スピンニング
スピンニングは、円板状や円筒状の薄板素材を回転させ、ローラ工具で押し当てながら型（マンドレル）に沿わせて成形する塑性加工である。回転対称形状（円錐、ドーム、ベル形状、ホッパー、リム端部など）に適し、金型が単純で初期投資が低く、小ロットや試作に強い。また板材からの逐次成形ゆえ、曲率が連続で外観性に優れる。一方で、肉厚変化や表面の筋模様、作業条件の最適化難易度などの課題も内包する。現代ではCNC化が進み、工具経路をCAD/CAMで生成し、サーボ制御でパスを再現することで品質と再現性を高めている。
基本概念と特徴
スピンニングは、素材を主軸で高速回転させつつ、ローラ（ヘラ）を徐々に送り、局所的な塑性流動を積み重ねて全体形状を作る点に特徴がある。深絞りのように全面で引き込みを行うのではなく、接触域は小さいため成形荷重が低く、比較的薄い金型でも対応できる。製品サイズの自由度が高く、段取り替えが容易で、バラエティのある形状要求に機動的に応答できる。
工程と設備
- ブランク準備：円板やプリフォームの外形はシャーリング、せん断切断、プレス抜きなどで整える。
- 把持・芯出し：チャックやセンタでブランクを固定し、マンドレルに当てる。
- 予備成形：送りと押付力を調整し、部分的に塑性化させて大局形状を付与する。
- 仕上げパス：複数パスで寸法と表面を整え、必要に応じてトリミングを行う。
- 検査：寸法、肉厚、外観、回転バランスなどを確認する。
主な方式
方式は、肉厚維持を基本とする「従来スピン」、肉厚を意図的に変化させる「シアースピニング」、能率を高めた「パワースピニング」などに大別できる。用途、材料、形状に応じて使い分ける。
ヘラ絞り（手動スピン）
熟練工がヘラ棒やローラを手動で当てる伝統的手法である。小ロットや試作品、意匠性の高い器物に適し、細やかな面修正が可能であるが、作業者技能への依存が大きい。
シアースピニング
ローラの当て方を工学的に制御し、板厚を減じながら目標形状へ「せん断流動」させる方式である。軽量化部品や円錐・複合曲率の一体成形に有効だが、割れ発生やスプリングバックの管理が重要となる。
パワースピニング（CNC）
数値制御で送りと押付力、経路を最適化し、高能率かつ再現性の高い成形を行う方式である。多本ローラや同期軸を用い、厚肉材や高強度材にも対応する。
材料と設計指針
材料はアルミニウム、銅、真鍮、軟鋼、ステンレス、チタン合金などが多い。成形性は均一な板厚と清浄な表面、適切な焼鈍履歴に依存する。設計では最小肉厚、曲率半径、口元のフランジ幅、段差部のR付けなどを考慮し、しわ抑制のために適度なバックテンションとクランプ力を確保する。
欠陥と対策
代表的な欠陥は、口元のしわ、円周方向の割れ、スプリングバック、筋状の工具痕である。潤滑の適正化、パス数の調整、押付力・送りのバランス、ローラ先端Rの最適化、局所加熱の併用などで改善する。
しわ
周方向圧縮により生じる座屈である。クランプ力の増加、フランジ部のビード付与、送りの分割、工具当て角の修正で抑制する。
割れ
引張主応力が材料延性を超えると発生する。予備焼鈍、パスの細分化、局所加熱、工具R拡大、材料ロットの見直しが有効である。
加工条件と簡易計算
主要パラメータは回転数n、送りf、押付力F、ローラ経路、パス数である。従来スピンでは板厚は概ね維持されるのに対し、シアースピニングでは最終板厚tfが初期板厚t0と半頂角αに対して「tf≈t0sinα」の経験式で近似されることが多い。実機では摩擦、材料硬化、温度の影響を考慮し、試作でFLDや限界絞り比に相当する安全域を把握する。
他工法との位置づけ
スピンニングは、深いカップ形状やシワ抑制に優れたプレス絞り、高強度部材の大量生産に適した型鍛造・自由鍛造、直線曲げを主体とするフォーミング系のフォーミングと補完関係にある。ブランク準備はせん断切断やプレス抜きと親和性が高い。ロット規模や形状自由度、初期費用とサイクルタイムのバランスから最適工法を選定するのが合理的である。
自動化・計測・品質管理
CNC主軸とサーボ送りの統合制御に、力センサや加速度センサ、ビジョン計測を組み合わせ、押付力Fと変位のクローズドループ制御を行う事例が一般化している。加工音や主軸電流のモニタリングで欠陥兆候を検知し、パス間の補正に反映させる。工具経路はCAD/CAMで定義し、統計的工程管理（SPC）で寸法変動と表面粗さを監視することで、熟練技能の暗黙知をデジタルに再現・継承できる。