数を組み合わせて最終的な部品の形状に完成させるケースもあります。

1. せん断加工

せん断は、加工材を切るための方法です。鉄の板材から丸型などの形状で型取りし、必要な素材を切り抜きます。その他の方法と組み合わせて部品を形成するのが一般的です。

2. 曲げ加工

曲げは目的の形に曲げる方法で、加工機や金型によって仕上がる形を変えることができます。V字、L字、Z字など加工後の形状はさまざまです。

3. 絞り加工

絞り加工は、平面のものを変化させて凹凸を作る方法です。お椀のような形状も作ることができ、台所のシンクなどに絞り加工は活用されています。金属板の板厚(いたあつ)が厚くなったり薄くなったりすることで部分的に加工硬化(プレス加工することで金属が硬くなること)することもありますが、同時にしわや割れなども発生しやすいため、プレス金型の機械性能が成形に大きく関わってきます。

プレス金型の種類

プレス金型にもいくつかの種類があります。

1. 単発型

ひとつの工程だけを行うため、シンプルな加工に使われる種類の金型です。他の金型に比べ安価に導入できる傾向があり、寸法の大きな加工材にも対応しやすいです。

2. 順送プレス

複数の金型が並んだ機械の中で、加工材が進んでいきます。一回のプレスで複数手順を進められるため、プレス加工の中ではもっとも大量生産に向いています。ただし金型の設計が複雑になるため初期コストが高くなりやすく、また寸法の大きな部品のプレスには不向きです。

3. トランスファープレス

単発型を並べて順番にプレスしていく方法です。プレス後にトランスファー機構という移動装置で材料を移動させて複数の加工を行います。順送プレスはひとつの機械や金型で移動や複数工程を行いますが、トランスファープレスは単発型を複数用意し、金型とは別に移動装置を使ってプレス加工を行います。単発型を並べているため、寸法が大きな加工に対応しやすいです。

板金や鍛造加工との違い

プレス加工以外に金属を加工する方法としては「板金」や「鍛造」があります。板金や鍛造は工具を使用した手作業、もしくは人による操作が必要な機械で行われるのが一般的で、プレス加工のような金型はありません。

またプレス加工は機械で自動的に大量生産する手法のため、仕組みが準備されていれば担当者の経験はあまり関係ありません。一方、板金や鍛造は担当者の技術力によって仕上がりが異なってきます。また板金は途中で形状や数量の変更があっても対応しやすいという面もあります。

プレス加工のメリット・デメリット

プレス加工を行う際は、他の加工方法と比べた時のメリット・デメリットを比較検討し、その材料の加工法として向いているかどうかを判断する必要があります。

プレス加工のメリットとは

プレス加工は削り出す手法ではないため、材料から出るくずの量が少なく、加工材を効率的に使用できる特徴があります。また金型によって製造する形状を決められるので、同じ圧力で他の材料を加工する際にもすぐに対応できます。

金型が完成すれば半自動的に生産できるため、他の加工法と比較すると生産性がとても高いのも大きなメリットです。板金加工では1分間で製品を製造するのは難しいですが、プレス加工であれば1分の間に数個の製造も可能です。そのため安定した大量生産ができるのです。

また機械的に作業を行うため、作業担当者のスキルに仕上がりが左右されないのもメリットのひとつ。技術が重要となる加工方法では、長い時間をかけて育てた従業員が退職することで生産性に大きな影響を与えてしまいます。

プレス加工は操作方法を覚えることで誰でも作業を開始させることができ、自動的なプレス成形のプログラムを組んでいる場合には技術者の人員を必要としません。

プレス加工のデメリットとは

プレス加工は、一度始動しはじめれば次第にコストを抑えることができますが、最初にプレス金型や動かすシステムを作らなければいけないため、新しい製造ラインをはじめる前の準備としてはコストや期間がかかるのがデメリットといえます。

プレス圧力には数百トン以上もの力が必要になることもあり、ある程度の設備投資をしなければなりません。どんな手法や流れのプレス加工にするかで費用は変動しますが、長期間に渡る大量製造をしていく計画がある際に、プレス加工を選ぶことで総合的なコストを抑えることができるでしょう。

また金型が完成した後に、仕上げる形状を変更するのは難しいです。さらには受注が減るなどして生産量が減少した場合、そのまま投資分が損失として大きくなってしまうこともデメリットです。そのため、小ロットや受注生産ではなく、販売が長期的になる予定の家電や自動車、各種部品などに多く採用されます。

プレス加工の仕事内容

プレス加工は、まず受注した製品の製造内容に合わせて金型設計をします。一度金型と製造システムを完成してしまえば、あとの作業は以下3つの工程を繰り返すだけです。

プレス金型に加工材をセットする

それぞれの加工用途にあった材料をプレス金型にセットします。

プレス機械を可動させる

素材のセットが完了したら機械を可動させ、加工材をプレスします。ここでは作業中に事故が起こらないよう安全性の確保に細心の注意をはらう必要があります。

仕上げ

作業工程によって異なりますが、プレス加工された製品の表面を研磨し、塗装などで最終的に仕上げてから納品するのが一般的です、

プレス加工は生活を支える加工方法

プレス加工は導入コストや準備期間が必要ですが、一度金型が完成すればあとは作業者のスキルに関係なく安定した品質で大量生産に対応できる加工技術です。

単純な形状から複雑な形状のものまで対応でき、食器から自動車部品まで、私たちの身のまわりでプレス加工が採用されているケースは幅広く、日本の製造業界にとっては不可欠な加工方法であると言えるでしょう。

制作:工場タイムズ編集部