プレス加工の種類と選び方を徹底解説！メリット・デメリットから最適な加工法がわかる
1. はじめに：プレス加工とは？
製造業において、金属加工は欠かせない工程の一つです。その中でも「プレス加工」は、高精度かつ大量生産に適した加工方法として、多くの現場で活用されています。しかし、一口にプレス加工といっても、その種類は多岐にわたり、それぞれに特徴や適用範囲が異なります。今回は、プレス加工の種類と特徴、選定時のポイントについて詳しく解説していきます。
1-1. プレス加工の基本原理とは？
プレス加工とは、金型とプレス機を使用して、金属板を変形させたり、切断したりする加工方法のことを指します。大きな圧力を加えることで、目的の形状を作り出すため、精密な形状の製品を安定して大量に生産することが可能です。
プレス加工は、主に以下の3つの要素で構成されます。
- ・プレス機 … 加工に必要な圧力を加える装置（機械式プレス、油圧プレスなどがある）
- ・金型 … 加工する製品の形状を決定する型（上下2つの部品で構成される）
- ・素材（材料） … 加工対象となる金属板（鉄、アルミ、ステンレスなど）
この3つの要素が組み合わさることで、さまざまな形状の部品を効率よく製造することができます。
1-2. なぜプレス加工が選ばれるのか？
製造業の現場では、さまざまな金属加工方法が存在しますが、その中でもプレス加工が広く採用されているのには、いくつかの理由があります。
① 高精度な加工が可能
プレス加工は、専用の金型を使用するため、寸法精度が非常に高く、安定した品質を維持しやすい特徴があります。特に、量産時にバラつきを抑えた均一な製品を作ることができます。
② 大量生産に適している
金型を一度作成してしまえば、同じ形状の製品を短時間で大量に生産できるため、コスト削減につながります。特に自動車部品や家電製品の製造においては、大量生産のメリットを最大限に活かすことができます。
③ 材料ロスが少なく、コストパフォーマンスが高い
プレス加工は、材料の無駄を最小限に抑える設計が可能なため、歩留まりが良い加工方法です。例えば、レーザー加工や切削加工と比較すると、切りくず（スクラップ）が少ないため、材料コストを抑えられます。
④ さまざまな形状・用途に対応可能
プレス加工には、「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、さまざまな種類があり、それぞれの用途に応じた加工が可能です。これにより、自動車や航空機、電子機器など、幅広い分野で活用されています。
1-3. プレス加工を導入する際の注意点
プレス加工には多くのメリットがありますが、一方で導入時にはいくつかの注意点もあります。
① 金型製作の初期コストが高い
プレス加工は、製品の形状に応じた金型を作成する必要があるため、初期投資が大きくなります。そのため、小ロット生産にはあまり向いておらず、大量生産を前提としたコスト計算が必要です。
② 材料の特性を考慮する必要がある
プレス加工を行う際には、材料の硬さや伸びの特性を十分に理解することが重要です。例えば、硬すぎる材料を無理に加工すると、割れや歪みが発生する可能性があります。また、アルミやステンレスのような材料は加工時にバネ戻りが発生しやすいため、それを考慮した設計が求められます。
③ プレス機と金型の適正な選定が必要
適切なプレス機と金型を選ばないと、製品の品質や生産効率に大きな影響を与えます。例えば、薄い板を加工するのに過剰な圧力をかけると、製品が変形してしまうことがあります。また、加工する製品のサイズや形状に適した金型を選定しないと、不要なバリや欠陥が生じる原因になります。
1-4. まとめ：プレス加工の基本を押さえよう
プレス加工は、精密で大量生産向きの金属加工技術として、多くの製造業で活用されています。その利点として、高精度・高生産性・低材料ロスなどが挙げられますが、一方で金型コストや材料の選定には注意が必要です。
次章では、具体的なプレス加工の種類について詳しく解説し、それぞれの加工法がどのような場面で適用されるのかを見ていきます。プレス加工をより深く理解し、自社に最適な加工方法を選ぶための参考にしてください。
2. プレス加工の主要な種類と特徴
プレス加工にはさまざまな種類があり、それぞれ異なる特性を持っています。ここでは、代表的なプレス加工の種類とその特徴、メリット・デメリットについて詳しく解説します。自社の製品や用途に最適な加工方法を選ぶための参考にしてください。
2-1. 曲げ加工（ベンディング）
曲げ加工は、金属板を特定の角度に折り曲げる加工方法です。L字やU字、Z字などの形状を作るのに適しており、自動車や家電製品、建築材料など、幅広い分野で使用されます。
この加工方法のメリットは、金型のコストが比較的低く、汎用性が高い点です。また、材料の無駄が少なく、歩留まりが良いため、コストパフォーマンスにも優れています。さらに、曲げ角度の調整が可能で、さまざまな形状に対応できる点も利点の一つです。
一方で、曲げる回数が増えるとコストが上がるというデメリットがあります。また、曲げ加工時には「スプリングバック（バネ戻り）」が発生することがあり、精度を確保するためには補正が必要となります。
この加工方法は、自動車のフレーム部品や住宅の金属サッシ、家電製品のカバー部品などに広く活用されています。
2-2. 絞り加工（ディープドローイング）
絞り加工は、金属板を一体成形で深い形状に加工する方法です。溶接や接合をせずに円筒形や箱形などを作ることができるため、美観や強度を重視する製品に適しています。
この加工方法のメリットは、継ぎ目のない一体成形が可能で、強度が高い点です。また、美しい仕上がりが得られ、追加の加工が不要な場合が多いことも利点の一つです。さらに、軽量化が可能で、自動車や航空機の部品に適しています。
デメリットとしては、金型の製作コストが高い点が挙げられます。また、材料の伸び率を考慮しないと、割れやシワが発生しやすいという問題もあります。
この加工方法は、自動車の燃料タンクやオイルパン、アルミ缶やステンレス製の調理器具、圧力容器や医療機器の外装などに活用されています。
2-3. せん断加工（シアリング）
せん断加工は、金属板を特定の形状に切断する加工方法です。刃物のような金型を用いて、直線的または曲線的に切り取ることができます。
この加工方法のメリットは、高速で大量に切断できるため、生産性が高い点です。また、切断面の精度が比較的高く、追加の仕上げ加工が少なくて済むという利点もあります。さらに、金属の厚みに応じた加工が可能で、さまざまな用途に対応できます。
一方で、切断時に「バリ（切断面のギザギザ）」が発生することがあるというデメリットがあります。また、厚みのある金属板を加工する場合、より強力なプレス機が必要になることも課題の一つです。
この加工方法は、自動車の外装パネルの製造や建築用鋼板の加工、電子機器のシャーシやブラケットの製造に利用されています。
2-4. 打ち抜き加工（ブランキング・パンチング）
打ち抜き加工は、金属板に穴を開けたり、特定の形状に切り抜く加工方法です。パンチとダイ（金型）を使用して、正確な寸法で打ち抜きます。
この加工方法のメリットは、高精度で同一形状の加工が可能な点です。また、大量生産に適しており、短時間で多くの部品を製造できるという利点もあります。さらに、穴あけや形状抜きのバリエーションが豊富で、多用途に対応可能です。
デメリットとしては、金型の摩耗が早く、定期的なメンテナンスが必要になる点が挙げられます。また、小ロット生産には不向きで、少量生産の場合はコストが割高になりがちです。
この加工方法は、電子機器の筐体や基板の穴あけ、自動車部品（エンジンカバー、ギア部品）、金属製の装飾品やグリルパネルなどに利用されています。
2-5. 鍛造プレス加工（フォージングプレス）
鍛造プレス加工は、金属を強い圧力で押しつぶし、成形する加工方法です。熱間鍛造と冷間鍛造の2種類があり、特に高強度を求められる部品に適しています。
この加工方法のメリットは、機械的強度が向上し、耐久性が高い点です。また、素材の内部組織が緻密化し、品質が向上するという利点もあります。さらに、高精度な形状を実現できるため、精密部品の製造にも適しています。
一方で、大型のプレス機と専用の金型が必要で、初期投資が高いというデメリットがあります。また、加工後の熱処理や仕上げ加工が必要な場合があることも課題の一つです。
この加工方法は、自動車のクランクシャフトやギア、航空機の構造部品、工具やボルト・ナットなどの高強度部品の製造に活用されています。
2-6. まとめ：加工方法ごとの特性を理解しよう
プレス加工にはさまざまな種類があり、それぞれ適した用途や特性があります。加工方法を選定する際は、精度、強度、コスト、生産性といった観点を考慮することが重要です。
次章では、これらの加工法を選定する際のポイントや、それぞれの加工法の比較について詳しく解説します。どのプレス加工が最適なのかを見極めるための指標を理解し、最適な選択を行いましょう。
3. 各加工法のメリット・デメリット比較
プレス加工にはさまざまな種類があり、それぞれに特徴や適用範囲があります。しかし、加工法を選定する際には、それぞれのメリットとデメリットを理解した上で、コストや品質、生産性のバランスを考慮することが重要です。ここでは、主要なプレス加工の利点と課題について詳しく解説し、それぞれの加工法を比較していきます。
3-1. 精度と品質の観点からの比較
プレス加工において、製品の精度と品質は非常に重要な要素です。
・曲げ加工 は、シンプルな形状の成形には向いていますが、スプリングバック（バネ戻り）が発生しやすいため、高い精度を求める場合は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ますが、材料によってはシワや割れが発生しやすいため、最適な条件設定が求められます。
- ・せん断加工 は、直線的な切断に適しており、比較的高い精度を確保できますが、切断面にバリが発生するため、追加の仕上げ工程が必要な場合があります。
- ・打ち抜き加工 は、寸法精度が高く、均一な形状の製品を作ることが可能ですが、金型の摩耗が進むと精度が低下するため、定期的なメンテナンスが必要です。
- ・鍛造プレス加工 は、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を作ることができます。ただし、設備の調整が難しく、試作段階で細かい調整が必要になることがあります。
3-2. コストの観点からの比較
プレス加工のコストは、金型の製作費、材料費、生産効率などによって大きく左右されます。
- ・曲げ加工 は、比較的安価な金型で加工できるため、初期コストを抑えやすい加工法です。ただし、曲げ回数が増えると加工コストも上昇します。
- ・絞り加工 は、金型の製作費が高くなる傾向がありますが、大量生産には適しており、単品あたりのコストを下げることが可能です。
- ・せん断加工 は、シンプルな構造の金型を使用するため、比較的低コストで加工できますが、刃の摩耗が早く、定期的な交換が必要です。
- ・打ち抜き加工 は、大量生産向きであり、生産効率が高いため、コストパフォーマンスが優れています。しかし、小ロット生産には不向きです。
- ・鍛造プレス加工 は、専用の設備と金型が必要であり、初期投資が高額になりますが、長期的に見れば、高強度の部品を効率よく製造できるため、特定の用途では経済的な選択肢となります。
3-3. 生産性と加工スピードの比較
大量生産が求められる場合、加工スピードは重要な要素となります。
- ・曲げ加工 は、比較的短時間で加工できますが、多工程が必要な場合は生産性が低下することがあります。
- ・絞り加工 は、一度のプレスで複雑な形状を成形できるため、溶接や組み立てが不要になり、全体の生産時間を短縮できます。
- ・せん断加工 は、高速で大量の金属板を切断できるため、生産性が高いですが、バリ処理などの後工程が必要になることがあります。
- ・打ち抜き加工 は、金型の耐久性が高ければ非常に高速な加工が可能で、大量生産に適しています。
- ・鍛造プレス加工 は、製品の強度を確保するために、冷間鍛造と熱間鍛造の使い分けが必要であり、加工スピードよりも品質管理が重要視されることが多いです。
3-4. 材料の適性と加工のしやすさ
プレス加工を行う際には、材料の種類によって適性が異なります。
- ・曲げ加工 は、アルミやステンレスのように柔らかい金属に適していますが、硬い金属では割れが生じるリスクがあります。
- ・絞り加工 は、延性の高い材料（アルミ、銅など）に適しており、硬い材料では加工が難しくなる場合があります。
- ・せん断加工 は、幅広い金属材料に対応できますが、特に厚みのある金属を切断する場合は、より強力なプレス機が必要になります。
- ・打ち抜き加工 は、薄板の加工に適しており、ステンレスや鉄板の打ち抜きが一般的です。
- ・鍛造プレス加工 は、炭素鋼やチタンなどの高強度材料に適しており、強度が必要な部品に最適な加工方法です。
3-5. まとめ：加工法の選定ポイント
プレス加工の選定には、以下のようなポイントを考慮することが重要です。
- ・製品の用途：強度が必要なら鍛造プレス加工、美観が求められるなら絞り加工など、用途に応じた選択が必要です。
- ・生産量とコスト：大量生産向きの打ち抜き加工や絞り加工、少量生産向きの曲げ加工など、生産量に応じた加工法を選びます。
- ・材料の特性：加工する金属の硬さや伸び率を考慮し、適切な加工法を選定します。
- ・精度と品質：寸法精度を厳格に管理する場合、せん断加工や打ち抜き加工が適しています。
- ・加工スピード：短納期が求められる場合は、高速で加工可能なせん断加工や打ち抜き加工が有利です。
次章では、これらの加工方法をどのように選べばよいか、より具体的な判断基準について詳しく解説していきます。
4. 加工方法の選び方：どのプレス加工を選べばいいのか？
プレス加工にはさまざまな種類があり、それぞれに適した用途や特徴があります。では、具体的にどの加工方法を選ぶべきなのでしょうか？ここでは、加工法を選定する際の判断基準や、用途ごとの最適な加工方法について解説します。
4-1. 加工方法を選ぶ際の基本的な判断基準
プレス加工を選定する際には、以下のようなポイントを考慮する必要があります。
- 1.製品の形状や構造
製品の最終的な形状によって、適した加工方法が異なります。
- ・平面や単純な折り曲げがある場合 → 曲げ加工
- ・深さのある円筒形や箱形が必要な場合 → 絞り加工
- ・単純な切断や形状抜きが必要な場合 → せん断加工、打ち抜き加工
- ・高強度の部品が必要な場合 → 鍛造プレス加工
- 2.生産数量とコスト
加工方法によって、コストのかかり方が異なります。
- ・大量生産に向いているのは？ → 打ち抜き加工、せん断加工、絞り加工
- ・小ロットや試作に適しているのは？ → 曲げ加工
- ・初期コストを抑えたい場合は？ → 曲げ加工、せん断加工
- ・材料の種類と特性
加工する材料によって、適した加工法が変わります。
- 3.柔らかい材料（アルミ、銅など） → 曲げ加工、絞り加工
- ・硬い材料（ステンレス、鉄など） → 鍛造プレス加工、せん断加工
- ・薄板の加工が必要な場合 → せん断加工、打ち抜き加工
- 4.精度と品質の要求レベル
製品の精度をどの程度求めるかによっても、加工方法の選定が変わります。
- ・高精度な穴あけや形状抜きが必要なら？ → 打ち抜き加工
- ・曲げ角度の精度が重要なら？ → 曲げ加工（ただしスプリングバック補正が必要）
- ・均一な仕上がりと美観を重視するなら？ → 絞り加工
4-2. 用途別の最適な加工方法
用途によって最適なプレス加工方法は異なります。以下に、代表的な用途ごとの選定ポイントを紹介します。
- 1.自動車部品の製造
自動車のボディやエンジン部品には、さまざまなプレス加工が使用されます。
- ・車体パネルやフレーム → せん断加工、打ち抜き加工、曲げ加工
- ・燃料タンクやエンジンオイルパン → 絞り加工
- ・ギアやクランクシャフトなどの高強度部品 → 鍛造プレス加工
- 2.家電製品の製造
家電製品のカバーやフレームには、薄板の金属加工が多く使われます。
- ・エアコンや冷蔵庫の外装パネル → せん断加工、打ち抜き加工
- ・電子機器の筐体や金属ケース → 曲げ加工、打ち抜き加工
- 3.建築・インテリア製品
建築やインテリア分野でも、プレス加工は欠かせません。
- ・ドア枠や窓枠、金属サッシ → 曲げ加工
- ・エレベーターのパネルや手すり → せん断加工、絞り加工
- 4.精密機器・電子部品
高精度が求められる電子部品では、打ち抜き加工や精密プレス加工が活用されます。
- ・プリント基板の金属部分や放熱板 → 打ち抜き加工
- ・スマートフォンの内部フレーム → 精密プレス加工
4-3. コスト削減を考えた最適な選択肢
プレス加工のコストを削減するには、いくつかの工夫が必要です。
- 1.加工法の組み合わせを検討する
一つの加工法にこだわらず、複数の加工法を組み合わせることで、コストダウンにつながる場合があります。例えば、せん断加工で大まかに切断した後に、曲げ加工や打ち抜き加工を行うことで、材料の無駄を減らすことができます。 - 2.材料の選定を見直す
高価な材料を使用すると、製造コストが上がります。必要な強度を確保しつつ、コストを抑えるために、適切な材料を選ぶことが重要です。例えば、ステンレスではなくメッキ鋼板を使用することで、コストを削減できる場合があります。 - 3.金型の耐久性を向上させる
金型の摩耗が激しいと、頻繁な交換や修理が必要になり、トータルコストが上がります。耐久性の高い金型材料を選ぶことで、メンテナンスコストを削減できます。 - 4.自動化・省力化を導入する
最新のプレス機械やロボットを活用することで、生産効率を向上させ、人件費を削減することが可能です。特に大量生産の場合は、自動化を進めることでコストメリットが大きくなります。
4-4. まとめ：最適なプレス加工を選ぶために
プレス加工の選定には、製品の形状、生産数量、材料の種類、精度要求など、多くの要素を考慮する必要があります。
- ・単純な曲げなら曲げ加工、複雑な形状なら絞り加工
- ・大量生産には打ち抜き加工やせん断加工
- ・高強度が求められるなら鍛造プレス加工
また、コスト削減の観点からは、加工法の組み合わせ、材料の選定、金型の耐久性向上、自動化の導入などの工夫が重要になります。
次章では、プレス加工の課題とその解決策について詳しく解説し、実際に生産ラインで発生する問題をどのように改善すればよいのかを考えていきます。
5. プレス加工の課題と解決策
プレス加工は大量生産に適した加工方法ですが、生産現場ではさまざまな課題が発生します。精度の維持、コスト管理、品質管理など、多くの要素が関係するため、適切な対策を講じることが求められます。ここでは、プレス加工における主な課題と、それらを解決するための方法について詳しく解説します。
5-1. バリや歪みの発生を抑える方法
バリ（切断面のギザギザ）や歪みは、プレス加工においてよく見られる問題の一つです。 バリは、せん断加工や打ち抜き加工で特に発生しやすく、歪みは曲げ加工や絞り加工で起こることが多いです。これらを抑えるためには、以下のような対策が有効です。
- 1.適切な金型の設計
金型のクリアランス（隙間）が適切でないと、切断時に大きなバリが発生します。一般的に、クリアランスを適切に調整することで、バリの発生を最小限に抑えることができます。 - 2.高品質な金型の使用と定期的なメンテナンス
摩耗した金型を使用すると、切断面が荒くなり、バリが大きくなる原因となります。金型の定期的な研磨や交換を行い、最適な状態を維持することが重要です。 - 3.最適な加工条件の設定
加工速度や圧力を適切に設定することで、バリや歪みの発生を抑えられます。特に、急激な圧力を加えると材料が変形しやすくなるため、緩やかな圧力調整が必要です。 - 4.二次加工の活用
バリ取り機や研磨機を使用することで、バリを除去し、製品の品質を向上させることができます。特に精密部品では、レーザー加工や化学的処理を利用することも有効です。
5-2. コストと品質を両立させる方法
生産コストを抑えつつ品質を維持するためには、加工方法の最適化が不可欠です。コストと品質を両立させるために、以下の点を意識することが重要です。
- 1.材料の選定を最適化する
材料費はプレス加工のコストに大きく影響します。製品の用途に応じて、適切な材料を選定することで、無駄なコストを削減できます。例えば、強度が必要な場合は高価なステンレスを使うのではなく、メッキ鋼板などの代替材料を検討することも一つの方法です。 - 2.生産工程の効率化
加工の流れを最適化し、不要な工程を削減することで、コストを抑えることができます。例えば、一度のプレスで複数の加工を行う「順送プレス」を活用することで、作業効率を向上させることが可能です。 - 3.自動化・ロボット導入の検討
自動プレス機やロボットアームを導入することで、生産スピードを向上させ、人件費を削減することができます。特に、大量生産が必要な現場では、自動化の導入が大きなコスト削減につながります。 - 4.金型の長寿命化対策
金型の摩耗が進むと、製品精度が低下し、不良品が増える原因になります。金型に耐摩耗性の高い素材を使用したり、適切な潤滑剤を使用したりすることで、金型の寿命を延ばすことができます。
5-3. 最新の技術トレンドとその活用
プレス加工の分野では、近年さまざまな技術革新が進んでいます。最新の技術を活用することで、生産性の向上や品質の安定化が期待できます。
- ・精密プレス加工の進化
ナノレベルの精度で加工できる精密プレス技術が進化しており、スマートフォンや電子部品の製造に活用されています。これにより、より小型で高精度な部品の量産が可能になっています。 - ・AIとIoTを活用した生産管理
プレス機にAIやIoTを導入することで、リアルタイムでの品質管理や異常検知が可能になります。これにより、金型の摩耗や加工不良を早期に発見し、不良率を低減することができます。 - ・高強度・軽量素材の加工技術
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）や超高張力鋼板（ハイテン材）の加工技術が進化しており、これらの素材を活用することで、軽量かつ高強度な製品を製造することが可能になっています。 - ・3Dプレス成形の活用
従来の2Dのプレス加工に比べて、3Dプレス成形技術を活用することで、より複雑な形状を一度の工程で成形することができ、工程の短縮と品質向上が実現できます。
5-4. まとめ：課題解決のための具体的なアプローチ
プレス加工における主要な課題として、バリや歪みの発生、コストと品質のバランス、最新技術の活用などが挙げられます。これらの課題を解決するためには、以下のようなアプローチが効果的です。
- ・バリや歪みを防ぐために、適切な金型設計や加工条件の最適化を行う
- ・コストを抑えるために、材料の選定や生産工程の見直しを行う
- ・生産性を向上させるために、自動化や順送プレスなどの最新技術を活用する
- ・品質管理の精度を向上させるために、AIやIoTを導入する
これらの対策を適切に実施することで、より効率的で高品質なプレス加工が可能になります。
今回の記事を通じて、プレス加工の種類や選定基準について理解が深まったと思います。自社のニーズに合った加工方法や業者を選ぶことで、より効率的で高品質な製造を実現してください。