製造業のモノづくりを支えるプレス加工は、薄板金属部品の量産に欠かせない加工法です。工法選定や工程設計、加工条件の設定によって、品質や生産効率が大きく変わるため、それぞれの特性を理解することが重要です。
本コラムでは、プレス加工の特徴や他工法との違い、単発・順送・トランスファーといった工法の特性や選定ポイントを解説します。
目次
プレス加工の基本と特徴
ここでは、プレス加工とは何か、他の加工法とどう違うのかを整理します。
プレス加工とは何か
プレス加工とは、金属薄板に圧力を加えて塑性変形させ、目的の形状を得る成形プロセスです。材料を金型とプレス機の間に配置し、上下方向から力を加えることで、平面的な板材から立体的な部品を作り出します。
圧力で材料を変形させますが、材料の結晶構造はほぼ変わらないため、主な目的は形状付与となります。板材を対象とするため強度向上効果は限定的ですが、高速・大量生産に優れており、自動車ボディ、家電カバーなど薄板部品の製造に広く適用されています。
プレス加工で使われる基本的な変形として、せん断(材料を切断・打ち抜く)、曲げ(角度をつけて折り曲げる)、絞り(平板から立体形状を成形する)があります。
プレス加工の原理と役割（せん断・曲げ・絞り）については、以下もご参照ください。
プレス金型の基礎知識―構成・種類・設計精度を高めるポイントを解説
他工法(切削・鍛造)との違い
プレス加工を選定する際には、切削加工や鍛造加工との違いを理解しておくことが重要です。
切削加工との違い
切削加工は材料を削り取る除去加工です。材料の大部分が切りくずとして廃棄されるため、材料歩留まりが低くなります。一方、プレス加工は材料を変形させるため、スクラップ率を抑えられます。切削は1個ずつ加工しますが、プレス加工は金型があれば同一品を高速で連続生産できます。専用金型の製作が必要になるため、初期投資は切削より高くなる傾向がありますが、量産時には1個あたりの加工コストを大幅に抑えられます。
鍛造加工との違い
鍛造加工は金属塊材に強い圧力を加えて、金属の結晶粒を微細化させながら成形する加工法です。プレス加工が板材を対象に圧力で塑性変形させるのに対し、鍛造は材料の内部組織（結晶構造）そのものを変化させることで、高強度・高靭性を実現します。
プレス加工が「形状付与」を主目的とするのに対し、鍛造加工は「強度向上と形状付与」の両方を目的としています。そのため、エンジン部品、ギア、シャフトなど高強度が求められる部品に適用されます。
鍛造加工には加工温度によって以下の種類があります。
冷間鍛造
常温で加工。高精度で表面仕上げが良好だが、加工硬化により負荷が大きい
温間鍛造
再結晶温度付近での加工。精度と加工性のバランスに優れる
熱間鍛造
高温で加工。大きな変形が可能で強度が向上する
鍛造加工は金型費と設備投資により初期コストが高くなりますが、材料歩留まりが良く、高強度部品の量産に適しています。
冷間鍛造と熱間鍛造については、以下で詳しく説明しています。
プレス加工・切削加工・鍛造加工の比較
| 項目 | プレス加工 | 切削加工 | 鍛造加工 |
|---|---|---|---|
| 対象材料 | 板材 | ブロック・板 | 塊材 |
| 材料歩留まり | 高い | 低い | 高い |
| 量産性 | 高い | 低い | 中〜高 |
| 初期コスト | 中～高(金型費) | 低(金型不要) | 高(金型費＋設備) |
プレス加工の工法と特性(単発・順送・トランスファー)
プレス加工には、工程の進め方によって単発・順送・トランスファーの3つの工法があります。まずそれぞれの特徴を説明し、選ぶポイントを整理します。
単発プレス:小ロット・段取り替え重視
単発プレスは、一つの工程を1つの金型で実施し、製品を工程ごとに移動させながら加工を進める方式です。工程ごとに人の手で次工程の金型に変更して、再び加工をする必要があります。ブランクを最初の金型で打ち抜き、次の金型で曲げ加工、さらに別の金型で穴あけといったように、各工程で材料を取り出して次の金型へセットします。
各プレス機が独立して動作するため、高度なカスタマイズが可能であり、工程間で品質確認ができます。
メリット
- 単発プレスは、小ロット生産や試作品、特殊な製品の製造に最適
- 工程ごとに独立した金型を使うため、初期投資を分散できる
- 工程間で条件調整が可能で、成形難易度の高い製品にも対応しやすい
- 製品仕様の変更に対応しやすく、金型の一部だけを改修すればよい
デメリット
- 人の手を必要とするため長時間の稼働が難しい
- 工程間の搬送が必要なため、サイクルタイムは長くなる
- 工程数が多いと、段取り替えや管理の手間が増える
適用例
製品サイズが大きい部品(建設機械部品のブラケット)、試作段階での成形性確認が必要な製品、家電製品の筐体部品
順送プレス:連続加工・高速化
順送プレス(プログレッシブ加工)は、コイル状の長い板材を連続的に送ることで加工を行う方式です。一つの金型内に複数工程組み込まれており、材料は金型内でつながったまま移動し、各ステーションで異なる加工が同時並行で進みます。
最終ステーションで製品が切り離されるまで、材料は連続的に送られます。この仕組みにより、送りピッチの精度が高く、位置決めが安定します。
メリット
- サイズや形状、設備により異なりますが、一般的に1分間に数十個から数百個の加工が可能で、小型部品では特に高速生産に適している
- 材料がつながったまま加工されるため、位置精度が安定している
- コイル材を利用して加工を行うため、トランスファープレスと比較して、小型部品の量産にも適している
- 自動送り装置との組み合わせで、完全自動化が可能
デメリット
- 金型が大型で複雑な構造のため、製造費用が高額
- 材料幅に制約があるため、大型部品には不向き
- 少量生産では償却出来ないことが多い
適用例
電気伝導率に優れた銅合金で作られるコネクタ端子、半導体のリードフレーム、自動車の小型ブラケットなど
トランスファープレス:深絞り・複雑形状向き
トランスファープレスは、プレスの1サイクルが終わると全工程の製品をグリップして1つ後の工程へ自動で移動させる方式です。
単発型の金型が、各工程ごとに用意されており、材料は工程ごとに切り離されています。複数の工程を一つの機械内で連続して行うため、工程間の時間損失が少なく、効率的な生産が可能です。
メリット
- 順送プレスに比べ製品形状の自由度が高く、深絞りのプレス加工にも向いている
- 材料がつながっていないため、立体形状や深絞り品に対応できる
- 複雑な成形工程を組め、工程間で製品の向きを変更できる
- 大型部品でも連続加工が可能
デメリット
- 搬送機構が必要なトランスファープレスでは、型の製作費用に加え、設計費用がかかる
- トランスファープレスは搬送機構を伴うため、順送プレスと比較して生産速度は低くなる傾向がある
- 搬送タイミングの制御が複雑で、立ち上げに時間がかかる
適用例
自動車のボディー、ドア、ボンネット、フレーム、深絞りカップ状部品、洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどの大型家電の筐体
工法選定のポイント
単発・順送・トランスファーの工法選定では、生産ロット・製品形状・コスト・品質要求など、複数の要素を総合的に判断する必要があります。ここでは、工法選定における主要な判断軸を整理します。
生産ロット(どれくらい作るか)
単発プレスは小ロット生産や試作品に適しており、順送プレスは大量生産に最適です。トランスファープレスは中ロット生産に向いていますが、生産速度は順送プレスに劣ります。
順送プレスは一般的に高速連続生産が可能で、製品や設備により1分間に数十回から数百回のストロークで加工できます。トランスファープレスは搬送機構が必要なため、一般的に1分間に20～30回程度のストロークとなり、順送プレスより生産速度は低くなります。このストローク数の差が、生産能力の違いとなって現れます。
製品特性(どんな製品か)
単発プレスは大型部品や単純形状の製品に適しています。順送プレスは小型部品の加工に向いており、材料を連続的に送りながら加工できます。トランスファープレスは、大型部品や複雑形状、深絞り製品、外形が大きく変化する製品に適しています。
コスト構造(初期投資とランニングコスト)
単発プレスは金型がシンプルなため初期投資を抑えられますが、手作業が多く人件費がかかります。
順送プレスは金型が大型で複雑なため初期コストが高額ですが、自動化により量産時のランニングコストは低くなります。大量生産で金型費を償却できる場合に最もコストメリットが生まれます。
トランスファープレスは金型費が高額ですが、材料歩留まりが順送プレスより優れており、材料コストを抑えられます。
品質・精度要求(どこまでの精度が必要か)
各工法には、得意とする精度特性があります。単発プレスは各工程が独立しているため、工程間での品質確認が可能です。高度なカスタマイズに対応できます。
順送プレスは材料がつながったまま加工されるため、穴位置やピッチなどの相対位置精度が安定しています。複数の穴や形状の位置関係が重要な製品に適しています。
トランスファープレスは各工程で個別に調整が可能なため、工程ごとに精密な品質管理が求められる製品に優れます。
プレス加工の製作フローと工程設計のポイント
プレス加工による製品製作は、工程設計から検査まで複数のステップで構成されます。
ここでは、製作フローと工程設計のポイントを解説します。
プレス加工の製作フロー
工程1: 工程設計・金型設計
プレス加工工法の設定を行う上で重要な事項が、工程設計になります。工程設計で製作する製品の精度を確保できる工程を検討し、金型設計に反映し金型製作・加工トライ調整を経て製品完成となります。
製品図面と生産数などから生産方法(単発・順送・トランスファー)や工程数を決定します。たとえば穴あけ加工と曲げ加工を行う場合、それぞれに専用の金型を製作します。
穴あけには穴あけ用の金型を、曲げには曲げ用の金型を使用する仕組みです。
複数の加工(絞り・穴あけ・曲げなど)が必要な場合、どの順番で加工するかによって製品精度や成形性が変わるため、プレス加工メーカーの経験とノウハウが求められます。
工程2: 金型製作
初めに製品を生み出すための金型を設計します。雄型と雌型で一つとなる金型です。そこで、設計段階では、金型の種類やセットするプレス機などを決める必要があります。金型の設計が終了すれば、次に実際に金型を作り出し、生み出す製品のテスト加工を行っていきます。
単発プレスの場合、各工程ごとに専用の金型を製作する必要があり、3工程であれば3個の金型を用意します。順送プレスでは、一つの金型にすべての工程を統合するため通常よりも長く複雑な構造になります。トランスファープレスでは、各工程に専用の金型を用意し、工程間の搬送機構も設計します。
工程3: トライ(試し打ち)・調整
トライとは、組み上げた金型を「プレス機」に取り付けて「試し打ち」を行うことです。トライでは金型が完全な状態に仕上がっているか検証し、そしてトライした製品の品質(寸法精度)が満たされているか測定・確認を行います。
その結果が悪ければ、組み立てた金型を分解し、調整が必要な部品を修正して何度も「組み立て・トライ・調整」を繰り返して完全な金型に仕上げます。
複数回テスト加工を重ねることで、製品精度を高めていくことが可能です。
工程4: プレス加工(量産)
完成した金型をプレス機に取り付け、実際のプレス加工を行います。1回のプレス加工にかかる時間は、わずか2〜3秒ほど。小さな部品だと、1分間に数百回ものプレス加工が可能です。
単発プレスでは各工程ごとにブランクを次のプレス機に移動させます。順送プレスは材料が連続的に送られるため高速生産が可能で、トランスファープレスは自動搬送機構により工程間を移動しながら加工します。
工程5: 洗浄
プレス加工では、材料に「プレス加工油」を塗布することで、加工中のキズ防止や滑らかな成形を実現します。この加工油が製品表面に残るため、加工後は洗浄を行い、付着した油を除去します。
工程6: 後加工
プレス加工の中でも、せん断加工ではバリが発生することが多く、必要に応じて後加工でバリ取りを行います。また、製品の強度を向上させるために焼き入れを施したり、外観や耐久性を向上させるためにメッキや塗装などの表面処理を行う場合もあります。
バリが発生する原因や対策については、以下で詳しく紹介しています。
バリが発生する原因と対策―金型設計・摩耗・成形条件の観点から解説
工程7: 検査
製品が設計通りの品質を満たしているかを確認するため、寸法、平面度、強度など、製品に応じた項目を徹底的に検査します。これにより、不良品を防ぎ、安定した品質を保証することが可能です。
工程設計のポイント
製作フローの中でも、工程設計は最終的な製品品質や生産効率を決定する重要なプロセスです。
どの順序で加工するか
「せん断」「曲げ加工」「絞り加工」「張出し成形」に分けることができます。これらの加工を順番に組み合わせることで、製品を効率的に生産します。
段曲げ部の窓穴は曲げ後に抜く理由は、曲げにより引っ張られ曲げ高さ精度に影響が考えられるためです。また、丸穴と基準穴は精度を要するため同一ステージで曲げ後に加工するなど、精度が要求される加工は同一工程でまとめることで位置精度を確保できます。
材料レイアウトをどうするか
材料から部品をどう切り出すか（ネスティング）の設計が最適化されていなかった場合、スクラップが増加します。複数部品の配置を工夫することで、不要部分を最小限に抑えることが可能です。
ブランク抜き加工は、プレス加工の代表的なものです。その加工はブランクの周辺に枠を取ります。この枠は材料の幅方向に付けられるものを「縁(ふち)さん」と呼び、送り方向に付けられるものを「送りさん」と呼びます。ブランク抜きでブランクの輪郭形状を作るために必要なものです。この「さん」はスクラップとなるので大きく取ると材料のムダが多くなります。そのためできるだけ小さくしてムダを無くすようにします。
CAEで事前検証
近年、CAE（Computer Aided Engineering）を活用した事前検証が増加しています。プレス加工においては、以下のような解析を行うことで、トライ回数を削減し、量産立ち上げ期間を短縮できます。
プレス加工におけるCAE解析の例
- 板厚分布予測：成形後の板厚変化を予測し、強度不足や破断リスクを事前に把握
- ひずみ分布解析：材料の伸びや圧縮を可視化し、割れや破断の発生箇所を特定
- しわ発生予測：絞り加工時のしわの発生を予測し、金型形状や材料押さえ力を最適化
- スプリングバック予測：曲げ加工後の材料の戻り量を予測し、金型角度を補正
これらのシミュレーションにより、試作段階でのミス発覚や大幅修正を回避し、より確度の高い加工データ作成が可能になります。
CAEについては、以下で詳しく解説しています。
プレス加工は工法選定と工程設計が重要
プレス加工は、金属薄板を塑性変形させて複雑な形状を実現する成形プロセスです。単発・順送・トランスファーという3つの工法を、生産ロットや製品特性に応じて使い分けることで、効率的な生産が可能になります。
製品製作では、工程設計が最終的な品質と生産効率を決定します。何工程に分けるか、どの順序で加工するか、材料レイアウトをどう最適化するかを適切に設計することで、高品質な製品を安定して生産できます。
ニチダイは、「冷間鍛造金型」を主力製品としており、国内トップシェアを誇るメーカーですが、プレス加工の経験値も持ち合わせています。
金型設計、工程設計の最適化やCAE解析による事前検証など、金型製作における高精度な技術を活かし、複雑な形状の成形や高精度な製品製作における課題解決をサポートしています。
