プレス加工の種類
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プレス加工は、その用途ごとに合う加工方法が複数存在しています。ここでは、プレス加工の種類について紹介しています。
プレス加工は素材の分離（せん断加工）と塑性変形（塑性加工）の2種類
プレス加工の方法は大きく「分離(せん断加工)」と「塑性変形(塑性加工)」の2種類に分けることができます。分離(せん断加工)は、被加工材を金型で切断し文字通り分離(切断)する手法です。これに対して塑性変形(塑性加工)は、被加工材を分離するのではなく、金属に荷重を加えて所望の形に変形させる加工法です。
プレス加工は製品の目的・用途に合わせて適切な加工法を選ぶ必要があり、また組み合わせて活用することで、安定した品質の加工品を作ることができます。
塑性加工（塑性変形）
塑性加工には「せん断加工」と「塑性変形」があり、この内、素材を切断することなく加工する方法が塑性変形です。塑性変形は、物質が持つ塑性を利用して加工を施します。
塑性とは、ある物質に圧力を加えて変形させた場合、元には戻らない性質のことです。塑性変形では、ある一定の圧力を被加工材に加えて変形を起こし、目的の形に成形加工して製品化します。
物質の塑性を利用する点で、せん断加工に似ていますが、せん断加工では被加工材を切断するのに対し、塑性変形では切断せずプレスだけで変形加工するのが特徴です。
プレス加工の種類
- せん断加工
せん断加工は分離加工の一種で、被加工材を切断することで目的の形に加工します。プレス加工で最もメジャーな加工法です。 - 曲げ加工
曲げ加工は、被加工材に圧力をかげ目的の形に曲げて加工する方法です。金属物質が持つ「弾性」と「塑性」を利用して目的の形に成形します。 - 成形加工
成形加工は、金型を利用したプレス加工です。作りたい製品と同じ形をした金型によって被加工材に荷重を加え、寸法に合わせて加工します。 - 絞り加工
絞り加工は、被加工材に圧力(引張力)を加えて加工する方法です。パンチ(雄型)とダイ(雌型)が一対の金型で材料を挟み、型と同じ形状に加工します。 - 圧縮加工
圧縮加工は、密閉した金型で被加工材に圧力をかけて圧縮し加工する手法です。押し出し、すえ込み、コイニング、しごき加工など幾つかの技法があります。
せん断加工
「せん断加工」は、素材を切断する方法です。金属板を切断する、切り抜く、穴をあけるといったことが可能。せん断した箇所は、加工前の材料と比較して多少固くなるのが特徴です。なお、素材から不要な部分を抜く「打ち抜き加工」、切り口を削りとる「シェービング加工」といった方法もせん断加工に含まれます。
素材から円形や四角などの形状に型を作ることができます。素材を必要な大きさや形に加工できるため、プレス加工でもよく使用される手法です。穴あけパンチ器などが、せん断加工の典型的な例です。
曲げ加工
曲げ加工は素材に圧をかけて材料を目的に沿った形に曲げる方法です。金属素材が持つ弾性と塑性の性質を利用しています。
V曲げ、L曲げ、U曲げ、カール曲げなど、圧のかけ方で種類が異なる「型曲げ」に始まり、「押さえ巻き曲げ」「送り曲げ（ロール加工）」などの加工方法があります。フランジ成形などの成型加工に関しては。曲げ加工に分類されるものの、絞り加工の要素も含んでいます。
曲げ加工を使用した製品として普及しているものに、書類をまとめるクリップがあります。その他、細かな文具から建材・自動車など、多くの分野で成形に使用されています。
成形加工
成形加工は型を使用した方法で、大量生産に向き、品質を一定にすることに適しています。素材を曲線に加工することが、単純な曲げ加工と異なります。垂直部分がなく、金型から浮いたままで加工することが多いため絞り加工とは別に分類されます。複数の工程を踏む必要がある成形加工は、難易度の高い加工法として知られています。
絞り加工
絞り加工は素材に圧をかけ「パンチ（凸型」「ダイ（凹型）」の形状にする方法です。金型によっては平たい板を容器状に変えることもでき、継ぎ目がない底がある容器を製作できます。たとえば、コップや台所のシンクにもこの絞り加工が使用されています。
絞り加工は板が厚いほど難易度が上がり、絞りの回数にも限界があります。絞り加工で仕上がりを綺麗にしたいのであれば、プレス金型の成形精度を上げることが重要です。
圧縮加工
圧縮加工は素材を圧縮させて形を変える方法です。プレス機械と金型を使って常温で加工する場合はプレス加工に分類されますが、熱とハンマーを使用する場合は鍛造の工程が入るため、プレス加工には分類されません。細かな圧縮加工の種類として、押し出し加工、すえ込み、コイニング、しごき加工などがあります。
フォーミング加工
フォーミング加工は、せん断、プレス、曲げなどを連続で行う加工のことです。製作現場で使用されるフォーミングマシンでは、その一律化された工程を利用し金属部品を大量生産しています。また、単純な構造の部品だけでなく、精密部品の生産にも適しています。現在活用されている分野では、自動車、家電、建材などの部品に使用されています。フォーミングマシンを使用した連続加工で製造コストを下げられ、材料に無駄が生じないというメリットもあります。
適切な加工方法を考えることが重要
プレス金型を導入する際は、自社の製品に合った加工方法に対応できる金型かどうかを検討する必要があります。
適切な加工方法を知るには、①「順送加工が可能か」→②「トランスファー加工が可能か」→③「ロボット移送で多工程の加工が可能か」→④「単工程ごとの自動化が可能か」の順でチェックしてみることです。
順送加工が可能なら順送金型による加工が適しています。順送金型が難しい場合、トランスファー加工が可能ならトランスファープレスの使用を検討し、必要に応じてトランスファープレス・トランスファーユニット付きプレスを使い分けましょう。
また、トランスファー加工も難しいのであればロボット移送で多工程の加工を行うのも手です。1台のプレスで可能かを検討し、1台のプレスで数工程加工(トランスファープレスの使用)、単工程用プレスをライン化するといった方法を取りましょう。
順送・トランスファー・ロボット移送が全て不可能であれば、単工程ごとの自動化ができないかも検討すべきです。プッシャフィードの利用ができるのであればマガジンプッシャフィードを導入、できない場合はロボットをチェックしてみてください。
すべて自動化ができないケースでは手加工となります。
品質管理とトラブル対策
プレス加工の品質を安定させるには、加工中の変化を定量的に把握し、異常を早期に検出・対応する体制が求められます。
ここでは主な不良現象のメカニズムと、その予防策、加えて先進的な検査・測定技術について解説します。
スプリングバック
板金加工特有の現象で、加工後に材料が元の形に戻ろうとすることで寸法誤差が発生します。
これは材料の板厚や曲げ半径、加工速度の影響を受けるため、CAEシミュレーションで予測・補正した金型設計が重要です。
加工後は3Dスキャナなどで寸法を即時測定し、実測データを設計にフィードバックする体制を整えることで、再発を防げます。
割れやしわの防止
材料の流動を均一化することが不可欠です。ブランクホルダ圧力を荷重センサーで監視し、加工中にリアルタイムで圧力を最適化する制御技術が実用化されており、これにより不良率を大幅に低減した事例もあります。
バリの発生
クリアランス不足やパンチの摩耗が原因であり、エッジ部分の定期的な研磨と、画像処理による打抜き状態の自動監視が有効です。
検査工程では、AIと高速カメラを組み合わせた自動外観検査装置が登場しています。
これにより、人の目では難しかった微細なキズや油染み、打痕といった欠陥もライン上でリアルタイム検知でき、従来の抜き取り検査から全数検査への移行が進んでいます。
ビッグデータのAI解析
近年では、加工設備・金型・検査機器から取得したビッグデータをAIで解析し、加工条件と不良発生の因果関係をモデル化する試みも進んでいます。
これにより、予知保全や自動調整が可能となり、トラブルの未然防止と生産性向上の両立が図られています。
さらに、非接触の三次元測定機やレーザー変位センサーなどを活用し、加工後すぐに寸法を測定。統計的工程管理（SPC）と組み合わせることで、トレンド外れの兆候を早期に把握し、問題が拡大する前に対応可能です。
金型と加工設備の最新動向
金属プレス加工の現場では、金型や加工設備の進化が急速に進んでいます。
競争力ある製造体制を築くためには、長寿命化と精密化を両立した金型の採用と、IoTを活用したスマートな生産設備の導入が不可欠です。
金型の長寿命化
DLC（ダイヤモンドライクカーボン）やCrN（窒化クロム）などの高硬度コーティング技術が進化しており、摩耗や腐食に強い金型の開発が進んでいます。
また、レーザー表面処理やショットピーニング処理により、表面の微細構造を最適化。疲労寿命を飛躍的に向上させる技術も普及しつつあります。
精密加工を可能化
設備面では、5軸制御のマシニングセンタにNC自動補正機能が搭載され、工具の摩耗や温度変化による寸法誤差をリアルタイムで補正できるようになりました。
これにより、ミクロン単位の精度が求められる電子部品やEV向け部品の製造にも対応できます。
さらに、設計段階でのCAE（ComputerAidedEngineering）活用も進んでおり、スプリングバックや板厚変化を事前にシミュレーションし、最初の試作で高精度な金型を設計する動きが広がっています。
これにより、型修正回数を減らし、立ち上げ期間とコストを大幅に短縮できます。
加えて、IoT対応のサーボプレス機では、荷重波形や金型温度、潤滑状態などのデータをリアルタイムに収集し、異常の兆候を早期に検知する機能を搭載。これにより、突発的な故障を回避し、保全の計画化と作業の効率化が実現しています。
設備選定においては、金型摩耗を検知するセンサーの有無、IoTデータ連携の対応規格（APIやOPC-UAなど）、サーボ制御の自由度、メーカーが提供するAIによる保守支援の内容、さらに補助金適用の実績といった観点から総合的に評価する必要があります。
まとめ
プレス加工は、様々な加工法があり、製品の仕様に合わせて適切な加工法を採用することが必要です。そのため、求める製品に適したプレス金型・プレス機を導入しましょう。一度購入してしまうと、仕様変更には翁コストがかかるため、そうそう変更することはできません。事前に条件をまとめておき、導入コストと利益に見合うかをしっかりと考えて選ぶことが大切です。
