板金設計ガイドライン：板金部品の設計

板金加工とは、金属板から切断、スタンピング、フォーミング、パンチングなどの工程を経て様々な部品を成形するプロセスです。 クリック＆ゴーの簡単なプロセスのように聞こえるかもしれませんが、実際にはある程度の複雑さを伴います。まず、3次元CADファイルが機械コードに変換され、このコードが機械を制御することで、各工程の精度が確保されます。

そのため、設計プロセスにおいては、特定の板金設計ガイドラインに従うことが重要です。これらのガイドラインには、加工性の向上、全体的な仕上げの向上、リードタイムの最適化に役立つ重要な設計上の考慮事項が含まれています。 この板金設計ガイドでは、 板金設計を最適化するための最も重要な考慮事項をいくつか紹介します。 それでは始めましょう！

板金フィーチャの7つの設計ガイドライン

これらの設計ガイドラインは、金属加工プロセスを最適化するための頼りになる情報源です。

1. 板金部品としてモデルを設計する

スムーズな製造性を確保するため、ベースフランジやエッジフランジなど、CAD設計で専用の板金フィーチャーを使用して成形部品を作成した場合には、SolidWorksで板金に変換してください。なぜこれが重要なのでしょうか？これは、自動フラッタリング、十分な曲げ代、そして製造のための正確なDFX出力を実現する可能性を高めるためです。

設計段階では、シートにソリッドボディモデルを使用することは避けてください。ソリッドボディモデルでは、重要な成形詳細が欠落している場合があります。

2. モデル付きのエンジニアリング図面を提供する

3D板金モデルには、2Dエンジニアリング図面も忘れずに添付してください。これらの図面は何をするのでしょうか？以下の点を明確に伝えることができます。

• 重要な寸法

• 許容範囲 曲げノート

• 穴のコールアウト

• 材料仕様

• 仕上げの指示

これらの指示は必ずしも 3D ファイルに埋め込まれているわけではないので、別の 2D 図面で共有することが重要です。

ほとんどの板金設計サービスでは、正確なセットアップと検査のためにこれらの図面に依存しています。

3. 曲げ半径を柔軟に

曲げ半径は、多くの人が考える以上に重要です。曲げ半径を柔軟にすることで、標準工具を使用でき、コスト効率と時間節約につながります。業界のベストプラクティスは、内側の曲げ半径を板厚と同じにすることです（例えば、 板厚2mmの場合は半径2mm ）。

プロのヒント: カスタムダイを避けるために、必ず製造業者に冷却の制限を確認してください。

4. ツールのためのスペースを残す

曲げ加工中は、プレスブレーキの金型に十分なクリアランスを確保することを忘れないでください。穴、タブ、切り欠きなどの設計要素が曲げ加工部に近すぎると、金型加工が難しくなる可能性があります。

プロのヒント： 設計要素は、曲げ部から板厚の4倍以上離してください。つまり、板厚が2mmの場合、これらの要素は曲げ部から少なくとも8mm離す必要があります。

これにより、正確な曲げが保証され、ツール作成プロセス中の複雑さが回避されます。

5. 曲げとオフセット曲げ

曲げは非常に重要です。デザイン全体の成否を左右する可能性があります。デザインの整合性を保つために、曲げと曲げの間には一定の距離を保ち、曲げをオフセットしてください。曲げと曲げの間には、材料の厚さの少なくとも3～4倍の距離を確保してください。

オフセット曲げにはより注意が必要です。ツールの不具合を避けるために、十分なクリアランスがあることを確認してください。

6. 穴とスロット（最小サイズ、端からの距離）

パンチング加工やレーザー切断時の歪みを防ぐため、穴とスロット間の最小直径をシートの直径と同等に維持してください。なぜこれが重要なのでしょうか？応力が軽減され、製造性が向上するからです。

プロのヒント: 構造の完全性を維持し、破れを防ぐために、穴はエッジから少なくとも材料の厚さの 2 倍、曲げからは材料の厚さの 3 倍離してください。

7. ディンプルとエンボス

ディンプルとエンボス加工は、デザインに厚みを与えることなく、必要な剛性、通気性、そしてクリアランス性を提供するため、あらゆるデザインにとって重要です。ディンプルとエンボス加工には通常、パンチまたはダイが使用されます。

最終的な設計では、最小限の壁の厚さと、穴や曲げからの距離（通常は材料の厚さの 3 倍、場合によってはそれ以上）を維持する必要があります。

これらの板金設計ガイドラインに従うことで、 エンジニアや設計者は、製造する部品が構造的に健全であるだけでなく、予算に優しく、すぐに製造および生産できることを確認できます。

板金製造技術

主な板金製造技術は次の6つです。

曲げ

曲げ加工とは、主に鋼板の特定の部分を曲げて、所望の曲率や角度を作り出すことを指します。この加工は通常、機械式曲げ機または手動曲げ工具を用いて行われます。所望の形状を得るには、通常、複数回の曲げ加工が必要となります。

レーザー切断

レーザー切断は、高エネルギーレーザービームを用いて金属板を正確に切断する加工技術です。レーザービームを制御・集束させることで、複雑な形状や輪郭を切断することができます。

ストレッチ

ストレッチングとは、鋼板を伸ばす方法です。この方法は、薄板部品や装置の製造によく用いられます。この工程では、材料を長さ方向に薄く長く伸ばす必要があります。ストレッチングは通常、プレス機と専用のストレッチング装置を用いて行われます。

溶接

溶接とは、熱源を介して金属板を接合する加工方法です。一般的な溶接方法には、アーク溶接、レーザー溶接、ガスシールド溶接などがあり、異なる部品や板を接合するために使用されます。

ローリング

圧延とは、ローラーを通して金属板に力を加え、ローラー間の隙間を通過させることで、板の形状と寸法を変える加工方法です。圧延は、金属板の薄板化、矯正、形状矯正などによく用いられます。

スタンピング

スタンピングとは、鋼板を所望の形状に成形する方法であり、通常は高精度部品の製造に用いられます。この方法では、特殊なスタンピング金型を用いて鋼板を固定された基板上に置き、高圧ガスまたは機械力で鋼板をプレスすることで、所望の形状に成形します。

板金設計における材料の影響

材料公差は、板金部品に固有の特性であり、材料特性や製造工程などの要因による固有のばらつきによって特徴付けられます。これらの公差は特に材料の厚さによって影響を受け、厚さのカテゴリごとに異なる公差等級が存在します。

材料公差 - 厚さ

適切な板厚の選択は、板金製造において重要なステップです。この選択は、部品全体の強度と重量、最小曲げ半径、穴とスロットのサイズ、フランジの長さといった設計上の特徴など、様々な要素に影響を及ぼします。板金部品全体にわたって均一な板厚を確保することは、一貫した品質と性能を確保する上で不可欠です。

材料の厚さのガイドライン

材料公差は、一般的にマイナス公差へと向かう傾向があります。これは、完成品の実際の寸法が設計値よりもわずかに小さくなる可能性があることを意味します。これは、最終製品の機能的および構造的完全性を確保するために、設計および製造段階で考慮すべき重要な要素です。

詳細かつ具体的な理解のためには、厚さ公差表を参照することをお勧めします。この表は、異なる材質や厚さにおける予想される差異を包括的に把握できるものであり、完成品の精度と品質を追求する設計者や製造業者にとって貴重なリソースとなります。

材料公差 - 特性

板金材料は、製造に使用される材料とプロセスに応じて、表面張力、スプリングバック、引張強度などの物理的特性が異なります。

材料を選択する際には、設計で許容されるばらつきの大きさと安全係数を考慮する必要があります。例えば、熱間圧延炭素鋼は、冷間圧延炭素鋼よりも一般的に材料のばらつきが大きくなります（ただし、熱間圧延炭素鋼は二次加工のためコストが高くなります）。より精密な曲げ加工には、材料バッチ間のばらつきが抑えられ、曲げの安定性が向上するため、冷間圧延鋼の方が適しています。

板金加工における許容差ガイドライン

公差とは、製品の寸法やその他の特性において許容される偏差のことです。板金製品を設計する際には、製品の用途に適した公差を考慮することが重要です。精密な嵌合や位置合わせが求められる用途など、より厳しい公差が求められる場合もあります。

板金加工一般公差表

ショップ向けデザインのための実用的なヒント

板金設計の経験を何年も積んでいても、 ミスは必ず発生します。常に製造可能な設計を実現するために、以下の実用的なヒントを参考にしてください。

• 材料の厚さに基づいてフランジを設計する

• 曲がり角に近すぎる特徴を避ける

• 共通の材料と規格を使用する

• 割れを防ぐために鋭角に丸みをつける

• 成形時にツールにアクセスするためのスペースを残す

間違いは避けられませんが、これらのデザインのヒントに従えば、間違いの一部を回避できる可能性が高くなります。

結論

設計は、あらゆる製造プロジェクトにおいて最も重要な段階と言えるでしょう。たった一つのミスで深刻な問題に直面することになりかねません。しかし、この記事で概説した板金設計ガイドラインに従えば、ミスの可能性はほぼゼロになります。

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よくある質問

板金設計において材料の厚さはどの程度重要ですか?

板金設計においては、均一な壁厚を維持することが非常に重要です。板金部品の厚さは通常0.9mmから20mmの範囲です。このガイドでは、パンチ穴やその他の形状（皿穴など）は後加工が必要となる場合もあるため、厚さを決定する際にはこれらの形状も考慮する必要があることを強調しています。

板金設計における曲げ加工で考慮すべき重要な点は何ですか?

曲げ加工は板金製造において極めて重要な工程です。このガイドでは、曲げ半径、曲げ角度、スプリングバックといった要素の重要性について詳しく説明します。ガイドでは、曲げ半径の内径は材料の厚さ以上とし、すべての曲げ角度において±1度の許容差を維持することを推奨しています。さらに、曲げ工程において一貫したガイドと最小フランジ長を維持することの重要性についても説明します。

板金設計における K 係数の役割を説明していただけますか?

K係数は、板金設計における平面図の計算において非常に重要です。これは、曲げ加工時の材料の伸びに関係します。このガイドでは、K係数の範囲（0～0.5）と、様々な材料および曲げ加工方法における基本的なK係数の表を示します。

許容差は板金設計にどのような影響を与えますか?

板金部品の精度を確保するには、公差が不可欠です。このガイドでは、成形、曲げ、直線寸法など、板金製造のあらゆる側面における一般的な公差を規定しています。設計仕様と機能要件を満たすための精度の重要性を強調しています。

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