精密板金の不良を減らす設計ポイント

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より品質が求められる精密板金では、製作依頼をしたはよいものの、

「追加工や手直しが必要になり、納期やコストが想定以上にかかってしまった…」

といったトラブルが発生することも少なくありません。

もちろん、加工技術を持った企業に依頼することは大切ですが、こうした不良は、設計段階でも、ちょっとした工夫やポイントを押さえるだけで、不良発生を防ぎ、より品質の高い製品を入手することができます。

そこで本記事では、不良を減らすための設計ポイントについて解説します。

精密板金で多く見られる不良には、主に「反り・歪み」「曲げ不良」が挙げられます。

●反り・歪み

長尺品や薄板板金などの場合は、特に反りや歪みが発生しやすくなります。その発生原因の1つとして、溶接やレーザー切断時の入熱による熱膨張と収縮が挙げられます。特に板厚1.0mm以下の薄板では、わずかな熱量でも反りが大きくなり、組立時に干渉や寸法不良を起こします。

また、溶接個所と穴形状が近い場合にも、同様に熱による影響を受け、穴が楕円化するなど形状が歪むといったことが発生します。

●曲げ不良

曲げRが板厚に対して小さすぎる場合に、割れやクラックが発生します。これは特に、ステンレスやアルミなど、延性が低い材料で起こります。また、曲げ部付近に穴がある場合には、穴が変形したり、曲げ部自体にも応力が集中して、微細な割れやクラックが発生することがあります。

精密板金における不良として、反り・歪みや曲げ不良について解説しましたが、こうした不良は、加工だけではなく、設計段階からも対策をすることが可能です。下記にてそのポイントを解説いたします。

曲げ加工の近くに穴を設けると、加工をした際に穴が変形して精度が出ない、あるいはクラックが発生することがあります。

そのため、曲げ位置から穴の位置（穴の縁まで）は十分に確保し、その距離は、板厚の3倍～4倍以上離す必要があります。

しかし、設計上、どうしても曲げの近くに穴が必要になるケースもあります。その場合には、下記のように、曲げ位置の部分に、展開時に穴径と同じぐらいの幅のスリットを入れることで、穴の変形を回避する事が可能です。

但し、上記のようにスリットを入れた場合、見た目・強度などが必要でなければそのままで問題はないですが、外観性や強度を求める場合は、溶接して穴埋めをするなどの対処を行います。

ポイント②：溶接部と穴の距離を取り、寸法不良を防ぐ

溶接位置が穴に近い場合、入熱によって局所的に歪みが発生し、寸法不良を引き起こすため、溶接部から穴までは十分に距離を取ることが重要です。

どうしても穴加工部と溶接部を近くしないといけない場合は、板厚を厚くする、もしくは溶接の熱によるひずみ・収縮を考慮した公差を設定するなどの検討を行います。

また、製品の形状によっては、組立・溶接後に穴加工を行うといった対策もできます。

但し、この場合には、追加工となるため、コストが上昇する点に注意する必要があります。

ポイント③：曲げ不良の対策として、材質・板厚に応じた曲げRを設定する

材質や板厚にもよりますが、板厚に対して、小さすぎる曲げRを設定すると、曲げ部に割れやクラックが発生します。

そのため、曲げ加工においては、材質や板厚に応じて曲げRを設定する必要があります。

特に曲げRの指定がない場合には、例えば「曲げRは最小曲げRにて」と記載すれば問題ございません。

ちなみに当社では、下記のように社内規格を設定しています。あくまで、基準となる最少寸法ですので、この数値より下回るRを設定したいというご要望があれば検討することは可能ですので、一度ご相談ください。

ポイント④：溶接箇所を最小化し、歪みを抑える

溶接の場合、熱による歪みが発生するため、不要な溶接は極力避け、必要最小限にとどめることが基本です。例えば、連続溶接をスポット溶接に変更する、あるいは補強リブや曲げ形状で構造剛性を確保することで溶接を減らすことができます。

また、精密板金においては、なるべく一体物で製作できるように設計を行うことで、溶接箇所を減らすこともポイントの一つです。

例えば板厚が異なる材料を使った設計の場合には、板厚を統合することによって、曲げ加工で対応ができ、溶接工程を減らす事が可能となります。

当社では、今回ご紹介しましたポイントをふまえて、

「仕様上問題がなければ、このような加工方法や設計はいかがでしょうか」

といった積極的なVA・VE提案を行っています。加工者にご要望をお伝えいただくことで、加工が難しい製品を製作する糸口が見つかる場合もあります。

特に薄板溶接や高精度部品の加工は他社で断られるケースも多いですが、当社ではYAG溶接やファイバーレーザー溶接を活用し、歪みを最小限に抑えた加工が可能です。

もし薄板や精度要求の高い部品でお困りの際は、一度ご相談ください。