絞り加工｜金属を器状に成形する技術

絞り加工

絞り加工とは、平らな金属板（ブランク）をポンチとダイスの間で塑性変形させ、継ぎ目のない椀状や箱状の中空形状に成形する塑性加工の一種である。材料を切断せずに流動させる冷間加工が主流であり、自動車のボディパネルや台所用のシンク、飲料缶、電子機器の筐体など、幅広い工業製品の製造に用いられている。金型を用いたプレス加工の代表的な工法として位置づけられ、量産性と形状の自由度の高さから現代の板金加工において欠かせない技術のひとつとなっている。切削加工と異なり材料の除去を伴わないため歩留まりが良く、大量生産に適した工法として自動車産業や家電産業を中心に発展してきた。

絞り加工の原理

絞り加工は、円形または任意形状のブランクをダイスの上に置き、ポンチを押し下げることでブランクをダイスの穴の中へ引き込みながら成形する工程である。このときブランクの外周部は中心方向へ流れ込みながら円周方向に圧縮され、側壁部では板厚方向に引張応力が作用する。絞り加工では素材を切削せず流動させるため材料の利用効率が高く、繊維状の金属組織（ファイバーフロー）が形状に沿って連続する点が特徴である。この変形挙動は冷間加工における加工硬化とも密接に関係しており、加工の進行とともに材料の強度が上昇する一方で延性は低下していく傾向にある。

絞り加工の種類

絞り加工は成形深さや工程数、加工方法によっていくつかの種類に分類される。代表的な分類は次のとおりである。

• 浅絞り：製品の高さが直径に対して小さいもの
• 深絞り：製品の高さが直径を超えるような深い形状を一回、または複数工程で成形するもの
• 逐次絞り：一つのブランクを複数回に分けて段階的に絞り込む工法
• 差込み絞り（再絞り）：一次成形品をさらに小径のダイスで再度絞り込む工法
• 液圧絞り：ゴム膜や油圧を利用してダイス側を代替し、複雑な形状を成形する工法

絞り加工に用いられる材料

絞り加工に適した材料は、延性に富み、加工硬化の程度が比較的緩やかなものが選ばれる。冷間圧延鋼板やステンレス鋼、アルミニウム合金、銅や真鍮などの非鉄金属が広く使用されており、材料の結晶粒径や引張強さ、延性といった機械的性質が成形性を大きく左右する。一般に結晶粒が微細で均一な材料ほど、耳（イヤリング）や肌荒れといった欠陥が生じにくく、良好な仕上がりが得られるとされる。

絞り加工の欠陥と対策

絞り加工では、フランジ部の座屈によって生じる「しわ」、側壁部の過大な引張応力による「破断」、成形後に形状がわずかに元へ戻ろうとするスプリングバック、材料の異方性に起因して製品の縁に生じる「耳」など、さまざまな欠陥が発生しうる。これらの対策として、ブランクホルダー圧力の最適化、潤滑剤の選定、ダイス肩半径の調整、複数工程への分割などが行われる。また、成形前に材料へ焼鈍を施して内部応力を除去し、結晶組織を軟化させることで加工性を向上させる方法も広く採用されている。

しわ押さえの役割

しわ押さえ（ブランクホルダー）は、ブランクの外周部をダイスとの間で挟み込み、材料が不均一に流動して座屈することを防ぐ部材である。押さえ圧が弱すぎるとしわが発生し、逆に強すぎると材料の流入が妨げられて破断につながるため、材料の板厚や形状に応じた適切な圧力管理が求められる。近年ではセンサーによる圧力の動的制御を取り入れた成形設備も普及しつつある。

絞り加工の応用分野

絞り加工は自動車のフェンダーやオイルパン、家電製品の外装部品、キッチンシンク、消火器や飲料缶の胴体など、継ぎ目のない一体成形品が求められる分野で広く応用されている。とりわけ自動車産業では、車体強度と軽量化を両立させるため、金型設計とプレス条件の最適化が重要な技術課題となっている。医療機器や精密部品の分野でも、微小な絞り加工技術を用いた金属容器やケースの製造が進められている。

絞り比の設計上の意義

絞り比とは、ブランク直径をポンチ直径で除した値であり、一回の工程で成形可能な限界を示す指標として用いられる。絞り比が大きくなるほどフランジ部の座屈やしわが発生しやすくなるため、限界絞り比を超える形状は板金を複数回に分けて絞り込む逐次絞りによって対応される。この比率の設計は金型費用や生産タクトタイムにも直結するため、量産設計の初期段階から慎重に検討される項目である。