第1章：金属プレス金型とは何か？

金属プレス加工は、ブランクまたは工具鋼と呼ばれる金属板から始まる冷間成形プロセスです。この方法では、1つまたは複数の金型を使用して金属を切断および成形し、シートまたはプロファイルの所望の形状を実現します。ブランクに加わる力によってその形状が変化し、応力が発生することで、ワークピースは曲げ加工や複雑な形状への成形に適した状態になります。この方法で製造されるプレス加工部品は、用途に応じて、非常に小さいものから非常に大きいものまで、サイズが大きく異なります。

金属プレス加工（プレス加工とも呼ばれる）には、打ち抜き、ブランキング、穴あけ、コイン加工など、さまざまな技術が含まれます。各パンチが最適な品質を達成するためには、設計の精度が不可欠です。

プレス加工に使用される金型は、シンプルな日用品から複雑なコンピュータ部品まで、特定のデザインを製造するために設計された特殊な工具です。金型は、単一の機能を実行するように設計することも、段階的に実行される一連の機能の一部として設計することもできます。金属プレス加工用金型には、シングルパンチ金型、プログレッシブ金型、コンパウンド金型、トランスファー金型の4種類があります。

プレス金型の設計を開始する際には、以下の鋼材および材料に注意してください。

プレス加工する材料がステンレス鋼のように硬度が高い場合、プレス金型にはCr12MoVなどの耐摩耗性に優れた鋼材を使用する必要があります。

1.2 軟質材料の場合、 アルミニウムなどの材料の場合、プレス金型の耐摩耗性に対する要求はやや低いものの、材料の粘着性を考慮して金型への材料の付着を防ぐ必要があります。優れた非粘着性を持つ金型鋼を選ぶと良いでしょう。

大型自動車カバーのプレス金型など、運転中に大きな衝撃荷重を受ける金型には、高い靭性を持つ材料が必要であり、SKD11などの鋼材が選定される。

金型加工環境に腐食のリスクがある場合（例えば、湿度の高い環境での作業など）、ステンレス鋼などの耐腐食性に優れた金型鋼を選択する必要があります。

少量生産の場合、金型材料の性能要件を適切に緩和し、45鋼などの低価格材料を選択し、適切な熱処理を施すことで性能を向上させることができる。

大量生産の場合は、高性能、高耐摩耗性、長寿命の金型鋼材を選択する必要があります。超硬合金などの材料は、量産用のプレス金型に使用できます。

高精度金型には、材料の変形が小さいことが求められます。例えば、CrWMn鋼は焼入れ変形が小さく、高精度プレス金型の製造に適しています。

性能要件を満たすことを前提として、金型鋼の価格、加工コストなどを総合的に考慮する。例えば、性能は優れているものの価格が高い新型金型鋼もあるため、費用対効果を慎重に検討する必要がある。

シングルパンチダイまたは金型は、凹型とパンチ型、または複数の凹型と複数のパンチ型で構成されます。各パンチは、その構造と機能が固定されており、特定の金属加工プロセス向けに設計されているため、パンチ穴または形状の成形を1回のみ完了し、他のプロセスには適用できません。通常、小規模または中規模の生産、特にパンチ位置や形状を頻繁に変更する必要がある場合に使用されます。生産プロセス中に柔軟に調整および交換でき、シングルパンチダイのコストは低く抑えられます。比較的単純なプロセスで少量の金属プレス加工を行うのに適しています。

まず、打ち抜き加工を行う金属板をシングルパンチダイの作業領域に置きます。プレス加工中の安定性を確保するため、ワークピースはクランプで固定されることがよくあります。シングルパンチダイのパンチが下降し、金属ワークピースに衝撃力を加えます。これにより、所望の穴または形状が形成されます。衝撃加工が完了すると、パンチはワークピースから持ち上げられ、次のプレス加工の準備が整います。その後、ワークピースを手動で取り外し、上記の手順を繰り返します。

2.1 生産速度の向上 – 複数の金型から複数のカットを行うことができます。

2.2 ブランクの位置決め – ブランクの装填と位置変更は簡単です。わずかな力で回転させたり、反転させたり、移動させたりできます。

2.3 複雑な形状 – 特別な計算や調整を必要とせずに複雑な形状を生成します。

2.4 金型の取り扱い – 金型は軽量で、取り扱いコストも低く抑えられます。

2.5 工具 – 工具は小型でアクセスしやすい。

プログレッシブダイは、連続ダイまたは金型とも呼ばれ、帯状のプレス加工材料を1回のプレスストロークで加工する冷間プレス金型です。複数の異なるステーションを使用して、一連の金型上で複数のプレス加工工程を同時に完了します。金型の各プレス加工工程は、材料ベルトが一定距離だけ移動し、連続金型内で打ち抜き部品が徐々に成形されるときに完了します。連続成形は、工程が集中した加工方法であり、トリミング、切断、溝加工、打ち抜き、塑性変形、打ち抜き加工を容易に行うことができます。この工程は1つの金型上で完了します。

プログレッシブダイは、1回の送りで複数の工程を完了できます。以下は、プログレッシブダイの一般的なワークフローです。

（１）金属板または金属帯はリール状にして順送金型に供給される。供給システムは金属材料をガイドし、金型内での正確な位置決めを保証する。

（２）このシステムは金属ストリップを金型に誘導し、クランプシステムは金属ストリップがプレス加工工程全体を通して安定していることを保証し、ガイドシステムは金属ストリップが正確に位置決めされることを保証します。

（３）第一工程プレス加工：順送ダイの第一工程では、金属帯が第一パンチとダイを通過して第一プレス加工が完了します。これは、打ち抜き、切断、形状成形などです。

（４）金属ベルトは、最初の工程を完了したワークピースを移動システムを通して次の工程の位置までガイドします。

（５）第２工程プレス加工：第２工程では、金属帯が別のパンチとダイを再び通過して第２工程が完了します。この工程は金型全体で繰り返され、各工程は連続した金属帯に対して行われます。

（６）ワークピースが設計されたすべての工程を通過するまで続ける。

（７）排出：すべての工程が完了した後、ワークピースは金型から排出され、組み立てや後続の加工などの次の工程に進みます。

3.1 プログレッシブダイは、形状が繰り返し、均一な特徴を持つ、単純なものから中程度の複雑さの部品を製造するのに最適です。

3.2 これらは材料の連続供給に非常に効率的であり、オペレーターの介入を最小限に抑えることができます。

3.3 プログレッシブダイは、一貫した部品設計による長時間の生産に適しています。

3.4 金型内の各ステーションは、ストリップが進むにつれて、切断、曲げ、打ち抜き、成形などの特定の作業を実行する責任を負います。

複合金型は、金型の同一ステーションで内穴加工と外形加工を同時に完了できるプレス金型です（1回のストロークで複数のプレス加工を同時に行うことができます）。複数の穴あけや形状成形など、複数の工程を1回のプレス加工で完了できます。この多工程設計は、単発プレス金型と順送プレス金型の利点をある程度兼ね備えています。

複合金型は、多くの金属プレス加工に適用可能です。金属プレス部品に複数の形状をプレスする必要があり、かつそれらの工程を独立して実行できる場合、複合金型を使用できます。複合金型は、プレス機の1回のストロークで複数の金属プレス形状を実現します。さらに、複合金型は優れた部品平面度を提供します。

4.1 効率性 - 複合金型は、複数の金型を必要とせずに、複雑な部品を1回のストロークで切断します。

4.2 コスト効率 - 複合金型プレス加工は部品を迅速に製造し、時間とコストを節約します。

4.3 スピード - 複合金型プレス加工では、数秒で部品を製造でき、1時間で1000個以上の部品を製造できます。

4.4 再現性 - 複合金型プレス加工で単一の金型を使用することで、すべての部品が同じ寸法と形状になることが保証されます。

加工する原材料を自動または手動装置で所定の位置に配置します。プレススライダーの作用により上型が下降すると、上型内の金型とアンローダー、パンチがまずストリップに接触して加圧を続け、次にパンチの外縁と凹型金型が金型とパンチに作用して、金型の内径をブランキングおよびパンチ加工し、部品をストリップから分離します。

原材料は、複合金型でプレス加工された後、直接成形される。

トランスファーダイスタンピングはプログレッシブダイに似ていますが、部品は機械式トランスファーシステムを介してあるステーションから別のステーションへと移送されます。主に、部品をストリップから取り外して、自由な状態で加工を行う必要がある場合に使用されます。トランスファー金型は、単一の金型でも、生産ラインを形成するために一列に配置された複数の金型または機械でも構いません。通常、各ワークステーションでパンチング、曲げ、延伸など、さまざまな加工を実行できる、より複雑な部品の製造に使用されます。

5.1 トランスファーダイは、複数の工程と精密な位置決めを必要とする複雑な部品に適しています。

5.2 彼らは、厳しい公差で複雑な部品を製造する能力を持っている。

5.3 トランスファーダイは、その効率性と自動化機能により、大量生産においてよく使用されます。

5.4 加工物はステーション間を移動し、各ステーションでは切断、曲げ、打ち抜き、コイン加工などの作業が行われる。

トランスファーダイスタンピングは、伝動装置を用いてワークピースを搬送します。各ステーションでのスタンピングが完了すると、ワークピースは機械的または手動で次のステーションに移動され、スタンピング処理が行われます。トランスファーダイスタンピングシステムは、複数の独立した金型、または一連の金型で構成できます。

一般的に、プレス加工の原材料としては、鋼、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、真鍮などがよく用いられる。

6.1 シングルパンチダイはシンプルで柔軟性がありますが、速度が遅いです。

6.2 プログレッシブダイスタンピングは、複雑な形状の部品を迅速かつ費用対効果が高く、高い再現性で製造することができます。

6.3 複合金型プレス加工は1工程で成形されるため、比較的単純な構造の部品に適しています。

6.4 トランスファーダイは、1回のストロークで複数の工程を完了する必要がある状況に適しています。

メンテナンス

金型は使用後、または定期的に、金属片、破片、潤滑油の残留物を取り除いてください。金型表面を清潔に保つには、ブラシ、エアブロワー、または（金型材質に適した）洗浄溶剤を使用してください。例えば、自動車部品の大量生産を行うプレス加工工場では、金型を毎日清掃する必要がある場合があります。

金型の可動部間の摩擦を軽減するため、適切な潤滑剤を定期的に塗布してください。高品質のプレス加工用オイルやグリースは、摩耗や過熱を防ぐ効果があります。潤滑の頻度はプレス加工速度と負荷によって異なりますが、使用頻度が中程度の金型であれば、週に一度の潤滑で十分でしょう。

パンチやダイの摩耗痕、ひび割れ、変形などの摩耗の兆候がないか定期的に確認してください。目視検査、拡大鏡、または磁粉探傷検査などの非破壊検査方法を使用してください。例えば、数千回のプレス加工ごとに、ブランキングダイの刃先の摩耗の兆候を確認してください。

パンチとダイの研磨または交換

パンチやダイの刃先が鈍くなった場合は、研磨することで切削能力を回復できます。摩耗が激しい場合は、摩耗した部品を交換する必要があります。例えば、穴あけに使用するパンチは、穴の縁をきれいに保つために、一定回数使用後に研磨する必要がある場合があります。

金型本体の小さな亀裂や損傷箇所に対しては、溶接が有効な修理方法となり得ます。ただし、修理箇所が元の材料と同等の特性を持つように、金型材料に適した溶接方法と溶加材を使用することが不可欠です。溶接後、修理箇所は通常、形状と寸法を復元するために熱処理と機械加工が必要となります。

プレス加工中に振動や衝撃によって金型部品の位置ずれが生じた場合、位置調整が必要になります。これには、シムを挟む方法や、精密調整機構を用いてパンチとダイの位置を再調整する方法などがあります。例えば、順送金型プレス加工では、位置ずれによって部品の成形精度が低下することがありますが、各ステーションの位置を調整することでこの問題を解決できます。

金属プレス金型は、製造工程で使用される特殊な工具です。金属板を特定の形状や部品に切断、成形、加工するために設計されています。

通常、金型セット（上型と下型を含む）、パンチ、キャビティなど複数の部品で構成されています。パンチは、金属を変形または切断するために力を加えるために使用されます。

プレス金型は、その用途に応じて4種類に分類されます。例えば、大きな板材から形状を切り出すためのブランキング金型、穴を開けるためのピアシング金型、金属を折り曲げるためのベンディング金型などがあります。

金型は、プレス加工中の高圧や繰り返しの衝撃に耐えられる工具鋼などの材料で作られています。

設計と製造における精度は、プレス加工部品の精度と品質を左右するため、非常に重要です。これらの部品は、金属部品の効率的な大量生産において重要な役割を果たす産業生産現場において、一貫した性能と長い耐用年数を確保するために、適切なメンテナンスが必要です。