現代製造業で使用される主要な金属切断プロセス5選
切断プロセスは製造業に不可欠な工程ですが、金属切断にはさまざまな手法があり、それぞれ能力、制限、コストが異なります。1800年代半ばから存在する手法もあれば、比較的新しい技術もあります。本記事では、製造業で金属を切断するための5つの主要プロセスを解説します。
1. 切りくず形成（チップフォーミング）
切りくず形成は、鋸引き、フライス加工、穴あけ、旋削などの機械的手段を用いる金属切断プロセスです。1950年代にキヴィマとフランツによって開発されました。このプロセスは工作機械設計業界で広く知られる三元モデルで説明されることが多く、ワークから材料を小さな「切りくず（チップ）」として徐々に除去していきます。切りくず形成には余分な材料を除去するさまざまな作業が含まれ、主なものは以下の通りです。
フライス加工
回転するカッターで材料を除去する作業です。
- メリット: 多軸加工が可能で、さまざまな規模のプロジェクトに対応可
- デメリット: コストが高く、高度な熟練オペレーターが必要
穴あけ加工
ドリルビットを高速回転させて材料を除去する作業です。
- メリット: 進入側にシャープなエッジが得られる
- デメリット: バリが発生し、応力により材料の機械的特性が変化する可能性がある
旋削加工
非回転の工具ビットを用い、ワークを回転させて余分な材料を「切りくず」として削り取る作業です。
- メリット: 手動・自動両方で可能、切りくずの回収が容易
- デメリット: たわみが頻繁に発生し、寸法精度と表面粗さに影響
2. せん断加工（シャーリング）
せん断加工はダイカッティングとも呼ばれ、1800年代半ばに靴業界の革切断方法として発祥しました。現在では多様な材料に用いられ、切りくずを出さず、熱を使わずに金属を切断できます。可動ブレードで固定されたワークを押し切る方式です。主な作業は以下の2つです。
パンチング
パンチプレスで工具を材料に押し通し、穴を開けたり余分な材料を削り取ったりする作業です。
- メリット: 単純な切断にコスト効率が良く、作業が速い
- デメリット: 複雑な切断には不向き、工具費が急増する可能性
スタンピング（プレス加工）
機械で不要な材料を変形させ、さまざまな形状を作る作業です。
- メリット: 高度な自動化が可能、一部の二次加工コストを削減
- デメリット: 専用ダイのコストが高く、生産中の設計変更が困難
3. 研磨材除去加工
研磨材を用いる切断には、研削、ラッピング、ウォータージェット切断などがあります。これらはすべて侵食によって余分な材料を除去します。放電加工（EDM）やレーザーなどの熱プロセスより高速で、エッジ品質が良く、一般的にコストメリットがあります。主な作業は以下の通りです。
研削加工
砥石を主切削工具として使用します。クリープフィード研削、サイクル研削、平面研削などさらに細分化されます。
- メリット: 高精度な寸法が可能、滑らかな表面が得られる、材料への圧力が少なくて済む
- デメリット: 大量の材料除去には不向き
ラッピング
2つの面の間に研磨材を挟み、それらを擦り合わせます。手作業でも機械でも可能です。
- メリット: 厳しい公差を維持可能、均一な平面作成に最適
- デメリット: 切削速度が遅く、コストがかさみ高額になりやすい
ウォータージェット切断
高圧水と研磨材（ガーネット）の混合液でさまざまな材料を切断します。
- メリット: 冷間切断で熱影響・歪みなし、優れたエッジ品質、仕上げ不要、幅広い材料・厚みに対応、極めて厳しい公差が可能
- デメリット: 中程度のコスト
4. 熱切断
熱を用いる金属切断には、プラズマ切断とレーザー切断があります。両者とも高温・高出力の光で余分な材料を切り取ります。レーザー切断（1960年代発祥）とプラズマ切断（1957年導入）は長らく代表的な金属切断手法です。広く普及していますが、熱影響・歪みが生じ、仕上げ工程が必要です。
レーザー切断
レーザーで材料を気化・切断する技術です。かつては製造業中心でしたが、現在では多業種で活用されています。
- メリット: 複雑な切断に対応、高精度
- デメリット: 材質・板厚の制限、エッジ清掃が必要、高熱入力
プラズマ切断
レーザー切断と似ていますが、加速した高温プラズマジェットで導電性材料を切断します。
- メリット: 低コスト、高速切断、操作が容易
- デメリット: 材質・板厚の制限、エッジ清掃が必要、高熱入力
5. 電気化学加工
電気化学的切断には、放電加工（EDM）、エッチング、電気化学機械加工（ECM）などがあります。電気的・化学的反応で切断を行います。
放電加工（EDM）
電気放電（スパーク）で切断を形成する製造プロセスです。「スパークマシニング」「スパークイローディング」「ワイヤーバーニング」とも呼ばれます。
- メリット: 厳しい公差を維持可能、均一な平面作成に最適
- デメリット: 高熱入力、熱影響あり、エッジ清掃・仕上げが必要になることが多い
現在、製造業者は金属切断において多数の選択肢を持っています。各プロセスにメリット・デメリットがあり、万能な単一手法は存在しません。業界の専門家は、プロジェクトを徹底的に検討した上で最適な作業を決定します。
あなたの次回プロジェクトに最適なプロセスはどれでしょうか？
ウォータージェット切断のお見積りは、お見積り依頼ページまでお気軽にご相談ください。
産業技術