1.プレス加工とは？基本的な仕組みとプロセス

 

プレス加工とは、金属材料に大きな圧力をかけることで、特定の形状や寸法に成形する加工方法の一つです。自動車や電化製品の部品、金属パーツなど、私たちの生活に欠かせない製品の多くがプレス加工によって作られており、大量生産が求められる製造業で広く利用されています。

 

プレス加工の仕組み

プレス加工は、「金型」と「プレス機」を使用して行われます。金型とは、成形したい形状を金属や特殊な材料で作成したもので、プレス機の上下に設置します。この金型が製品の仕上がりの形を決める重要な役割を果たします。プレス機は、上型と下型の間に金属板やコイル状の材料を挟み込み、圧力をかけて成形します。

この圧力により、金属は形状を変え、加工内容に応じて「曲げ加工」「打ち抜き加工」「絞り加工」などが可能になります。特に、形を正確に成形できるため、同じ形状の製品を大量に生産するのに適しています。プレス加工は、金属材料の特性を活かして、精度の高い製品を短時間で効率よく生産できる点が特徴です。

 

プレス加工のプロセス

プレス加工の基本プロセスには、次のようなステップが含まれます

 

1. 1. 1.材料の準備
      金属板やコイルなど、成形したい材料を準備します。材料の厚みやサイズ、材質によって加工の方法や結果が変わるため、用途に応じた選定が必要です。

 

1. 1. 2.金型のセット
      成形したい形状に合わせた金型をプレス機にセットします。金型の設計は、製品の出来栄えに大きな影響を与えるため、金型製作の技術や経験も重要です。

 

1. 1. 3.加工の実行
      プレス機の上下運動によって、金属材料に圧力を加え、設定された形状に成形します。曲げ加工や穴あけ、打ち抜きなど、金型の形状により複数の加工を一度に行うことが可能です。精度を高めるためには、加工中の温度管理や圧力の調整も必要です。

 

1. 4.仕上げと検査
   成形が完了した後、製品の仕上げや検査を行います。成形された製品に歪みが生じていないか、寸法が正確かなどを確認します。必要に応じてバリ取り（材料の端にできる余分な金属の除去）などの仕上げ工程を経て、最終的な製品が完成します。

 

プレス加工の種類

プレス加工には多くの種類があり、用途や目的に応じて使い分けられます。代表的な加工法には以下のものがあります

 

• • 打ち抜き加工:
  • 材料を特定の形状に切り抜く加工法。穴あけや円形の抜き取りなどに適しています。

 

• • 曲げ加工:
  • 材料を特定の角度や曲線に曲げる加工法。建築や機械部品などに多用されます。

 

• • 絞り加工:
  • 板金をカップ状や円筒形に成形する加工法。自動車のボディパーツや家電の外装などに用いられます。

 

• せん断加工:
• 材料を押しつぶして切断する加工法で、特に精度が求められる場合に用いられます。

 

プレス加工の応用例

プレス加工は、多岐にわたる製造分野で利用されています。例えば、自動車部品の製造では、シャーシやエンジンパーツなど、耐久性が求められる部品がプレス加工で成形されています。また、電化製品やスマートフォンのケースなども、プレス加工により薄くて丈夫な形状が実現されています。大量生産やコスト削減を重視する企業にとって、プレス加工は欠かせない技術といえるでしょう。

 

プレス加工は、圧力を用いて金属材料を成形する技術で、正確で効率的な大量生産が可能なことから、現代の製造業において欠かせない役割を担っています。基本的な仕組みやプロセスを理解することで、プレス加工の有用性と可能性を感じることができるでしょう。

 

---

 

2.プレス加工の種類：主要な加工法とその特徴

 

プレス加工には、製品の形状や用途、製造プロセスに応じたさまざまな加工法が存在します。各加工法には異なる特徴があり、特定の製品形状や材質に適しているため、目的に合った加工方法を選択することが重要です。ここでは、プレス加工の代表的な種類と、それぞれの特徴やメリットを紹介します。

 

1- 打ち抜き加工

打ち抜き加工は、材料を金型で打ち抜いて、特定の形状を切り出す加工法です。部品に穴を開けたり、複雑な形状を抜き出すのに適しており、金属板を刃のような形状で切り離すことで精密な部品を効率よく製造できます。この加工法は「せん断加工」とも呼ばれることがありますが、せん断加工は切断を目的とし、打ち抜き加工は指定形状に成形する点で異なります。

• 特徴: 打ち抜き加工は高精度で材料ロスが少なく、複雑な形状の製品にも対応しやすいという特徴があります。
• 用途例: 電子部品の端子、自動車用ワッシャー、金属フィルター、家電製品の部品など。

 

2- 曲げ加工

曲げ加工は、金属板を指定の角度や曲線に曲げることで、立体的な形状に成形する方法です。この加工法は、建築や自動車、機械部品などの分野で幅広く用いられています。材料に負荷をかけて曲げる際には、加工角度や材料の厚み、曲げる方向などの調整が必要で、金属の特性によって最適な加工条件が異なります。

• 特徴: 曲げ加工は、折り曲げる角度の調整が可能で、複雑な形状を一体成形できるのが特徴です。
• 用途例: 自動車のフレーム、家電製品のケース、建築用の金属枠やドアパネル、電子機器のシャーシなど。

 

3- 絞り加工

絞り加工は、金属板を押し込みながら、カップ状や円筒形に成形する方法です。特に深さのある形状を成形できる点が特徴であり、缶製品や自動車のボディパーツ、家電製品の外装などに活用されています。絞り加工は、金属が破断や亀裂を起こさないように、徐々に圧力をかけながら加工を進める技術が求められます。

• 特徴: 絞り加工は深い形状が可能で、均一な厚みや滑らかな表面仕上げが得られる点が特徴です。
• 用途例: 飲料缶、自動車の燃料タンク、厨房用具、電化製品のカバーなど。

 

4- せん断加工

せん断加工は、材料を二つの刃で押し付けて切断する方法です。刃の力を利用して材料を分断するため、比較的薄い金属板に適しています。せん断加工は、特定の寸法に切断する「シャーリング加工」や、余分な部分を切り取る「トリミング」に応用されることが多く、切断面の精度が求められる場合に適した方法です。

• 特徴: 切断面が精密で、スピーディーな加工が可能です。廃材が少ないため、材料効率の面でも優れています。
• 用途例: 金属シートのカット、部品の仕上げ切断、薄い金属板の定寸加工など。

 

5- アイアン作業（フランジ加工）

フランジ加工は、材料の端を立ち上げたり、特定の形状に湾曲させたりする加工法です。特に金属板の端を直角や斜めに折り曲げることで強度を持たせるのに適しています。この加工法は、溶接やネジ締めに頼らずにパーツ同士を組み合わせる際に使われます。

• 特徴: 強度が必要な部品に適しており、複雑な立体形状を保持できる点が特徴です。
• 用途例: 自動車のボディフレーム、エンジンの部品、航空機の構造部品など。

 

プレス加工の複合技術

近年、プレス加工は多様化が進んでおり、複数の加工法を組み合わせて高度な形状を成形する「複合加工」も普及しています。たとえば、打ち抜き加工と曲げ加工を同時に行うことで、製品を一度に仕上げることができる「順送（しゅんそう）プレス加工」もその一つです。この複合加工は、効率的な加工と精度の高い成形が可能で、自動車や電子機器の精密部品の製造に適しています。

 

プレス加工にはさまざまな種類があり、製品の形状や用途に応じた適切な加工法を選ぶことが重要です。各加工法の特徴を理解することで、製造効率やコスト削減、製品の品質向上に役立てることができます。プレス加工の多様な技術を活用することで、製品の付加価値を高め、より競争力のある製品を生み出すことが可能です。

 

---

 

3.プレス加工のメリット：大量生産とコスト削減の利点

 

プレス加工は、製造業において大量生産やコスト削減が可能な加工法として広く活用されています。効率的な生産プロセスと、品質の均一性を確保できるという点で、多くの業界で高い評価を受けています。ここでは、プレス加工の主なメリットについて解説し、製造業がプレス加工を選択する理由を詳しく説明します。

 

大量生産に適した加工法

プレス加工の最大のメリットの一つは、大量生産に適していることです。金型とプレス機を使用することで、同じ形状の製品を高速かつ正確に繰り返し成形できるため、製品の品質を安定的に維持しながら大量に生産できます。自動車部品や電化製品のパーツなど、需要が高く多量に供給されるべき製品において、この生産効率の良さは大きな強みとなります。

また、金型を用いるため、成形された製品の形状や寸法が一定であり、バラツキがほとんどないことも魅力です。この点は、製品の品質を求められる産業（自動車や航空機など）において特に重要で、製品ごとのばらつきがないことで信頼性を高め、アセンブリ工程や品質検査の負担も減少させます。

 

コスト削減の実現

プレス加工は、加工そのもののコストや材料の無駄を減らす点で、コスト削減効果が期待できます。主な理由は以下の通りです。

 

• 材料効率の向上:
• プレス加工では、必要な形状を正確に成形できるため、余分な材料の使用を最小限に抑えることが可能です。特に打ち抜き加工やせん断加工などでは、材料の端までしっかりと使用し、廃棄物を減らします。結果として、材料費の削減に貢献します。
• 生産スピードの向上:
• プレス加工は高速度で製品を成形できるため、単位時間あたりの生産量が増え、生産ライン全体の稼働率も向上します。生産効率が上がることで、トータルの製造コストを抑えられます。
• 人件費の削減:
• プレス加工は自動化に適しているため、機械に加工を任せることで、少人数でも大量の製品を安定して供給できます。労働力の削減が可能になり、人件費の圧縮が期待できるのもメリットです。

 

高精度での成形が可能

プレス加工は、金型を使用するため、特定の形状を高い精度で成形できます。設計通りの製品が毎回同じ精度で加工されるため、寸法精度の要求が高い製品に向いています。この精密さが、特に電子部品や機械部品の製造で重宝される理由です。寸法が正確な製品を大量に製造することは、組立工程の効率化にもつながり、精度が均一な製品はアセンブリ（組立）の際にぴったりとフィットするため、組立時の手直しが減り、生産効率も向上します。

 

金型設計による多様な形状の製造

プレス加工では、金型を変更することで多様な形状やサイズの製品を製造することができます。金型の設計を柔軟に変更することで、曲げ加工、絞り加工、打ち抜き加工など、異なる形状や形態の加工が可能です。たとえば、1つの金型で曲げ加工と打ち抜き加工を同時に行う順送プレスを使用すれば、複数の工程を1度で完了させることができます。

この特性により、製造プロセスが簡略化され、生産時間が短縮されるだけでなく、多品種少量生産やカスタマイズ製品の対応も可能です。これにより、製品の市場投入までのリードタイムが短縮され、企業が柔軟かつ迅速に市場のニーズに対応できるようになります。

 

自動化への適応性が高い

プレス加工は自動化が進みやすい点も魅力です。多くのプレス機械がロボットアームや搬送機器と組み合わせてライン化できるため、生産工程全体を自動化できます。自動化により人手を減らすことで、作業者の負担軽減だけでなく、安全性の向上やコストの削減にもつながります。

さらに、近年では、IoT技術やAIを組み合わせたスマートファクトリー化も進んでおり、プレス加工の機械にもデータ収集や加工品質のリアルタイムモニタリング機能が組み込まれるケースが増えています。これにより、生産ラインの稼働状況や製品の不良率を即座に把握でき、予防保全や品質管理が高度化するなど、効率的で高品質な生産が可能になります。

 

プレス加工のメリットには、大量生産やコスト削減、高精度での成形、柔軟な製品対応力、自動化対応が挙げられます。これらの利点により、プレス加工は製造業の効率化と競争力向上に大きく寄与しており、製品の市場投入速度や品質向上を求められる現代において、ますます重要な役割を果たしています。プレス加工の利点を活かしながら、効率的で高品質な生産体制を構築することが、製造業の成功にとって重要な鍵と言えるでしょう。

 

---

 

4.プレス加工のデメリット：適用における制約と注意点

 

プレス加工は大量生産やコスト削減に優れた方法ですが、一方で特有のデメリットや制約もあります。導入を検討するにあたって、あらかじめ理解しておくべきリスクや注意点を押さえることが重要です。ここでは、プレス加工の代表的なデメリットについて詳しく解説し、それらに対処する方法も紹介します。

 

初期投資コストが高い

プレス加工の導入には、金型の製作や専用設備であるプレス機の購入といった高額な初期投資が必要です。特に金型の製作には高い技術力が求められ、製作費用も大きくなることから、初期費用の負担は少なくありません。また、金型は製品ごとに設計されるため、新しい製品や異なる形状の製品を生産する場合は、金型を新たに作り直す必要があり、その都度コストがかかります。

• 対策: 初期コストを抑えるためには、製品の形状を標準化したり、共通部品の金型を活用する方法が有効です。また、近年では3Dプリンターを活用して試作金型を作成することで、コストを削減しながらテストを行い、金型の修正を最小限に抑える企業も増えています。

 

デザイン変更が難しい

プレス加工では、金型の形状がそのまま製品の形に反映されます。そのため、一度金型を製作した後で製品のデザイン変更が必要になった場合、金型の再設計や作り直しが必要となり、費用と時間がかかります。特に、頻繁に製品デザインを変更する必要がある業種にとっては、こうした制約は大きな負担となる可能性があります。

• 対策: デザイン変更を頻繁に行う場合は、プレス加工よりも柔軟な生産方式（例えば、3Dプリンティングや切削加工など）を選択することも検討材料になります。製品の市場投入前に試作を重ね、デザインが確定してから金型を製作することも重要です。

 

加工対象の素材に制限がある

プレス加工では、材料の特性が重要な要素となります。特に、プレス加工に適した材料は金属や比較的硬度のある合金などに限られており、プラスチックや柔らかい素材の成形には不向きです。また、硬度が高すぎる材料は金型に負荷を与えるため、金型が早期に摩耗しやすく、加工が難しいこともあります。

• 対策: 加工素材の特性に合わせた材料選定が必要です。加工が難しい素材には別の成形法を検討するか、または専用の高耐久金型を用意することが求められます。また、材料が加工に適しているかを確認するため、事前の試験や小規模なサンプル生産を行うことも有効です。

 

金型の摩耗とメンテナンスコスト

プレス加工では、金型が製品の形状を決定する重要な役割を担いますが、プレス機で大きな圧力が加えられるため、金型が摩耗しやすいというデメリットがあります。特に、硬度の高い素材を大量に加工する場合、金型が摩耗して製品精度に悪影響を及ぼすことがあり、定期的なメンテナンスや金型交換が必要となります。これにより、メンテナンスコストや交換費用が発生することが、コスト面でのデメリットにつながります。

• 対策: 金型の材質を高耐久性のものにしたり、定期的なメンテナンススケジュールを組むことで摩耗を最小限に抑えることが可能です。さらに、摩耗が進みやすいパーツにのみ耐摩耗性を高めた素材を用いることで、コストを抑えつつ金型の寿命を延ばす手段も有効です。

 

設置スペースの確保が必要

プレス加工を行うためには、プレス機や金型を設置するためのスペースが必要です。特に大型の製品を加工する場合は、大型のプレス機が必要となり、設置場所や環境が制約条件になることがあります。また、プレス加工は振動や騒音も発生するため、工場の設置環境や安全対策を整えることが求められます。

• 対策: プレス機を導入する際は、事前に工場レイアウトや騒音対策、振動対策を考慮して、設置環境を整えることが重要です。また、振動や騒音を抑えるための防音設備や防振装置を設置することで、作業環境の改善にもつながります。

 

安全性の確保が必要

プレス加工では、強い圧力をかけるため、操作ミスや機械の不具合が起きた際には重大な事故に繋がるリスクがあります。特に、作業員が誤って金型に手を挟むなどの事故を防ぐため、安全対策が不可欠です。近年のプレス機は安全装置が備わっているものの、従業員の安全教育や訓練が必要であり、徹底的な安全管理が求められます。

• 対策: プレス加工を行う際には、安全柵や光センサーなどの安全装置を設置し、事故を未然に防ぐ仕組みを整備することが必要です。また、作業者に対する安全教育を定期的に行い、作業手順を徹底することで、事故のリスクを低減できます。

 

プレス加工には、初期投資やメンテナンスコスト、設計の柔軟性、素材や設置環境の制約といったデメリットがあるものの、これらを理解し、対策を講じることでリスクを最小限に抑えることができます。製造プロセスの改善や最新技術の導入、また作業環境の整備を進めることで、プレス加工のメリットを活かしながら製造効率と品質を高めることが可能になります。これらの制約を念頭に置きながら、適切な導入と運用を行うことが、プレス加工の有効活用の鍵と言えるでしょう。

 

---

 

5.プレス加工に必要な設備と導入コスト

 

プレス加工を行うためには、専用の設備や機器が不可欠です。代表的な設備としては、金属を成形するための「プレス機」、目的の形状に仕上げるための「金型」、製造ラインの効率化を図るための「自動化システム」などが挙げられます。これらの設備を導入し維持するためには、初期費用だけでなく運用コストも考慮する必要があり、企業にとっては大きな投資となります。この章では、プレス加工に必要な主要設備と導入コストについて詳しく解説します。

 

プレス機の種類と特徴

プレス機は、金属に圧力をかけて成形するための機械で、プレス加工の核となる設備です。主に、目的や加工対象に応じて以下のような種類が存在します。

 

• • 機械式プレス機:
  • モーターを利用してスライドを上下に動かす方式で、作業スピードが速い点が特徴です。比較的低コストで導入可能ですが、加工精度や操作性でやや劣る面もあります。大量生産向けの打ち抜きやせん断加工などで多用されています。

 

• • 油圧式プレス機:
  • 油圧を利用してスライドを動かすため、スライドの動作が安定しており、繊細な力加減が可能です。機械式に比べて高精度の加工が可能で、複雑な形状の絞り加工や曲げ加工に適しています。ただし、初期コストやメンテナンスコストが比較的高くなります。

 

• サーボプレス機:
• サーボモーターでスライドを制御するプレス機で、動作が自由にプログラムできるため、速度や位置の制御に優れています。複雑な形状や精密な加工に最適で、自動車や航空機の高精度部品の製造で採用されていますが、導入コストが高額なため、大規模な生産ライン向けです。

これらのプレス機は、製品の仕様や生産量に合わせて選定する必要がありますが、性能が高い機械ほど初期費用も高くなるため、慎重な投資判断が求められます。

 

金型の製作とその費用

プレス加工には製品の形状を決定する金型が必須です。金型は金属製で、製品ごとにオーダーメイドで製作されるため、製品が複雑な形状であればあるほど高価になります。金型製作の費用は、設計費、加工費、そして材料費の3つの要素で構成され、通常は数十万円から数百万円、複雑な金型や大型のものになると、さらに高額になるケースもあります。

また、金型は摩耗しやすく、定期的なメンテナンスや交換が必要であるため、長期的な運用コストも考慮する必要があります。特に高い耐久性が求められる製品には、高精度の金型が必要となるため、金型製作のコストが製品コストの大部分を占めることもあります。

 

自動化・省力化のための設備

プレス加工では、効率を高めるための自動化システムや省力化設備が必要になる場合があります。例えば、材料の供給や搬送を自動化する「フィーダー装置」や「ロボットアーム」、完成品を自動で搬出する「アンローダー装置」などがあります。これにより、作業者の負担が軽減され、生産効率も大幅に向上します。

自動化設備を導入することで、製造スピードが向上し、人件費を削減することができますが、初期投資が高額になる場合が多い点がデメリットです。特にIoTやAIを活用した最新のスマートファクトリー向けの設備では、導入コストがさらに高くなる傾向があります。

 

設置環境とインフラの整備

プレス加工設備を導入するには、設備を設置するための十分なスペースと、設備の稼働に必要なインフラが求められます。大型のプレス機や自動化機器を設置するためには、強固な床面、適切な配電設備、そして振動や騒音を抑えるための防音・防振対策が必要です。さらに、プレス加工は大きな振動を発生させるため、周辺に与える影響を考慮し、機器の安定した稼働を確保するための準備が重要です。

設置環境の整備には、工場の増築や床面の補強工事が伴うこともあり、プレス機の導入に合わせてインフラ整備の費用も考慮する必要があります。

 

導入から稼働までの期間と運用コスト

プレス加工設備は、導入から稼働までに時間がかかることが一般的です。金型の設計・製作、プレス機の設置や試運転、製造ラインの調整といった工程があるため、製品の本格的な生産に入るまでには数か月以上を要することもあります。さらに、設備の運用には定期的なメンテナンスや人材の育成も不可欠であり、設備維持に関するランニングコストがかかります。

 

• メンテナンス:
• プレス機や金型の摩耗を防ぐため、定期的な点検や部品交換が必要です。また、特に金型は摩耗が進みやすいため、数万回の使用ごとにメンテナンスや交換が求められます。
• 人材育成:
• プレス加工は設備の操作や金型の管理、製品の検査など、専門的な知識が必要です。そのため、担当者の育成や訓練、または熟練工の雇用も必要となり、これもコストに含める必要があります。

 

コスト削減のための工夫

設備導入の高コストを抑えるためには、いくつかの工夫が可能です。

 

• • リースやレンタルの活用:
  • 初期コストを抑える方法として、プレス機や金型のリースやレンタルを活用する企業も増えています。これにより、初期投資額を抑え、月々の支払いで対応できるメリットがあります。

 

• • 中古設備の購入:
  • 新品のプレス機や金型は高額なため、中古品を利用することでコストを大幅に削減することも可能です。ただし、設備の状態やメンテナンス履歴を確認し、品質の確保に注意が必要です。

 

• シミュレーションの活用:
• 導入前にシミュレーション技術を活用することで、設備が本当に必要かどうか、どの程度の稼働率が見込めるかを事前に把握できます。これにより、導入後の想定外のコスト増を避けることができます。

 

プレス加工には、高額な初期投資や設備導入に伴う準備が必要ですが、製造効率の向上やコスト削減のために欠かせない設備でもあります。設備の選定や導入コストの計算、設置環境の整備を行い、導入後のメンテナンスや運用までを含めたトータルコストを理解することで、プレス加工の効果を最大限に引き出すことが可能です。