板金プレス加工——絞り・曲げ・打抜きの設計指針

板金プレス加工は機械工業の量産技術の中核で、自動車・家電・建材・装置部品で広く活用される。20年外部設計者として大手メーカーに常駐してきた私が、板金部品の設計指針を新人時代から叩き込まれた工法。新人設計者は「板金=曲げて穴あけて切るだけ」と単純化しがちだが、絞り・曲げ・打抜き・抜き・カシメ・タップなど多様な工法を組み合わせて初めて、量産可能な板金部品になる。本稿ではプレス加工の基本判断軸を、設計者目線で整理する。

国内のプレス機メーカーはアマダ・小松産機・コマツNTC・三井造船などが主力。自動車プレスはトヨタ・本田技研工業傘下の専用プレスメーカーも多い。

プレス加工の3大工法——せん断・曲げ・絞り
打抜き加工——クリアランスと面品質
曲げ加工——スプリングバックの予測
絞り加工——絞り比と最小肉厚
カシメ・ダクト・バーリング——板金専用技術
金型——進歩か単発か
失敗談——SUS板の曲げで割れた話
ハイテン材・アルミ・チタン——難板金材の世界
サーボプレス——次世代の量産技術
順送金型の構造——量産設計の核
プレス機械のトン数——選定指針
板金材料の選定——SPCC/SECC/SUS/AL
結言——板金プレスは「量産の王道」
ファインブランキング——精密せん断の世界
板金部品の表面処理——量産の必須要素
量産品の品質管理——ロット管理とSPC
板金部品の組立性——ねじ・カシメ・溶接

プレス加工の3大工法——せん断・曲げ・絞り

プレス加工は3つの基本工法に分類される。

工法	内容	代表用途
せん断加工(打抜き)	板を切り抜く	抜き製品・穴加工
曲げ加工	直線曲げ・V曲げ	L字・U字・チャンネル
絞り加工	立体成形	容器・カバー・シェル

このほか、複合工法として「カシメ・バーリング・タッピング・ダクト切り」など多数。1つの部品で複数工法を順送・トランスファ金型で順次加工することが多い。

設計者は「自分の図面はどの工法で作るか」を意識する。例えば角型容器なら「ブランク → 絞り → トリミング → タッピング」の4工程。これにより金型コスト・量産時間・単価が決まる。

打抜き加工——クリアランスと面品質

打抜き加工(せん断加工)はパンチとダイの隙間(クリアランス)で品質が決まる。

クリアランス	板厚比	せん断面状態
過小	3%以下	ダブルカット・割れ
標準	5〜10%	良好(光沢面+破断面)
過大	15%以上	ダレ大・バリ大

クリアランスは「材質と板厚」で決まる。SS400 t3.0なら片側0.15〜0.30mm。SUS304 t3.0なら片側0.20〜0.30mm。アルミ t3.0なら片側0.10〜0.20mm。

打抜き製品のせん断面は「ダレ・光沢面・破断面・バリ」の4層構造。標準条件で光沢面30〜40%・破断面50〜60%・ダレ10%程度。

設計者がせん断面品質を要求する場合(嵌合面・シール面など)、「ファインブランキング」「順送研磨」「2次切削」などの工法が必要。これらはコスト2〜5倍。

曲げ加工——スプリングバックの予測

曲げ加工は最も基本だが、スプリングバック(曲げ後の戻り)で寸法が狂う。設計者がこれを理解しないと「図面90度なのに89度しか曲がらない」というクレームになる。

スプリングバックは材質・板厚・曲げR・曲げ角で変わる。

材質	スプリングバック角
SS400 軟質	1〜3度
SS400 高強度	3〜5度
SUS304(冷間圧延)	3〜7度
アルミ A5052	1〜2度
アルミ A2017(T4)	5〜10度
ハイテン材(590MPa超)	7〜15度

設計者は「曲げ角度公差±1度」を要求するなら、加工屋に「スプリングバック補正金型」を求める必要がある。汎用ベンディングマシン(アマダHFE・トルンプTruBend)では、CNC制御で自動補正される機種が多い。

曲げ半径(内R)は「板厚以上」が原則。t3板で内R3未満を指示すると、割れ・破断のリスク。SUS304薄板(t1.5以下)なら内R0.5まで可能、ハイテン材(590MPa超)では内R2t以上が安全。

絞り加工——絞り比と最小肉厚

絞り加工は平板を立体形状に成形する加工。容器・カバー・シェルなどの量産に必須。

絞り比(d/D):絞り後の口径(d) ÷ ブランク径(D)。

1.0(絞らない):単純打抜き
0.5〜0.7:1段目絞り(深絞り)
0.4〜0.5:深絞り(1段で困難)
0.3以下:多段絞り必要(2〜5段)

容器底部の最小肉厚は、ブランク厚さの50〜70%が標準。深絞りで底が薄くなる現象(肉減り)を考慮した設計が必要。

部品例	工程数
シャローカップ(深さ20、口径50)	1段
標準容器(深さ50、口径50)	2段
深容器(深さ100、口径50)	3〜4段

工程数が増えると金型数・設備数・段取り時間が比例して増える。設計者は「絞り深さは口径以下」を意識すると、量産コストが下がる。

カシメ・ダクト・バーリング——板金専用技術

板金プレスには、機械加工にない専用技術がある。

カシメ加工:板同士をかしめて結合(自動車外装パネル接合)
ダクト加工(エンボス):プレスで突起を作る(剛性UP・位置決め)
バーリング加工:穴のフチを立てる(ねじ深さ確保)
ピアシング(打抜き):プレス内で穴あけ
タッピング:プレス内でねじ切り

バーリング加工は板厚以上のねじ深さが必要な場面で活躍。例えばt2板にM6ねじを切ると、バーリングでねじ深さ4mmまで稼げる。設計者がこれを知ると、ナット溶接・スタッド溶接を省略できる場面がある。

金型——進歩か単発か

プレス加工は金型コストが支配的。

金型タイプ	価格	量産対応
単発金型(打抜き・曲げ単発)	5万〜50万円	〜数百個
順送金型(複数工程)	100〜500万円	数千〜数万個
トランスファ金型	300〜1500万円	数万〜数十万個
プログレッシブ金型	500〜5000万円	数十万〜数百万個

設計者は「数量と金型コストの分岐点」を意識する。月100個の試作品なら単発金型、月1000個なら順送、月10000個ならトランスファ・プログレッシブ。

新人時代、私は「金型って高いんだな」と漠然と思っていたが、客先で実物を見せてもらうと300kgの鋼塊が芸術品のように加工されている。あれを見ると「金型コストは妥当」と納得した。

失敗談——SUS板の曲げで割れた話

10年前、ある食品機械のカバー部品(SUS304・t2.0・90度曲げ・内R1)を設計し、量産100個発注した。初回ロットで20%の部品が曲げ部に微細亀裂を起こしていた。

調査の結果、SUS304の冷間圧延材は曲げ加工で加工硬化が進み、内R1(板厚の0.5倍)では割れリスクが高いと判明。内R2(板厚同等)に変更して再加工。

教訓:SUS薄板の曲げ加工は「内R = 板厚以上」が安全マージン。設計者はSUSの曲げ性を「鋼より厳しい」と認識する。

ハイテン材・アルミ・チタン——難板金材の世界

最近の自動車・航空産業では「ハイテン材(高張力鋼板)」「アルミ合金」「チタン」など難板金材の使用が増加。

材質	引張強度	設計指針
590MPa級ハイテン	590MPa	内R2t以上、絞り比0.6以上
980MPa級ハイテン	980MPa	内R3t以上、絞り比0.7以上
アルミ5083	280MPa	内R1.5t、絞り易い
チタン Ti-2級	350MPa	内R3t以上、加工性悪

ハイテン材は軽量化のため自動車構造部材で多用される。設計者は「ハイテンは曲げにくい」を意識して、内R・曲げ角・スプリングバック補正を加工屋と協議する。

サーボプレス——次世代の量産技術

近年、コマツやアイダエンジニアリングが「サーボプレス」(ACサーボモータ駆動)を主力にしている。従来のクラッチプレスに比べ、ストローク・速度・荷重をプログラム制御可能。

サーボプレスの利点：

速度パターン自由設定(下死点付近で減速し品質UP)
騒音・振動低減
金型寿命2〜3倍延長
エネルギー効率改善

設計者がサーボプレスを意識した部品設計をすると、難加工材(ハイテン・アルミ)の品質が大幅向上する。最近の自動車パネルはほぼサーボプレスで生産されている。

順送金型の構造——量産設計の核

順送金型は、複数のステーション(工程)を1本の金型に組み込み、材料を1ピッチずつ送りながら順次加工する仕組み。1回のプレス動作で複数工程が同時進行し、量産効率が劇的に上がる。

ステーション	工程
1〜2	パイロット穴・基準穴
3〜5	外形・穴打抜き
6〜8	曲げ・絞り
9〜10	タッピング・カシメ
最終	切断・分離

順送金型1台で10〜30ステーション組み込み可能。1日の生産量は数万〜数十万個。

設計者は「順送可能な部品形状か」を意識する。基準ピッチ(送り量)・パイロット穴位置・取り代設計などを加工屋と協議する。順送設計が良いと量産単価が1/3〜1/5になる。

プレス機械のトン数——選定指針

プレス機の能力はトン数(ton)で表す。

プレス能力	部品サイズ目安
30〜80 ton	小物部品(t1〜3、100mm角)
100〜300 ton	中物部品(t3〜6、500mm角)
500〜1000 ton	大物自動車パネル
2000〜5000 ton	自動車外装大型パネル
10000 ton超	大型構造部材(造船・建材)

設計者がプレス対象サイズを意識すると、加工屋の機械選定がスムーズ。「t3 SUS304 500mm角・絞り深さ30」なら300〜500トン級が必要。

板金材料の選定——SPCC/SECC/SUS/AL

板金で使う主要材料。

材質	強度	用途
SPCC(冷間圧延鋼板)	270MPa	装置カバー、家電
SPCE(深絞り用鋼板)	270MPa	深絞り部品、容器
SECC(電気亜鉛メッキ鋼板)	270MPa	屋外用、防錆
SUS304(オーステナイト)	520MPa	食品機械、医療
SUS430(フェライト)	450MPa	装飾、家電内装
アルミA1050	80MPa	軽量カバー
アルミA5052	195MPa	装置構造部材

設計者は材質選定で「強度・耐食性・コスト・加工性」のバランスを判断する。SUS304は加工硬化・割れリスクで難しいが、耐食性が必要なら避けられない。

結言——板金プレスは「量産の王道」

板金プレス加工は機械量産技術の王道だ。設計者がプレス加工を理解できると、量産コスト・品質・納期のすべてが大幅改善する。

絞り・曲げ・打抜き・カシメ・バーリング・タッピング——これらを組み合わせて、たった1分で1個の複雑板金部品が生産される。量産技術の真髄を体感するためにも、新人設計者は板金プレス工場を必ず見学してほしい。

20年やってきて、板金プレスは今も奥が深い。サーボプレス、ハイテン材、ファインブランキング、レーザー切断連動——技術は日々進化している。設計者も学び続けないと、現場の最適解を引き出せない。CADで描く板金展開図の向こうに、プレス機の壮大な動きがある。それを忘れずに設計したい。

ファインブランキング——精密せん断の世界

ファインブランキング(精密せん断加工)は、通常のせん断とは異なる「3つの力(打抜力・押え力・カウンタ力)」を同時に作用させる加工法。せん断面が「ほぼ100%光沢面」になり、面粗さRa1.6・寸法精度±0.02が可能。

代表機:ファインツール(スイス)・コマツ・小松産機。自動車シートベルト部品・歯車部品(平歯車)・ロック部品などで使用される。

設計者がファインブランキング対応部品を設計するときは、加工屋(専門設備所有の業者)に相談する。コストは標準せん断の2〜3倍だが、後加工(機械加工)を省略できるため、トータルでコストダウンになる場合がある。

板金部品の表面処理——量産の必須要素

板金部品の量産品では、ほぼ全てに表面処理が施される。

表面処理	用途
電気亜鉛メッキ(MFZn)	防錆基本(SPCC・SECC)
ユニクロメッキ	装飾・防錆
クロメート処理	耐食性向上
ニッケルメッキ	装飾・耐食
黒色酸化処理(化成)	鉄部の防錆
粉体塗装	装置外装
焼付塗装	自動車外装
アルマイト処理	アルミ表面強化

設計者は「表面処理の種類・膜厚・寸法影響」を意識する。亜鉛メッキ膜厚5〜25μmで嵌合精度が変わる。シビア寸法部はメッキを避けるか、寸法調整する。

量産品の品質管理——ロット管理とSPC

板金プレス量産品では、ロット管理と統計的工程管理(SPC)が必須。1ロット500〜5000個単位で、初品・中間・最終のサンプル検査を行う。

検査項目	検査頻度
寸法(主要4〜10箇所)	ロット先頭5個 + 1時間ごと2個
外観(キズ・バリ・色調)	全数または抜取
機能(嵌合・組立性)	ロット先頭1個
材質(SPCC等の確認)	入荷時ミルシート

設計者が「重要寸法」を図面に明示すると、加工屋の検査ポイントが明確になる。重要寸法には「○」マーク、超重要寸法には「◎」マークで指示するのが業界標準。

新人時代、私は全寸法を均等に重要扱いして、加工屋から「全部測れない、優先順位を教えてほしい」と質問された。以降、設計時に「機能上のクリティカル寸法」を3〜5箇所に絞って明示する習慣をつけている。

板金部品の組立性——ねじ・カシメ・溶接

板金部品は単体で完結せず、複数部品の組立で機能する。組立方法によって設計指針が変わる。

組立方法	用途
ボルト・ナット結合	分解組立可能、メンテ容易
カシメ結合	量産簡便、分解不可
スポット溶接	自動車車体、装置構造
TIG/MIG溶接	重構造、配管
接着剤(エポキシ等)	軽量・防振
リベット結合	航空機構造、装飾