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加工方法読了時間 15 分

同じ部品でも作り方は 5 通り、コストは 3 倍変わる

見積の最初の作業は金額の計算ではなく、この部品をどう作るかを決めることです。そしてその判断材料は、ほぼすべて図面に書かれています。ただし、ひと言でそう書いてくれることは決してありません。

Wikimedia Commons・CNC Mill 1.jpg・CC BY-SA 4.0

013 大分類の分かれ目

あらゆる機械加工は「材料に何が起きたか」で 3 つに分けられます。材料を取り除くか、変形させるか、型に充填するか。この 3 つはコスト構造がまったく違い、同じ部品でもロットによって作り方が変わります。

分類代表的な工法初期投資単価適するロット
切削(除去)フライス、旋削、穴あけ、研削、放電低(治具)1〜数千
塑性(変形)プレス、曲げ、鍛造、絞り、圧延高(金型)きわめて低い数千以上
成形(充填)射出成形、ダイカスト、粉末冶金きわめて高い(金型)きわめて低い数万
3 分類のコスト構造。工法を決める第一の変数はロット、第二が図面です。

02切削:精度は「ゆっくり」から生まれる

フライス、旋削、穴あけ、研削はいずれも切削です。共通するのは中実材から材料を取り除くことで、形状の自由度と精度は最も高い一方、材料歩留まりは悪く、単品の工数は長くなります。

工程と精度の階段

工程代表的な公差代表的な Ra問うこと
粗フライス/粗旋削±0.2 mm6.3~12.5取り代を残し、除去率を優先
仕上フライス/仕上旋削±0.05 mm1.6~3.2一般的なはめあい面の最終加工
リーマ/中ぐりIT7(±0.01 級)0.8~1.6穴の精度と円筒度
平面研削/円筒研削IT5~IT60.2~0.8硬材、熱処理後の最終加工
ラッピング/ホーニングIT4 以上0.05~0.2シール面、ゲージ、シリンダボア
階段を下るほど精度は上がり、コストも上がります。図面の公差等級が、どこまで下りるかを決めます。

5 軸と複合加工機

複雑な部品を 3 軸で削れば段取りを何度も替えることになり、そのたびに誤差が入り、最終的な位置度に積み上がります。5 軸機や複合加工機は複数工程を 1 回の段取りにまとめます。速いだけでなく、段取り誤差がなくなることが重要です。3 軸機では実現できない幾何公差があるのはこのためです。

03塑性:金型を先に払えば、あとは安い

プレス、曲げ、鍛造、絞りは、材料を壊さずに永久変形させる工法です。材料はほとんど無駄にならず、単品のサイクルは秒単位。その代わり先に型を作らなければなりません。

図面に出る板金の手がかり

  • 板厚が一定。厚みの寸法は 1 つだけで、あとは外形と穴位置です。
  • 曲げ線と曲げ R。R が小さすぎると割れます。目安は軟材で板厚の 1 倍、硬材で 2 倍以上。
  • 展開寸法または展開図。展開長を支給する客先もあれば、自分で計算する場合もあります。
  • 穴から曲げ線までの距離。近すぎる穴は曲げで変形します。一般に板厚の 2.5 倍+R 以上が必要です。
プレスブレーキ。板金部品の形はここでほぼ決まります。だから展開長は切断前に出しておく必要があります。
プレスブレーキ。板金部品の形はここでほぼ決まります。だから展開長は切断前に出しておく必要があります。Wikimedia Commons・High-tonnage press brake・CC BY-SA 4.0

鍛造品の図面の特徴

鍛造品にははっきりした抜き勾配(通常 3°〜7°)、パーティングライン取り代が現れます。図面に「鍛造輪郭」と「加工後輪郭」の 2 本の線があれば、どの面を後加工し、どれだけ残すかを示しています。

04成形:肉厚がすべてを決める

射出成形は樹脂と一部の金属粉末を扱います。図面上の手がかりは明白です。均一な肉厚、抜き勾配、リブ、ゲートとエジェクタピン位置の注記。

設計項目一般的な目安守らないと
肉厚均一に、変化は 25% 以内ヒケ、へこみ、内部応力
リブの厚み主肉厚の 50〜60%リブ根元のヒケ
抜き勾配片側 0.5°〜2°離型時のかじり、白化
隅 R肉厚の 0.5 倍以上応力集中、割れ
ゲート位置厚い側から入れ、意匠面を避けるショートショット、フローマーク、ウェルドライン
成形品の設計ルール。どれも図面審査の段階で分かることで、試作まで待つ必要はありません。

05コストを決める図面上の 6 か所

  1. 公差等級。普通公差(ISO 2768-m)と個別指示の IT7 は別の工法です。
  2. 表面粗さ。Ra 3.2 はフライス 1 パスで届き、Ra 0.4 はほぼ確実に研削が要ります。
  3. 幾何公差。位置度 Ø0.05 は、1 回の段取りで仕上げる必要を意味しうる。
  4. 材種。SUS304 は S45C より被削性が大きく劣り、道具寿命も工数も変わります。
  5. 熱処理。仕上げの前に置くか後に置くかで工順は組み直しになり、熱処理による変形分も取り代として図面に見込む必要があります。
  6. 表面処理。アルマイト、亜鉛めっき、黒染めはいずれも寸法を変えます。図面に「処理前」「処理後」のどちらで測るか書かれていなければ、受入で必ず揉めます。