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対応規格
  • SUS304
  • SUS304-CSP/バネ材
  • SUS304-HL
  • SUS304-縞鋼板
  • SUS304-鏡面
  • SUS316
  • SUS430
加工法
  • シャーリング
  • タップ
  • タレパン
  • レーザーカット
  • レーザータレパン複合機
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ステンレス材のカット・穴あけ加工について詳しく解説!
ステンレス/SUSとは

ステンレスは、一般的に錆びない金属として知られています。ステンレスはSUS(サス)とも表現されますが、その由来が「錆びない」という意味を持つStainlessを含む”Steel Use Stainless”であるほどです。

ステンレスが錆びにくい理由としては、クロムが添加されている点が挙げられます。クロムを添加すると、クロムが酸化してステンレス表面に不動態皮膜と呼ばれる保護膜を形成するため、ステンレスが外気から守られて錆びにくくなります。

ステンレスの一般的特徴として、錆びにくいという耐食性の高さに加え耐熱性や強度の強さなども挙げられます。熱伝導率は低炭素鋼である軟鋼と比べおよそ半分以下になります。

ステンレスは成分の構成比などによって細かく分類され、100種類以上あるといわれています。それらの種類によってステンレスの性質や特徴が異なってきます。
ステンレスを大きく3つに分類すると、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系の3つに大別されます。

・マルテンサイト系
マルテンサイト系ステンレスは、比較的硬度が高いステンレス鋼です。焼き入れなどの熱処理によってマルテンサイト組織が形成されることで硬度が高くなります。成分としては他のステンレスに比べ炭素が少ない材質です。よって、マルテンサイト系ステンレスは、強度や硬度が求められるものや高温にさらされる製品によく用いられます。
具体的な製品としては、刃物やノズル、タービンブレード、ブレーキディスクなどが挙げられます。主なマルテンサイト系ステンレスとしては、SUS403やSUS410があります。

・フェライト系
フェライト系ステンレスは、硫黄(S)を含むガスに対して腐食しにくい、塩化物による応力割れが発生しないという特徴があります。成分としては、ニッケルを含まないクロム系ステンレスです。ニッケルが添加されていない分、オーステナイト系のステンレス鋼より耐食性は劣りますが、中にはMo、Ti、Nb、Al、Si などを添加することにより耐食性や耐酸化性を改善した例もあります。主なフェライト系ステンレス鋼としてはSUS430があります。

・オーステナイト系
オーステナイト系ステンレスは、上記2つのステンレス鋼と違って唯一のクロムニッケル系のステンレス鋼です。ステンレスの中でも特に錆びにくい点が特徴です。クロムに加えニッケルが添加されることによって、酸化膜の密着力が上がるためです。主なオーステナイト系ステンレス鋼として、SUS304やSUS316があります。耐食性、加工性、溶接性において上記のマルテンサイト系、フェライト系と比較して優れているため、最も利用領域が広いステンレスとして知られています。

カット・切断加工とは

板金加工製品は、ほぼ全ての製品において切断加工が必要になります。なぜなら、長方形の板である板金は、一般的に流通しているサイズが規定されているためです。ステンレス製品の場合ももちろん、ステンレス板金をカット・切断する必要があります。
板金の切断加工法としては、主に以下の加工方法が挙げられます。
・シャーリング
・レーザーカット
・タレパン加工
・レーザータレパン複合加工
それぞれの切断加工を説明する前に、板金の切断加工を2種類に分類することができます。ステンレス板金を一般に流通しているサイズ(定尺材)から製品に必要なサイズに切断する方法と、円形などの抜き加工をする際の切断加工の2種類です。

主に前者の適切なサイズに切断するのに用いられる加工法がシャーリング加工です。

シャーリング加工とは、ステンレス板金を一定の長さに切断する加工法のことです。特徴としてはステンレス板金を直線状に切断する点で、原理としてはハサミで紙を切る原理と同じになります。シャーリング加工で用いられるのはシャーリング加工機です。シャーリングマシンやせん断加工機とも呼ばれます。基本的な仕組みは上の刃と下の刃でステンレス板を挟み込むようにして切断するというものです。
シャーリングマシンの上下の刃の間に板金をセットし、上下から挟みこみ圧力をかけて板金を切断します。
シャーリング加工は一度のプレスで板金を切断することが可能なため、1回あたりの加工時間が短く作業効率の良い加工法であると言えます。しかし、板金に抜き加工する場合や、複雑な形状に切断する必要がある場合はシャーリング加工は適していません。なぜなら、直線的にしか切断することができないためです。

複雑な形状の異形穴など、切断の自由度が求められる場合に用いる加工法がレーザーカットになります。レーザーカットはレーザー光を用いて板金を切断する加工法です。レーザー光による熱でステンレスを溶かすことによって切断し、切断したい方向に進むことで自由自在にカットすることができます。

レーザー加工の特徴として、主に以下のものが挙げられます。
・自由な形状に切断可能。
・ステンレス板金の薄板から厚板まで、幅広く切断することができる。
切断形状の自由度がレーザーカットの最大の特徴です。ステンレスを複雑な形状に切り抜く際にはレーザーカットが最適です。
また、レーザーカットはレーザー光を用いてステンレスを切断するため、本体に触れることなく切断することができます。そのため、バリを発生させずにステンレスを切断することができます。バリとは、ステンレスなどの板金を切断した際に発生する突起物のことで、母材の残留物になります。板金に圧力を加えることで切断するシャーリング加工の場合は、このバリが発生してしまいます。しかし、レーザー加工は熱を利用してステンレスを切断するため、ドロスが発生するお恐れがあります。ドロスとは、加工する際に用いた熱によって溶け出した母材が固まることによって生じる残留物です。ドロスを発生させずにレーザーカットによりステンレスを切断するためには、アシストガスを適切に用いる必要があります。アシストガスには窒素などが主に用いられ、溶け出した母材を吹き飛ばす役割を果たします。こうして、レーザーカットではバリもドロスも発生しない、きれいな切断面を形成することができます。

ステンレスのカット・切断加工には、レーザーカットと並んでタレパン加工もよく用いられます。タレパン加工とは、タレットパンチプレス加工の略称であり、タレパン加工機を用いて板金を切断します。

タレパン加工機は、タレパン加工機内部に何十種もの金型が内蔵されている点が特徴的です。それらを自動で切り替えて、最適な金型を用いてプレスし、ステンレスの切断加工及び穴あけ加工をします。大がかりでコストも大きな加工機になります。

タレパン加工によるステンレスの切断の特徴として、レーザー加工と同じく自由な形状に切断することができるという点が挙げられます。専用の金型を用意することも可能であるし、ニブリング加工を用いれば自由に切断することができます。ニブリングとは、少しずつ位置をずらしながら細かくプレスをして打ち抜くことによってステンレスを切断する加工法です。
レーザーカットとの違いとして、タレパン加工のほうが比較的高い精度を保つことができる点があります。その理由は、タレパン加工の場合ステンレスを切断するのに熱を利用しないためです。熱を利用するレーザーカットの場合は、切断部分のステンレスが歪んでしまう可能性があります。
一方で、タレパン加工はステンレスを切断する際にステンレスに接触するため、バリが発生してしまいます。そのため、タレパン加工の後には後処理として基本的にバリ取りが必要となります。

また、レーザータレパン複合機とはその名の通りタレパン加工とレーザー加工を組み合わせた加工機のことです。レーザータレパン複合機は1台で両方の加工ができるようになっているため、それぞれの加工法が適している場面で使い分けることができます。そのため、最も効率の良い方法で切断加工をすることが可能であり、対費用効果が高い加工法であるといえます。レーザータレパン複合機は、高精度でありながら作業時間を短縮することのできる、非常に優れた加工機であるといえます。

ステンレスのカット・穴あけ加工の特徴

ステンレスのカット・穴あけ加工は、基本的にレーザーでもタレパンでも加工することが可能です。ステンレスは大きな特徴として錆びにくいという特性があり、さらには鉄やアルミと比較して硬い金属になります。そのため、各加工法における特徴や注意点があります。

ステンレスのシャーリング加工

ステンレスをカットする際、まず気をつけなければならないのが適切なクリアランスで加工するということです。シャーリング加工において、ステンレスの切断面に傷や変形をできるだけ少なく高品質に加工するためにはこのクリアランスが重要になります。
クリアランスとは、シャーリングマシンの上刃と下刃との隙間のことを表します。クリアランスが大きすぎると、ステンレスに対する加圧力が大きくなってしまい、バリの発生が多くなります。
クリアランスの適正値は板厚と素材ごとのせん断抵抗値に比例して決定します。ステンレスは比較的硬い金属であるため、ステンレスのせん断抵抗値は、鉄やアルミなどの他の金属と比較して高くなります。以下は、ステンレス板金をシャーリングカットする際の、板厚に対する適切なクリアランスの値になります。

材質
  • ステンレス
せん断抵抗値(kg/mm²)
  • 52~56
板厚に対するクリアランス(%)
  • 7~11
ステンレスのレーザーカット

レーザー光を用いるレーザーカットでは、前述の通りアシストガスを用います。アシストガスの主な役割は、レーザーカットによって生じる溶融物を除去することです。
ステンレスを切断する際には、基本的には窒素をアシストガスとして用います。窒素をアシストガスとして用いるレーザーカットは無酸化切断とも呼ばれますが、錆びにくいステンレスの特徴に合わせたアシストガスになります。
レーザーカットで用いられる主なアシストガスと、ステンレスとの相性は以下の通りです。

アシストガスの種類
  • 窒素
  • 酸素
  • イージーガス
  • エアー
ステンレス/SUSとの相性
  • ×

また、レーザーによって穴あけ加工を行う場合、ステンレス材の板厚に合わせて最小穴径に注意する必要があります。一般的には、ステンレスのレーザー穴あけ加工の最小穴径は板厚と等しいです。つまり、板厚よりも小さな穴径の穴あけ加工は難しくなります。

材質
  • ステンレス
レーザー穴あけの最小穴径
  • 板厚t × 1.0
ステンレスのタレパン加工

また、タレパンによるカットではプレス時に必要な加圧力が金属材質ごとのせん断応力と比例します。具体的には、以下の式によってタレパンの加圧力は求められます。

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タレパンの加圧力は、金属材質のせん断応力と板厚、打ち抜く部分の外周寸法と比例するということです。
せん断応力は一般的に引張応力の8割ほどになりますが、ステンレスは引張応力が比較的高い金属であるため、せん断応力も高くなります。そのため、ステンレスをタレパンで打ち抜いてカット・穴あけ加工する際には比較的大きな加圧力のプレスが必要になります。大きな力でプレスをすると、板金に歪みが生じたりするなど切断面の品質が落ちることに繋がります。
さらに、タレパンで穴あけ加工を行う際は、打ち抜く穴の最小穴径にも気を付ける必要があります。最小穴径よりも小さい穴あけ加工をすると、穴が変形してしまうなどの加工不良が生じる可能性があります。一般的なステンレスのタレパン最小穴径は、以下の通りです。

材質
  • ステンレス/SUS
タレパン最小穴径
  • 板厚t × 2.0
ステンレス/SUSのカット・穴あけ加工の限界板厚

上記のように、ステンレスのカット・穴あけ加工は加工法の種類に応じて注意すべき点がいくつもあります。
弊社では高品質な切断面で、製品の形状や材質、板厚などに応じて上記の加工法に対応しています。レーザーカットとタレパン加工を組み合わせたレーザータレパン複合機による加工も可能です。

ステンレスのカット・穴あけ加工の対応板厚は以下の通りです。

ステンレス/SUSの板厚
  • ~0.7mm
  • 0.8 ~ 1.0mm
  • 1.1 ~ 1.5mm
  • 1.6 ~ 3.2mm
  • 3.3 ~ 6.0mm
  • 6.1 ~ 9.0mm
  • 9.1mm ~
カット・穴あけ加工
製作事例
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