フォーミング加工は、様々な種類の塑性加工をフォーミングマシンと呼ばれる機械で連続的かつ自動的に実行する加工法です。材料の送り、加工物の保持や位置決めなども数値制御で自動的に行います。
様々な種類の切削加工を連続的かつ自動的に行うマシニングセンタを用いたマシニング加工に対し、フォーミング加工は、その塑性加工版とも言える加工法です。
この記事では、マシニング加工同様、近年幅広く採用されるようになったフォーミング加工についてご紹介します。加工法の種類や特徴などについても解説しますので参考にしてください。
フォーミング加工とは
フォーミング加工とは、鍛造や曲げ、せん断、絞りなどの加工を連続的に実行することができるフォーミングマシンを使用した加工法のことです。NC（数値制御）・CNC（コンピュータ数値制御）機能が付属しており、材料の投入から送り、加工品の位置決め、固定、加工、排出までの手順を予めプログラムした順序に従って自動的に実行します。
フォーミングマシンは、材料送り装置（フィード装置）とプレス加工や曲げ加工などを実行するための複数の加工装置を備えており、自動的に材料を送って連続的に複数の加工を行います。主に線材や板材、帯板材の加工に用いられ、ピンやクリップ、バネ、コイルなどの比較的小さな部品の大量生産に使用されます（下図参照）。
フォーミングマシンを導入することによって、シャーリングマシンで材料を切断し、プレス機械とベンディングマシンで成形するといった、従来は複数の機械と工程が必要であった部品の製造が一つの機械と工程で行えるようになります。
フォーミングマシンによって生産された部品は、自動車や産業機械、電気・電子機器、建築金物、日用雑貨など、民生用と業務用の双方に幅広く用いられています。
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フォーミング加工の種類
フォーミング加工は、大まかに、マルチフォーミング加工とワイヤーフォーミング加工の2種類に分けられます。
マルチフォーミング加工
マルチフォーミング加工は、マルチフォーミングマシンを用いて、プレス加工や複数回の曲げ加工を自動的かつ連続的に実行する加工法です。板材や帯板材から、ピンやクリップ、止め輪、板バネ、バンドなどを製造する場合に採用されます。
マルチフォーミングマシンは、上図のように3つの装置から構成されています。右のフィード装置によって材料を送り、中央のプレス加工が可能なスタンピング装置によってブランク加工（打ち抜き加工などで加工品の輪郭形状を成形する加工法）や絞り加工などを実行します。そして、左に配置されたフォーミング装置の中央部で材料を保持し、円周状に配列された複数の曲げパンチで代わる代わる曲げ加工を実行して、最後に加工品を切り離せば完了です（下図参照）。
対応可能な寸法は、おおよそ、板厚が0.05mm～2.5mm、板幅が3mm～100mmです。ただし、マシンには、小型のものや大型のものもあり、対応可能な寸法もマシンによって異なります。
ワイヤーフォーミング加工
ワイヤーフォーミング加工は、マルチフォーミングマシンのほか、専用のワイヤーフォーミングマシンを用いて、線材に切断加工や複数回の曲げ加工などを自動的かつ連続的に実行する加工法です。各種のバネやコイル、電子部品のリード線などを製造する際に採用されます。
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下図のような構造の装置で実行されますが、これは、マルチフォーミングマシンのフォーミング装置に該当するものです。ワイヤーフォーミングマシンは、マルチフォーミングマシンからフィード装置やスタンピング装置を省いた機械であり、フォーミング装置によって実現される機能に特化した機械であると言えます。
ワイヤーフォーミング加工は、フォーミング装置の中央部から線材を出して保持し、円周状に配列された曲げパンチや様々な曲げツールで連続的に曲げ加工や巻き加工を実行します。全周方向から線材を曲げる、捻る、丸める、圧縮する、引っ張るなどの多様な加工が可能で、複雑な3次元形状も高精度かつ高速に行うことができます。
対応可能な寸法は、線径が0.1mmから5mm程度までが標準的ですが、10mm程度までの線径に対応しているマシンもあります。
フォーミング加工で加工できる素材・材質
フォーミング加工が可能な素材・材質は、炭素鋼や炭素工具鋼、ステンレスといった鉄鋼材料、アルミや銅合金、ニッケル合金、チタン、モリブデンといった非鉄材料など、金属材料全般です。
ただし、通常のプレス機械でも加工が難しい、高張力鋼やチタン合金、マグネシウム合金、ジュラルミンなどの加工はできない場合があります。また、フォーミングマシンのスタンピング装置とフォーミング装置のそれぞれには、最大加圧力が仕様として決まっています。そのため、マシンによりますが、材料の寸法や加工形状によっては、ステンレスなどでも加工できないことがあります。
フォーミング加工のメリット
フォーミングマシンを用いたフォーミング加工には、プレス機械などを用いて加工した場合にはない、様々なメリットがあります。ここでは、そのフォーミング加工のメリットについて説明します。
複雑な形状の加工に適している
フォーミング加工は、フォーミングマシンを構成する、スタンピング装置によるプレス加工とフォーミング装置による複数回の曲げ加工を一工程で実施できるため、複雑な形状を成形するのに適しています。
プレス機械だけで複雑な形状を成形する場合、数種類の金型を用いて複数回プレス加工を実施するか、複雑な形状の金型を用意してプレス加工を実施するかのどちらかが必要です。
その点、フォーミングマシンならば、以下のような一連の加工を一工程で実施するといったことも可能です。
1. ブランク加工用の金型だけを用意して、スタンピング装置でプレス加工を実行
2. フォーミング装置の多様な曲げパンチや曲げツールで、多方向から複数回の加工を実行
なお、フォーミングマシンと類似の加工は、プレス機械とベンディングマシンを組み合わせることで可能ですが、手間が掛かる上、加工品の移し替えを伴うため、品質が安定しません。
安定した品質で均一性の高い製品を加工できる
フォーミング加工では、複数回の加工を手作業なしにNC・CNC機能で自動的に実施するため、安定した品質で均一な形状の製品を加工できます。
特に、フォーミングマシンでの一工程だけで材料から完成品までの加工が可能な場合、機械間で加工品を移し替える際の位置決めのズレがないため、品質と形状が安定します。
大量生産に適している
フォーミング加工は、プログラムした手順に従って自動的に実行する加工法であるため、製品の大量生産に向いています。特に、コイル材を材料にフォーミングマシンだけで完成品とすることができる製品は量産に最適です。
工数やコストの削減が可能
フォーミング加工は、プレス機械などで加工する場合に比べて、作業時間の短縮やコストの削減が可能です。
上述したように、フォーミング加工では、自動化によって作業速度が上がり、工程集約によって作業量が減少するため、工数を削減することができます。
また、プレス機械だけで加工する場合、数種類の金型もしくは複雑な形状の金型が必要です。一方、フォーミング加工では、複数回の曲げ加工で複雑な加工ができるため、金型の形状を簡素化できます。従って、フォーミング加工は、プレス機械を用いる場合に比べて、コストの削減が可能です。
フォーミング加工は、プレス加工ではスクラップとなってしまう材料の余肉（押さえなどに利用される）が不要で、材料と製品の幅を同一にすることができるため、材料ロスが少なくなっています。そのため、材料の歩留まり率を上げやすく、材料コストの低減を比較的容易に図ることができます。
下図は、左が順送型プレス加工での材料レイアウト、右がフォーミング加工での材料レイアウトで、斜線部がスクラップとなります。なお、順送型プレス加工とは、1つの金型に2つ以上の工程を設けて、1回のプレス毎に次の工程へ材料を送って順次加工していくプレス加工法です。
プレス加工との違い
フォーミング加工とプレス加工との違いは、加工する製品によっては当て嵌まらないこともありますが、以下のように類似した作業を行う際の違いを見ることで理解できます。
・プレス加工では多工程が必要な作業を、フォーミング加工では一工程の作業に集約することができる
・プレス加工では数種類の金型によるプレス加工が必要な作業を、フォーミング加工では一つの金型によるプレス加工と複数回の曲げ加工で代替することができる
・プレス加工では複数の加工工程と工程間の加工品の移し替えが必要な作業を、フォーミング加工ではNC・CNCによる材料の送りと加工で自動的に実施することができる
・プレス加工では材料の押さえや金型のキズ防止のために必要な余肉を、フォーミング加工では省くことができる
