ステンレス製品の製造を検討する際に、「プレス加工」は有力な選択肢の一つです。
この加工方法は、金型を使ってステンレス鋼板を目的の形状に変形させる技術であり、特に大量生産においてコストとスピードの面で大きな利点があります。
一方で、ステンレスは加工が難しい「難削材」としても知られており、その特性を理解せずに加工を進めると、品質問題やコストの増加につながりかねません。
この記事では、ステンレスプレス加工の基本的な種類から、加工が難しいとされる理由、切削加工との比較、そして加工を依頼する際の注意点まで、初心者の方にも分かりやすく解説します。
ステンレスプレス加工とは？
ステンレスプレス加工は、金属の板に大きな力を加えて目的の形を作り出す「塑性加工」の一種です。
対になった「雄型」と「雌型」の金型の間にステンレス鋼板をセットし、プレス機械で圧力をかけることで、材料を切断したり、曲げたり、立体的な形状に成形したりします。
自動車部品や家電製品、厨房機器など、私たちの身の回りにある多くのステンレス製品がこの方法で作られています。
一度金型を作ってしまえば、同じ形状の製品を短時間で大量に、かつ安定した品質で生産できるのが大きな特徴です。そのため、量産品の製造においてコストパフォーマンスに優れた加工方法といえます。
一方で、初期投資として金型の製作費用が必要になるため、生産数量が少ない場合には不向きです。加工するステンレスの種類は、製品の用途や求められる特性に応じて使い分けられます。
ステンレスプレス加工の種類
ステンレスプレス加工は、目的に応じてさまざまな種類に分類されます。
以降では、代表的な3つの加工方法について、それぞれの特徴を解説します。
- せん断加工
- 曲げ加工
- 絞り加工
せん断加工
せん断加工は、ステンレスの板材を金型で挟み込み、強い力で切断したり、穴を開けたりする加工方法の総称です。
この加工法にはいくつかの種類があり、代表的なものに「打ち抜き（パンチング）」と「ブランキング」があります。
打ち抜きは、板材に穴を開け、穴を開けられた側の板を製品として使用する加工です。
一方で、ブランキングは、板材から特定の形状を打ち抜き、その打ち抜かれた側を製品として使用します。
他にも、製品の外周を整える「トリミング」や、切り込みを入れる「ノッチング」などもせん断加工の一種です。
これらの技術は、プレス加工の基本であり、多くの製品の初期工程で用いられます。
曲げ加工
曲げ加工は、その名の通り、ステンレスの板材を任意の角度や形状に折り曲げる加工方法です。
V字型の金型で曲げる「V曲げ」やL字に曲げる「L曲げ」、クランク状に曲げる「Z曲げ」など、製品の用途に応じてさまざまな曲げ方が存在します。
この加工のポイントは、「スプリングバック」と呼ばれる現象を考慮することです。ステンレスは弾性が高いため、力を加えて曲げた後、少しだけ元の形状に戻ろうとします。
例えば、90度に曲げたい場合は90度よりも少し深く曲げておくなど、材料の特性を見越した金型の設計や加工条件の設定が欠かせません。
絞り加工
絞り加工は、一枚の平らなステンレス板から、継ぎ目のない立体的な容器形状を作り出す加工方法です。
代表的な例としては、キッチンのシンクや調理用のボウル、水筒などが挙げられます。
この加工では、しわ押さえと呼ばれる部品で材料の縁を固定しながら、パンチ（雄型）で材料をダイ（雌型）の中に押し込んで成形します。
特に、直径に対して深さが大きい容器を作る加工は「深絞り加工」と呼ばれ、高い技術力が求められます。
加工中に材料が均一に伸びないと、割れやしわが発生しやすいため、金型の設計や潤滑油の選定、プレス速度の調整が重要です。
複雑な形状を一体で成形できるため、部品点数の削減や強度の向上に貢献します。
ステンレスがプレス加工で「難削材」と言われる理由
ステンレスは、錆びにくく丈夫な優れた材料ですが、その一方で加工が難しい「難削材」としても知られています。
プレス加工においても、いくつかの特有の課題が存在します。
以降では、ステンレスが難削材と言われる主な理由を3つの観点から解説します。
- 熱伝導率の低さと加工硬化のしやすさ
- スプリングバックによる寸法精度への影響
- 金型摩耗・焼き付き（ガーリング）のリスク
熱伝導率の低さと加工硬化のしやすさ
ステンレスが加工しにくい理由の一つに、熱伝導率の低さが挙げられます。
プレス加工で大きな力が加わると、材料と金型の摩擦によって熱が発生します。
一般的な鋼材であれば、この熱は材料全体に素早く拡散しますが、ステンレスは熱が逃げにくいため、加工部分が局所的に高温になりやすいのです。
この熱が、後述する焼き付きなどのトラブルを引き起こす原因となります。
さらに、ステンレスは、「加工硬化」という現象を起こしやすい性質を持っています。これは、加工によって力が加わった部分の金属組織が変化し、硬くなる現象です。
加工が進むにつれて材料が硬くなるため、さらに大きな力が必要となり、金型への負担が増大します。
スプリングバックによる寸法精度への影響
スプリングバックとは、曲げ加工を行った後、材料が弾性によって元の形状に少し戻ってしまう現象のことです。
ステンレスは他の金属材料と比較して弾性が高く、強度も大きいため、このスプリングバック量が大きくなる傾向があります。そのため、狙い通りの角度や寸法を出すのが難しいという課題があります。
例えば、製品を正確に90度で曲げたい場合、金型を90度で作っただけでは、加工後の製品は91度や92度のように開いてしまいます。
これを防ぐためには、あらかじめスプリングバックの量を見越して、88度や87度といったように、目標よりも深く曲げ込む「オーバーベンド」などの対策が必要です。
この見込み量の設定には、材料の厚みや種類、金型の形状などを考慮した高度なノウハウが求められます。
金型摩耗・焼き付き（ガーリング）のリスク
ステンレスの加工では、金型の摩耗が激しくなりやすいという問題があります。
これは、ステンレス自体の硬度が高いことや、前述した加工硬化によって、金型にかかる負担が大きくなるためです。
金型の摩耗が進行すると、製品の寸法精度が低下したり、バリ（加工時に発生する不要な突起）が大きくなったりします。
また、熱伝導率の低さから加工点が高温になりやすく、「焼き付き（ガーリング）」と呼ばれる現象が発生するリスクも高まります。
焼き付きとは、材料と金型が熱によって部分的に溶着してしまうトラブルです。
一度焼き付きが起こると、製品の表面に傷がつくだけでなく、金型自体も損傷してしまうため、生産ラインを停止してメンテナンスを行う必要が出てきます。
これを防ぐためには、適切な潤滑油の選定や、金型表面へのコーティング処理が重要です。
ステンレスプレス加工の対応可能な板厚・精度の目安
ステンレスプレス加工で対応できる板の厚みや、実現可能な精度は、加工を依頼するうえで重要な要素です。
一般的に、プレス加工では0.05mm程度の非常に薄い箔から、6mmを超えるような厚板まで、幅広い板厚に対応可能です。
ただし、板厚が厚くなるほど、より大きな力が必要となるため、大型のプレス機や頑丈な金型が求められます。
加工精度については、一般的なプレス加工で±0.1mm程度の公差が目安とされていますが、高精度な「精密プレス加工」であれば、±0.05mmやそれ以下の厳しい公差を実現することも可能です。
製品に求められる精度によって、金型の構造や加工方法が変わってくるため、事前に必要な精度を明確にしておくことが大切です。
ステンレスプレス加工で注意すべきポイント
ステンレスのプレス加工を成功させるためには、いくつかの重要なポイントを押さえておく必要があります。
ステンレスは加工が難しい材料であるため、これらの点を軽視すると、品質の低下やコストの増加につながる可能性があります。
まず最も重要なのが、金型の設計と製作です。
スプリングバックや加工硬化といったステンレス特有の現象をあらかじめ予測し、それを織り込んだ金型を設計しなければなりません。
また、金型の材質や表面処理も、摩耗や焼き付きを防ぐ上で重要です。
次に、潤滑油の選定も欠かせません。
潤滑油には、摩擦を減らして金型の摩耗を防ぐだけでなく、加工時に発生する熱を冷却する役割もあります。
特に、熱が発生しやすいステンレスの加工では、耐熱性や極圧性に優れた潤滑油を選ぶことが、品質の安定と金型寿命の延長に直結します。
さらに、加工速度の調整も重要な管理項目です。
生産性を上げるために速度を上げすぎると、発熱が大きくなり焼き付きのリスクが高まります。
逆に遅すぎると、生産効率が落ちてしまいます。材料の厚みや形状に応じて、最適な加工速度を見つけましょう。
切削加工からステンレスプレス加工への工法転換で得られるメリット
これまで切削加工で製造していた部品を、ステンレスプレス加工に切り替えることで、さまざまなメリットが期待できます。
特に、ある程度の生産量が見込まれる場合には、工法転換を検討する価値は十分にあります。
ここでは、代表的なメリットを3つご紹介します。
- 材料歩留まりの向上とコストダウン
- 工程数の削減による後工程の短縮
- 複雑形状の一体成形（深絞り加工など）
材料歩留まりの向上とコストダウン
切削加工は、金属の塊から不要な部分を削り取って形状を作り出すため、多くの「切り屑」が発生します。この切り屑は材料の無駄となり、コストを押し上げる要因の一つです。
一方で、プレス加工は、板材を塑性変形させて製品を作るため、切り屑の発生を最小限に抑え、「歩留まり」が向上します。
特に、高価なステンレス材料を使用する場合、この差はコストに大きく影響します。
また、プレス加工は一回の動作（ストローク）で製品を成形できるため、加工時間が短く、大量生産における一個あたりの加工コストを大幅に削減できる点も大きなメリットです。
工程数の削減による後工程の短縮
切削加工で複雑な形状の部品を作る場合、複数の工程や機械を必要とすることがあります。
例えば、穴あけやフライス加工、旋盤加工など、形状に応じて異なる加工を順番に行うため、全体のリードタイムが長くなりがちです。
これに対し、プレス加工では「順送金型」などを用いることで、一つの金型内で打ち抜き、曲げ、絞りといった複数の加工を連続して行うことが可能です。
材料をセットすれば、自動で次々と製品が完成していくため、工程数が大幅に削減されます。
工程がシンプルになることで、生産管理が容易になるだけでなく、工程間の移動や待ち時間がなくなり、結果として製品が完成するまでの時間を短縮できます。
複雑形状の一体成形（深絞り加工など）
複数の部品を溶接やネジで組み立てていた製品も、プレス加工、特に深絞り加工などの技術を用いることで、継ぎ目のない一体部品として成形できる場合があります。
例えば、箱状の部品を考えてみましょう。切削で作る場合は塊から削り出すか、複数の板を溶接して組み立てる必要があります。
しかし、絞り加工であれば、一枚の板から一体で成形できます。
一体成形には、部品点数が減ることによる管理コストの削減や、組み立て工程の廃止といったメリットがあります。
さらに、溶接部のような応力が集中しやすい箇所がなくなるため、製品の強度や剛性が向上するという品質面での利点も得られます。
また、金属の組織が切断されない「ファイバーフロー」が維持されるため、材料の持つ強度を最大限に活かせます。
ステンレスプレス加工を発注する際に確認すべきポイント
ステンレスプレス加工を外部の専門業者に依頼する際には、スムーズに取引を進め、期待通りの品質の製品を得るために、いくつかのポイントを確認しておくことが重要です。
以降では、発注者側で準備すべきことや、業者選定の基準について解説します。
- 生産数量・形状でプレス加工と切削加工を見極める
- 図面で板厚・材質・公差を明確に指示する
生産数量・形状でプレス加工と切削加工を見極める
まず最初に確認すべきなのは、製造したい部品の生産数量（ロット数）です。
プレス加工は金型の初期費用がかかるため、数十個程度の小ロット生産では、一個あたりのコストが高額になります。
このような場合は、金型が不要な切削加工の方が有利です。
一方で、数千個、数万個…といった大量生産になれば、金型費用を生産数で割ることで一個あたりのコストは下がり、切削加工よりもはるかに安価になります。
どのくらいの生産数量からプレス加工が有利になるかという「損益分岐点」は、部品の形状や複雑さによって異なります。
また、非常に複雑な三次元形状や、アンダーカット（金型が抜けない形状）がある部品は、プレス加工では対応が難しく、切削加工が適している場合もあります。
自社の製品の生産計画と形状を基に、どちらの工法が最適かを見極めましょう。
図面で板厚・材質・公差を明確に指示する
加工を依頼する際には、正確な図面の用意が欠かせません。
図面には、製品の形状や寸法はもちろんのこと、以下の情報を明確に記載する必要があります。
- 材質：SUS304、SUS316など、具体的な鋼種を指定
- 板厚：使用するステンレス板の厚みを指示
- 寸法公差：特に精度が求められる部分には、許容できる寸法の誤差範囲を明確に指定
- 表面処理：バフ研磨やメッキなど、加工後の仕上げに関する要求があれば記載
上記の情報が曖昧だと、業者側で見積もりの算出ができなかったり、完成した製品が要求仕様を満たしていなかったりといったトラブルの原因になります。
詳細で分かりやすい図面を用意することが、品質の高い製品をスムーズに得るためのコツです。
複雑で高精度な金属部品を大量生産するならプレス加工よりもMIM
プレス加工は大量生産に適した優れた工法ですが、対応できる形状には限界があります。
特に、三次元的に複雑な形状や、微細で高い精度が求められる部品の製造には不向きな場合があります。
そのような部品を大量生産したい場合には、「MIM（金属粉末射出成形）」という別の工法が有力な選択肢です。
- プレス加工が抱える複雑形状対応の限界
- MIMへの切り替えで解決できること
プレス加工が抱える複雑形状対応の限界
プレス加工は、基本的に二次元の板材を三次元形状に変形させる技術です。そのため、厚みが部分的に異なる形状や、横穴、ねじ形状などを一体で成形することは困難です。
例えば、部品の側面に穴を開けたい場合、プレス加工後にドリルで穴を開けるといった追加工が必要になり、工程が増えてしまいます。
また、絞り加工で成形できる形状も、金型から製品を抜ける「抜き勾配」を考慮する必要があるなど、設計上の制約が存在します。
これらの制約から、プレス加工だけでは実現できない複雑な部品は、切削加工や複数の部品を組み合わせる方法で製造されてきましたが、いずれも大量生産時のコストが高くなるという課題がありました。
MIMへの切り替えで解決できること
MIMは、金属の微細な粉末と樹脂を混ぜ合わせた材料を、プラスチックの射出成形と同じように金型に射出し、その後、焼結することで金属部品を作る技術です。
この方法の最大の特徴は非常に高い設計自由度にあり、プレス加工では難しい三次元の複雑形状、アンダーカット、薄肉形状などを、一体で高精度に成形することが可能です。
切削加工のように材料を削らないため、材料ロスが少なく、大量生産にも適しています。
プレス加工では形状が複雑すぎて対応できない、しかし切削加工ではコストがかかりすぎる、といった課題を抱える部品にとって、MIMは最適な解決策となり得るのです。
プレス加工では対応しきれない複雑形状ならMIMに強い九州精密機器へ
ステンレスプレス加工は大量生産に適した優れた工法ですが、三次元的に複雑な形状や、横穴・アンダーカットを含む部品には対応が難しいという限界があります。
こうした部品を、プレス加工の追加工や切削加工との組み合わせで無理に成形しようとすると、工程が増え、かえってコストや納期が膨らんでしまうケースも少なくありません。
私たち九州精密機器は、MIM（金属粉末射出成形）に強みを持つメーカーです。
プレス加工では一体成形が難しい三次元の複雑形状、薄肉形状、微細な精度が求められる部品を、MIMによって高精度かつ一体で成形することを得意としています。
「プレス加工では形状が複雑すぎて対応できない……」
「切削加工では工数がかかりコストが見合わない……」
上記の課題を抱える部品について、MIMという選択肢から最適な解決策をご提案しますので、ぜひお気軽にご相談ください。
＼MIM化の検討段階でもご相談ください／
まとめ：ステンレスプレス加工の特徴を理解して自社部品への加工方法選定に活かそう
ステンレスプレス加工は、金型費用という初期投資が必要なものの、一度生産が始まれば、高品質な製品を低コストかつスピーディーに大量生産できる非常に優れた技術です。
一方で、加工硬化やスプリングバックといったステンレス特有の性質を理解し、適切な対策を講じなければ、期待通りの品質は得られません。
自社で製造したい部品の形状や生産数量、求められる精度などを総合的に考慮し、プレス加工が最適なのか、あるいは切削加工やMIMといった他の工法が適しているのかを慎重に判断することが重要です。
本記事で得た知識が、皆様の最適な加工方法の選定と、よりよいものづくりにつながる助けとなれば幸いです。
ローコストで精密加工部品を調達したい
高品質な精密加工部品の設計・加工で悩んでいる
切削加工品からMIMへの工法置き換えを検討している
自動車・医療機器・通信機器・OA機器・電動工具など、幅広い分野でMIM部品が採用されています。あなたの部品も、コストダウンの余地があるかもしれません。
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