薄板加工技術についてご紹介！難度が高い理由についても解説！

「薄板の加工を依頼したら断られてしまった」

こんな経験はありませんか？薄板の加工は一般的に難しいとされ、製品の形状や依頼する加工メーカーによっては対応ができないことも。

薄板はさまざまな分野で利用されており、日本の産業が発展するのに、縁の下の力持ちとして活躍していると言っても過言ではありません。しかし、薄板は強度が弱いため繊細に扱う必要があり、加工に使える機器も限られています。

この記事では薄板加工はなぜ困難なのか、各々の薄板加工技術の特徴について解説します。

「薄板とは何なのか？」

「薄板加工はなぜ難しいと言われているのか？」

「薄板加工技術の特徴が知りたい。」

といった方におすすめの内容となっています。

薄板加工とは

薄板加工とは、厚みの薄い金属、もしくは非金属の板にエッチング加工・切削加工・プレス加工・レーザー加工などを行い、成形する加工技術のことを言います。

薄板加工で作る製品は、ただ薄いだけでなく、形状が複雑なものや高い精度を求められる場合が多く、取り扱いには充分注意する必要があります。

薄板となる厚さはどれくらい？

一般的に、金属板の厚みが3mm以下のものを薄板と呼びます。非金属の場合、より厚みが薄いものを薄板と言うことも。

薄板には、熱間圧延された「熱延薄板類」と、冷間圧延された「冷延鋼板類」に大きく分かれています。

熱延薄板類は、あまり表面状態の美しさを要求されない、建築業界や産業機械などに使用。冷延鋼板類は、表面が美しく厚みの精度にも優れているため、自動車や家電業界などに多く使用されています。

薄板加工が難しいのはなぜ？

薄板加工は、一般的な板金加工と比べて、加工は難しいとされています。ここでは、その理由について解説します。

1.専用の機械が必要になる

薄板は強度が弱くて繊細なため、一般的な板金加工で用いられている機械では加工が難しく、専用の機械でないと対応できません。また、機械だけでなく、薄板加工のための専用の金型も用意する必要もあります。

加工後の製品は、高い精度であったり、細かくて複雑な形状のものだったりするため、検査に使う道具や機械も限られてきます。

2.スプリングバックが多い

スプリングバックとは、被加工材が曲げ加工後に工具の圧力から解放されると、形状が少し元に戻ってしまう現象のことです。

薄板で曲げ加工をするとスプリングバック量が大きく、正確な角度で生産するのが難しいとされています。特に薄板バネだと、その影響を大きく受けてしまいがち。

引張強さがバネ材のように大きな材質であるほど、スプリングバック量も大きくなります。スプリングバックを防止するには、金型の設計段階から対策を考えなければなりません。このことから、薄板の曲げ加工に対応できないメーカーも多くあります。

3.高精度が求められる

薄板の製品は、自動車や家電だけでなく、医療分野でも用いられています。そのため、要求される精度も高く、設計の段階から念入りに検討しなければなりません。高精度の製品を作るには、薄板の実測値や、素材のロール方向なども考慮する必要があります。これらを実現するには、加工のノウハウや充実した設備が求められます。

薄板のエッチング加工

エッチング加工は、金属の腐食作用を利用した加工方法です。エッチング液を用い、被加工物を溶解させることで、任意の形状に加工します。

機械加工による負荷が原因となるバリ・カエリ・ひずみ・たわみなどが発生しないため、高い精度での加工が可能です。

エッチング加工を行うには原版が必要ですが、プレス加工と比べて金型や複雑な治具を必要としません。このことから、イニシャルコストを削減、または短納期を実現しています。

被加工材が薄いほど、高い精度での生産が可能なので、薄板との相性も良好です。ただし、工数が多いので、大量生産よりも試作品や小ロット向きの工法と言えます。

参考記事

エッチング加工については、以下の記事にて詳しく解説しています。

⇒エッチング加工とは？価格や加工例なども紹介！

薄板切削加工

切削加工は、被加工材を削って成形する加工方法です。旋削・フライス・穴あけなどの種類があり、用途に合わせて工作機械を使い分けます。

切削加工は高い精度での加工が可能。NC制御での加工だと、安定して高品質の加工ができます。ただし、複雑な形状になるほど工程が多くなるので、製作に時間がかかってしまいます。そのため、大量生産よりも小ロット向けの加工方法です。また、切削加工は被加工材に熱が発生するので、薄板だと反りやひずみが出やすくなります。

参考記事

切削加工については、以下の記事にて詳しく解説しています。

⇒【切削加工とは？】特徴・種類・注意点を動画と一緒にご紹介します！

薄板プレス加工

プレス加工は、専用の加工機に金型をセットし、被加工材をプレスすることで成形する加工方法です。プレス加工は、せん断・曲げ・絞り加工に大きく分けられ、製品によって加工の種類を使い分けます。

プレス加工は、金型を用意するのにコストがかかってしまうものの、安定した品質の製品を大量生産するのに適した加工方法。しかし、薄板は高い精度が求められている場合が多く、プレス加工では公差の範囲内に収まるよう加工するのが難しいとされています。また、バリや反りが発生することもあるので注意が必要です。

参考記事

プレス加工については、以下の記事にて詳しく解説しています。

⇒プレス加工の基礎知識や種類について専門家が徹底解説！

薄板レーザー加工

レーザー加工は、レーザーにて被加工材を融解・蒸発させ、切断や穴あけなどを行う加工方法です。レーザー加工は金属に限らず、プラスチック・木材・ガラスなど、幅広い材質にも対応しています。

レーザー加工は、切削加工やプレス加工で発生しがちな、バリやカエリが出にくい点はメリット。金型も必要としないため、イニシャルコストもかかりません。ただし、アルミや銅のようなレーザー光の反射率が高い材質は加工しにくい性質があります。また、使用するレーザー加工機によっても特徴が変わる点に注意が必要です。

ブランク加工で使用

ブランク加工とは、抜き加工のことを言い、製品を作るために板材から必要な大きさを切り抜く加工です。板金加工の場合、シャーリング・タレットパンチプレス・レーザー加工機が使用されています。

しかし、レーザー加工機で薄板をブランク加工する際は注意しなければなりません。一般的に用いられている、「CO2レーザー加工機」にて薄板をブランク加工すると、歪みやすくなる傾向にあります。これは、CO2レーザー加工の際に発生する熱のため。薄板は熱による影響を受けやすいので、レーザー加工機でブランク加工をする際は、熱の影響を与えにくい「ファイバーレーザー加工機」を使用します。

ファイバーレーザー加工機

ファイバーレーザー加工機は、光ファイバーを媒体としたレーザーのこと。ファイバーレーザーは金属への吸収率に優れ、反射率の高いアルミや銅に対しても加工が可能です。被加工材の熱の影響も少なく、薄板でも歪みにくい特徴があります。切断幅も狭く、精度が高いのもメリットです。

参考記事

レーザー加工については、以下の記事にて詳しく解説しています。

⇒【レーザー加工】板金加工におけるレーザー加工について専門家が徹底解説！

薄板曲げ加工

曲げ加工はプレス加工の一種で、素材に力を加えることで金型に沿った形に成形する加工です。金属を曲げると、上述したスプリングバックが発生する可能性があります。薄板ではスプリングバック量が大きいため、これを考慮して金型を設計しなければなりません。

また、薄板の曲げ加工は角度出しが難しいこともあり、場合によっては上画像のような専用の治具が必要になります。複雑な形状かつ、高い精度が求められる場合は、別途治具も用意しなければならないので、コストが大きくなってしまう点に注意してください。

薄板ではR曲げを多用

薄板の曲げはR曲げ加工が多用されています。薄板は厚板に比べると強度が弱いですが、Rを付けることで強度が向上します。

しかしR曲げを多用した製品だと、成形するのに正確な作業工程を考えなければなりません。また、精度良く加工するには、薄板の正確な厚みを把握し、それを考慮して設計する必要があります。

薄板の曲げ加工で使用されるベンダー

薄板の曲げ加工で使用されるベンダーは、一般的な板金加工で用いられている、加圧能力が100t単位のものではなく、10t単位や1t単位の機器を使用します。また、薄板用のベンダーはサイズも小型になり、薄板の取り扱いがしやすい特徴があります。薄板の曲げ加工は、さまざまな形状や精度を要求されるため、金型の種類も豊富にあることが必要です。

参考記事

曲げ加工については、以下の記事にて詳しく解説しています。

⇒板金加工における【曲げ加工】の基礎や種類ついて徹底解説!!

薄板の溶接加工

溶接加工は、被加工材に熱や圧力を加えて、部材同士を接合する加工のこと。一般的に薄板の溶接加工は、熱を与えると大きく歪んでしまうので、難しいとされています。この問題を回避するため、昨今では熱による影響が少ない「レーザー溶接機」を採用しているメーカーが多くなっています。

TIG溶接で加工可能な厚さに注意

TIG溶接は汎用性が高く、扱える人員も多いものの、厚さ1mm以下の薄板には不向きです。TIG溶接の加工時は高温になるため、1mm程度の薄板を溶接するには、高い技術力が求められます。厚みが0.5mm程度の薄板だと、加工はほぼできないものと見ておきましょう。

参考記事

溶接の種類や特徴について知りたい方は、以下の記事も参考にしてみてください。

⇒溶接の種類はこの記事だけでOK！3分でわかる金属加工で代表的溶接方法！

薄板加工の見積りを依頼するならMitsuri

薄板加工について解説しましたがいかがでしたでしょうか。薄板は厚みが3mm以下で細かな製品のため、非常に繊細です。そのため、薄板から製品を作るには、専用の機械や金型、測定器を用意する必要があります。また、設計の段階からスプリングバックの発生も考慮しなければなりません。熱による影響も大きく受けてしまうので、レーザー加工や溶接加工では、歪みが発生しないよう、適切な加工機器を選ぶことも重要です。以上のことから、薄板加工の難度が高い理由についてお分かりいただけたかと思います。

もし薄板加工でお困りのことがあれば、ぜひMitsuriにご相談ください。日本全国で250社以上の協力企業と提携しているので、お客様の希望に沿う薄板加工メーカーが見つかります。お見積りは複数社から可能です。ぜひお気軽にお問い合わせください。