板金

板金は、通常は工業プロセスによって薄く平らな片に成形された 金属です。

厚さは大きく異なることがあります。非常に薄いシートは箔またはリーフと見なされ、6 mm (0.25 インチ) を超える厚さのピースはプレート (構造用鋼の一種である鋼板など) と見なされます。

金属板は平らな片またはコイル状のストリップの形で提供されます。コイルは、ロール スリッターに連続した金属板を通すことによって形成されます。

世界のほとんどの国では、板金の厚さは一貫してミリメートルで指定されています。米国では、板金の厚さは、ゲージと呼ばれる従来の非線形の単位で指定されるのが一般的です。ゲージの数字が大きいほど、金属は薄くなります。一般的に使用される鋼板の厚さは、30ゲージから約7ゲージの範囲です。ゲージは、鉄系金属とアルミニウムや銅などの非鉄金属で異なります。たとえば、銅の厚さはオンスで測定され、1平方フィートの面積に含まれる銅の重量を表します。板金から製造された部品は、理想的な結果を得るために均一な厚さを維持する必要があります。^[1]

板金にできる金属には、アルミニウム、真鍮、銅、鋼、スズ、ニッケル、チタンなど、さまざまなものがあります。装飾用途では、銀、金、プラチナ（プラチナ板金は触媒としても利用されます）などの重要な板金があります。これらの金属板は、主に冷間圧延と熱間圧延を含むさまざまな加工技術で加工されます。屋外に常にさらされることによる錆を防ぐために、必要に応じて溶融亜鉛メッキ処理が採用されることがあります。冷間圧延板の表面にカラーコーティングの層を塗布して、一般にカラーコーティング金属板と呼ばれる装飾および保護用の金属板を得ることもあります。

板金は、自動車やトラックの車体、大型家電、飛行機の胴体や翼、ブリキ缶のブリキ板、建物の屋根材、その他多くの用途に使用されています。鉄やその他の高透磁率材料の板金は積層鋼心とも呼ばれ、変圧器や電気機械に使用されています。歴史的に、板金の重要な用途は騎兵が着用するプレートアーマーであり、板金は馬具を含む多くの装飾用途で使用されています。板金作業員は「ティンバッシャー」（または「ティンノッカー」）としても知られており、これはブリキ屋根を設置するときにパネルの継ぎ目をハンマーで叩くことから由来した名前です。^[2]

手打ちの金属板は、古くから建築に使われてきました。17 世紀後半には、水力圧延機が手作業の工程に取って代わりました。金属板を平らにする工程では、金属片を板状に押し付ける大きな回転する鉄のシリンダーが必要でした。この工程に適した金属は、鉛、銅、亜鉛、鉄、後には鋼でした。鉄板や鋼板を錆びないようにコーティングするために、スズがよく使用されました。^[3]このスズでコーティングされた金属板は「ブリキ板」と呼ばれていました。金属板は 1870 年代に米国で登場し、屋根板、型押し装飾天井、外装ファサードに使用されました。当時の製造業者は「ブリキ天井」という用語を使用していなかったため、金属板天井は後になって「ブリキ天井」として広く知られるようになりました。屋根板と天井の両方が人気だったため、生産が広まりました。1890 年代に鋼板生産がさらに進歩すると、安価で耐久性があり、取り付けが簡単で軽量で耐火性があるという期待から、中流階級は金属板製品に大きな関心を寄せるようになりました。 1930年代と第二次世界大戦まで金属が不足し、板金産業が崩壊し始めたのは初めてでした。^{[4]しかし、WFノーマンコーポレーションなどの一部のアメリカ企業は、}歴史的保存プロジェクトが装飾用板金の復活を後押しする まで、他の製品を製造することで事業を維持することができました。

グレード304は3つのグレードの中で最も一般的です。成形性と溶接性を維持しながら優れた耐食性を備えています。利用可能な仕上げは#2B、#3、および#4です。グレード303はシート状では利用できません。^[5]

グレード316は、304よりも耐食性と高温強度に優れています。ポンプ、バルブ、化学装置、海洋用途によく使用されます。使用可能な仕上げは、#2B、#3、#4です。^[5]

グレード410は熱処理可能なステンレス鋼ですが、他のグレードよりも耐食性が低くなります。主にカトラリーに使用されます。仕上げはつや消しのみです。^[5]

グレード 430 は、シリーズ 300 のグレードに代わる、人気の低コスト グレードです。これは、高い耐腐食性が主な基準ではない場合に使用されます。家電製品によく使用されるグレードで、多くの場合、ブラシ仕上げになっています。^{[引用が必要]}

アルミニウムは、その柔軟性、幅広い選択肢、コスト効率、およびその他の特性のため、板金の形で広く使用されています。^[6]板金として利用できる最も一般的な4つのアルミニウムグレードは、1100-H14、3003-H14、5052-H32、および6061-T6です。^{[5] [7]}

グレード1100-H14は商業的に純粋なアルミニウムで、耐薬品性と耐候性に優れています。深絞りや溶接に十分な延性がありますが、強度は低いです。化学処理装置、光反射板、宝飾品などによく使用されます。^[5]

グレード3003-H14は、1100と同じ成形性と低コストを維持しながら、1100よりも強度が高く、耐腐食性と溶接性に優れています。スタンピング、紡糸・引抜部品、郵便受け、キャビネット、タンク、ファンブレードなどによく使用されます。^[5]

グレード5052-H32は3003よりもはるかに強度が高く、成形性も良好です。また、高い耐食性と溶接性も維持しています。一般的な用途としては、電子シャーシ、タンク、圧力容器などがあります。^[5]

グレード6061-T6は、一般的な熱処理構造用アルミニウム合金です。溶接可能で、耐腐食性があり、5052よりも強度がありますが、成形性は劣ります。溶接すると強度が若干低下します。^[5]現代の航空機構造に使用されています。^[8]

真鍮は銅の合金で、板金として広く使用されています。銅に比べて導電性を保ちながら、強度、耐腐食性、成形性に優れています。

シート ハイドロフォーミングでは、入庫シート コイル特性のばらつきが成形工程の一般的な問題であり、特に自動車用途の材料では顕著です。入庫シート コイルが引張試験仕様を満たしていても、材料挙動の一貫性がないため、生産時に高い不合格率が見られることがよくあります。そのため、入庫シート材料の成形性をテストするための識別方法が強く求められています。油圧シート バルジ テストは、生産工程で一般的に見られる 2 軸変形条件をエミュレートします。

アルミニウム、軟鋼、真鍮などの材料の限界曲線を形成するための理論解析。球状化の膨らみと関連する流動則を伴うトレスカの降伏基準に基づいて、等価応力と等価ひずみを決定するための支配方程式を導出することによって実行されます。実験では、円形グリッド解析が最も効果的な方法の1つです。^[9]

板金の厚さを表すのにゲージ番号を使用することは、多くの国際標準化機構によって推奨されていません。例えば、ASTMは仕様ASTM A480-10aで次のように述べています。「ゲージ番号の使用は、意味に関して一般的な合意がなく、有用性が限られている古い用語であるため推奨されません。」^[10]

鋼板の製造業者標準規格は、平均密度41.82ポンド/平方フィート/インチの厚さに基づいており、^[11] 501.84ポンド/立方フィート（8,038.7 kg/m ³）に相当します。鋼板規格は、鉄系金属と非鉄金属（アルミニウムや真鍮など）で定義が異なります。

列 2 (米国標準の鉄鋼板および鋼板の 10 進インチ (mm)) に示されているゲージの厚さは、いくぶん恣意的に見えます。厚さの推移は列 3 (米国標準の鉄鋼板および鋼板の 64 分の 1 インチ (デルタ)) で明確に示されています。厚さは、最初は1 ⁄ 32インチずつ厚くなり、その後1 ⁄ 64インチ、さらに1 ⁄ 128インチと段階的に小さくなり、最終増分は1 ⁄ 64インチの小数になります。

一部の鋼管は、一枚の鋼板を四角形や円形に折り曲げ、継ぎ目を溶接して製造されます。^[12]鋼管の壁の厚さは、鋼板の厚さとほぼ同じですが、異なります。^[13]

圧延工程中にローラーがわずかに曲がり、その結果、シートの端が薄くなります。^[5]表および添付資料の許容差は、現在の製造慣行および商用基準を反映したものであり、固有の許容差を持たないメーカー標準ゲージを代表するものではありません。

最大曲げ力を推定する式は、

${\displaystyle F_{\text{max}}=k{\frac {TLt^{2}}{W}}}$、

ここで、k は摩擦を含むいくつかのパラメータを考慮した係数です。T は金属の最大引張強度です。Lとt はそれぞれ金属板の長さと厚さです。変数W はVダイまたはワイピング ダイの開口幅です。

カーリング プロセスは、リングのエッジを形成するために使用されます。このプロセスは、鋭いエッジを除去するために使用されます。また、カールした端の近くの慣性モーメントも増加します。フレア/バリは、ダイから遠ざかるようにする必要があります。これは、特定の厚さの材料をカールするために使用されます。操作による摩耗量が多いため、通常は工具鋼が使用されます。

これは、ストリップ状の材料からキャンバー（水平方向の曲がり）を除去する金属加工プロセスです。有限の長さのセクションまたはコイルに対して実行される場合があります。これは、変形したエッジに対して行われる平坦化またはレベリング プロセスに似ています。

絞り加工は、金属を型や金型に引き伸ばして成形する工程です。^[19]深絞りでは、製造される部品の深さは、その直径の半分以上になります。深絞りは、自動車の燃料タンク、キッチンシンク、ツーピースアルミ缶などの製造に使用されます。深絞りは、通常、絞り加工と呼ばれる複数のステップで行われます。深さが大きいほど、より多くの絞りが必要になります。深絞りは、たとえばシンクの製造では、ワークピースを加熱することで、より少ない絞りで実現することもできます。

多くの場合、深絞り加工を容易にするために、材料は工場で両方向に圧延されます。これにより、より均一な粒子構造が得られ、裂け目が制限されるため、「絞り品質」材料と呼ばれます。

エキスパンディングとは、レンガ造りのストレッチャーボンドのように、スリットを交互に切ったり、スタンプしたりして、シートをアコーディオンのように広げるプロセスです。空気や水の流れが必要な用途や、堅固な平らな表面を犠牲にして軽量化したい場合に使用されます。紙などの他の材料にも同様のプロセスが使用され、平らな紙だけよりも優れた支持特性を持つ低コストの梱包用紙が製造されます。

ヘミングとは、金属板の端を折り曲げて補強する工程です。シーミングとは、2 枚の金属板を折り合わせて接合部を形成する工程です。

ハイドロフォーミングは、固定された金型上でブランクを引き伸ばすことで部品を形成するという点で、深絞りに似たプロセスです。必要な力は、機械式または油圧式のプレスの金型の可動部分ではなく、ワークピースまたはワークピースに接触しているブラダーに非常に高い静水圧を直接加えることによって生成されます。深絞りとは異なり、ハイドロフォーミングでは通常、絞りの縮小は行われず、部品は 1 つのステップで形成されます。

インクリメンタルシート成形またはISF成形プロセスは、基本的に板金加工または板金成形プロセスです。 この場合、シートは、各シリーズで小さな増分変形を実行できる一連のプロセスによって最終形状に成形されます。

アイロンがけは、板金加工または板金成形のプロセスです。特定の領域でワークピースを均一に薄くします。これは非常に便利なプロセスです。高さと直径の比率が高い均一な壁厚の部品を製造するために使用されます。アルミニウム飲料缶の製造に使用されます。

板金は、ブリキ用はさみと呼ばれる手工具から、非常に大型の電動鋏まで、さまざまな方法で切断できます。技術の進歩により、板金の切断は精密な切断のためにコンピューターを使用するようになりました。多くの板金切断作業は、コンピューター数値制御 (CNC) レーザー切断またはマルチツール CNC パンチプレスに基づいています。

CNCレーザーでは、レンズアセンブリを動かして金属の表面にレーザー光線を照射します。酸素、窒素、または空気が、レーザー光線が出るノズルから供給されます。金属はレーザー光線によって加熱され、燃焼して金属板を切断します。^[20]切断面の品質は鏡のように滑らかで、約0.1 mm (0.0039インチ) の精度が得られます。1.2 mm (0.047インチ) の薄い板の切断速度は、毎分25 m (82フィート) にも達します。ほとんどのレーザー切断システムでは、波長が約10  μmの_CO2ベースのレーザー光源が使用されています。最近のシステムでは、波長が約1 μmのYAGベースのレーザーが使用されています。

光化学加工はフォトエッチングとも呼ばれ、厳密に制御された腐食プロセスで、非常に細かいディテールを持つ複雑な金属部品を金属板から製造するために使用されます。フォトエッチングプロセスでは、感光性ポリマーを未加工の金属板に塗布します。CAD 設計のフォトツールをステンシルとして使用し、金属を紫外線にさらしてデザインパターンを残し、金属板から現像してエッチングします。

穿孔とは、平らなワークピースに複数の小さな穴を近接して開ける切断プロセスです。穿孔された板金は、サーフォームなどのさまざまな表面切削ツールの製造に使用されます。

これは、長くて薄い板金部品を製造するために使用される曲げ加工の一種です。金属を曲げる機械はプレスブレーキと呼ばれます。プレスの下部には、ダイと呼ばれるV字型の溝があります。プレスの上部には、板金をV字型のダイに押し下げて曲げるパンチがあります。^[21]使用される技術はいくつかありますが、最も一般的な現代の方法は「エアベンディング」です。この場合、ダイは必要な曲げよりも鋭角になっており（通常、90度の曲げの場合は85度）、上部のツールはストロークを正確に制御して、金属を必要な量押し下げて90度曲げます。通常、汎用機械は、長さ1メートルあたり約25トンの曲げ力を使用できます。下部のダイの開口部の幅は、通常、曲げる金属の厚さの8〜10倍です（たとえば、5 mmの材料は40 mmのダイで曲げることができます）。金属に形成される曲げの内側半径は、上部ツールの半径ではなく、下部ダイの幅によって決まります。通常、内側半径は、成形プロセスで使用される V 幅の 1/6 に等しくなります。

プレス機には通常、ワークピースに沿って曲げの深さを位置決めするためのバックゲージが何らかの形で備わっています。バックゲージはコンピューター制御が可能で、オペレーターはコンポーネントに一連の曲げを高い精度で施すことができます。シンプルなマシンはバックストップのみを制御しますが、より高度なマシンはストップの位置と角度、高さ、および材料の位置を決めるのに使用する 2 つの参照ペグの位置を制御します。マシンは各曲げ操作に必要な正確な位置と圧力を記録することもできるため、オペレーターは部品のさまざまな操作で完璧な 90 度の曲げを実現できます。

パンチングは、プレス機に取り付けられたパンチとダイの間に金属のシートを挟んで行います。パンチとダイは硬化鋼で作られており、同じ形状です。パンチはダイにぴったり収まるサイズになっています。プレス機はパンチをダイに押し付け、十分な力でストックに穴を開けます。場合によっては、パンチとダイが「ネスト」してストックにくぼみを作ります。プログレッシブ スタンピングでは、ストックのコイルが、多くの段階を持つ長いダイ/パンチ セットに送り込まれます。1 つの段階で複数の単純な形状の穴が作られる場合もありますが、複雑な穴は複数の段階で作られます。最終段階では、部品が「ウェブ」からパンチで切り離されます。

一般的な CNCタレット パンチには、最大 60 個のツールが「タレット」に用意されており、回転させて任意のツールをパンチング位置に配置できます。単純な形状 (正方形、円、六角形など) は、シートから直接切り出されます。複雑な形状は、周囲に多数の正方形または丸い切り込みを入れることで切り出すことができます。パンチは、複合形状の切断ではレーザーほど柔軟ではありませんが、反復形状 (エアコン ユニットのグリルなど) の場合はより高速です。CNC パンチは、1 分間に 600 ストロークを達成できます。

一般的なコンポーネント (コンピューター ケースの側面など) は、プレス機またはレーザー CNC マシンを使用して、15 秒以内にブランク シートから高精度に切断できます。

長いまたは大量のオープンプロファイルまたは溶接チューブを製造するための連続曲げ操作。

圧延は金属加工または金属成形のプロセスです。この方法では、材料を1対以上のロールに通して厚さを減らします。厚さを均一にするために使用されます。圧延の温度によって分類されます。^[22]

1. 熱間圧延：この温度は再結晶温度以上です。
2. 冷間圧延：この温度は再結晶温度以下です。
3. 温間圧延: この温度は熱間圧延と冷間圧延の中間の温度で使用されます。

スピニングは、シート状の素材を回転する型（マンドレル）に固定して、管状の（軸対称の）部品を作るのに使われます。ローラーまたは硬い工具で素材を型に押し付け、素材が型の形状になるまで伸ばします。スピニングは、ロケット モーターのケース、ミサイルのノーズ コーン、衛星放送受信アンテナ、金属製のキッチン ファンネルを作るのに使われます。

スタンピングには、パンチング、ブランキング、エンボス加工、曲げ、フランジ加工、コイニングなどのさまざまな操作が含まれます。単純な形状から複雑な形状まで、高い生産速度で成形できます。ツールや設備のコストは高くなる可能性がありますが、人件費は低くなります。

一方、関連技術である打ち出し彫りやチェイシングでは、工具や設備のコストは低いですが、人件費は高くなります。

ウォータージェットカッターは、ウォータージェットとも呼ばれ、高速高圧の水のジェット、または水と研磨剤の混合物を使用して、金属やその他の材料を制御された方法で侵食できるツールです。

イングリッシュホイールを使用する工程はホイーリングと呼ばれます。基本的には金属加工または金属成形工程です。イングリッシュホイールは、アルミニウムまたはスチールの平らな金属板から複合曲線を形成するために職人によって使用されます。高度な熟練した労働力が必要なため、コストがかかります。同じ方法でさまざまなパネルを製造できます。大量生産にはスタンピングプレスが使用されます。^[23]

板金を使用し、曲げ、せん断、打ち抜き、レーザー切断、ウォータージェット切断、リベット留め、接合などの包括的な冷間加工プロセスを経て、必要な最終製品（コンピューターシャーシ、洗濯機のシェル、冷蔵庫のドアパネルなど）を作成します。一般的に板金加工と呼ばれます。学術界では現在、統一された定義はありませんが、このプロセスの共通の特徴は、材料が一般的に薄いシートであり、部品の材料の大部分の厚さが変わらないことです。

板金によく使われる留め具には、クレコ^[24] 、リベット^[25]、板金ネジなどがあります。

• 円グリッド分析
• 波形亜鉛メッキ鉄板、波形板金とも呼ばれる
• ダイヤモンドプレート
• 成形限界図
• 鋼板
• テンパーミル

• オバーグ、エリック、ジョーンズ、フランクリンD. (2004)。機械ハンドブック(第 27 版)。ニューヨーク:インダストリアル プレス。ISBN 0-8311-2700-7。
• パーカー (2013)。『勝利を築く: 第二次世界大戦中のロサンゼルス地域における航空機製造』、カリフォルニア州サイプレス、ISBN 978-0-9897906-0-4。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク)

• 「メーカー標準ゲージの歴史」。鉄鋼市場の最新情報。2013 年 9 月 28 日にオリジナルからアーカイブ。2013年 6 月 19 日に取得。
• 「鋼板のゲージと厚さ」（PDF）。鋼板に関する事実。Sachiya Steel International。2023 年 9 月。
• 板金の歴史におけるマイルストーン