板金加工とは何ですか? 金属を高品質の部品に変える

新しい製造プロセスを選択する前に、テクノロジーの基礎を理解することが重要です。 つまり、それが何であるか、どのように機能するか、そしてそのさまざまな利点をよく理解する必要があります。 この記事では、板金加工の基本について説明します。 私たちは、多くの業界にわたる数多くの応用例を用いて、この金属製造技術に光を当てることを目指しています。

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板金加工とは、平らな金属板を金属製品や構造物に加工することを指します。 通常、この手法にはさまざまな変換が含まれます。 板金の種類 部品やコンポーネントに分割します。 また、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、銅、真鍮などの幅広い金属部品を作成できる多用途のプロセスでもあります。

板金製造では、通常、さまざまな技術を組み合わせて目的の部品を製造します。 基本的な工程には、切断、曲げ、打ち抜き、プレス、溶接、仕上げが含まれます。 これらのテクニックは相互に補完し合い、プロジェクトを正常に完了するために重要な役割を果たします。

さらに、板金製品に触れずに一日を過ごすことはほとんどないでしょう。 したがって、自宅、職場、または外出先であっても、これらの製品をどこでも見つける可能性が高くなります。 これは、金属製造の耐久性、多用途性、普遍性の証です。

板金部品の作成プロセス

板金の製造は多くの人にとって複雑で理解しにくい場合があり、プロジェクトに対する非現実的な期待や要件につながります。 金属部品の作成プロセスには、最初から最後までいくつかのステップが含まれることに注意することが重要です。

アイデア

すべてのラピッド プロトタイピング プロセスはアイデアから始まり、 板金デザイン も例外ではありません。 それは、デザイナーとして何を望むのかという基本的なコンセプトから始まります。 これらのアイデアを大まかに書き留めて、プロジェクトの現実的な要件を提供できます。 必要なコンポーネントの 3D モデルの設計が含まれる場合もあります。 多くの場合、モデルには壁の厚さ、曲げ半径、穴の方向、曲げ許容値などの要件が含まれます。

設計図面の作成

3Dモデルが完成したら、製造のための図面を作成する必要があります。 作業を開始する前に、エンジニアは青写真を作成する必要があります。 これらの青写真は、最初の図面を作成するために必要な板金の仕様を決定します。

図面は機械工場に送られるものです。 多くの場合、図面には材料の選択、表面仕上げなどのすべての製造情報が含まれています。

製造可能性の分析

他の関連計算とともに、図面が要件と仕様に従っていることを確認するために再チェックされます。 次の DfM戦略 設計の簡素化と部品数の削減に重点を置くのに役立ちます。 このような分析は、さまざまな用途に合わせて部品を標準化することを示唆しています。

さらに、エンジニアは、簡単に製造できる設計の開発に関する洞察を得ることができます。 製造可能性分析が完了すると、応力/ひずみレベルと荷重制限の詳細な計算を含む最終的な製造図面が作成されます。 そこに含まれる情報によって板金製造プロセスが決まります。

プロトタイプ開発

板金設計モデルができたら、エンジニアはコンポーネントの形状を維持するためにいくつかのプロセスを実行します。これらの方法には、切断、曲げ、打ち抜き、スタンピング、溶接が含まれます。迅速なプロトタイピングを必要とするプロジェクトでは、これらのプロセスはプロトタイプが精度と機能性の両方を維持するのに不可欠です。表面仕上げは、作成されたプロトタイプの美観を向上させるのにも役立ちます。これらのステップを順番に実行することが重要です。プロセスを急いで進めたり、ステップを 1 つ省略したりすると、最終製品の品質と完全性が損なわれる可能性があります。

プロトタイプ試験

プロトタイプを開発した後、クライアントはプロトタイプを評価して、要件を満たしていることを確認します。 テストには、実際の状況でそのようなコンポーネントを使用することも含まれる場合があります。 また、ユーザーによる製品のフィードバックによる評価も可能です。

本格生産

テストに合格し、要求仕様を満たしたプロトタイプは、完全な部品の生産に入ります。   

一般的なタイプの板金製造プロセス

次に、各部品は必要な金属製造プロセスを経て、その設計を XNUMX 次元の機能コンポーネントに反映する必要があります。 以下では、最も一般的なものについて説明します。

切断

切断は通常、板金製造の最初のステップです。 ハサミやレーザー カッターなどの特殊なツールを使用して、金属シートを希望の形状に切断します。

具体的には、せん断力を利用して金属を切断するせん断を使用して金属シートを切断できます。 このタイプの切断には、シャーリング、パンチング、ブランキングという XNUMX つのオプションがあります。 一方、板金製造業者はせん断を行わずに切断も実行します。 これは、精密な切断とより短いリードタイムを必要とする産業プロジェクトにとって理想的なプロセスです。

さらに、高品質の切断を実現するには、レーザー切断が推奨される方法です。 したがって、専門家に相談することをお勧めします 板金レーザー切断サービス。 私たちは、このプロセスが産業用途により適していると考えています。 レーザー切断により、高精度 (+/- 0.1 mm) が可能になり、時間効率が良くなります。

曲げ

曲げでは、単純な曲げから複数の曲げが必要な複雑な形状まで、幅広い形状や角度を作成できます。 さらに、曲げ加工はコスト効率の高いプロセスであり、安定した品質で大量の部品を製造できます。

このプロセスでは、プレス ブレーキ機を使用して金属シートを希望の角度や形状に曲げます。 素人目には曲げ加工は単純に見えるかもしれませんが、非常に複雑なプロセスであり、高度な技術を持った製造業者が必要となります。 これは主に、金属が曲げた後に必然的に元の平らな構造に戻ろうとするときの用語である「スプリング バック」の発生によるものです。 この問題を解決するには、オペレータは部品のスプリングバック角度が目的の角度になるように部品を過剰に曲げる必要があります。

打ち抜き

パンチングは、さまざまな金属シートにとって貴重な技術です。 パンチングプロセス中、製造業者は金属シートにパンチを押し込み、希望の形状とサイズの穴を作成します。 そして、穴から生じたスクラップ材料を収集するために、金属シートの下にダイを配置します。 パンチングでは、穴を作成するだけでなく、金属シートにくぼみを作成し、ディンプルや皿穴などの形状を作成することもできます。

RapidDirect では、最大直径 50 mm の穴を作成できる CNC パンチング機能を提供しています。 この技術により、正確かつ効率的な穴あけが可能になり、最終製品が必要な仕様と規格をすべて満たすことが保証されます。

溶接

溶接は、金属片を接合して単一の部品を作成する板金製造において不可欠なプロセスです。 いろいろあります 溶接技術 スティック溶接を含む利用可能、 MIG、TIG溶接.

溶接技術のアプローチは異なりますが、部品の端を溶かし、溶加材を追加することで金属片を接合するという同じ目的を果たします。 このプロセスにより、ピース間に冶金的結合が形成され、それらが強力に融合されます。 もちろん、溶接が必要になるのは、製品に XNUMX つ以上の個別のコンポーネントが含まれている場合のみです。

アセンブリ

組み立ては、複雑な金属構造やコンポーネントの作成を可能にする金属製造プロセスの最終ステップです。 板金製造業者は、適切な方法と技術を使用することで、必要な仕様と規格をすべて満たす高品質の製品を作成できます。

機械的固定、溶接、接着などのさまざまな方法で組み立てを行うことができます。 機械的固定では、ボルト、ネジ、またはその他の留め具を使用して金属部品を固定します。 溶接により部品間に永久的な結合が形成され、最終製品の強度と耐久性が保証されます。 接着は一時的なアセンブリと恒久的なアセンブリの両方に適しており、軽量構造の作成や溶接が不可能な用途によく使用されます。

組み立ては、高度なスキルと専門知識を必要とする複雑なプロセスとなる場合があります。 最終製品に問題が発生しないように、すべての部品を正しく確実に組み立てることが重要です。

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板金製造のための材料の選択

適切な材料を選択することは、最終製品の品質、耐久性、性能に影響を与える可能性があるため、製造プロセスの重要な側面です。さまざまな材料があり、それぞれに独自の利点と制限があるため、最適な材料を選択するには、次のようないくつかの要素を慎重に検討する必要があります。

• 費用： 価格は金属によって大きく異なり、一般的に鋼鉄はアルミニウムよりも安価ですが、銅やチタンなどの特殊な金属は高価になる場合があります。
• 材料の厚さ： ゲージで測定される板金の厚さは、材料の強度、柔軟性、および特定の製造方法（曲げ、切断、溶接など）への適合性に直接影響します。
• 耐腐食性： 屋外や過酷な環境では、錆や腐食に強いステンレス鋼や亜鉛メッキ鋼などの材料が好まれます。
• 強度と耐久性: 用途に応じて、金属の引張強度は耐荷重要件と一致する必要があります。高応力の用途では、鋼合金などのより強靭な金属が必要になる場合があります。
• 重量： アルミニウムのような軽量金属は、軽量化が重要な航空宇宙産業や自動車産業などでは極めて重要です。

このセクションでは、金属部品に使用される最も一般的な材料のいくつかについて詳しく説明します。

• ステンレス鋼 - 選択できるステンレス鋼の種類はいくつかあります。オーステナイト系ステンレス鋼もその 1 つです。これらはニッケルとクロムの含有量が多い非磁性金属です。耐腐食性と成形性のため、広く使用されています。一方、フェライト系ステンレス鋼は磁性があります。非構造用途や装飾用途に適しています。マルテンサイト系ステンレス鋼も、強度と耐腐食性に優れた製品を生み出します。
• 熱間圧延鋼 – 一連の圧延プロセス (華氏 1700 度以上) で鋼を製造するときに製造される鋼の一種。 このような鋼は柔軟性があるため、大きな部品に簡単に成形できます。
• 冷間圧延鋼 – これは本質的に 熱間圧延鋼 さらに加工を加えます。 よりスムーズで、許容誤差も優れています。
• プレメッキスチール – これらは、 亜鉛メッキ板金 材料。 錆びを防ぐために保護コーティングが施されています。 また、延性が向上するため、容易な板金加工方法にも対応します。
• アルミニウム– 製造部門ではもう XNUMX つの人気のある選択肢です。 優れた強度対重量比を備えています。 また、多くのアプリケーション要件を満たすのに役立つ多くの特性も備えています。
• 銅/真鍮 – 真鍮は亜鉛含有量が少ないため、加工が簡単です。 銅金属には、腐食を防ぐための保護酸化層も付いています。 どちらの材料も、見た目の美しさのために建築製品に望ましいものです。

これらの一般的な板金材料の特性と適合性を比較できるように、次の表を作成しました。

板金製造のための表面仕上げの選択

適切な表面仕上げにより、最終製品の外観、耐久性、機能性が大幅に向上します。 製品の外観を向上させたい場合でも、性能を向上させたい場合でも、さまざまな点を理解する必要があります。 金属表面仕上げオプション 望ましい結果を達成するには、利用可能であることが不可欠です。

板金に適用できる表面仕上げには次のようなものがあります。

• サンドブラスト – この方法では、砂やその他の研磨剤を金属板に高速で噴射します。 したがって、金属部品にマットな質感を与え、塗装に備えます。
• バフ研磨 – 布ホイールを使って金属の表面を研磨し、光沢を持たせる方法です。
• パウダーコーティング - これには、粉末塗料を金属部品に直接スプレーすることが含まれます。 続いて、部品をオーブンで焼き、耐摩耗層を形成します。
• 陽極酸化 – 陽極酸化処理により、コンポーネントに優れた防錆特性を与えることができます。 表面の硬度や耐久性も向上します。
• 化学フィルム – これらは良好な導電性と耐食性を提供する仕上げです。 このコーティングプロセスは塗装のベースとして最適であり、金色の表面仕上げが得られます。

これらの一般的な板金表面仕上げの長所と短所を比較できるように、次の表を作成しました。

板金製造の設計上の考慮事項

シート メタル パーツをモデリングするときに考慮すべき重要な設計機能のいくつかを次に示します。

• 壁の厚さ： 高品質の部品を製造するには、均一な厚さを実現することが重要です。 複数の壁厚を持つ形状には、さまざまな厚さのシート メタルが必要です。 これにより、位置合わせや方向の問題が発生し、部品が不正確になり、生産時間が長くなる可能性があります。 そのため、最終製品が必要な仕様と規格を確実に満たすように、形状と材料の厚さを慎重に検討することが不可欠です。
• 曲げ半径: 板金の内側の曲げ半径を少なくともその厚さと同じにすることが重要です。これにより、最終部品の歪みや破損を防ぐことができます。曲げ半径を大きくすると、曲げ領域での応力集中を最小限に抑え、最終部品の歪みや破損を防ぐことができます。部品全体で曲げ半径を一定に保つことで、コスト効率と良好な方向付けが保証されます。
• 曲げ許容値と控除: 曲げ許容値は、平坦なパターンを作成するためにパーツの実際の長さに追加する必要がある材料です。 曲げ控除は、平らなパターンを得るためにフランジの長さから除去する必要がある材料です。
• Kファクター K ファクターは、材料の厚さに対する中立軸の比率を決定する重要なパラメーターです。 この値は一定ではなく、製造プロセスで使用される材料の物理的特性や厚さに応じて変化する可能性があります。 K ファクターを理解することは、板金で正確かつ精密な曲げを実現するために不可欠です。
• 穴とスロットの方向: こういった要素も非常に重要です。 穴とスロットの直径は、少なくともシートメタルの厚さと同じ大きさである必要があります。 また、穴は適切な間隔で配置する必要があります。 素材の端に近づきすぎないようにしてください。
• 木目方向: 板金の木目方向は圧延工程の結果であり、曲げ性能に大きく影響します。木目方向と平行に曲げると、ひび割れや破損のリスクが高まりますが、木目と垂直に曲げると柔軟性と強度が向上します。欠陥を最小限に抑え、部品の全体的な品質を向上させるには、設計時に木目方向を考慮することが重要です。

考慮すべきその他の追加機能には、ヘム、ノッチ、タブ、カール、フィレット、皿穴などがあります。

板金製造のための DfM のヒント

いくつかの効果的なものに注意することが重要です 設計のヒント コンポーネントをより適切かつ迅速に作成できるようになります。

部品設計で穴のサイズ、位置合わせ、位置を指定します。 穴の直径がシートメタルの厚さより小さい場合、バニッシュが長くなり、パンチの負荷が大きくなり、過度のバリが発生する可能性があります。 したがって、穴の直径は金属の厚さより大きくなければなりません。

また、穴間の距離は少なくとも XNUMX 倍必要です。 板金の厚さ。 端の近くに穴が必要な場合、穴と端の間の間隔は少なくともシートの厚さである必要があります。

ピアス領域付近のカラーとベンドリリーフは、コンポーネントの強化に役立ちます。 タブやラグのある部品の亀裂を避けるためには、粒子構造も重要です。 ラグは木目の方向と平行であってはなりません。 亀裂の発生につながる可能性があります。 むしろ、それらは木目方向に対して垂直か、または 45 度弱である必要があります。

また、パンチの早期摩耗を避けるために、パンチとダイのクリアランスを大きく保つ必要があります。 また、曲がり部分にビーズを入れることで剛性が高まる傾向にあります。 コーナーの面取り。 こうすることで、スプリングバック効果を軽減できます。 フレア穴の周囲にコイニング加工を施すことにより、シート メタル パーツの平坦性と強度を簡単に維持できます。

板金加工部品の産業用途

板金加工は、さまざまな業界で幅広い用途を持つ多目的な製造プロセスです。耐久性があり、カスタマイズ可能で、コスト効率に優れた部品を製造できるため、板金業界の基礎として位置付けられ、自動車から消費財までさまざまな分野に影響を与えています。

オートモーティブ・ソリューション : 車体、シャーシ部品、内装パネル、排気システムは、金属加工で製造される自動車部品のほんの一例です。この素材は軽量でありながら強度に優れているため、燃費効率と車両の安全性が向上します。

航空宇宙： 胴体パネルや翼部品からエンジン部品や内部構造に至るまで、航空宇宙産業はこのプロセスに大きく依存しています。これらの用途では、アルミニウムやチタンなどの軽量で強度の高い材料が一般的に選択されます。

エレクトロニクス： 金属製の筐体、シャーシ、パネルは、繊細な電子部品を収容し保護するために不可欠です。これらの部品には、電磁シールドや放熱のために、正確な許容誤差と特定の表面仕上げが求められることがよくあります。

建設と建築: 建築において重要な役割を果たし、屋根パネル、壁の被覆材、HVAC ダクト、構造サポート、建築ファサードなどに使用されています。耐久性、耐候性、美観の多様性に優れているため、建築用途でよく選ばれています。

医療機器： 医療機器、手術器具、病院用ベッド、その他の機器の筐体には、この素材がよく使用されています。ステンレス鋼の衛生特性と耐腐食性は、これらの用途に最適です。

食品加工： タンク、コンベア、貯蔵容器、加工機械などは、ステンレス鋼板を使用して製造される食品加工機器のほんの一例です。この材料は、食品に接触する環境での衛生性と耐腐食性のために選ばれています。

消費者製品： 金属加工技術は、家電製品や家具から照明器具や工具に至るまで、さまざまな消費者製品に使用されています。金属加工材料は成形性と耐久性に優れているため、幅広い消費者向け用途に適しています。

これは、板金加工の多様な用途のほんの一例です。板金加工は、その汎用性、コスト効率、高品質の部品を生産する能力により、多くの業界で不可欠な製造プロセスであり続けています。

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