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シャーリング加工

シャーリング加工とは、上下に設置した金属の刃(カッター)を利用して、ハサミで素材を切るように対象物を切断する機械加工の1種です。このページでは、シャーリング加工の特徴やメリット・デメリット、レーザー加工機との違いなどをまとめました。

シャーリング加工とは

シャーリング加工は「せん断加工」とも呼ばれ、加工機に取り付けた上下の金属刃によって、金属板などの素材をハサミで切るように切断する機械加工です。シャーリング加工はステンレスやアルミ、鉄といった様々な金属板でも切断することが可能であり、手作業での切断が困難な素材や大きなサイズのカッティングなどに利用されています。

なお、シャーリング加工機は使い方や動力源などによって複数のタイプに分類されることもポイントです。

シャーリング加工機の種類

メカ式シャーリングマシン(機械式シャーリングマシン)

メカ式シャーリングマシン(機械式シャーリングマシン)は文字通り、機械による動力制御によって刃物が押し下げられて、素材を切断するシャーリング加工機です。

モーターの回転を上下運動に変換して刃を稼働させるため、仕組みが単純で加工スピードにも優れている点が特徴となります。

反面、加工時の騒音が大きく、また分厚い金属板に対してはパワー不足となる点はデメリットでしょう。

油圧式シャーリングマシン

油圧の力で刃を稼働させるタイプのシャーリング加工機です。切断加工のスピードは機械式に劣るものの、油圧による高パワーを発揮できるため分厚い金属板でもスムーズに切断することができます。

機械式に比べて騒音の発生も抑えやすくなっていることも見逃せません。

反面、油圧式シャーリングマシンではピストンからのオイル漏れなどトラブルが発生することも事実です。

コーナーシャー

コーナーシャーは、材料の角となる部分をターゲットにしてせん断や切り欠きといった加工を行うためのシャーリング加工機です。そのため「コーナーカッター」という名称で呼ばれることもあります。

素材の角をV字型や直角に切断できるため、箱形製品などの形状を製造する際に利用されます。

バイブロシャー

バイブロシャーは、金属刃に振動(バイブレーション)を付与した上で素材をせん断するシャーリング加工機です。基本的に通常のシャーリング加工機では直線的なせん断を行うことになりますが、バイブロシャーであれば円形状にカットするといった曲線的なせん断も再現することができます。

足踏みシャーリングマシン

足踏みシャーリングマシンは、作業員が足下のペダルを踏むことで刃に動力が伝わり、金属板などの対象物をせん断できる加工機です。電気モーターや油圧といったシステムを必要とせず、人力を増幅させて操作できる点が特徴です。

機械式などにはパワーで劣るものの、シンプルな構造で故障がしにくく、薄い板や樹脂素材であれば問題なくカットすることができます。

シャーリング加工の流れ

一般的なシャーリング加工の流れとしては、まず加工機の「バックゲージ」と呼ばれる当て板を設置した上で、上下の刃の間を通すように当て板まで対象素材(板材)を押し込みます。

その後、板材の位置調整を行って切断箇所を確定したら、周囲の安全を確認してからシャーリング加工機を稼働させて板材をせん断していきます。なお、せん断する刃に手や指などが巻き込まれないよう作業中は細心の注意を払わなければなりません。

シャーリング加工のメリット

シャーリング加工はイメージとして巨大なハサミで金属板を任意の形にカットしていくような加工であり、研磨機や研削機などを使う場合のように金属粉が発生しません。また、レーザー加工や溶接加工のように素材へ高熱を当てる必要がなく、熱に弱い素材であっても変形させたりダメージを与えたりすることなく加工することが可能です。

シンプルかつ明確なシステムで稼働しているため、切断する素材や形状によってはレーザー加工機などよりも迅速にせん断加工を施せる点もメリットでしょう。

加工機の種類やサイズを適正化することで、巨大な板材や分厚い板材であっても素材として幅広く利用できる点も重要です。

足踏み式などはランニングコストを抑えながら環境負荷を軽減することもできます。

シャーリング加工のデメリット

まず、せん断できる形状の自由度が制限されており、レーザー加工による切断と比較してデザイン幅は狭くなります。素材板の入れ替え作業なども行わなければならず、レーザー加工機を導入してオートメーション化したような製造ラインと比較すれば、どうしても生産性は低下してしまうことになるでしょう。

また、シャーリング加工で最も大きな特徴かつデメリットとして、「バリ」と「ダレ」が発生してしまう点を無視できません。

バリやダレとは、金属板に金属刃で圧力をかけて切断するという仕組み上、どうしても発生してしまう板の変形を指します。

例えば刃が板を切断した際、下まで押し下げられた刃に素材が引っ張られて、下方に飛び出しが生じます。これが「バリ」であり、バリを解消するためにはせん断加工後に研磨を行わなければなりません。「ダレ」は逆に素材の上側が押し込まれたようになる状態です。

シャーリング加工の注意点

適切なクリアランスを設定する

シャーリング加工における「クリアランス(隙間)」は、上の刃と下の刃が閉じた状態で発生する隙間を意味しています。

クリアランスを素材ごとに適正化することで、板材へ押し当てられた刃の影響で生じるバリやダレを抑えやすくなり、その後の研磨加工や表面加工においても効率化を追求していくことが可能となります。

なお、クリアランスは素材の厚みや硬さ、切断する位置などに応じてそれぞれ適正な条件を見極めた上で調節しなければなりません。

適切なシャー角を設定する

シャー角とは、上刃についている角度のことであり、シャー角の他にも「レーキ角」といった呼び方をされます。

シャーリング加工機では通常、下の刃が垂直になっており、上の刃にはシャー角がついていることが基本です。そしてシャー角があることで素材に対する圧力が増大し、せん断がスムーズに行われるという仕組みになります。

シャー角を大きくするとせん断能力が高まりますが、一方で反りやねじれといった不具合も発生しやすくなります。

歩留まりを考慮して板取りをする

歩留まりは、加工素材の全体に対して部品として生産できる割合を指す用語です。歩留まりが悪化すれば素材のロスが多くなり、コストも高まってしまいます。

そのためシャーリング加工では歩留まりも意識してせん断ラインを考えましょう。

最大板厚を守る

素材の種類やシャーリング加工機の種類によってせん断可能な最大板厚が異なります。最大板厚を無視して、さらに分厚い板材を加工しようとした場合、ダレが大きくなってしまったり、いっそ加工機が破損したりするリスクが増大します。

刃と板押さえの間に手を近づけない

シャーリング加工機が作動している最中に刃のそばに手を置いていると、作業着の袖などが刃や板に巻き込まれて大事故へつながってしまうリスクが増大するでしょう。

特に手動のシャーリング加工では板材を押し流そうとする際に、刃へ手が近づきやすくなるため、加工部分には手や体を近づけないようにします。また周囲の様子も合わせて確認することが大切です。

レーザー加工は、主に「切断」「マーキング」「溶接」「クリーニング」を目的に行われるもの。より多くの用途に使えるレーザー加工機を扱う国内の会社を、種類の多い順にピックアップしました(2021年3月調査時点)。
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