プレス加工と金属成形技術による高精度量産品の特徴

プレス加工と金属の成形技術で実現する高精度な量産品

プレス加工における金型設計と高精度化の関係

 

プレス加工における高精度な製品製造の要となるのは金型設計です。業界では「金型の8割は設計で決まる」と言われるほど、設計段階が製品精度に大きく影響します。高精度プレス加工の現場では、製品の成形工程、生産設備の仕様、各工程の機能を綿密に考慮した金型設計が不可欠です。

 

金型設計においては、製品形状の正確な図面化はもちろん、素材特性や加工条件を考慮した「見込み設計」が重要になります。特にハイテン材など加工条件の影響を受けやすい材料を扱う場合、シミュレーション技術を活用して金型部品の最適な形状を導き出すことで、精度の高い製品製造を実現しています。

 

また、高精度な金型製造には最新の加工設備も重要です。例えば、1/10000mm制御が可能なジグボーラーやワイヤーカット放電加工機などの精密機器を用いることで、±1μmという超高精度の金型部品加工が可能になります。さらに、金型部品の精度を左右する「段取り」のためのジグも自社で設計・製作することが、高精度化への道筋となります。

 

金型が完成した後の「トライ調整」も高精度化には欠かせません。組み立てた金型を製品図通りのプレス部品が作れるように最終調整する工程であり、熟練工のセンスと経験が製品の出来栄えを大きく左右します。特に複雑な高精度プレスでは、「あと少し」の調整が製品の品質を決定づけるため、この技術の伝承と向上が企業の競争力を支えています。

 

プレス加工の種類と高精度量産品への応用

 

プレス加工は多様な種類があり、それぞれが高精度量産品の製造に独自の利点をもたらします。主なプレス加工方法としては、曲げ加工、絞り加工、せん断加工、打ち抜き加工、鍛造プレス加工などがあります。

 

曲げ加工はシンプルな形状の成形に適していますが、スプリングバック（バネ戻り）が発生しやすいという特性があります。高精度な製品を得るためには、このスプリングバックを考慮した金型設計と補正が必要になります。

 

絞り加工は一体成形が可能で美しい仕上がりを実現できる点が特徴です。しかし、材料によってはシワや割れが発生しやすいため、素材特性に応じた最適な条件設定が求められます。高精度絞り加工の技術は、自動車部品や精密機器部品など多くの産業分野で活用されています。

 

せん断加工と打ち抜き加工は、高い寸法精度を確保できる加工方法です。特に打ち抜き加工は、均一な形状の製品を高精度に製造できますが、金型の摩耗に伴う精度低下に注意が必要です。そのため、定期的なメンテナンスが高精度維持のカギとなります。

 

近年注目されているのが鍛造プレス加工です。2025年3月の最新情報によると、鍛造プレス加工は金属を強い圧力で押しつぶして成形する方法であり、熱間鍛造と冷間鍛造の2種類があります。特に高強度を求められる部品に適しており、圧縮成形によって金属の内部組織を緻密化できるため、高精度かつ高強度な製品製造が可能になります。

 

さらに、最新の技術では精密絞りと板鍛造加工を組み合わせることで、切削加工並みの寸法精度を実現した複雑形状のプレス成形も可能になっています。これにより、従来は板鍛造と切削加工の組み合わせで製造されていた部品もプレス加工のみで量産できるようになり、大幅なコストダウンが実現しています。

 

金属成形における材料選定と製品精度の影響

 

金属成形における材料選定は、製品の精度や品質に直接影響を与える重要な要素です。プレス加工では、鉄、アルミ、ステンレスなど様々な金属材料が使用されますが、それぞれの特性を理解し、製品要件に合わせた最適な材料を選択することが高精度化のポイントになります。

 

例えば、アルミニウムは軽量で加工性に優れていますが、スプリングバックが大きい傾向があります。一方、ステンレスは耐食性に優れていますが、加工硬化しやすく、成形時に高い荷重が必要になることがあります。このような材料特性を考慮した金型設計や加工条件の設定が、高精度な製品製造には不可欠です。

 

また、材料の板厚も精度に大きく影響します。ユタカ技研の事例では、電磁鋼板の中でも特に薄いt=0.2mmという板厚での積層加工に成功しており、このような薄板加工技術は電子機器やモーターコア部品などの高精度製品製造に活用されています。

 

さらに、素材の均一性も精度に影響します。例えば、同じロットの材料でも微妙な厚みのバラつきがある場合、それが製品精度のバラつきにつながることがあります。そのため、高精度製品の製造では、材料の受入検査や管理も重要なプロセスとなります。

 

材料と加工方法の最適な組み合わせも重要です。例えば、ハイテン材（高張力鋼板）は軽量化と高強度化の両立が可能な材料として注目されていますが、加工が難しく、適切な金型設計や加工条件が求められます。このような難加工材に対しても、CAEシミュレーションなどの技術を活用することで、高精度な成形が可能になっています。

 

高精度プレス加工を支える最新設備と技術革新

 

高精度プレス加工を実現するためには、最先端の設備と技術革新が不可欠です。現在の製造現場では、高速かつ高精度のプレス加工が可能な「アイダ製HMX」や「ブルーダラー製プレス」などの設備が活用されています。これらの最新設備は、特に小径部品では200～600spmという高速での稼働が可能であり、生産効率と精度の両立を実現しています。

 

精密加工技術においては、ワイヤー放電加工機による超高精度加工が注目されています。最新の加工機では加工精度±1μmという驚異的な精度が実現可能になっており、これにより金型部品の高精度化が進んでいます。また、熟練作業者による加工ノウハウの蓄積も重要な要素であり、人材育成と技術伝承が企業の競争力を支えています。

 

精度を維持するための環境管理も重要です。例えば、精密測定室では20℃±1℃の温度管理と50%±10%の湿度管理が行われ、ミクロン精度の三次元測定を可能にしています。さらに、最小径30μmの極小スタイラスを用いた微細な形状の測定技術も進化しており、製品の品質保証体制が強化されています。

 

技術革新の面では、CAE（Computer Aided Engineering）の活用が進んでいます。プレスCAEによる金型工程設定では、板金プレス成形時のシワ、割れ、スプリングバックの予測が可能になり、試作回数の削減と開発期間の短縮に貢献しています。金型構造CAEでは金型の変形、たわみ、応力を解析し、最適な金型設計を実現しています。

 

さらに、ICTの活用も進んでいます。自社サーバー、IoT、クラウドを併用した生産管理から金型管理、品質管理までの一体化したシステム導入や、モバイル端末を活用した生産工程改善など、デジタル技術の活用によって熟練技の自動化や技術力の強化が図られています。

 

プレス加工と切削加工の比較：高精度量産品の生産効率

 

高精度量産品の製造方法として、プレス加工と切削加工は代表的な選択肢ですが、それぞれに特徴があります。プレス加工は、初期費用として金型製作費がかかるものの、大量生産においては1個あたりのコストが大幅に低減できるという大きなメリットがあります。一方、切削加工は初期投資が少なく少量生産に適していますが、生産数量が増えるとコストが比例して上昇する傾向があります。

 

精度面では、従来、切削加工の方が優位とされてきましたが、近年の金型技術や設備の進化により、プレス加工でも切削加工に匹敵する高精度化が実現しています。特に精密絞りと板鍛造加工を組み合わせた技術では、切削加工並みの寸法精度を持つ複雑形状のプレス成形が可能になっています。

 

強度面での大きな違いは、金属のファイバーフローの保存です。プレス加工では、金属に存在する細い筋状の組織（ファイバーフロー）が切れずに保存されるため、軽量でありながら強度の高い部品の製造が可能です。一方、切削加工ではファイバーフローが保存されないため、同等の強度を得るためには部品を大きくする必要があることがあります。

 

生産効率の観点では、プレス加工は一度金型を設計・製作すれば、半自動で大量の製品を安定して生産できる利点があります。また、多工程を一貫して行える順送プレス技術やロボットラインの導入により、工程間の搬送時間が削減され、さらなる生産効率の向上が図られています。

 

また、最新の一体成形技術により、従来は溶接やカシメで組み合わせていた部品をプレス加工による一体加工化することで、組立工程の削減と強度向上の両立が実現しています。このような工法転換によるコストダウンと品質向上は、プレス加工の大きな強みとなっています。

 

プレス加工と切削加工の選択は、製品の形状、要求精度、生産数量、材料特性などを総合的に判断して決定する必要があります。特に量産品では、初期費用を考慮しても、トータルコストではプレス加工が優位になることが多いため、製品設計の初期段階からプレス加工を前提とした設計を行うことで、効率的な生産体制の構築が可能になります。

 

最近では、ファインブランキング加工という新しいプレス加工技術も注目されています。2025年3月の情報によると、この技術は金属成形・プレス加工の一種で、高精度・多機能部品の大量生産に最適とされています。従来のプレス加工の限界を超える精度と品質を実現し、複雑な形状の部品でも効率的な量産が可能になるため、自動車や電子機器など幅広い産業分野で採用が進んでいます。