この記事は、部品に使う板材を選んだ後、その材質に合わせて金型と工程をどう変えるかを扱います。パンチやダイ自体の工具鋼選びは別の検討事項です。「ステンレス」「アルミ」という材料群だけでは条件が足りません。焼なまし材と半硬質材の304、または調質状態の異なるアルミ板では、試すべき条件が変わり得ます。[5][7]

比較の順序は、板材の特性と納入状態 → 起こり得る不具合 → 調整する金型要素 → 測定する結果です。表は設計審査の手掛かりであり、共通の設定値を示すものではありません。

二つの金型設計を比較する前に何を確定する？

材種と規格、納入時の調質・強度状態、公称板厚と実測板厚、表面・めっき、圧延方向、予定工程を記録します。後で伸ばす・曲げる切断端面、外観面や電気接点、金型から取り出した後に測る寸法も明示します。予定数量と保守間隔も設計上重要ですが、それだけでクリアランスは決まりません。[1][2][5][7]

二つの板材を比較するときは、部品形状と合否基準をそろえます。板厚や必要強度も変わるなら、過去のトライ結果を流用する前にプレス荷重を再計算し、ストリッパー、ガイド、支持構造、金型のたわみを確認します。WorldAutoSteelは、板材の強度・厚さ・表面と工具表面・潤滑が組み合わさって摩耗に影響すると説明しています。[1]

材料別：最初に見直す金型設計の項目

以下は冷間プレスの設計審査で最初に確認する項目です。材種、調質、板厚、工程によって、材料群からの大まかな予想は変わります。例えば高強度のアルミ材を焼なましアルミと同じ成形性で扱うことはできません。[7]

板材ごとの金型検討項目とトライで確認する結果
板材と想定されるリスク見直す金型・工程条件代表材での確認事項
軟鋼・深絞り用鋼：比較の基準にはなるが、めっきや絞り性は異なる実際の材種・表面に合わせて切断クリアランス、絞り半径、しわ押さえ力を設定する。従来の条件を使うのは新しい板材も条件に合う場合だけ。[1][4]穴とブランクの切断端面、フランジからの流入、しわ、離型後の形状
高強度鋼（AHSS）：荷重、スプリングバック、切断端面の割れに注意パンチとダイの支持、クリアランス、端面処理、曲げ半径、補正量を検討する。伸びフランジの良否をバリ高さだけで判定しない。[1][2][3]成形後の端面割れ、スプリングバック分布、摩耗とプレス荷重の履歴
オーステナイト系ステンレス：加工硬化、凝着、スプリングバックは材種と状態に依存工具接触面、潤滑、せん断端面、曲げ荷重、トライ時の過曲げを確認し、炭素鋼の条件をそのまま移さない。[5]かじり・凝着、端面割れ、取り出し後の曲げ角度と表面
アルミ圧延板：流動、耳、スプリングバックは合金・調質・圧延方向で変わる指定材でパンチとダイの半径、しわ押さえ力、ブランクの向き、表面と潤滑の組み合わせを試す。[6][7]耳の形、減肉、しわ、表面傷、取り出し後の形状
接点・ばね用銅合金条材：機能は合金と納入状態に依存接触面とバリの向きを明示する。「銅」一般の設定ではなく指定条材で微細部と成形後のばね形状を試す。[9]接触面、バリ、はめ合い、取り出し後のばね形状

この表は五つの材料群を加工しやすさで順位付けするものではありません。アルミの半径に関する研究対象はAA1050とAA1100の円筒カップで、ステンレスの手引きも焼なまし材と冷間加工材を区別しています。いずれも全材種に共通する半径や荷重は示していません。[5][6]

穴抜きと打抜き：同じクリアランスが使えない理由

穴抜きの片側クリアランスは、パンチとダイの刃先の片側での距離です。丸穴では c＝（ダイ穴径－パンチ径）÷2。パンチ径10.00 mm、ダイ穴径10.12 mmなら c＝片側0.06 mmで、板厚1.00 mmの6%です。これは寸法関係の例であり、どの材料にも推奨する値ではありません。実際の値は端面品質、工具荷重、摩耗、次工程を見て試験します。[2][8]

後で穴を広げたりフランジを成形したりする端面は、バリの確認だけでは不十分です。WorldAutoSteelによると、機械的な切断で端面は加工硬化し損傷します。一部のAHSSでは、部品全体の成形限界から予測できる前に局所的な端面割れが起こり得ます。量産を想定した切断条件で、切断面の各領域、バリの向き、後工程の割れを比較します。[2]

公表された順送金型の穴抜き研究では、板厚1.6 mmの無めっき高強度鋼、DC53パンチ、特定の被膜、傾斜した板材を用いました。片側クリアランスを板厚の3%から6%に変えると、その条件で凝着を寿命判定としたパンチ寿命が改善しました。研究では板材強度も変えており、これらの値を一般的な推奨値にはできません。[8]

ステンレスのせん断端面は加工硬化し、SSINAの手引きはその後の曲げで端面から割れが始まる可能性を示しています。切断端面が曲げ部に入る場合は刃先の状態と端面仕上げを確認します。銅合金の接点では、どちら側のバリが接触や組立に影響するか指定します。[5][9]

曲げ：金型内の角度ではなく取り出した部品で補正する

スプリングバックは、部品を金型から取り出した後の弾性回復です。同じような鋼材の形状では、成形後の流動応力が高いほど通常は大きくなります。そのためAHSSでは、軟鋼とは異なる過曲げ、リストライク、工程順序が必要な場合があります。まず取り出した部品を図面と照合し、金型を修正して再測定します。[3]

ステンレスの材種と冷間加工状態は曲げ荷重とスプリングバックに影響します。焼なましのオーステナイト系板材と半硬質材は同じ条件ではありません。板厚1.0 mmと2.0 mmのクラッドAW-2024を扱った曲げ研究では、クラッド層の割合と解析モデルの選び方が荷重とスプリングバックの予測に影響しました。これは納入材を試す理由であり、他のアルミ合金に使える補正角度ではありません。[5][7]

曲げ半径と曲げ方向は割れとスプリングバックの両面で決めます。小さい半径は条件によって戻りを減らしても、外側の繊維ひずみを増やすことがあります。許容半径は実際の材種・板厚での曲げ試験から判断します。穴抜きやトリミングした端面が引張側にあれば、曲げ後に確認します。[2][5]

絞り：しわや破断を直す前に材料流動を調整する

絞りでは、板材がフランジからダイ肩半径を越えて内側へ流れます。しわ押さえ力とドロービードで流入を抑えますが、弱すぎるとしわ、強すぎると減肉や割れにつながります。半径と潤滑も流動を変えます。WorldAutoSteelの説明は鋼板についてのもので、同じしわ押さえ設定をステンレスやアルミにそのまま使えるわけではありません。[4]

AA1050とAA1100の円筒カップを扱った数値解析では、パンチ角部とダイ肩部の半径を変えると予測される耳の形が変わり、二つの合金の反応も異なりました。著者らは研究対象の板材についてモデルを検証していますが、示された半径は一般的な金型寸法ではありません。耳、壁の減肉、トリム代を確認する際は、実際の圧延方向、ブランク形状、納入時の調質状態を使います。[6]

傷を消すため金型を磨いたり被膜を付けたりする前に、材料の凝着、潤滑不足、過大なしわ押さえ、接触半径の摩耗のどれが原因か確認します。一度に変える条件は一つとし、部品と工具面の両方を見ます。工具母材、仕上げ、被膜、潤滑は組み合わせて評価します。[1][5]

材料変更をどう試作・承認する？

比較に使えるよう、条件を再現できる金型トライを行います。

  1. 部品図、機能面、合否基準を固定し、旧材と新材の材種・状態・板厚・表面処理・圧延方向を記録する。
  2. 工程ごとの変更案を記録する。対象は切断クリアランスと端面、曲げ半径や過曲げ、絞り半径、しわ押さえ力、接触面、潤滑剤。
  3. 量産を代表する板材で試し、離型後の寸法、端面とバリの向き、後工程の割れ、しわ、減肉、傷、必要なら接点やばねの機能を確認する。
  4. トライ中のパンチ・ダイの状態と良品数を記録する。量産承認前に結果の差が板材と工具のどちらの変更によるものか切り分ける。[1][2][8]

図面、スケッチ、部品写真から相談できます。分かっている材料と部品の機能を書き、未確定の材種、調質、数量、工程には「要確認」と記してください。金型担当者がその材料に合った試作条件を検討できます。