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  • S45C
  • SECC/ボンデ鋼板
  • SGCC
  • SPCC
  • SPHC-P/サンセン
  • SS400
  • ZAM鋼板
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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鉄/鉄板のカット・穴あけ加工について詳しく解説!
鉄とは

鉄は古来から用いられている金属材質であり、現在でも様々な業界・部位で用いられています。我々の周りを見渡してみても、鉄を材質とする製品であふれていることに気が付きます。テレビや冷蔵庫などの電気製品やシンクや水道などの台所用品、さらには橋やビル等の建築物から電車、自動車など、非常に幅広い領域で用いられているのが鉄になります。さらには、それら様々な業界で用いられる製品を加工する加工機なども鉄を材料とするものがほとんどです。

鉄の一般的な特徴として、金属の中でも比較的硬くて強い金属であると言えます。さらに鉄は加工性にも優れているため、様々な形状・部品として用いられているのです。

しかし、鉄の性質は素材に含まれている成分の割合によって異なります。鉄に含まれている主な成分として、5大元素と呼ばれるものがあります。5大元素とは、炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)の5つの元素のことを言います。

そもそも鉄は、銑鉄と鋼に分類することができ、鋼のうち上記の5大要素のみで構成されている鉄を炭素鋼といいます。一方、5大要素以外のクロム(Cr)やニッケル(Ni)などの成分を含む鉄を合金といいます。この炭素鋼と合金が、それぞれ成分含有量の違いによってさらに分類されることとなります。SPCC、SS400、S45Cなどの材質規格は、この成分含有量の差とそれによる特性の違いから分類されているのです。

鉄の特性の違いには、炭素の含有量の違いが最も強く影響を及ぼします。基本的に、炭素量が増えれば増えるほど鉄は硬く強くなります。加工性も低くなり、特に切断加工などはより大きな力が必要となります。そのため切断面に傷が目立ったり、切断した後に大きなバリが発生してしまったりします。バリとは板金を切断した後に切断面に生じる突起部分であり、鋭利であるため危険であると言えます。

では、鉄材質の板金を切断する際、どのような加工機を用い、どのような原理で切断するのか解説していきます。

鉄/鉄板のカット・切断加工

板金加工製品は、1枚の長方形の板である板金から製作するため、ほぼ全ての製品において切断加工が必要になります。鉄製品の場合ももちろん、鉄板をカット・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
そもそも、鉄板など板金の切断加工は2種類に分類されると言えます。鉄板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、製品に四角や円形の抜き加工をする際に必要な加工法の2種類です。

これら板金のカット方法のうち、前者の切断加工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、シャーリング加工機を用いて鉄板を含む板金を一定の長さに切断する加工法のことを言います。鉄板を直線状に切断する点が特徴的であり、原理としてはハサミで紙を切る原理と同じになります。シャーリングマシンの上下二つの刃の間に板金をセットし、上下から挟むようにして板金を切断します。

シャーリング加工による鉄板の切断は、定尺材から製品に必要なサイズにカットする役割を果たします。
シャーリング加工は一度の挟み込みで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が、直線的な切断加工しかすることはできません。そのため、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では難しくなります。

複雑な形状の異形穴など、切断の自由度が高い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。レーザーカットの原理は、レーザー光による熱を利用して鉄板を溶かすことです。鉄板をレーザー光で溶かしながら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。
・自由な形状に切断することができる。
・綺麗な切断面で切断することができる。
・薄板から厚板まで、幅広く切断することができる。
レーザーカットの最大の特徴は、切断形状の自由度にあります。鉄板を複雑な形状に切り抜くことや、鉄板上に異形穴を形成するにはレーザーカットが適していると言えます。
また、レーザーカットはレーザー光を用いて鉄板を切断するため、鉄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鉄板を切断することができます。バリとは、鉄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鉄を切断するため、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鉄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。
さらに、レーザーカットではレーザー光の出力を変えることによって鉄板の薄板から厚板まで切断することが可能です。

鉄のカット・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。タレパン加工によって鉄板を切断する原理は、タレパン加工機に内蔵されている金型で連続的に何度も繰り返しプレスするというものです。

タレパン加工による鉄板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鉄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鉄板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、切断部分の鉄が歪んでしまう可能性があります。
一方で、タレパン加工は鉄板を切断する際に鉄板に接触するため、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。

鉄/鉄板のカット・穴あけ加工の特徴

鉄のカット・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。鉄は材料費が安く広く普及していますが、錆びやすいという大きな特徴とがあります。そのため、各加工法における特徴や注意点があります。

鉄/鉄板のシャーリングカット

鉄をカットする際、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、鉄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、鉄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。以下は、鉄板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
せん断抵抗値(kg/mm²)
  • 32~40
板厚に対するクリアランス(%)
  • 6~10
鉄/鉄板のレーザーカット

鉄/鉄板の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鉄の溶融物を除去することで、ドロスの少ない高品質な切断面を形成することです。

鉄の薄板から厚板まで、レーザーカットする際に主に用いられるアシストガスは酸素です。特に、厚板の鉄は酸素をアシストガスとするレーザー加工によってカットします。
ただし、酸素を用いた場合には鉄表面に酸化被膜が発生してしまいます。そのため、溶接や塗装が必要な場合酸化被膜を除去する必要があります。
酸化被膜の発生を抑えながらレーザーカットをする際は、イージーガスをアシストガスとして用います。イージーガスはアルミのレーザーカットにも用いられているアシストガスですが、大気中から酸素などを除去することによって窒素濃度を99%にしたガスです。主に、薄板の鉄板を切断する際に用いられます。

アシストガスの種類
  • 酸素
  • イージーガス
  • 窒素
  • エアー
鉄/鉄板(薄板)との相性
鉄/鉄板(厚板)との相性
  • ×
  • ×
  • ×

また、レーザーによって穴あけ加工を行う場合、鉄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、鉄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
レーザー穴あけの最小穴径
  • 板厚t × 1.0
鉄/鉄板のタレパン加工

また、タレパンによる鉄板のカット・穴あけ加工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

163

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。せん断応力は金属を加圧した際に切れてしまう限界の力のことであり、せん断応力が大きいほど頑丈な金属であると言えます。硬いことで知られるステンレスはこのせん断応力が比較的大きくなります。鉄もステンレスと同じくらいの値になります。

また、穴あけ加工を行う際は、タレパンで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。一般的な鉄のタレパン最小穴径は、以下の通りです。

材質
タレパン最小穴径
  • 板厚t × 1.0
鉄/鉄板のカット・穴あけ加工の限界板厚

上記のように、鉄のカット・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。

鉄のカット・穴あけ加工の対応板厚は以下の通りです。

鉄/鉄板の板厚
  • ~ 0.7mm
  • 0.7~ 1.0mm
  • 1.0~ 1.5mm
  • 1.5 ~ 3.2mm
  • 3.2 ~ 6.0mm
  • 6.0 ~ 9.0mm
  • 9.0mm ~
カット・穴あけ加工
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