プレス加工：打抜き金型について

打抜き金型

当技術コラムでは、せん断加工の中で基本的な加工である打抜き加工に使用される、打抜き金型ついてご説明します。

打抜き加工

せん断加工の中で、打抜き加工が基本的な加工方法となります。一般的には「外形抜き」「ブランク加工」等で呼ばれる事が多く、製品加工を単発プレス加工で行う場合の初工程には、この工程が含まれます。単純な丸形状、四角形状から、複雑な形状まで打抜き型で加工される事が多く材料の歩留まりについても、打抜き工程で決まってきます。

複雑な曲げ形状の製品の場合には、曲げ加工時の材料の延びが影響し寸法精度に影響が出る事から、ブランク形状を決定するため、予めレーザ加工等でブランク形状をつくり曲げ加工で確認してから最適な、ブランク形状を最後に決める場合もあります。

打抜き金型

打抜き金型の代表的な構造を上図に示します。打抜き型の様にパンチに荷重が掛かる金型の場合には、荷重を受けるためのバッキングプレートを配置し、抜き荷重がダイセットへ伝わらない様にする事で金型の破損を防止できる構造を取ります。

打抜きの配列

プレス加工を行う上で、材料歩留まりが重要となります。経営上も材料費は変動費として扱われ、受注量に対し材料の使用量を管理します。この為、プレス加工時には出来るだけ無駄のない打抜きの配置を取り、歩留まりを良くする必要が有ります。

上図の中でカギ状の部品を打抜く場合では、多列取り、直列取り、傾斜取りで、材料に対して歩留まりが変りますので、材料サイズの設定と金型での抜き方の検討が重要となります。また、プレス加工上、材料の縁さん幅や、送りさんは抜き加工上重要で、小さすぎると製品形状が欠けたり、変形したりしますし、大きすぎると材料歩留まりが悪くなりますから、一般的には送りさんでは1.5ｔまたは0.7㎜として設定し、縁さんは送りさんに対し約1.5倍が適当と言われています。

打抜き金型と加工圧力

打抜き金型を製作する上で、打抜きに必要な「圧力」を求めておく必要があります。これは、金型の仕様を決める上で重要な項目で加工圧力を知る事で、プレス機のサイズや、金型のサイズがおおよそ決まってきます。加工圧力の計算式を下記に示します。

【加工圧力の計算式】

Ｐ（抜き圧力ｋｇ）＝
Ｌ（抜く形状の全周長㎜）×ｔ（板厚㎜）×S（せん断抵抗Kgf/㎟）×ｋ（安全係数1.1～1.2）

◆ 引張り強さはSI単位系で示されているため、単位換算して計算します。

１（ＭＰａ・Ｎ/㎟）＝0.10197Kgf/㎟

１Kgf/㎟＝9.80665（ＭＰａ・N/㎟）

◆ Kgf/㎟をSI単位系に換算する場合は

Kgf/㎟＝0.10197×○○（ＭＰａ・N/㎟）（○○は値です）

◆ SI単位系をKgf/㎟に換算する場合は

（ＭＰａ・Ｎ/㎟）＝9.80665×○○Kgf/㎟（○○は値です）

実際にはパンチ・ダイスのクリアランスや、金型に組込まれるスプリングの圧力なども有るため加圧能力不足とならない様に安全率を考慮して金型は設計する必要があります。
また、せん断抵抗が分かっていない時には、材料の引張り強さTsの80％の値で代用します。通常金属材料ではせん断抵抗は概ね引張り強度の60～80％に相当するので、最大域である80％を代用値として使ってもとりあえず問題ないであろうという事です。