皆さんは設計をするときに、どのように加工するか意識していますか。
設計時に実際の製造プロセスについて深く理解していることが成功への鍵となります。
今回は機械設計に携わるエンジニアが知っておくべき主要な製造プロセスを、その基本と選定のポイントを交えて解説します。
主要な製造方法
主要な加工方法として、以下の5つが挙げられます。
切削加工
切削加工は、元の材料から工具で削り取り、形状を整える方法です。
特徴として、高度な仕上がりが可能で、複雑な形状にも対応できます。
例えば、フライス盤や旋盤による加工が挙げられます。
小ロットでも作成できるため、試作に使われることも多いです。
デメリットは材料ロスが多いため、コストが高くなることが挙げられます。
成型加工
成型加工は、金型と呼ばれる型を用いて形状を作る加工のことを指します。
同じ形状を大量に生産することに向いています。
型に融かした材料を流し込んで作る射出成型や、圧力をかけて形を作る圧縮成形などが例として挙げられます。
流れ作業のように製造できるため、高速で均一な製品を作ることに向いています。
しかし金型を作るという工程が必要となるため、初期投資と金型製造期間が必要となります。
鋳造加工
溶融した材料を金型に流し込み、冷却して固める方法を指します。
特に金属部品において、成型加工と同様に複雑な形状を大量に作ることに向いています。
砂型鋳造やダイカスト加工が例として挙げられます。
形状の自由度が高いことがメリットです。
ただし、冷却時の金属の収縮によって欠損が発生する恐れもあります。
鍛造加工
加熱した金属を叩いて形状を整える方法を指します。
強度が求められる部品の製造に適しています。
鍛造するときの温度によって熱間鍛造や冷間鍛造と呼ばれます。
材料を叩いて加工するため、精密な加工を作ることは難しいという欠点があります。
板金加工
薄い金属の板に穴を開けたり、曲げることによって形を作る加工方法です。
板で作るため、軽量化構造にすることが可能です。
レーザー加工やプレス加工を用いて加工します。
曲げ加工を行うことで、様々な形状に対応することができますが、使用できる板厚や材料に制限があります。
主要な二次加工
前述の加工を行ったあと、追加の仕上げや特定の機能を付加するために、追加で加工を行うことがあります。
この加工のことを二次加工と呼びます。
製品の品質向上や用途を広げるために欠かせない工程となります。
表面処理
部品の耐久性や外観を向上させるため、表面に別の素材を施すことを指します。
めっきや塗装が代表例として挙げられます。
例えば、切削加工で作成した鉄に対して塗装を施すことで、錆び防止を図ることができます。
精密加工
製造した部品に対して、更なる精度を向上させるため、仕上げとして用いられる加工です。
研削加工やホーニング加工が例として挙げられます。
例えば、鋳造加工を行った後に、研削加工を行うことで、必要な平面度を得る事が可能です。
接合加工
部品同士を組み合わせて、最終製品を形作るプロセスのことを指します。
溶接や接着が代表例として挙げられます。
例えば、板金で加工した部品2つを組み合わせて、1つの板金では加工できない形状を作ることも可能です。
製造方法選定のポイント
製造プロセスを選定するポイントとして、以下の点が挙げられます。
材料特性
使用する材料に対して加工できるかを確認する必要があります。
例えば、硬い金属に対して切削加工を行うことはできません。
形状精度
製品に必要な精度が得られるかを確認します。
切削加工は高い精度を得ることができますが、成型加工では金型や樹脂の収縮率に左右されるため、精度は低くなります。
製造コスト
初期投資やランニングコストを含めたトータルコストを検討します。
金型を用いたプラスチックの成型加工では、初期投資はかかりますが、部品単価は抑えることができます。
一方で切削加工は金型が必要なく、高精度の加工が可能ですが、部品コストが高くなる傾向にあります。
製造納期
納期に間に間に合うかの製造時間の考慮が必要です。
量産では成型加工を想定したとしても、金型の製造時間がかかります。
初期の試作段階では納期を考慮して切削加工で形状を確認を行うという方法をとることも可能です。
まとめ
いかがだったでしょうか。
今回は機械設計で用いる主な加工について解説してきました。
まとめると以下のようになります。
- 材料加工の方法は切削加工、成型加工、鋳造加工、鍛造加工、板金加工などが挙げられる
- 主要な加工のあと、二次加工を行うこともある
- 加工方法は、材料特性、形状精度、コスト、納期を考慮して決定する
