こちらのコラムでも述べていますが、プレス加工は大量生産に適した加工方法であり、近年では、加工製品の高精度化が図られています。過去にはできなかったネットシェイプ、ニアネットシェイプと言った高精度な形状を造りだす事で、大幅なコストダウンを図り、リードタイムの短縮による経済性効果を生み出しています。
今回の技術コラムでは、プレス金型に焦点を当て紹介をしていきたいと思います。
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図１ 参考：「プレス金型の標準化」 著/吉田弘美 出版社/日刊工業新聞社
図１は金型機能とコストの関係を示したグラフですが、プレス加工を行う上で必要な金型には、トランスファー金型、順送金型（プログレッシブ金型）、単発金型等があります。それぞれの金型には生産性の良し悪しや、金型製作に掛かる日程、費用も異なります。トランスファー金型・順送金型は製作費用が高額となる一方で生産性が高いため、大量生産に向きます。単発金型は、金型の製作にかかる費用を抑える事が出来る一方で、複数工程になると、それぞれの工程に作業者が付き生産するため、生産性が低くなります。
このため、金型を製作する上で、企画台数や商品としての販売価格等を判断基準に、最適な金型構造の選択を行う必要があります。顧客からの要求にそぐわない過剰スペック（高精度、高耐久性など）な設計を行えば、金型価格が高額となり、金型としての競争力が低くなる事から十分な検討が必要となります。
プレス加工の分類は、図2に示す様に大きく素材の分離（せん断加工）と塑性変形に分けられます。せん断加工には切断、打抜き、
塑性変形は、板材の成形とブロック材の成形に分かれ、材料素材の形態により加工内容が大きく分類されます。板材の成形の中では曲げ加工、絞り加工、成形加工に分けられ、それぞれに更に分類されます。ブロック材の成形については圧縮加工と表現されコイニング加工から押出し加工までに分類されます。
「ブロック材の成形」と「板材の成形」は相互関係があり、それぞれの加工内容が組み合わされた複合加工も開発されています。また、「板材の成形」と「分離（せん断加工）」も相互関係により複合加工があります。
こういった加工方法の複合化が発生していることには、1工程でも工程数を削減することで、製造コストの削減に繋げ市場競争力を高めるといった背景があります。しかし、加工工法の複合化を図ることで、金型構造は複雑になり金型を構成する部品の精度も高いものが要求されるようになります。そこで、金型の高精度化と加工コストを下げるため、生産設備の高精度・高速化が図られてきています。
プレス加工を行う金型の構造は、先に述べた加工の分類の数だけ存在します。また、1つの製品をプレス加工で行う場合には、必要な加工方法を組合わせて加工を行います。これを当社では、工作検討や工程設計と呼び、製品の実現を図る上で重要工程に位置付けされています。
図3 参考：「プレス金型の標準化」 著/吉田弘美 出版社/日刊工業新聞社
図3にプレス加工における加工方法の検討フローチャート（代表事例）を示します。
先の製品化加工工法の検討と、図3のフローチャートに合わせて検討を行う事で、最適な工程設定が図れます。このフローチャートでは、生産能力が高い加工方法から順に検討を進め、段階が進むにつれて、生産能力は低いが金型投資金額が少ない単発工程が選定されるようになっています。この中に、自社が保有する設備の加工能力等を検討事項の項目に入れる事で、より正確な工程の設定を図ることができます。また、製品を発注する立場においても、金型の構成や発注金額を算定する上でも検討ステップを理解している事は重要です。
製品の要求精度が高くなればそれだけ加工方法の検討が重要になり、十分な工程検討を行う事で、QCDを満足した加工工程や金型の製作が可能となります。
前述のとおり、プレス金型は単発金型、トランスファー金型、順送金型等が有ります。加工する製品のサイズや要求仕様に合わせてプレス機を選定し、金型を設計・製作したうえで生産を行います。単発加工を行う製品でも5t～2000t等、製品のサイズに合わせて機械を選択します。
トランスファープレス加工、順送プレス加工の生産設備については、プレス機に専用の送り装置であるトランスファーユニット、コイル材を供給するためのフィーダー等が取付けされている事が必要となります。単発加工金型においても複数の工程を一貫で加工するタンデム加工設備を有していれば実現が可能です。
金型の設計段階においては、製品のサイズ、加工精度、加工工法により必要な設備能力を確認し、金型の設計を進めます。プレス金型において単発金型は基本であり、加工工法に合わせて複数の工程を1つの金型に集約した物が、トランスファー金型や、順送金型となります。
これまで述べたようにプレス加工は多種多様であり、加工方法毎に金型の構造が異なります。板材（シート材）を加工する場合には、パンチダイスのクリアランスの設定や、材料押え力等が重要となります。また、金型を製作する上での金型材料の選定、熱処理、表面処理も重要となり、金型の構成部品毎に最適な条件を選定し製作します。
当記事ではプレス金型について述べさせていただきました。金属塑性加工.comでは、プレス金型の設計・製作からプレス加工まで一貫して対応しています。プレス加工の委託先を検討中の皆様、お気軽に当社にお声かけください。
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