プレス加工はなぜ金属板を一瞬で形にできるのか｜スプリングバックと金型の補正

プレス加工は、上下一対の金型で金属の板を挟み、強い圧力をかけて金型の形を写し取る加工です。板が形を保つのは、金属が力を抜いても元に戻らなくなる性質（塑性）を使っているからです。ただし金型から外した瞬間に、板はわずかに元へ戻ります。この戻りがスプリングバックで、プレス加工の寸法精度を左右する一番の悩みどころです。

私は、金型に押しつければ製品は金型と同じ形になると思っていました。資料を読み進めると、クリップを曲げて手を離すと少し開くのと同じ現象が、自動車の車体部品の量産でも起きていると分かりました。この記事では、crexgroupの解説、東京大学生産技術研究所柳本研究室の資料、日本製鉄の技術紹介、MONOistの鉄鋼材料の解説、日刊工業新聞の記事、アルミ缶製造の特許公報をもとに、プレス加工が形をつくる流れと、戻りを抑える方法を確かめます。2026年11月時点の情報です。

• プレス加工は、金型で挟んだ金属板を塑性変形させて形にする加工で、せん断・曲げ・絞り・成形・圧縮の5種類に分かれる
• 曲げや絞りでは、金型から外した後に弾性で戻るスプリングバックが起き、90度のつもりが92〜93度になる例がある
• 強度の高い鋼板（ハイテン）ほど戻りは大きくなり、金型を先に直す、深めに曲げる、熱を使うといった対策が取られる
• 金型を使った量産品を頼むときは、材質・板厚と、戻りをどう補正するかを確かめるとよい

プレス加工は、金型で挟んだ金属板を塑性変形させて形にする加工です

crexgroupの解説では、プレス加工は金属の板を金型で挟み、強い圧力で変形させて目的の形にする技術と説明されています。金属の塑性を利用し、板金加工で広く使われます。

金属が元に戻らなくなる境目を使います

金属は、小さな力なら変形しても力を抜けば元に戻ります。力が大きくなると、抜いても戻らない領域に入ります。後者が塑性変形です。クリップを少し曲げて離すと開き、大きく曲げると曲がったまま残るのは、この違いです。プレス加工は、後者の領域まで力をかけて形を固定する加工です。

上型のパンチと下型のダイが形を決めます

金型は上下一対です。上型のパンチは凸形状、下型のダイは凹形状で、2つの隙間が製品の形になります。金型は製品の寸法や品質を決める中心的な部品です。金型の持ち主と保管費用をめぐっては、金型の無償保管はなぜ問題になるのかの記事で、公正取引委員会の勧告から整理しています。

1回の加工に、どれくらい時間がかかるのでしょうか

crexgroupの解説では、機械式プレスは小型部品の場合で毎分数百回以上動作できるとされています。

毎分の回数は資料に「数百回以上」としか書かれていないため、仮に毎分300回として計算します。60÷300＝0.2なので、約0.2秒に1回、板が形になる計算です。

題名の「一瞬」は、この速さを指しています。金型を1組つくれば同じ形を高速で繰り返せることが、プレス加工が量産に向く理由です。

打ち抜き・曲げ・絞りは、同じ金型の中で起きる別々の変形です

crexgroupの解説は、プレス加工を5種類に分けています。せん断加工は材料を切断・分離する加工で、打ち抜き、穴あけ、切断、切り欠きが含まれます。曲げ加工は材料を角度をつけて折り曲げます。絞り加工は一枚の板から継ぎ目のない容器状の立体を作ります。成形加工は凹凸や曲面を局所的につけ、圧縮加工は材料を上下から押しつぶして厚さや形状を整えます。

打ち抜きは、パンチとダイの隙間で板を切り分けます

せん断加工では、パンチとダイの隙間（クリアランス）が仕上がりを左右します。一般的な目安は板厚の約5〜10%で、材質や硬さによって最適値は変わるとされています。

板厚を仮に1mmとして計算します。1×0.05＝0.05mm、1×0.10＝0.10mmなので、隙間は0.05〜0.10mmの範囲です。髪の毛1本分ほどの幅で、金型の精度が品質に直結する理由がここにあります（クリアランスを板の片側で数えるか両側で数えるかは資料に書かれておらず、確認できていません）。

アルミ缶は、打ち抜き・深絞り・しごきを重ねて作ります

絞り加工の身近な例が、アルミのDI缶です。特許公報（JPH02205207A）には、通常の製造手順が書かれています。潤滑剤をつけたアルミなどの圧延板をカッピングプレスで円形に打ち抜き、同じプレスで深絞りしてカップにします。次に再絞りをかけ、側面に数回のしごき加工をして、側面を薄く滑らかにします。東洋製罐グループの発表を紹介したMONOistの記事では、DI缶は絞りしごき成形で製造される2ピース缶と説明されています。

胴と底が継ぎ目なくつながっている缶は、1枚の板を打ち抜いて、絞って、薄く伸ばした結果です。缶詰のふたと胴を接合する巻締めは別の工程で、缶詰のふたはなぜ空気も菌も通さないのかの記事で扱っています。

曲げは、折るだけに見えて、戻りが起きます

3つの中で、仕上がりのずれが一番問題になるのが曲げです。次の章で、戻りの正体を見ます。

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曲げた板が戻るのは、弾性で縮んだ分が残っているからです

crexgroupの解説では、加圧を解除すると素材の弾性回復によって曲げ角がわずかに戻る、と説明されています。東京大学生産技術研究所の資料は、スプリングバックを除荷前後の曲げ角度変化と定義しています。

90度に曲げたつもりが、92〜93度になる例があります

crexgroupの解説には、90度に曲げたつもりでも、実際には92度や93度になる例が挙がっています。量は材料の種類、硬さ、板厚、曲げ半径によって変わります。

戻りが2〜3度だとして、曲げ角に対する割合を計算します。2÷90≒0.022、3÷90≒0.033なので、約2.2〜3.3%です。小さな割合に見えても、部品どうしを組み合わせるときには、すき間やずれになります。

強度の高い鋼板ほど、戻りは大きくなります

MONOistの鉄鋼材料の解説は、ハイテンを曲げ成形して金型から外すと成形品が弾性的に回復して形状が元に戻ろうとし、その量はハイテンの強度が高いほど大きくなる、と書いています。東京大学の資料も、高張力鋼板や高強度薄板は軽量・高強度化に効果的な反面、プレス成形時のスプリングバックが非常に大きいことが問題だと述べています。

「強度が上がると何倍戻るか」は、どの資料にも一律には書かれていません。材質や板厚、曲げ半径で変わるためです。私はここで、強い材料ほど扱いやすいはずだという最初の思い込みが逆だったと気づきました。強い材料は力をかけても形が決まりにくく、外した後に戻る力も大きい、という読み方になります。

自動車の車体では、この戻りの問題が大きくなっています

MONOistの解説によると、自動車用の鋼板では340MPa級以上のものがハイテン（高張力鋼板）と呼ばれます。通常の鋼板（軟鋼板）の強度は270MPa級で、代表的な440MPa級や590MPa級のハイテンは、その1.6〜2.2倍の強度があります。これらは車体の高強度化を目的に、1990年代から2000年代にかけて多くの自動車の車体骨格部に採用されてきました。

冷間プレスの980MPaと、ホットスタンプの1470MPa

日本製鉄の技術紹介には、さらに強い材料を使う方法が載っています。従来の冷間プレスでは、鋼板が高強度になるほど、プレス時に生じた応力が金型から外されるときに解放されて弾性変形し、寸法精度不良が生じる問題がありました。そこで鋼板を約900℃に加熱して軟らかくした状態でプレス加工し、金型に触れて冷える効果（接触冷却）で焼入れを強くします。この方法で1500MPa級の引張強さと良好な寸法精度が得られるとされ、成形品の形状精度の比較図には、冷間プレス品の引張強さが980MPa、ホットスタンプ品が1470MPaと示されています。

通常の鋼板の270MPa級と比べると、980÷270≒3.6倍、1470÷270≒5.4倍です。ホットスタンプ品の1470MPaは、冷間プレス品の980MPaの1470÷980＝1.5倍です。

車を軽くしながら衝突時の強度を保つには、薄くて強い鋼板が欲しくなります。ところが強い鋼板ほど戻りが大きく、部品の寸法がずれます。この板挟みが、車体部品のプレス加工で補正の技術が発達した背景だと私は読みました。

現場は、深めに曲げる・底まで押す・金型を先に直す、で戻りを抑えます

戻りをなくすことはできないので、戻る分を見込んで加工します。crexgroupの解説とMONOistの解説から、代表的な方法を整理します。

深めに曲げる、底まで押す、あとから整える

オーバーベンドは、戻り量を見込んで目標の角度より深く曲げておく方法です。ストライキング（底突き）は、曲げの最後にパンチで曲げ部の丸みを強く圧縮して形状を安定させます。V曲げのコイニングは、強い力で材料を押しつぶして板厚を減らし、スプリングバックをほぼゼロにします。リストライクは、加工後に形状を矯正する工程で、U曲げで高い精度が必要なときに追加されることがあるとされています。

先ほどの例で、戻りが2〜3度のまま変わらないと仮定します。パンチ側を90−3＝87度、90−2＝88度まで曲げれば、外した後に90度へ戻る計算です。実際の戻り量は材料・板厚・曲げ半径で変わるため、これは考え方を示す仮の計算です。

戻る量を予測して、金型の形を先に直します

MONOistの解説では、スプリングバックの量を予測し、その量だけ金型形状を修正する対策が一般的に取られ、金型修正に有限要素解析ソフトによるシミュレーションが活用されています。製品を正しい形にするために、金型の形をわざと製品の形からずらす、という発想です。

熱で弾性の戻りを減らす方法もあります

東京大学生産技術研究所の資料は、加工中の曲げ部の温度を上げると弾性ひずみが減り、スプリングバックが減少する関係を検討しています。試験片は540MPa級の高張力鋼板で、金型にはタングステンカーバイトを使い、誘導加熱で温度を制御しています。前の章の日本製鉄のホットスタンプは、この熱を使う方法の実用例です。

プレス機械の動かし方でも、仕上がりは変わります

機械式と液圧式では、力の出し方が違います

crexgroupの解説では、機械式プレスはモーターの回転をクランクなどの機構で上下運動に変えます。動作が速く、下死点の位置精度が高い一方、加圧力はストロークの位置によって変わります。液圧式（油圧式）プレスは油圧シリンダーでスライドを動かし、ストロークのどの位置でも最大の加圧力を出せます。加圧や速度の制御がしやすい代わりに、加工速度は遅めです。

サーボプレスは、加工中のスライドの動きを自由に決められます

日刊工業新聞に載った大阪大学の松本良准教授の解説では、サーボプレスはサーボ機構でスライドモーションを制御できるプレス機械と説明されています。任意の位置でスライド速度を決められ、加工中に減速、加速、一旦停止、上下振動といった動きを入れられます。crexgroupの解説は、加圧中のスライドの動きを制御してスプリングバックを抑える技術が開発されていると書いています。

戻りの対策は、金型の形と、材料の温度と、機械の動かし方の3か所に分かれています。どれか1つだけで解決するわけではなく、部品によって組み合わせが変わります。

デメリットと注意点：戻りを消す方法には、それぞれ別の手間があります

補正した角度は、材料や板厚が変わると合わなくなります

戻り量は材料の種類、硬さ、板厚、曲げ半径で変わります。そのため、オーバーベンドで決めた角度や、予測して直した金型の形は、材料の強度区分や板厚を変えると見直しが必要になります。同じ形の部品でも、材料を変える相談は金型の作り直しにつながることがあります。

押しつぶす方法は板厚が変わり、熱を使う方法は温度が不均一になることがあります

コイニングは板厚を減らす加工なので、板厚を守りたい部品には向きません。ホットスタンプでは、金型で焼入れするときの接触冷却の度合が不均一になることがあり、焼入れ硬さを安定させるには様々な技術的な壁があったと、日本製鉄の技術紹介は書いています。

熱を使う戻り対策は、まだ分かっていないことがあります

東京大学の資料は、温間・熱間の温度域でスプリングバックが減る仕組みを検証した研究は少なく、加工中の曲げ部温度を測定・制御した研究もないとして、この研究を始めた経緯を書いています。熱を使えば必ず戻りが消える、とは言い切れない段階の技術だと受け取るのが安全です。

部品を頼むとき、自分で板を曲げるとき：確かめる点と判断の目安

金型を使った量産品を頼むときは、材質・板厚・補正の方法を聞きます

図面の寸法だけでなく、材質の強度区分と板厚を伝えます。強度の高い材料ほど戻りが大きくなるため、試作の段階で戻り量を測ってもらうと、金型の修正回数を見通せます。材料を途中で変えるときは、金型の補正が合わなくなる可能性を、先に聞いておきます。

板金をDIYで曲げるなら、同じ板の切れ端で試し曲げをします

万力や曲げ台で金属の板を曲げると、手を離した後に少し開きます。本番の板と同じ材質・板厚の切れ端で試し曲げをして、戻る角度を測っておけば、深めに曲げる量の目安が決まります。板が厚い、曲げ半径が小さい、材料が硬いほど戻りは大きくなる傾向があるので、条件を変えたら測り直します。

プレスのほかにも、熱や力が金属の形を変える加工があります

圧縮加工に含まれる鍛造は、鋳造とどう違うのかを鋳造と鍛造は同じ金属でなぜ強さが変わるのかで扱っています。溶接では熱収縮で板が反るため、溶接した鋼板はなぜ反ったり縮んだりするのかで、残留応力と合わせて確かめています。

よくある誤解

プレス加工は、板を金型の形に押しつけるだけの加工でしょうか

押しつけるだけではありません。プレス加工には、せん断、曲げ、絞り、成形、圧縮の5種類があり、切る、折る、容器にする、といった別の変形が含まれます。曲げや絞りでは、外した後の弾性回復まで見込んで条件を決めます。

金型の形と、できあがる製品の形は同じになるのでしょうか

同じとは限りません。金型から外した後に素材が弾性で戻るため、戻る量を予測して、金型の形を製品の形から先にずらす方法が一般的に取られています。

強い鋼板ほど、きれいに形が決まるのでしょうか

逆の傾向があります。MONOistの解説は、スプリングバックの量はハイテンの強度が高いほど大きくなると書いています。強度が高い鋼板は薄くしても強い反面、加工後の形を保つ補正に手間がかかります。

まとめ：プレス加工は、戻る分まで見込んで形をつくる加工です

プレス加工は、金型で挟んだ金属板を塑性変形させる加工で、せん断・曲げ・絞り・成形・圧縮の5種類があります。アルミ缶のように、打ち抜き、深絞り、しごきを重ねて1枚の板から継ぎ目のない形をつくる例もあります。

曲げや絞りでは、金型から外した後に弾性で戻るスプリングバックが起きます。crexgroupの解説には、90度のつもりが92〜93度になる例があります。強度の高い鋼板ほど戻りは大きいため、車体に使うハイテンでは、戻り量を予測して金型を先に直す方法や、深めに曲げる方法、熱を使うホットスタンプが使われています。

金型を使った部品を頼むときは、材質の強度区分と板厚、戻りをどう補正しているかを確かめてください。材料や板厚を変えるときは、補正が合わなくなる可能性があります。自分で板を曲げるときは、同じ材質・板厚の切れ端で、戻る角度を先に測っておくと見通しが立ちます。

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