板金設計ガイド：板厚選定から締結まで

板厚は根幹の決定です。最小穴径、最小内側半径、最小フランジ、使用できる曲げ半径、必要なプレス能力、そして工程が保てる公差を決めます。下流のすべてを拘束するからこそ、最も軽く決められ、やり直しに最も費用がかかる決定でもあります。

構造と耐久性の要求を満たす範囲で最も薄い板厚を選び、そのうえで剛性は質量ではなく形状で足します。成形したリブ、ヘム、折り返しフランジ、断面の変化は、一般に板厚を上げるより 1 g あたりの剛性を稼げます。しかも他の設計制約をいっせいに厳しくすることはありません。

材料は、それが耐えなければならない環境と成形性の順で選びます。耐食環境、食品接触、重量予算、熱サイクル、溶接性、仕上げとの相性が、コストを検討する前に選択肢を絞り込みます。

当社が日々成形している一般的な板材は、冷間圧延鋼板（SPCC）、亜鉛めっき鋼板（SGCC、SECC）、304 と 316/316L ステンレス、5052 と 6061 のアルミニウム、そして電気部品や装飾部品向けの銅と黄銅に及びます。それぞれ成形性に個性があり、知っておく価値があります。5052 は 6061 よりはるかに曲げに寛容で、オーステナイト系ステンレスは成形とともに加工硬化します。

• すべての内側コーナーは、板厚の半分以上の半径で設計する。穴径は板厚以上に保つ。タップ穴ではさらに大きくする。穴は曲げ線から 2.5 × 板厚 + 内側半径以上離して配置する。難しい場合は逃げを追加する。フランジは V ダイが入る長さに保つ。短いフランジは工具交換の費用につながる。
• 部品全体で内側曲げ半径を一つに統一し、余分な工具段取りを避ける。内側を溶接する必要のある閉じた箱型断面は避ける。トーチが入るアクセスを残す。大きく支持のないパネルには、板厚を増すのではなく、リブ、段差、ヘムなどの補強形状を与える。

部品を隣接する部品とどう接合するかは、製造コストを伴う設計判断です。溶接は強く恒久的ですが、熱とひずみを加えます。セルフクリンチングファスナーは薄板に機械ねじを付与しますが、最小板厚、エッジ距離、プレスでのアクセスが必要です。リベットは異種材料に向き、取り外し可能な締結は、後から追加するより設計段階で組み込むほうが安く済みます。

よくある落とし穴が二つあります。一つは、組立後に溶接で閉じる空洞の内側にインサートを置くことです。プレスでのアクセスがなく、設計を変えざるを得ません。もう一つは、構造溶接か外観溶接かを明記せずに溶接を指定することです。両者はまったく異なる接合で、コストも大きく違います。

仕上げはまず機能で選びます。塩水噴霧への耐性、耐摩耗性、導電性、色合わせ、外観の順です。粉体塗装は鋼に耐久性のある色を与えるのに向き、アルマイトはアルミ表面を被覆ではなく化成処理し、亜鉛めっきとニッケルめっきは外観とコスト特性の異なる形で鋼を保護します。ヘアラインとサンドブラストは機械的な仕上げで、合金によって見え方が変わります。

マスキングは設計段階で計画します。ねじ部、接地ポイント、導電接触面、そして塗装後も寸法精度を保たなければならない面は、すべて特定しておく必要があります。そうしなければ、不適合として発覚することになります。

板金プロジェクトで最も効果の大きい瞬間は、最終 CAD と金型発注の間にあるレビューです。その時点では、製造性に関する指摘は費用がかかりません。3 週間後には、同じ指摘が金型の修正、再提出、日程の遅れを招きます。設計を凍結した後ではなく、凍結する前に、モデルと図面を DFM レビューに送ってください。