「金属プレス加工とはどのような技術？」
「金属プレス加工はどのように行われているの？」
このような疑問を持つ人は多いでしょう。金属プレス加工はプレス機で圧力をかけ、金型の形に合わせて金属板を加工します。自動車や電気製品などの精密な部品には必ず使われ、現代の産業に欠かせない技術です。
この記事では、金属プレス加工の基本的な特徴・種類・工程や、メリットとデメリットを詳しく解説します。今後の展望にも触れているので、金属プレス加工について知りたい人はぜひ最後までご覧ください。
金属プレス加工の基礎知識
金属プレス加工は、新しい材料や加工技術が導入され日々進化しています。まずは基礎知識として、以下のことを押さえておきましょう。.6倍程度となります。
- 金属プレス加工の特徴
- 金属プレス加工の種類
- 金属プレス加工の工程
- 金属プレス加工における金型の種類
- 金属プレス加工技能士とは
順番に詳しく解説します。
金属プレス加工の特徴
金属プレス加工とは、金属の板に強い圧力をかけて形を作る加工方法です。特定の形にするための金型をあらかじめ作り、その型を使って同じ形の製品を大量に作ります。
例えば、車のドアや家電のような全く同じパーツを大量生産するのに使われます。金属プレス加工は「金属の板を強い力で押して、たくさんの部品を早く作る方法」なのです。
金属プレス加工の種類
金属プレス加工は製品の形状に合わせて加工するため、加工法には下記の通りさまざまな種類があります。
| せん断加工 | 圧力をかけ破断させる加工法 例：はさみ |
|---|---|
| 曲げ加工 | L字やU字に曲げる加工法 例：モーターカバー |
| 絞り加工 | 円筒・角錐など容器状の製品を作る加工法 例：シンク |
| 抜き加工（パンチング） | 金型を使って穴をあける加工法 例：スマホフレーム |
| エンボス加工 | 凹凸模様をつける加工方法 例：自動車の燃料タンク |
金属プレス加工は金属材料を切る・曲げる・絞るなど、人力では困難な作業が短時間で可能です。
金属プレス加工の工程
金属プレス加工の工程は、一般的に以下の流れです。
| ①金型設計・製作 | パンチ（押す側）とダイ（受ける側）で構成される金型を精密に設計・製作する |
|---|---|
| ②テスト加工 | 金型をプレス機にセットして、テスト加工で金型の精度を確認する |
| ③材料を準備しプレス機にセット | 必要な寸法にカットした金属シートをプレス機にセットする |
| ④プレス機の稼働 | 作業前の安全確認を入念に行いプレス機を稼働させる |
| ⑤トリミング | 余分な部分を切り取るトリミングを行い外観や精度を整える |
工程を順序よく適切に行うことで、製品を効率的に生産できます。
金属プレス加工における金型の種類
金属プレス加工で使用される金型の主な種類は、以下の通りです。
| 単発型 | 1回のプレス操作で1つの工程を行う金型 |
|---|---|
| 順送型 | 1つの金型内で複数の工程（抜き・曲げなど）を連続的に行える金型 |
| トランスファー型 | 異なる単発型が順列され、複数の工程を自動で加工できる金型 |
金型の材料は鋼・鉄・鋳鉄などが使用され、その種類によって性能やコストが変わります。
金属プレス加工技能士とは
金属プレス加工技能士は、金属プレス加工の専門的知識と技術を証明する国家資格です。資格は1級から3級まであり、それぞれのレベルと資格試験の内容は以下になります。
| 資格の概要 | 1級 | 高度な技術を有し、複雑な作業やチームのリーダーとして指導的役割を担う技能者 |
|---|---|---|
| 2級 | 中程度の技術を持ち、指示に従って作業を遂行できる技能者 | |
| 3級 | 基本的な加工を行うことができる初級技能者 | |
| 技能士試験内容 | 学科試験 | 金属プレス加工に関する基礎知識・材料や機械の取り扱い・加工原理・品質管理・作業安全などが出題 |
| 実技試験 | 実際の金属プレス加工の技術を試す試験で、試験官が製品の成形や加工精度・効率性をチェック |
資格保持者は、指導者としての活躍と作業責任者へのステップアップが期待できます。日本の金属プレス加工は海外でも評価が高いため、技能士の需要は安定しているでしょう。
金属プレス加工のメリット
金属プレス加工は以下の特性から、自動車・家電・航空機・建設・電子機器など多くの産業に貢献しています。
- 生産性が高い
- 精度が高い
- 強度が高い
金属プレス加工におけるメリットの詳しい解説は、以下の通りです。
生産性が高い
金属プレス加工は、生産性が高い技術です。一度金型を作ってしまえば、一度のプレスで複雑な成形もできるため、少ない作業の手間と時間で生産が可能です。
生産を自動化すれば、連続加工や大量生産もできます。切削加工などと異なり材料を変形させる加工のため、切りくずなどの廃棄物が少なく清掃しやすいのもメリットでしょう。
精度が高い
金属プレス加工で作られた製品は、高い精度を誇ります。精密に設計された金型とプレス機の制御技術によって、製品の寸法にばらつきが少ないからです。
均等な圧力で加工する技術があれば、後の工程でも調整作業の減少が見込まれます。成形は金型で行うことから、職人の技量によらず安定した品質を保てるのがポイントです。
強度が高い
金属プレス加工の大きなメリットは、強度の高い製品を作製できる点です。一枚の素材をつなぎ目なく引き伸ばす塑性（そせい）加工によって、強靭で柔らかい製品に仕上げます。
製造過程で金属に含まれる不純物等が繊維状に整列することも、金属プレス加工製品の強度が高い要因です。
金属プレス加工のデメリット
金属プレス加工には多くのメリットがありますが、以下のようにデメリットも存在します。
- 初期費用が高い
- 小ロットの生産には向いていない
- 自由度が低い
それぞれ詳しく確認していきましょう。
初期費用が高い
金属プレス加工を行うには、高い初期費用がかかります。精密な金型には設計・製作費が必要であり、試作用の金型材料や調整工程のコストもかかります。
数百トンから千トン近い圧力が必要なプレス機は、大掛かりで高価です。さらに、大きな力で金属板を打ち出す作業は事故のリスクも伴うため、専門知識を有する熟練した技術者の人件費も必要になります。
小ロットの生産には向いていない
金属プレス加工は小ロットの生産には向いていません。同じ製品を少量しか製造しない小ロット生産では、金型の設計や製作にかかる初期費用を回収できないためです。
顧客の好みや用途に合わせた製品はどうしても多品種少量生産になります。金型を短期的にしか活用できない小ロット生産は、受注金額に対してコストの採算が合いません。
自由度が低い
金属プレス加工は決まった形状やデザインの量産には向いていますが、自由な形状の加工には適していません。複雑な形状や細かいディテールを持つ複雑な部品の製造を金型で作るのが技術的に難しいためです。
また、成形品を金型から取り出しやすい形状にする難しさもあります。小さすぎる製品、薄物成形も難易度が高いでしょう。自由度を出したいなら、鍛造（たんぞう）や溶接加工が向いています。
金属プレス加工の技術革新
金属プレス加工は今後の産業のニーズにともない、以下のような技術革新が順次進められています。
- サーボプレス加工
- 3Dプレス加工
- スマートファクトリー
それぞれどのような技術なのか、ポイントを見ていきましょう。
サーボプレス加工
サーボプレスとは、サーボモーターを駆動源とするプレス機を用いる加工です。従来の油圧式と違い、加圧スピードを調整することができます。金属プレス加工にサーボプレス加工を導入するメリットは以下の通りです。
- 正確な位置決めで加工精度を向上する
- 速度や力を柔軟に調整できる
- 必要な力だけを供給するのでエネルギー効率が良い
- スムーズな動作で振動が少ないため品質向上につながる
金属プレス加工にサーボプレス技術を加えることで、さらなる生産性向上と品質向上が期待できます。
3Dプレス加工
3Dプレス加工とは、金属などの材料を立体的な形状に加工する技術です。通常のプレス加工より、複雑な立体形状を作り出せます。
金属粉末を積層して立体物を作成する3D技術や、3Dプリンターで金型を作る取り組みもあります。3Dプリンターで作る光硬化性樹脂の金型は、コストを圧縮しやすく、小ロット生産への対応も期待できます。今後の金属プレス加工の可能性を広げる技術です。
スマートファクトリー
スマートファクトリーとは、IoTやAIを活用して金属プレス加工を進める概念です。具体的には、以下のようなことが可能になります。
- センサーによるリアルタイムの品質管理
- 機械やロボットによる作業の自動化
- AIで機械の故障を予測し計画的にメンテナンス
- 生産プロセス効率化による小ロット生産対応
スマートファクトリーの導入は、製造業においてコスト削減・生産性向上・品質改善などさまざまな変革をもたらします。
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