プレス絞り加工/深絞り加工・へら絞り加工とは？
プレス加工には多くの加工法があり、プレス絞り加工はその中で最も難しいとされる加工法です。絞り加工とは、板金加工の一種です。一枚の金属板に圧力を加え、絞り込むことで凹状に加工し、容器の形状にする加工方法です。継ぎ目がなく利用用途が非常に高い加工方法のため、アルミ缶や灰皿、ボトル容器など様々な製品に利用されます。絞り加工はプレス加工の中でも最も金型の設計が難しく、加工条件などのバランスがうまくかみ合ってこそ、シワや割れの無い絞り加工ができます。深絞り加工は、絞り加工の中でもでも穴が深いため、更に難度が高く、技術者の技量が重要となってきます。また、へら絞りとの違いを簡単に説明すると、絞り加工は金型を一気に押し込む加工方法となり、ヘラ絞り加工は板材を回転させながら工具を押しあてる加工方法となります。へら絞りは、絞り加工に比べて生産スピードがやや遅いものの小さな圧力で成形できます。
絞り加工とは？
「絞り加工」とは1枚の金属板を容器形状に変形させる塑性加工です。金属板を絞るように圧力を加えると立体的に変形します。絞りは円柱や円すいといった単純な形状から、鍋やお椀のような曲げ具合の加工、さらに複雑な形の製品加工まで対応できます。絞りの製作物には継ぎ目がないのが大きな特徴です。また、絞り加工の場合、金属板を延ばさないため成形の前後で板厚が変わりません。
プレスによる絞り加工とは
プレスとは、金型を取り付けたプレス機械を使用して、金属素材にせん断、打ち抜き、穴あけなどをおこなう加工技術です。絞り加工もプレスで対応できますが、難易度が高く慎重な作業が求められます。ここでは、プレスによる絞り加工の種類や工程、加工可能な形状について解説します。
プレス絞り加工の種類
絞りの深さによって「浅絞り加工」「深絞り加工」に分けられており、言葉通り、製品の深さ距離が短いのが浅絞り加工、長いのが深絞り加工です。絞り加工には6種類があり、成形したい形状に合わせて適切な加工方法を選びます。プレスによる絞り加工は上下の金型で挟んで加圧して成形するのが一般的です。ほかに、熱を利用する「温間成形法」や液圧を利用する「対向液圧成形法」もあります。素材特性や製品形状によっては、これらの特殊な絞り加工を採用します。
・円筒絞り加工
・角筒絞り加工
・円すい絞り加工
・角すい絞り加工
・球頭絞り加工
・異形絞り加工
プレス絞り加工（Deep Drawing Processing）の工程
プレスによる絞り加工では、パンチ（上から押し込む金型）が、ダイ（目的の形状になっている下側の金型）に沈み込んで成形するのが基本の流れです。ひびや割れ、ひずみがないように加工するため、次の工程を踏む必要があります。
1.板の形状と寸法を決める
複雑な形状になる場合でも、体積一定の法則によってブランクの寸法と形状が求められます。絞り加工後の完成品の体積から、材料であるブランク(板）の直径が逆算できます。絞り加工後に縁をトリミングする場合は、トリミング代がとれるようにブランク直径を決めます。
2.絞りの回数を定める
1回の絞りで成形できる深さには限界があるため、素材ごとの限界絞り比、あるいは限界絞り率から必要な絞り回数を判断し、定めます。
3.金型の設計
プレスによる絞り加工の金型として、パンチとダイ、ブランクホルダーの設計が必要です。何度か再絞りをおこなうのなら、最後の絞りから初絞りまで順にパンチ肩の半径とパンチ直径を計算していきます。ダイの設計では、ダイ穴径とクリアランス、ダイ肩の半径を決定します。
4.プレス機械を選定する
必要な「絞り加工力」を求め、適切なプレス機械を選びます。金型を取り付けるのに十分な寸法があることや、絞り加工力とシワ抑え力を同時に出力できる加圧性能を持つこと、逆方向の加圧力で成形品をパンチから取り外せることも選定条件として重要です。
5.材料を決定する
材料を決定する際は、素材の特性である「引っ張り強さ」「降伏点」「伸び」「硬さ」を検討します。中でも「伸び」に関わるr値とn値は、絞り成形法に大きく影響する要素です。r値が大きいほうが、より絞りやすい材料です。また、材料のn値が大きいほど加工や変形で硬くなりやすい性質を持ちます。
6.適した潤滑油を選ぶ
プレス絞り加工では油性または水性の液圧潤滑油を用います。粘度や洗浄性、冷却性などを勘案して選ぶことが大切です。潤滑油が金型とブランクに起こる摩擦を減らし、破断や焼付き、かじりなどの発生を抑えられます。
へら絞り加工(Spinning)とプレス絞り加工の違い
代表的な絞り加工の技術には、プレス絞り以外に「へら絞り加工」があります。金属を回転させながら加工するため「スピニング」とも言い、へら絞り加工には職人が手作業で行う「手絞り加工」と機械で行う「自動絞り加工」の2種類があります。
へら絞り加工のメリット・デメリット
| メリット | デメリット | ||
| 初期コストが安い | へら絞り加工は金型が1つで済むため、設備にかかる費用を抑えられます。金型より低コストの木型も使用できますし、高価なプレス機も不要です。 | 作業者の技術が不可欠 | 微妙な感触や力加減など、熟練工の技術や経験、勘などが不可欠な加工法です。 |
| 製作期間が短い | 金型の作成時間を省けるため、熟練の技術者の手にかかれば簡単な製作物なら1時間で完成します。複雑なものでも1週間もあれば十分です。 | 大量生産には不向き | いくら製作期間が短いといっても、手作業になるため、量産は現実的ではありません。試作・小ロットに向いている加工方法です。 |
| 対応範囲が広い | 扱う素材にもよりますが、ヘラ絞りは数mm単位の小さい製品から、数m規模の大きい製品まで幅広く加工できます。複雑な形状を絞る場合でも問題ありません。 | ||
| 加工品質が高い | 職人の技術や機械の性能が向上し、安定した精度を出せます。表面が滑らかで、軽量化や強度の改善も図れるなど品質面に優れます。 | ||
絞り加工のメリット・デメリット
| メリット | デメリット | ||
| 加工速度が速い | プレス絞りは金型の製作に時間を要しますが、いったんプレス工程に入れば高速に製品を作っていけます。単純形状なら1個あたり数秒で完成させることも可能です。 | コストと時間がかかる | プレス絞りではプレス機と金型2つ（パンチとダイ）を用意するための初期費用が必要です。金型の設計から含めると最低でも10日程度、製品の複雑さによっては1カ月以上の製作期間を要します。 |
| 大量生産に最適 | プレス機械での加工の為、自動化でき、長時間にわたって稼働させられます。大量生産向きで、特に単一製品を量産したい場合に最適です。しかし、入念な金型作成と細かい計算が必要となります。 | 加工の難易度が高い | プレス加工の多くは比較的簡単に生産できる手法なのですが、プレス絞りに関してはそれが当てはまりません。加圧の調整がまずければ不良品が多く発生し、加工費がかさんでしまいます。バリやリングマーク（ショックマーク）のケアも必要です。 |
| 工程数を減らせる | 溶接や切削などの加工をせずに、ニーズに合わせた加工が可能なため、加工の工程数を減らすことができます。そのため、コスト削減と時間短縮が実現できます。 | ||
| 素材の負担が少ない | 板金一枚で加工するため。製品のひずみやシワ、傷のない加工をすることが可能です。溶接や切削加工なども行わず、素材に与えるダメージが非常に少ない為、製品が丈夫に仕上がります。 | ||
プレス絞り加工が難しい理由
プレス絞り加工が難しいのは「しわ」や「割れ」「くびれ」が発生しやすいためです。「加圧調整の難しさ＝プレス絞り加工の難しさ」と言っても過言ではありません。加圧調整が適切にされていないと不良品が多くなるのと修正とメンテナンスが必要になり、コストも余計にかかってしまうかもしれません。
しわの発生と対処法
ブランク（板）が金型に引き込まれる際に「しわ」が発生することがあります。しわ押さえの圧力が不十分だったり、パンチとダイのクリアランス（隙間）が大きかったりするなどが原因です。対処法としては、パンチとダイの隙間に注意し、しわ押さえがブランクを確実に押さえられているか確認します。加圧が均一になるように調整することが大事です。
割れの発生と対処法
割れには「底抜け」や「フランジ部割れ」「ボディ割れ」があります。絞り加工後、数日経ってから割れるのは「置き割れ（シーズンクラック）」です。しわ押さえが強すぎてブランクが圧力に耐えられない場合や、パンチRまたはダイRが小さい場合など、様々な原因があります。割れ方に応じて適切な対処を行う必要があります。
くびれの発生と対処法
くびれはネッキングともいい、ブランクが圧力に耐えられずに反ってしまう不良のことを言います。くびれが原因で割れが発生することもあり、くびれの発生を抑えるには、ブランクへの加圧が大きくなりすぎないような調整が必要です。
プレス絞り加工は大量生産に欠かせない技術
プレス絞り加工は難易度は高いが、大量生産に欠かせない技術です。切削や溶接といった加工をする必要がなく、期待する形状に形成することが可能のため、加工の工程数を削減することができます。念入りな金型作成、金型製作には初期コストがかかり、事前の細かい計算が必要となりますが、大量生産に非常に向いている加工です。また、絞り加工の種類は、絞りの深さや絞りの形状などによって多岐にわたります。プレス絞り加工はもコストと工数がかかるうえに、プレス加工の中では最も難しい加工方法ですが、設計の自由度が高く、複雑な立体形状の製品を量産するのに欠かせない技術です。金属加工の方法は多種多様で、製品や部品ごとに適した加工法を選ぶことが重要です。円筒形や円すい形、あるいは特殊な立体形状を作成したい場合には、継ぎ目なく製作できるプレス絞り加工を検討してみてください。
岐阜精器工業はプレス絞り加工に長年の経験と実績があります。弊社の得意技術『深絞り加工』には絶対的な自信を持っております。お気軽にご相談ください。
岐阜精器工業の精密プレス加工・深絞り加工の特徴
「高精度深絞り加工品」「精密プレス加工品」
一枚のシート材を繋ぎ目の無い筒状にプレス加工にて仕上げる事を「深絞り加工」と言います。プレス加工の中でも最も金型設計、生産技術が必要とされるこの工法で1970年の創業からお客様に製品を届けています。電子製品の小型化、軽量化が進む中、そこに求められるプレス製品も許容誤差は0.01ミリ以下という極めて高い技術・品質が必要とされます。その為、絞り加工を得意とする弊社なら円筒絞り、角絞り異形絞り、深絞り加工など幅広い加工を自社設計金型(順送・トランスファー)で対応が可能です。精密プレス加工・精密深絞り加工は弊社にお任せください。
設計から製作・組立・試作・量産までワンストップで対応！
金型製作について
弊社は自社で設計した金型のみ使用して試作・量産対応させていただきます。
弊社は自社設計開発の順送／トランスファー／単発金型にて深絞り加工品の製造を行っています。弱電関連部品、医療機器関連、自動車関連部品など様々はお客様の製品を開発させていただいております。SPC材、SUS材、非鉄金属、磁性材、レアメタル 多くの実績がございます。
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