板金加工金属加工

板金部品の用途や材料、加工工程について専門家が徹底解説!

板金部品は工業製品や日用品、パソコンやテレビなど電機機器の内部、建物、工芸品、自動車のボディなど、私たちの暮らしの中でさまざまな形で利用されています。今回は一枚の板を切ったり曲げたりして立体的な形状をつくりだす板金部品について、用途や種類、加工工程など基本的な事項を紹介します。

板金とは?

板金加工とは、薄い板状の金属に力を加えて変形させる加工技術です。金属材料に力を加えると材料は少しずつ変形していきますが、はじめは金属が元に戻ろうとする力が働くので、途中で力を加えるのをやめれば金属は元の状態に戻ります。これを弾性変形といいます。そして荷重を加え続けてあるポイント(降伏点)を超えると、金属は元の形に戻れなくなります。この状態を塑性変形といいます。板金加工は、塑性変形の状態で求める形状を得られるように加工する技術です。力を加えすぎると材料が破断してしまうので、金型や当て金などの道具や、プレスブレーキなどの機械を使って調整しながら加工していきます。

板金部品の用途

板金部品の用途は幅広く多岐にわたります。特に多く採用されているのが工業製品や工場の生産設備、食品製造設備などで、ブラケットやカバー、シャーシ、レールなど大小さまざまなパーツとして板金部品が活用されています。また、配電盤やボックス等の箱状の部品にも板金部品が使用されています。汎用設備と汎用金型で柔軟に製造できる板金部品は少量多品種の製造に対応しやすく、FA機器の設計には欠かせません。

板金加工の種類

工業製品で板金加工といえば機械板金をいいます。他にも伝統工芸品や自動車の修理を行う手板金、両方の加工技術を使う建築板金という分野もあります。

  • 機械板金
    機械板金では金型を介して油圧などの力で金属板を成形しますが、成形の前後工程まで含む工程全体が「板金加工」と呼ばれています。機械板金は、工場設備が必要なことから「工場板金」、精密な加工が可能なことから「精密板金」と呼ばれることもあります。
  • 手板金
    手板金は文字通り人の手による加工で、ハンマーなどの工具を使って目的の形状に成形する加工法です。手板金には、伝統工芸品などの加工に用いられる「打ち出し板金」のほか、自動車の外装のへこみを叩いて修復する「自動車板金」などがあります。
  • 建築板金
    建物の屋根や樋、外壁、装飾品、厨房設備やダクトなど、建設物に用いる金属部品を加工する「建築板金」も板金の一分野です。建築板金はひとつひとつの建物に合わせてオーダーメイドで作るのが一般的です。同じ製品を何度も作ることは少ないので、手板金、機械板金の両方の技術を使って加工するのが一般的です。

今回は機械板金を「板金加工」、板金で作る部品を「板金部品」として、設計者が知っておきたい板金の基礎をまとめました。

板金加工の工程

板金部品の加工は、主に8つの工程に別れます。各工程の作業内容はこちらの記事で詳しく解説しています。

板金加工の基礎知識―メリット・デメリットやコストダウン方法も紹介

ここでは板金加工の主な3工程をご紹介します。

  • 抜き加工
    ブランク工程ともいいます。主にレーザ切断機による切断加工、シャーリングによるせん断加工、タレットパンチプレスによる打ち抜き加工を使い分けて、材料の板材を求める形状に加工します。
    抜き加工
  • 曲げ加工
    プレスブレーキという機械に金型を取り付け、切断した板材に圧力をかけて曲げるのが曲げ加工です。なお「プレスブレーキ」は「ベンディングマシン」「ベンダー」などと呼ばれることもあり、どれも同じ機械をさしています。
    曲げ加工
  • 溶接加工
    金属に熱をかけて溶融させ、冷却することで金属を接合するのが溶接加工で、板金加工では主にTIG溶接とレーザ溶接が用いられています。タングステン電極を用いるTIG溶接は、シールドガスにアルゴンを用いるため「アルゴン溶接」と呼ばれることもあります。
    溶接加工

板金部品の材料

板金部品に使われる材料は、ステンレス、鉄鋼材(SPCC、SECC)、アルミなどの種類があります。板厚も、素材によりt0.1~22mmまでさまざまです。部品の用途や加工特性を考慮して選定しましょう。

  • ステンレス
    ステンレスは耐食性やクリーン度を求められる製品で採用されることが多い材料です。板金向けの材料として代表的なのはSUS304で、一般的に流通しているため調達しやすく、耐食性に優れ、切断、曲げ、溶接などの加工がしやすい特徴があります。SUS304のなかでも、一般素材は2B材を、表面の光沢が必要な場合は「磨き材」と呼ばれる「片面#400研磨」を指定すると良いでしょう。また、SUS430は水回りで選定されることが多く、厨房機器や建築板金でよく使われています。
  • 鉄鋼材
    板金加工における鉄鋼材は、加工性や表面処理の状態によって使い分けるのが一般的です。最もポピュラーなSPCCは安価で加工しやすい素材ですが、錆びやすいので加工後は塗装やメッキなど何らかの表面処理が必要になります。電気亜鉛メッキ鋼板のSECCは、別名「ボンデ」と呼ばれることもあります。塗装がしやすく色の乗りがいいため、制御盤など次工程で塗装する場合に使いやすい素材です。溶融亜鉛メッキ鋼板のSGCCは高い防錆性能を持つため、屋外使用などで錆を防ぎたい製品に選定したいところです。
  • アルミ
    アルミは比重が軽く熱を伝えやすいなどの特徴があり、軽量化が必要な製品や、放熱性が求められる製品などで性能を発揮します。板金部品ではアルミ合金のなかでもA5052が一般的に使われていますが、他の素材と比べて板金加工が難しいという一面もあります。例えばアルミはレーザ光を吸収しにくいので、レーザ切断するにはステンレスや鉄鋼材よりも高出力のレーザが必要になります。具体的にいうと、鉄鋼材であれば3kwファイバーレーザを用いれば板厚22mmまでの加工が出来ますが、アルミで同じぐらいの板厚の素材を加工するには 6kWファイバーレーザが必要になりす。
    また、板厚が厚くなるほど曲げで割れやすく、熱伝導率が高いため溶接も熟練度を必要とします。材料価格も加工単価も高くなりやすいので、用途に合わせて本当に必要な箇所に使うと良いでしょう。

板金部品の表面処理

板金部品の表面処理については、耐食性などの機能を付加するめっき、色や機能を付加する塗装、情報を付加するレーザマーキングなどを用途に合わせて施します。

  • 塗装
    部品の表面に塗料を塗って乾燥させることで、色や耐久性、耐食性などの機能を付加する表面処理が塗装です。製品の用途や求める機能により塗料や塗装方法は多岐に渡るので、高機能を付加する場合は塗装の専門業者に相談するのがおすすめです。制御盤や機械装置のカバーなどで板金部品に色や耐候性、耐食性を付加する場合は、粉体塗料をまんべんなく吹き付ける「粉体塗装」を選定するのが一般的です。塗装の指示を入れる場合は、一般社団法人日本塗装工業会の発行する色見本帳を参考に「マンセル値」で指定しましょう。
  • めっき
    板金部品へのめっき処理は、耐食性や耐摩耗性の付加、装飾などの目的で行います。メッキ処理の種類は素材により異なります。まず、SPCCへのめっき加工で代表的な無電解ニッケルメッキは耐食性、耐摩耗性に優れ、膜厚が一定になりやすいため精密機器によく使用されます。通称「黒染め」と呼ばれる四三酸化鉄皮膜は、皮膜が薄く寸法変化が小さいため精密機器部品に向きますが、油分が切れると錆の進行が早まるため、使用箇所に注意が必要です。
    環境に配慮しためっき方法である三価クロメートには白と黒があり、白クロメートは表面が青白く、黒クロメートは表面が黒くなります。なお、ステンレスは既にある程度の耐食性を考慮して選定していることもあり、ステンレスの板金部品に後工程でめっきを施すことは希です。めっきが難しい素材でもあるので、どうしても耐食性を向上させたいなどの目的がある場合は、専門の表面処理会社に相談すると良いでしょう。
  • アルマイト
    アルミニウムの表面に人工的に酸化皮膜を精製させる表面処理がアルマイトで、素材がアルミの場合に限り、アルマイトを施すことで耐食性・耐摩耗性を上げることができます。白アルマイト、黒アルマイトが一般的ですが、専門の業者では青や緑、赤などの色をつけることも可能です。
  • レーザマーキング
    レーザマーキングは表面に弱いレーザを当てて装飾を施すほか、品番やバーコードなどの情報を追加することもできます。レーザ加工のジャンルでは「表面改質」に分類され、材料の表面に直接情報を書き込むため、研磨などでわざわざ消さない限り消えません。近年は部品にもトレーサビリティや製造ロットなどの識別情報を求められることが増え、要求されるケースが増えてきています。

板金部品を設計するときのコツ

板金部品を設計するときは、加工性に配慮し、加工可否も含めて設計する必要があります。設計時に考慮すべきことはたくさんありますが、ここでは主な3つの注意事項に触れておきます。

  • 展開して1枚の板として成り立たないものは加工できない
    板金部品は1枚の板を切ったり曲げたりして作るため、もともと1枚の板になっていない図面は部品として成立しません。そこで板金の加工工場では、加工の前工程で図面の曲げや溶接などの加工を解除して元の一枚板に戻す「展開」という作業を行います。3D CADで設計していると気づきにくいので、図面を確定する前に一度頭の中で展開してみることをおすすめします。
    展開して1枚の板として成り立たないものは加工できない
  • 加工限界を考慮する
    板金部品では1枚の材料を曲げて成型するため、曲げ部分や製品の端面からの寸法により、加工できる範囲に制限がある場合があります。たとえば曲げ部分に近接した穴加工や、端面からの穴の最小距離や曲げの最小距離、最大曲げ角度などにも設備により制限が出るので、CADでは成り立っていても実際には加工不可となるケースもあります。事前に加工依頼先の加工限界を確認ながら設計し、発注後の加工不可による手戻りを回避したいところです。
    加工限界を考慮する
  • 曲げ加工で製品が金型と干渉する場合があるので気を付ける
    コの字曲げや箱曲げで短辺よりも長辺が長い場合などには、順に曲げていったときに加工品が金型と干渉する場合があります。干渉すると加工ができない場合もあるので、設計の段階で気を付けましょう。
    板金部品の即時見積もりと加工ができるミスミmeviyには、曲げ加工時の干渉解析をする機能があります。解析の結果金型等への干渉が見つかった場合は見積画面にメッセージが表示され、ダブルクリックで干渉箇所の確認をすることができます。これらの機能を上手に活用すると、効率良く板金設計が進められます。
    曲げ加工で製品が金型と干渉する場合があるので気を付ける

まとめ

板金部品は1枚の板から切ったり曲げたりして立体的に作りあげる部品です。材料の伸縮や表面処理、そして曲げ加工時の干渉など、板金加工ならではの特徴を理解して設計するようにしましょう。
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