プレス加工は、対になった金型の間に、板状の金属材料（被加工材）を置き、プレス機械を用いて強大な力を加えることで、材料を金型の形状通りに塑性変形させる加工法です。スタンピングとも呼ばれます。
その本質は、金型という「形状の母」を、被加工材という「素材」に、プレス機械という「力」で押し付け、その形状を極めて高い精度で、かつ、一瞬のうちに転写することにあります。この圧倒的な生産性の高さから、自動車のボディパネルや、家電製品の筐体、飲料缶、そしてスマートフォンの内部にある微細な電子部品に至るまで、私たちの身の回りにある、ほとんど全ての板金製品の大量生産を支える、根幹的な製造技術です。
加工の原理と主要な構成要素
プレス加工は、「プレス機械」「金型」「被加工材」という、三つの要素が一体となって成立します。
- プレス機械: モーターの回転運動を、クランク機構などを介して、スライドの上下運動に変換し、金型に数トンから数千トンにも及ぶ、巨大な力を発生させる動力源です。
- 金型: 製品の形状を決定づける、最も重要な要素です。通常、上型と下型が一対になっており、工具鋼などの非常に硬い材料で作られています。その内部には、製品の形状が精密に彫り込まれています。
- 被加工材: 圧延によって作られた、板状の金属材料です。コイル状で供給されるものや、一定の寸法に切断されたシート状のものがあります。
加工のプロセスは、下型の上に被加工材を置き、プレス機械が上型を高速で下降させて、上下の金型で材料を挟み込み、加圧することで行われます。このとき、材料には、その材料が持つ弾性の限界（降伏点）を超える応力がかかり、元の形状に戻らない永久変形、すなわち塑性変形が起こり、材料は金型の形状へと成形されます。
プレス加工の二大分類
プレス加工は、その目的によって、材料を「切断・分離」するせん断加工と、材料を「曲げ・変形」させる成形加工の、二つの大きなカテゴリーに分類されます。
1. せん断加工
金型に組み込まれた、パンチ（凸型）とダイ（凹型）と呼ばれる刃物によって、材料に、その材料が耐えうる限界（せん断強度）を超えるせん断応力を加え、物理的に打ち抜いて分離させる加工です。
- 打ち抜き加工（ブランク抜き）: 板材から、製品となる外形形状を打ち抜く加工です。打ち抜かれた側が製品となり、残った側がスクラップとなります。
- 穴あけ加工（ピアス加工）: 製品に穴をあける加工です。打ち抜かれた側がスクラップとなり、残った側が製品となります。
これらのせん断加工において、工学的に最も重要なパラメータが、パンチとダイの間に設けられた、ごくわずかな隙間であるクリアランスです。このクリアランスが適切でないと、打ち抜かれた製品の断面に、バリやダレといった不具合が発生し、品質を著しく損なう原因となります。
2. 成形加工
材料を分離させずに、曲げたり、伸ばしたりして、立体的な形状を創り出す加工です。
- 曲げ加工: 材料をV字型の溝を持つダイとパンチで挟み込み、直線状の稜線を持つ、L字やV字、U字といった形状に折り曲げる加工です。この際、加工後に材料が、その弾性によってわずかに元の形状に戻ろうとするスプリングバックという現象が起こります。高精度な曲げ加工を行うためには、このスプリングバックの量を見越して、目標の角度よりも少しだけ余分に曲げておく（オーバーベンド）といった、金型設計上の工夫が必要となります。
- 絞り加工:平らな円盤状の板材から、継ぎ目のない、コップや鍋のような、底付きの円筒容器を成形する加工の総称です。深絞りとも呼ばれます。 絞り加工では、パンチが材料をダイの穴へと押し込んでいく際に、しわ押さえと呼ばれる部品で、材料の周縁部を適切に押さえることが、極めて重要となります。もし、このしわ押さえの力が弱すぎると、材料のフフランジ部分にしわが発生し、逆に強すぎると、材料の流入が妨げられて、側壁が引きちぎれる破断に至ります。 この、しわと破断という相反する二つの不具合の間の、極めて狭い最適条件下で、材料の流動を精密にコントロールすることこそが、絞り加工の技術的な核心です。自動車のドアパネルや、飲料缶、キッチンのシンクなどが、この絞り加工によって作られています。
金型とプレス機械
金型
金型は、プレス加工の品質、コスト、そして生産性の全てを決定づける、まさに技術の塊です。一つの製品を完成させるために、打ち抜き、穴あけ、曲げ、絞りといった、複数の異なる工程が必要な場合、それぞれの工程に対応した金型を、プレス機械の上で順番に動かしていく単発金型と、一連の工程を一つの金型の中に連続的に配置し、材料を順送りさせながら、プレス機械の一回の上下運動で、次々と製品を完成させていく順送金型（プログレッシブ金型）があります。順送金型は、極めて高い生産性を実現できますが、その構造は非常に複雑で、製作には高度な技術と、多額の投資が必要となります。
プレス機械
プレス機械には、モーターの回転をクランク機構で上下運動に変えるメカニカルプレスと、油圧の力でスライドを駆動する液圧プレスがあります。メカニカルプレスは、加工速度が非常に速く、生産性が高いのが特徴です。一方、液圧プレスは、加工速度は遅いですが、ストロークの任意の位置で最大圧力を発生させることができ、加圧力の制御も容易なため、絞り加工のように、加工中に加える力を精密にコントロールしたい場合に適しています。
まとめ
プレス加工は、金型とプレス機械という強力な道具を用いて、金属の塑性変形という物理現象を、工業的なレベルで最大限に利用する、高能率な生産技術です。その本質は、精密に作られた金型の形状を、一秒間に何個、何十個というスピードで、金属材料へと忠実に転写し続ける、形状の「複写」技術にあります。
自動車の軽量化を支える複雑な骨格部品から、私たちの手の中にあるスマートフォンの精緻な金属筐体まで、プレス加工は、現代社会を構成する無数の工業製品に、その「形」と「命」を吹き込む、まさにものづくりの根幹をなす、不可欠なテクノロジーなのです。
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