板金加工とは?種類や工程、進化する技術について

私たちの生活の中には、金属を加工して作られているものがたくさんあります。
例えば、家電製品や自動車、家具、建築部材、精密機器など、ありとあらゆる製品に鉄や銅、アルミ、ステンレスなどの金属が使用されています。

これらの製品や部品を製造するためには、金属を切断したり、穴を開けたり、折り曲げたり、溶接したりする必要があります。
このように素材である金属の板から、製品や部品の形状に加工することを「板金加工」といいます。

板金加工技術が幅広い製品に応用される理由には、材料費や加工が安価というメリットがあります。コスト面以外にも、強度を保ちつつ軽量化できることや、繊細で精密な加工に対応できることも特徴です。

あらゆる製造に欠かせない「板金加工」、その技術について詳しく見ていきましょう。

「手板金」「機械板金」の特徴とメリット・デメリット

「手板金」は、人の手作業による加工技術で、自動車や建築部材などの製造や補修作業のほかにも、工芸品や装飾品など、緻密な加工にも対応できる職人の技術です。
手板金の加工では、板金を専用のハサミで切断したり、ハンマーで叩いて成形したり、流曲線など繊細な形状や機械では対応できない仕上げなど汎用性があります。
手板金のメリットは、機械では難しい加工が可能なこと。また、ひとつずつの手作業なので、1個~100個程度の小ロットの生産や試作品など完全受注生産に対応できることでしょう。
その反面、人による高い技術を要するこれらの加工では、「ひとつあたりのコストが高くなること」「加工に時間を要すること」「大量生産に向いていない」というデメリットもあります。

一方、「機械板金」は、プレス用の専用金型を使用して成形するので、一度の工程で同じ形状の加工物を一定の品質を保ちながら、効率良く生産できることが特徴です。
機械板金の1番のメリットは、「単価コストの安さ」です。プレス用の金型を作る初期費用は必要ですが、通常1,000個以上の大量生産が前提なので、1個あたりの生産費用は格段に低くなります。また、生産時間や人的作業量など効率性も大きなメリットです。
反面、「金型を作る必要があること」「複雑な形状に対応しにくいこと」「設計変更のたびに金型を再製作するコスト」などのデメリットもあります。

板金加工工程について

板金加工の工程は、「切断加工」「曲げ加工」「溶接加工」「仕上げ」という流れで行います。
手板金では、これらの工程を作業に合った専用の工具を用いて行います。
手板金で使用される一般的な専用工具です。

【手板金で用いる工具の種類と特徴】

・板金ハサミ・ノコ:板金素材の切断に使用(直線切り用の「直刃」、直線・曲がり切り用の「柳刃」、丸い穴の切り抜き用の「エグリ刃」など)
・ケガキ針/ケガキコンパス/ポンチ:板金素材の表面に寸法や目印をつけるために使用
・カラカミハンマー:板金素材を叩いたり、釘を打ったり幅広い用途に使用
・ナラシハンマー:板金素材を平らに伸ばす横ナラシに使用
・デンガクハンマー:板金素材の折り曲げ加工・つぶし加工などに使用
・アテバン:板金素材の下に当てて、上から叩いて成形する打ち出し加工に使用
・ツカミバシ:板金素材を折り曲げたり引っ張ったりするときにつかむために使用
・カゲタガネ:折り曲げた板金素材の角部分を内側から叩いて滑らかに仕上げるために使用

機械板金について

機械板金の加工は、専用の機械によるオートメーションで行うため、一定の品質で大量生産しやすいという特徴があります。

機械の進歩により機械板金の対応範囲が広がっていることから、今では板金というと機械板金を指すことが多くなっています。
板金加工工程は、材料となる金属によって異なります。

代表的な板金材料の特徴について見ていきましょう。

板金加工に使われる金属材料の特徴について

板金材料の種類は、「鉄鋼」と「非鉄鋼」の2種類があります。
鉄鋼材料には、「軟鋼板」「表面処理鋼板」「ステンレス鋼板」、非鉄鋼材料には、「アルミニウム板」「銅板」などがあります。
用途によってあった金属素材を用いて、素材に応じた方法で板金加工を行います。

「軟銅板」
一般的に「鉄板」と呼ばれるものです。鉄は、もっとも知られている材料で、一般的にSPCC、SPHC、ポンデ鋼板、亜鉛鋼板などが使われます。
それぞれの特徴は、SPCCは曲げなどの加工がしやすく安価で、SPHCは自動車などの車両や電気器具などに適しています。また、ポンデ鋼板は塗装がしやすく、亜鉛鋼板はさびにくいという特徴があります。

「表面処理銅板」
軟銅材表面をメッキ加工、さらにメッキの上に塗装加工した材料です。

「ステンレス鋼板」
銅にクロムを12%以上添加したものをいいます。
ステンレスには、さびにくいという特徴から、台所など建築部材の水回りに多く使用されます。また、熱に強いことから、部材同士を接合する際の溶接の材料としても適しています。

「アルミニウム板」
1円硬貨やアルミ缶などで知られていますが、軽く、加工がしやすいという特徴のほかにも、伝熱性、導電性に優れ、劣化しにくいメリットがあります。

「銅板」
アルミニウムと同様に、伝熱性、導電性に優れていますが、高価なため使用用途は限られ構造部品として使用されることはほとんどありません。

つづいて、板金加工での代表的な加工方法について見ていきましょう。

せん断加工について

せん断加工とは、プレス機と抜き型を使って、板金素材の上から圧力をかけ、所定の形に切り抜く方法です。
下の金型「ダイ」と上の金型「パンチ」で板金素材を挟み、その上から圧力を加えて切断する仕組みです。
板金素材が抜き型の内部にめり込み、その型に沿った形状に切断されます。

せん断のプロセスは次のとおりです。

  1. パンチとダイの間に、板金素材を置きます。
  2. そこにパンチが降下して、接触した板金素材部分が金型に押し込まれます。
  3. パンチの圧力が強まり、板金素材の断面に「せん断面」を形成しながら貫通し、せん断が完成します。
    このとき、破断面の端部にできる亀裂をバリ(かえり)といい、この断面を滑らかに処理することをバリ取りといいます

せん断加工の種類には、外形を作る「ブランク抜き」、穴を開ける「穴抜き」、余分な部分を切り去る「切欠き」、2つの部材に分ける「分断」があります。

曲げ加工について

曲げ加工とは、板金素材の金属板をパンチとダイで上下に挟み、所定の形状に曲げる方法です。
曲げ加工の種類には、「型曲げ」「フランジ成形」「送り曲げ」などがあります。

「型曲げ」とは、金型に固定する方法です。
ダイの上に板金素材を固定して、上からパンチで圧力をかける「突き曲げ」と、フォールディングマシンで板金素材を側面から折り曲げる「迎え巻き上げ」という方法があります。また、「V字」「U字」「L字」「Z字」など、さまざまな形状に曲げることができます。

「フランジ成形」とは、型曲げのL字曲げから発展した方法で、曲げのラインが2次元や3次元になるよう成形します。
複雑に湾曲させる技術は、自動車のボディなどに用いられています。板金素材を内側に湾曲させる「伸びフランジ成形」と外側に湾曲させる「縮みフランジ成形」があります。

そのほか、板金素材を型に固定するのではなく、ライン上で前進しながら徐々に曲げ加工を行っていく「送り曲げ」という方法もあります。
送り曲げには、大きな半径で円の断面を作るシンプルなものから、複雑な断面形状まで幅広く対応。3本のロールで行う「ロール曲げ」と複数組のロールで連続的に行う「ロール成形」などがあります。

曲げ加工とは、板金素材の金属板をパンチとダイで上下に挟み、所定の形状に曲げる方法です。
曲げ加工の種類には、「型曲げ」「フランジ成形」「送り曲げ」などがあります。

「型曲げ」とは、金型に固定する方法です。
ダイの上に板金素材を固定して、上からパンチで圧力をかける「突き曲げ」と、フォールディングマシンで板金素材を側面から折り曲げる「迎え巻き上げ」という方法があります。また、「V字」「U字」「L字」「Z字」など、さまざまな形状に曲げることができます。

「フランジ成形」とは、型曲げのL字曲げから発展した方法で、曲げのラインが2次元や3次元になるよう成形します。
複雑に湾曲させる技術は、自動車のボディなどに用いられています。板金素材を内側に湾曲させる「伸びフランジ成形」と外側に湾曲させる「縮みフランジ成形」があります。

曲げ加工とは、板金素材の金属板をパンチとダイで上下に挟み、所定の形状に曲げる方法です。
曲げ加工の種類には、「型曲げ」「フランジ成形」「送り曲げ」などがあります。

「型曲げ」とは、金型に固定する方法です。
ダイの上に板金素材を固定して、上からパンチで圧力をかける「突き曲げ」と、フォールディングマシンで板金素材を側面から折り曲げる「迎え巻き上げ」という方法があります。また、「V字」「U字」「L字」「Z字」など、さまざまな形状に曲げることができます。

「フランジ成形」とは、型曲げのL字曲げから発展した方法で、曲げのラインが2次元や3次元になるよう成形します。
複雑に湾曲させる技術は、自動車のボディなどに用いられています。板金素材を内側に湾曲させる「伸びフランジ成形」と外側に湾曲させる「縮みフランジ成形」があります。

そのほか、板金素材を型に固定するのではなく、ライン上で前進しながら徐々に曲げ加工を行っていく「送り曲げ」という方法もあります。
送り曲げには、大きな半径で円の断面を作るシンプルなものから、複雑な断面形状まで幅広く対応。3本のロールで行う「ロール曲げ」と複数組のロールで連続的に行う「ロール成形」などがあります。

絞り加工について

絞り加工とは、板金素材の金属板を凹ませることで成形する方法で、仕上がりに継ぎ目がないことが特徴です。

加工したい形状に合わせた凹状の金型ダイとダイに沈み込む凸型のパンチで、板金素材を挟んで圧縮します。仕上がりの製品の直径より浅いものを「浅絞り加工」、深いものを「深絞り加工」といいます。円筒のようなシンプルな形状から、角筒、円すいなど、さらに異なった絞りを組み合わせることで複雑な形状に加工することも可能です。

絞り加工の際には金属板の端にシワがよりやすくなるため、それを防ぐために「シワ押さえ板(ブランクホルダー)」を使用します。

張り出し加工について

張り出し加工とは、板金素材に圧力を加え、金属を伸ばして立体に成形する方法です。

絞り加工が、板金素材をダイの穴の中に引き込んで圧縮するのとは異なり、張り出し加工は、金属を伸ばして立体化する方法。表面に凹凸の模様を施すエンボス加工も、この張り出し加工によるものです。

張り出し加工には、「パンチ張り出し加工」「液圧張り出し加工」のほかに、「手板金による張り出し加工」があります。
「パンチ張り出し加工」は、パンチで板金素材に圧力をかけて成形する方法で、「液圧張り出し加工」は、パンチを使用せず、液圧で板金素材を押し出す方法です。
パンチを用いた方法では、接地面の圧力に偏りが生じますが、液圧は全体均一に圧力がかかるのが特徴です。
「手板金による張り出し加工」は、板金素材をハンマーなどの工具を使って手作業で加工する方法で、より緻密な加工が可能です。

次に、一般的な板金加工工程について紹介します。

一般的な板金加工の流れ

板金加工では、さまざまな金属材料を使用しますが、その厚さは規格で定められています。
厚さは材料によって範囲が異なります。一般的な材料別の板厚は次のとおりです。
※厚さ「t」単位「mm」で、1.0mmの厚さであれば「t1.0mm」で表示

・ ステンレス:t0.3~t6.0mm
・ アルミ:t0.5~t6.0mm
・ 鉄:t1.0~t6.0mm
・ 銅:t0.3~t2.0mm

これらの金属から、用途に適した板厚の材料を選び加工の工程に入ります。
一般的な板金加工工程の流れは、次のとおりです。

  1. 図面展開
  2. 切断・抜き加工
  3. 前加工
  4. 曲げ加工
  5. 溶接加工
  6. 仕上げ・表面加工

これらの加工工程を詳しく見ていきましょう。

1.図面展開

板金加工工程の設計図面を展開します。
完成物の設計図を元に、板金素材の金属板を仕上がり寸法に合わせて切断するための工程です。

金属板は曲げ工程の過程で、寸法に伸びが発生します。そのため、図面展開の際は、加工時に発生する伸びを考慮する必要があります。
例えば、100cmの金属板を直角に曲げた場合、50cm+50cmではなく、板厚によっては50.1cm+50.1cmほどの伸びが生じます。
そのため、1枚の板を1辺50cm角のL字に曲げる場合、0.1cmずつの誤差を差し引く必要があります。

加工後に求める寸法に仕上げるためには、伸びの数値を算出した上で図面を展開します。

2.切断・抜き加工

金属材料を所定の形状に切り出したり、穴を開けたりします。
これらの加工では、切断加工に「レーザーマシン」抜き加工に「タレットパンチプレス(タレパン)」などの機械を使用します。

「レーザーマシン」は、専用のプログラムを作成することで、複雑な形状の切断や抜きなどの加工が可能です。「タレットパンチプレス」は、直線
工や穴加工など比較的単純な形状の加工に適しています。

展開する形状に合わせて、これらの機械を組み合わせながら切断や切り抜き加工を行います。

3.前加工(バリ取り、タップ加工)

次の曲げ加工の前に、切断・抜き加工の際に発生した金属部材の断面処理を行います。
切り出しの際、発生した切断面の亀裂(バリ)を、後工程のために処理「バリ取り」を行います。

また、ネジ穴を開ける「タップ加工」もこの前加工の段階で行います。

4.曲げ加工

切断した平面の板金素材を図面通りに曲げる加工です。
ここでは、「プレスブレーキ」や「ベンディングマシン(ベンダー)」と呼ばれる機械と「パンチ」「ダイ」の工具を使用します。

ダイの上に金属部材を載せて、その上からパンチで圧力を加えプレスすることで、部材を湾曲させます。

曲げの角度や形状が同じであっても、材料や厚さによってダイのサイズが異なるため、その都度設定に合った工具の入れ替え「段取り替え」の作業が必要です。

5.溶接加工

部材同士を溶接で接合します。
溶接とは、金属を熱で溶かして合体させる方法で、「圧接法(加圧溶接)」「融接法(溶融溶接)」「ろう接法(ろう溶接)」があります。

・ 圧接法(加圧溶接):部材同士を機械的な圧力を加えて接合する方法
・ 融接法(溶融溶接):被覆アーク溶接など、2つの部材を融点より高い温度で加熱して液状で混ぜ合わせて接着し、その後に冷却し固める方法
・ ろう接法(ろう溶接):部材より低い融点を持つ金属の溶加材(半田や銀ロウなど)で溶解させて接合する方法

溶接加工は、板金素材が薄いと歪みが生じやすく、一つの部材で溶接箇所が多くなるほど加工の難易度が上がります。

6.仕上げ・表面加工

塗装やメッキなどで表面処理を施します。
加工の段階で生じた凹凸部分や表面のキズなどを補修して仕上げる工程です。「パフ仕上げ」や「メッキ」などの特殊な表面加工もこの工程で行います。

「パフ仕上げ」とは、布や皮、ゴムなど柔らかい素材に硬い粒状の物質を付着させたパフを回転しながら、表面を磨く方法です。
「メッキ」とは、金属表面の保護や防サビ、また光沢感など見た目の美しさを出すために金属の薄膜を覆う加工です。

板金加工の一般的な機械「タレットパンチプレス」「プレスブレーキ」について

タレットパンチプレスは、プレス機器の中でも、特にアルミやステンレスなどの板金の打ち抜きに使用します。
プログラミングされたNC(数値制御)装置で、丸型や四角形など必要な金型を金型ホルダーから選択し、板金素材を打ち抜いて成形。効率の良い大量生産が可能です。

タレットパンチプレスは、安定した精度で複雑な形状に対応します。タレット内の金型を使用するので、専用の金型が不要。また、人の作業は機械を遠隔で監視するだけなので、一人で複数台の操作ができるなど、人的コストの大幅な削減につながります。

タレットパンチプレス(英語: turret punch press)とは、プレス機械の一種。通称“タレパン”とも言われ、板金の打ち抜き加工によく用いられる。形状の異なった多数の金型を円状または扇状の「タレット」とよばれる金型ホルダーに配置し、NC制御によって、任意の金型で材料(ワーク)の所定の位置に所定の打ち抜き、成形加工をおこなう。
汎用金型を連続して打ち抜くこと(追い抜き、ニブリング)で、板金を任意の形状に打ち抜くことが可能。多品種少量生産に適する。

フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

プレスブレーキについて

プレスブレーキは、ベンダーやベンディグマシンとも呼ばれ、鋼板やアルミなど、比較的薄い金属素材の曲げ加工に使用します。

プレスブレーキの仕組みは、プレスする板金素材をダイとパンチで挟み上下の往復運動で圧力を加えることで、所定の形に曲げて成形します。
「機械式プレスブレーキ」と「油圧式プレスブレーキ」の2種類がありますが、機械式は油圧式と比べ扱いが難しいことから、一般的に「油圧式プレスブレーキ」が多く使われています。

形状は、「90°曲げ」「90°曲げ グースネック」「90°曲げ 直剣型」「90°曲げ 板厚用」「90°曲げ サッシ用」「R曲げ」などに対応します。

板金加工でつくられる身近なモノ

私たちの身の回りのあらゆる製品の製造に、板金加工が取り入れられています。
例えば、テレビや冷蔵庫、洗濯機などの家電製品や、自動車部品、パソコンの部品、キッチンなどの建築物の部材など、板金加工の技術が幅広く応用されています。

自動車にみる板金加工

自動車の製造では、主にボディや内部部品などに板金の加工品が使用されています。

自動車ボディの特徴は、複雑かつ滑らかな曲面と表面の光沢です。特に曲げ加工の工程では精密な設計に対応できる専用の機械を使用します。
そのほか、自動車では部品の製造だけでなく、事故や老朽化に対応する板金修理のニーズも多くあります。

金属部分の凹みや表面の修復作業では、職人による「手板金」の高い加工技術が不可欠です。

家電にみる板金加工

冷蔵庫やエアコン、電子レンジ、キッチン用品など、家電製品に使われる部品は、特に長期間の耐久性が必要です。
また、製品の精密化により部品の小型化・軽量化が求められ、構造もいっそう複雑になっています。

内部部品だけでなく、家電製品の外観にも多くの板金加工が施されています。家電製品の構造は、大部分が非常に薄い板金とデザイン性のある形状が特徴で、材料には、サビや腐食を完全に防止できる亜鉛メッキが多く使用されます。

板金加工のWEB見積もりサイト

板金加工は、信頼のおける技術力と柔軟に対応できる実績を有するメーカーに委託することで、求める品質とコスト削減の両立が可能になります。
最近、WEB上で見積もりができるサイトが増えています。

ここでは、3Dデータをアップするだけで素早く見積もりができる、2つのサイトを紹介します。

FA板金加工 即時見積りサービス〈ミスミ meviy(メヴィー)〉

「ミスミ meviy(メヴィー)」は、切削プレート、板金、金型、試作品に対応。

さまざまな材料、表面処理、加工が可能です。3DCADデータアップロードで製造可否をシステムが自動で判断。即時に見積もり、最短1日のスピード出荷が特徴です。

詳しくはこちら:https://meviy.misumi-ec.com

板金加工、金属・切削加工〈キャディ CADDi〉

「キャディ CADDi」は、機械・装置類の板金加工品や切削・金属加工品を一貫して生産。多品種小ロットから量産まで、あらゆるニーズに対応します。

3DCADデータをWEBにアップロード「3D CAD自動見積りサービス」では、最短2時間でスピード見積もりが可能です。

詳しくはこちら:https://caddi.jp

進化する板金加工と、ファインブランキングプレスについて

ますます進む板金加工の精密化を背景に、金型業界では「破断なき精密打ち抜き」や「抜きだれ最小」「増肉・減肉」など、ファインブランキングプレスの技術が注目されています。

ファインブランキングプレスとは、精密打ち抜きなどのプレス成形をいい、他の工法にはない静水圧の効果を利用した技術です。
エンボスや半抜き、バーリング、座ぐり、面取り、つぶしなどの複合加工の増加に伴い、ファインブランキングプレスの進化が加速しています。

ファインブランキングプレスの技術は、さかのぼること1922年にスイスで開発。
タービンのブレードを切断するためにプレス機を改造し、多くの手作業を行うことなく、スムーズな切り出しの工程を一連化。
さらに、同じプレス機でタービンブレードの組み付け部において冷間鍛造での増肉を可能にしました。

このファインブランキングプレス技術が、日本に上陸してから約半世紀、今日では時計やカメラなどの精密部品から自動車部品、建築機材、さらに医療や航空宇宙などの新たな産業分野へと市場が拡大しています。

今後はプレスと金型にとどまることなく、優れたファインブランキング成形加工によるシミュレーションや被加工材、加工油剤、周辺装置などの各メーカーの連携によって、さらなる加工技術の向上と効率化が期待されています。

板金加工についてまとめ

板金加工に求められることは、さまざまな製品の部品を供給するための大量生産と、複雑な形状や精密な加工に対応する技術です。

板金加工には、人の手作業で行う「手板金」と金型を使用して加工する「機械板金」があります。
手板金は、人の手による緻密な加工や試作品など小ロットに、一方、機械板金は、効率良く安定した品質で、単価が安く大量生産に適しているという特徴があり、それぞれ加工用途や特性に応じた専門性があります。

板金加工は、耐久性や防カビ性に優れたステンレスや軽量で加工しやすいアルミニウムなどをはじめ、さまざまな金属素材が使用され、「図面展開」「切断・抜き加工 」「前加工」「曲げ加工」「溶接加工」「仕上げ・表面加工」という流れで、各工程において専用の機械を使用し、加工精度や作業効率性を高めています。

板金加工は、家電製品の部品や自動車のボディをはじめ、パソコンなどの精密機器など、あらゆる産業においてニーズはますます拡大、板金加工の機械開発も進んでいます。

例えば、タレットパンチプレスは、プログラミングで数値制御する抜き加工技術、プレスブレーキは、加工が難しい薄い金属素材の曲げ加工に適応。そのほかにも、切断や型抜き、曲げ加工、さらに2Dや3Dなど立体形状の加工など、機械の進歩によって複雑な加工や製造スピードアップを可能にしています。

また、金型業界におけるファインブランキングプレス技術への期待もあり、いっそう高度化する製造分野とともに、板金加工の技術も進化し続けています。