絞り加工とは何か？意味やプロセス、板金加工との違いも解説！（薄板：金属加工：成形方法：種類など）

絞り加工は、薄い金属板を立体的な形状へ変える代表的なプレス加工です。

缶や自動車部品、厨房機器、家電製品など、身近な製品にも幅広く使われています。

ただし、曲げ加工や板金加工と同じように見えても、材料の流れ方や必要な金型、発生しやすい不良には大きな違いがあります。

この記事では、絞り加工の意味と基本原理から、加工プロセス、種類、板金加工との違い、設計時に確認したいポイントまでをわかりやすく解説します。

絞り加工の意味と基本原理

それではまず絞り加工の意味と基本原理について解説していきます。

平らな薄板を容器形状へ成形する加工

絞り加工とは、円形や角形に切り出した金属板を金型で押し込み、底と側面を持つ立体形状に成形する加工方法です。

英語ではディープドローイングと呼ばれ、金属板を引き延ばすだけでなく、材料を金型の内側へ流動させながら成形します。

代表的な形状には、円筒カップ、角筒ケース、シンク、鍋、燃料タンク部品、モーターケースなどがあります。

加工前の材料は平板ですが、完成品では側壁が立ち上がり、深さを持つ製品へ変化します。

このため、板厚を極端に変えずに深い容器形状を作れる点が大きな特徴です。

パンチとダイによる材料流動

基本的な絞り加工では、上側にあるパンチと、下側にあるダイを使用します。

パンチは製品の内側形状を作る工具であり、ダイは外側形状を受け止める工具です。

材料となるブランクはダイの上に配置され、しわ押さえによって適度な力で固定されます。

その後、パンチが下降すると、板材はダイの肩部を通過しながら内側へ引き込まれます。

このとき、材料の流動が不足すれば割れにつながり、逆に流動しすぎればしわが発生しやすくなります。

したがって、パンチ荷重、しわ押さえ力、金型の隙間、潤滑条件を総合的に管理する必要があります。

深絞りと浅絞りの違い

絞り加工は、製品の深さによって浅絞りと深絞りに分けて考えられます。

浅絞りは比較的低い立ち上がりを持つ成形であり、プレス工程を一回で完了できるケースも少なくありません。

一方で深絞りは、直径に対して深さが大きい容器形状を対象とします。

深い形状では一度に材料を引き込むと割れや破断が起こりやすいため、再絞りやしごき加工を組み合わせることがあります。

製品の深さだけでなく、角部の半径、材質、板厚、公差、外観品質も工程設計に影響します。

特に薄板では、材料の異方性による耳の発生にも注意が必要でしょう。

絞り加工の工程と金型構成

続いては絞り加工の工程と金型構成を確認していきます。

ブランク加工から成形までの流れ

絞り加工は、材料を準備してすぐにパンチで押し込めば完成するわけではありません。

一般的には、コイル材または定尺板から必要な形状のブランクを抜き取り、その後に絞り工程へ進みます。

丸筒形状であれば円形ブランクを使うことが多く、角筒形状では製品寸法に応じて角形または特殊形状のブランクを用います。

ブランクの形状が適切でないと、加工後に余肉が偏ったり、耳が大きくなったりするため、材料歩留まりにも影響します。

成形後にはトリミング、穴あけ、フランジ加工、ねじ加工、洗浄、表面処理などを追加することもあります。

工程	主な目的	確認したい事項
ブランキング	材料を必要な外形へ抜く	ブランク径、バリ、材料方向
初絞り	基本となる容器形状を作る	割れ、しわ、金型隙間
再絞り	さらに深い形状へ成形する	加工率、潤滑、パンチ荷重
しごき加工	側壁を薄く整えながら伸ばす	板厚変化、焼付き、寸法
トリミング	口元や外周を切りそろえる	高さ、直角度、バリ

しわ押さえの役割

しわ押さえは、ブランクの外周側を押さえ、材料が不規則に波打つことを防ぐ部品です。

絞り加工では、パンチが材料を引き込む際にフランジ部へ圧縮応力が発生します。

この圧縮応力が大きくなると、材料は平面を保てず、しわとして現れます。

しわ押さえ力を適切に与えることで材料流動を安定させ、側壁へ均一に送り込めるようになります。

ただし、押さえる力が強すぎると材料が流れず、パンチ肩部やダイ肩部で割れを起こす可能性があります。

最適な条件は材質や板厚、潤滑油、形状により変わるため、試作時の確認が欠かせません。

潤滑とクリアランスの管理

パンチとダイの間には、材料板厚に応じたクリアランスが設定されます。

この隙間が狭すぎると摩擦が大きくなり、焼付きや傷、局所的な板厚減少を招くおそれがあります。

反対に広すぎる場合は、成形精度が安定しにくく、しわや寸法ばらつきの要因になり得ます。

また、潤滑油は金型と材料の摩擦を減らし、材料の流れを滑らかにする役割を持ちます。

ステンレス鋼やアルミニウムなどは焼付きが起こりやすい場合があり、材質に合った潤滑剤を選ぶ必要があります。

金型表面の粗さと潤滑条件の組み合わせも、外観品質や金型寿命を左右する重要な管理項目です。

絞り加工の種類と代表的な成形方法

続いては絞り加工の種類と代表的な成形方法を確認していきます。

単動絞りと複動絞り

単動プレスによる絞り加工では、スライドの動きに合わせてパンチが材料を押し込みます。

比較的単純な形状や小物部品では、単動方式で対応できる場合があります。

一方、複動プレスでは、しわ押さえとパンチを別の動きとして制御できます。

先にしわ押さえで材料を固定し、その後にパンチを下降させるため、材料流動の管理を行いやすい構造です。

大型の自動車外板や深い容器形状では、複動方式が採用されることがあります。

生産数量、製品サイズ、成形深さ、必要な品質に応じて設備を選定する流れです。

再絞りと逆再絞り

初絞りで作ったカップ形状をさらに細く深くする工程が再絞りです。

一度の成形で大きな変形を与えるよりも、複数工程に分けることで割れのリスクを抑えやすくなります。

再絞りには、同じ方向へ深くする方法と、製品を反転させて加工する逆再絞りがあります。

逆再絞りは材料の変形状態を調整しやすく、深い筒形状や特定の寸法条件で利用されます。

ただし工程数が増えるほど、金型費用、段取り、加工時間が増えるため、量産性とのバランスが重要です。

しごき加工とストレッチ加工

しごき加工は、カップ状に絞った製品の側壁をダイで絞り込み、板厚を薄くしながら高さを伸ばす方法です。

飲料缶の製造工程では、絞りとしごきを組み合わせる技術が知られています。

しごき加工では、側壁の板厚が変化するため、製品ごとに許容範囲を明確にする必要があります。

ストレッチ加工は、材料を引っ張る作用を活用して成形する方法です。

絞り加工と異なり、材料の流入よりも伸びが主体となるため、板厚減少が大きくなりやすい傾向があります。

両者は同じプレス成形に分類されますが、材料の流動を使うか、伸びを主に使うかという点で考え方が異なります。

板金加工との違いと使い分け

続いては板金加工との違いと使い分けを確認していきます。

板金加工に含まれる加工範囲

板金加工は、金属板を切る、曲げる、穴を開ける、接合するなど、幅広い加工を指す言葉です。

レーザー加工、タレットパンチプレス、ベンダー加工、溶接、研磨なども、一般に板金加工の範囲に含まれます。

絞り加工は、その中でも金型を使って板材を立体成形する方法の一つといえるでしょう。

つまり、板金加工が大きな分類であり、絞り加工は特定の成形目的に適した加工技術です。

少量多品種の箱物では曲げ加工が選ばれやすく、大量生産する容器形状では絞り加工が有利になる場合があります。

比較項目	絞り加工	一般的な曲げ板金加工
主な形状	カップ、筒、容器、深い凹形状	箱、カバー、ブラケット、筐体
主な設備	プレス機、絞り金型	ベンダー、レーザー、タレパン
初期費用	金型費用が発生しやすい	金型負担を抑えやすい
量産適性	高い	少量から中量に対応しやすい
継ぎ目	一体成形で減らせる	曲げ部や溶接部が生じる場合がある

一体成形による強度と外観

絞り加工の魅力は、継ぎ目の少ない一体形状を作りやすい点です。

複数部品を曲げて溶接する方法と比べると、接合箇所を減らせるため、気密性や水密性を確保しやすくなる場合があります。

また、溶接ビードが表面に出ないことから、外観を重視する製品にも向いています。

厨房用シンク、調理器具、洗面器、金属ケースなどで絞り加工が利用される背景には、こうした一体成形の利点があります。

ただし、深い角形状や鋭い角を持つ形状は難易度が上がるため、設計段階で金型メーカーや加工会社へ相談すると安心です。

少量生産と量産における判断

絞り加工は専用金型を使うため、立ち上げ時には設計費や製作費が必要になります。

そのため、試作品を数個だけ作りたい場合や、形状変更が頻繁にある場合は、曲げ加工や切削加工のほうが適することもあります。

一方、同じ形状を継続的に生産するなら、プレスによる短いサイクルタイムが大きな強みになります。

数量が増えるほど、1個当たりの金型費を分散できるため、量産時のコスト競争力が高まりやすいでしょう。

予定数量だけでなく、製品寿命と設計変更の可能性まで考慮して工法を選ぶことが重要です。

材料選定と不良対策の要点

続いては材料選定と不良対策の要点を確認していきます。

絞り加工に適した金属材料

絞り加工では、引張強さだけでなく、伸び、加工硬化、異方性、表面状態などが材料選定のポイントになります。

冷間圧延鋼板は、コストと入手性のバランスがよく、自動車部品や一般産業部品に広く使われています。

ステンレス鋼板は耐食性に優れ、キッチン用品、医療機器、食品機械、屋外設備などで活用されます。

アルミニウム板は軽量で耐食性も高く、車両部品、容器、電子機器部品などに適した材料です。

銅や黄銅は導電性、意匠性、加工性を活かせる一方で、材料コストや表面傷への配慮が必要になります。

割れとしわの主な原因

絞り加工で代表的な不良には、割れ、しわ、耳、傷、焼付き、寸法不良があります。

割れは、パンチ肩部やダイ肩部で材料が過度に引っ張られた場合に発生しやすい不良です。

ブランク径が小さすぎる、しわ押さえ力が強すぎる、金型の角部半径が小さすぎるといった条件が原因になります。

しわは、材料が余って圧縮されることで起こります。

しわ押さえ力の不足、金型隙間の過大、ブランク形状の不適合などを確認する必要があります。

耳は圧延方向による材料特性の差で生じることがあり、トリミング代を見込んだ設計が必要になる場合もあります。

設計段階で確認したい寸法条件

絞り加工用の製品設計では、深さだけでなく、底部と側壁のつながる半径を確認することが重要です。

角部が鋭すぎると材料が局部的に変形し、割れや板厚減少を起こしやすくなります。

また、側壁の高さが高いほど、再絞りやしごき加工の必要性が高まる可能性があります。

穴や切り欠きの位置も、成形前に加工するか、成形後に加工するかで品質とコストが変わります。

成形中に穴周辺が変形するおそれがある場合は、後工程で穴あけを行うほうが安定しやすいでしょう。

製品の見た目だけでなく、材料がどのように移動するかを想定して設計することが、絞り加工を成功させる近道です。

まとめ

絞り加工は、薄板金属をパンチとダイで立体形状へ成形するプレス加工です。

材料を金型内へ適切に流し込むことで、筒形状や容器形状を一体で作りやすくなります。

曲げ加工を中心とする板金加工とは異なり、深い凹形状や継ぎ目の少ない製品を量産する場面で強みを発揮します。

一方で、割れ、しわ、耳、焼付きなどの不良を防ぐには、材料特性、金型半径、クリアランス、潤滑、しわ押さえ力の管理が欠かせません。

製品の深さや角部形状、生産数量、必要な精度を早い段階で整理すると、適切な加工方法を選びやすくなります。

絞り加工は設計と金型条件の組み合わせで品質が大きく変わる技術です。

量産性と外観品質を両立したい金属製品では、加工会社と相談しながら工程を検討するとよいでしょう。