プレス金型設計について

単発型

単発型は、1台で1つの工程を手作業で行う最もシンプルなプレス金型です。単発型のメリットは、比較的安価に製作できるのに加え、初期投資のコストが抑えられる点です。また、オペレーターの手によって微調整が可能であるため、大型製品の少量ロット生産や試作に適しています。一方、単発型は人手が必要なことから生産性が低いのが難点です。したがって生産性の向上を図るとともにオペレーターの熟練度によるばらつきを抑えるために、複数台のプレス機械をタンデムラインに並べて自動化する「タンデム加工」が行われる場合もあります。

順送り型

順送り型（順送型）とは、1つのプレス金型で曲げ加工やせん断、絞り加工など複数の加工が行えるもので、プログレッシブ（プログレ、PRG）とも呼ばれます。工作物をプレス加工機械にセットした後に、ロール状のコイル材を使用して順次プレス加工を施し、最終的に完成品を作り出す仕組みとなっています。一度にまとめて複数のプレス加工を行えるため、短時間に大量の製品を製造できるのが強みです。生産効率は高い一方、金型が複雑になるため初期費用がかさむ傾向があります。また、ロール材での連続プレス加工になるため、加工物同士が連なった状態になります。加工物同士を繋いでいる部分が材料ロスとなり材料の歩留まりが悪くなる場合もあります。一度製造された金型は、加工パターンや寸法を調整するのが難しいため、設計や要件が変更された場合、金型の修正や再製作が必要となることもあります。

トランスファー型

トランスファー型は、単発型を工程順に並べて連続で加工できる加工方式です。プレス金型は単発型で用いられるものと同様ですが、自動搬送装置を活用することで、加工プロセスの自動化が実現します。トランスファー型は順送型と比べると生産数こそ少ないですが、歩留まりが良いのが強みです。したがって高品質な製品を安定的に生産できるメリットがあります。一方、複数の形状の金型と自動搬送装置が必要となるため、初期コストがかかるほか、設計が難しいのが難点です。また、トランスファープレス用金型を設計する際は、金型を一定ピッチで配置したうえ金型のダイハイトを統一する必要があり、それらの設計ミスをしないことが重要です。

ロボット搬送プレス型

ロボット搬送プレス型は、それぞれの工程が独立している金型を、独立した搬送機構にて同調させることで製品を加工するものです。ワークの保持にはバキューム式とマグネット式があり、順送型に比べ歩留まりが良いといったメリットがあります。

ファインブランキング（打ち抜き）型

ファインブランキング（打ち抜き、打抜き、抜き打ち）型は、一般的なプレス機械では難しい精密なプレスが可能となります。材料の上下を固定することで、静水圧効果を利用して平滑なせん断面を作り出す精密打ち抜き金型です。ファインブランキングの原理は金属に圧力を加えると塑性変形の力が高まる静水圧効果に基づいています。一般的なプレス金型加工では、ダイ（型）の上に加工物を置き、パンチで加圧して加工しますが、その際、ダイとパンチの間に適正な隙間、いわゆるクリアランスが必要となります。これに対して、ファインブランキングはクリアランスを極力なくした上で、上下両方から加圧して加工します。高精度部品を大量に作れるのが強みです。ファインブランキング加工は、複雑形状の成形が可能な上、加工が困難な特殊鋼やステンレス鋼、超合金などの鋼材にも対応できるメリットがあります。

トリミング型

主に樹脂シートを成形したものの不要部分を除去するために使用される金型です。トリミング型は加工工数が少なく加工が出来るのが強みです。加工時間を短縮出来るため、1日の加工数を多く生産できるのがメリットです。さらに高低差のある形状や3次元曲面へのトリミングが可能です。金型でのトリミングのため、繰り返しの精度、生産毎での再現性、金型の耐久性が高いのもメリットです。また、細かい形状のトリミングも可能となるなど、様々な特長があります。

パンチ（雄型）

パンチは後述するダイと対をなすもので、工作物に直接接触する部品です。ポンチや雄型、上型とも呼ばれます。製品の品質を高めるにはパンチとダイの位置関係を正確に保つことが極めて重要です。なお、プレス加工時にパンチが過度にのめり込むのを防ぐ部品がバッキングプレートで、バックアッププレートやバックプレートとも呼ばれます。バッキングプレートはプレスに対しての耐久度が必要なため、熱処理が施されています。

ダイ（die、雌型）

ダイはパンチと対をなす部品で、雌型や下型とも呼ばれます。抜き落とした製品、もしくはスクラップを落とすための穴の役割も果たします。下型全体を保持して下型の剛性を保ったり、下型の高さを調整したりするために使われるのがダイホルダです。

ブランクホルダ

ブランクホルダは鉄やステンレス、銅などの金属板がセットされたダイを押さえつける部品です。パンチで圧力を加えられた金属板は、歪みによりフランジやダイの入口部にシワが生じる場合があります。このシワを防ぐには、金属板をしっかりと押さえつける必要があります。その際、材料を押さえつけるのがブランクホルダです。ブランクホルダで押さえつけられた材料には、パンチによる圧力が正確に伝わり、適切に絞り込まれます。ただし、押さえる力が強すぎると円周方向に縮まない場合もあるので要注意です。加えて容器状の部分に材料が流れ込まないと、製品に割れが発生します。絞り加工が抜き加工や曲げ加工より難しく、豊富なノウハウが必要とされるのは、シワや割れを発生させない最適条件を製品形状や材質、材厚に合わせて設定することが何より重要であるためです。

プリハードン鋼（HPM）

プリハードン鋼（HPM）は、熱処理を施して硬度を調整した材料で、熱処理済みのため高硬度を保ちながらも被削性が高いのが特徴です。加えて、焼き入れや焼き戻し、研磨仕上げが不要かつ追加工程をカットできるのもメリットです。これらのメリットを生かし、納期短縮を図りたい場合や加工コストを削減したい際には、プリハードン鋼が使用される傾向があります。

炭素工具鋼（SK3）

炭素工具鋼（SK3）はプレス金型のほか、たがねやゲージ、刃物、治工具など幅広い用途で用いられる素材です。炭素含有量が多いものほど硬度が高く、プレス型や刻印など靭性が求められる工具には炭素含有量の少ない鋼種が適しています。プリハードン鋼のように、軟鋼板を少量加工する場合にパンチやダイで使用される傾向があります。ただし鋼種によっては、焼き割れなどが起こるため、取り扱いには注意が必要です。なお、炭素工具鋼（SK材）にW（タングステン）、Cr（クロム）、Mo（モリブデン）、V（バナジウム）などを加えたものが合金工具鋼です。

特殊工具鋼（SKS3,sks3）

特殊工具鋼は、特殊鋼のなかでも特に硬い鋼です。したがって特殊工具鋼は耐摩耗性や耐衝撃性に優れます。特殊工具鋼のなかでもSKS3は冷間金型用としてゲージやシャー刃、プレス型、ねじ切ダイスなどの用途で用いられています。

ダイス鋼（SKD11,skd11）

ダイス鋼（SKD11,skd11）は合金工具鋼の一種で、冷間金型向けに製造されており、プレス型や転造ダイス、ホーミングロールなどの用途があります。ダイス鋼は、熱処理を施すことで高硬度となり、安定した寸法を得やすいのが特徴です。また、熱処理やワイヤーカット、放電加工による歪みが生じにくいのも強みです。一般的に、ダイス鋼は小ロット生産や薄板加工、設計変更の可能性がある場合などに採用される傾向があります。

高速度鋼（ハイス鋼、SKH51）

高速度鋼はハイス鋼とも呼ばれており、切削工具などに用いられる鋼です。高速切削を実現するために開発されており、靭性が高く耐摩耗性、耐熱性に優れ、加工も容易といった強みがあります。比較的小さいパンチやダイで靭性を求めるときに使われる機会が増えています。高速度鋼のなかで、モリブデン系に分類される製品は、耐摩耗性と靭性が良好でカッターなどの刃物系の材料のほか、冷間鋳造用金型や冷間圧迫金型、精密金型などの材料に使用されています。一般的に、高速度鋼は大ロット生産や難加工材の加工、中・厚板の加工、コーティング処理との併用などの場合に採用される傾向があります。

超硬合金（V30）

超硬合金はダイヤモンドに次ぐ硬さに金と同等の重量をもつ金属で、強度や弾性、耐摩耗性に優れるほか、高温時の硬度低下も少ないのが特徴です。プレス金型に使われる超硬合金はタングステン・カーバイド（WC）とコバルト（Co）との合金であり、パンチに硬いV30を採用し、ダイには比較的軟らかいV40を採用するなど、使い分ける場合もあります。超硬合金は研削や放電加工も容易に行えることから、耐摩耗性を要する部品に多用されます。

プレス機 200t（アイダ製）

プレス機 150t（アイダ製）2台

プレス機 110t（アマダ製）

プレス機 80t（アマダ製）

プレス機 60t（アマダ製）2台

プレス機 45t（アマダ製）4台

基準穴パンチングプレス 1台

鍛造

プレス金型以外の金属加工方法である鍛造は、金属をハンマーやプレスで叩いたり、圧力を加えたりして鍛えて造る塑性加工の一種です。鍛造ならではのメリットとしては材料の節約ができるほか、材料の組織が密となり、内部欠陥が少ない点があげられます。最終形状に近い形になるので後工程の切削工程を省略できるのに加え、引張り強度や硬さといった機械的性質が向上するのも鍛造の強みです。ほかにも製品形状に合った鍛流線、いわゆるメタルフローが得られるのに加え、同じ形状を大量生産できるなどの強みがあります。

鋳造

プレス金型以外の金属加工方法である鋳造は、鉄やアルミ、銅などの金属を高温で溶かし、液体（溶湯）にしてから、あらかじめ作っておいた鋳型（いがた）に流し込み、冷やし固めて目的の形状の製品、いわゆる鋳物を作る金属成型法となります。鋳造の特長は、複雑な形状や内部に空間（空洞）がある部品も製造できるなど、形状の自由度があります。また、

特にダイカストのように一度型を作れば、同じものを大量に作れる量産性が高いのも特長です。さらに他の加工法に比べて安価に製造できるなど、コストパフォーマンスの高さでも定評があります。

切削加工

プレス金型以外の金属加工方法である切削加工は、金属や樹脂などの材料をバイトやドリルなどの切削工具で削り取ったり、穴を開けたりして目的の形状に作り出す加工成型技術です。切削加工は、大きく分けて旋盤加工（旋削加工とも）、フライス加工、穴あけ加工の3種類があります。旋盤加工は工作物を回転させて削る工作方法で、フライス加工や穴あけ加工は刃物を回転させて削る工作方法です。切削加工は高精度な加工が可能で複雑な形状の加工に対応できる特長があります。また、金属から樹脂まで多様な材料に対応可能なほか、一品から量産まで幅広く生産できます。ほかにも表面粗さを細かく制御できるのに加え、後加工が少なくすぐに使用できるなど、さまざまな強みがあります。

レーザー加工

プレス金型以外の金属加工方法であるレーザー加工は、レーザー光を使って金属やプラスチックなどの材料を切ったり、穴をあけたりする加工方法です。表面に文字や模様を彫る加工も可能です。レーザー光は非常に細く集中するため、微細な加工や複雑な形状の加工が可能で、曲面や傾斜面にも正確に加工できるのが強みです。また、レーザー光はコンピュータ制御で自由に動かすことができるため、様々なパターンやデザインの加工が可能となります。プレスによるせん断加工や穴あけ加工では、切断面にバリやカエリと呼ばれる金属の出っ張りが生じ、研磨などの後処理が必要となりますが、レーザー加工はバリやカエリの発生を抑えられるため、切断面がきれいに仕上がるので後処理が無く、加工時間が少なく済みます。

放電加工

プレス金型以外の金属加工方法である放電加工は、電極と加工物、いわゆるワークの間に電気の火花を連続的に発生させ、その熱エネルギーで金属を溶かし除去する加工方法です。放電加工はワイヤー放電加工と形彫放電加工などの種類があります。放電加工は素材の硬さに関係なく加工できるのに加え、複雑な形状でも高精度に加工できるのが強みです。ほかにも工作物への負担が少なく、切削では難しい形状の加工もできる特長があります。

基準穴パンチングプレス

プレス金型以外の金属加工方法である基準穴パンチングプレスは、高精度な基準穴あけ加工などに用いられる技術です。素材に予め、穴を開けたい位置を表面処理（印刷やエッチング）でマーキングし画像認識でのマーク認識を用いることにより精度の高い穴あけ加工が可能となります。設備は強度と耐久性に優れ、長時間連続稼働にも耐える設計となっており、加工精度を安定して維持します。金属板や樹脂シートなど多様な素材に対応できる柔軟性を備えており、複数点への連続した穴明けにも対応可能です。デザイン（意匠性）を施した素材へ、デザインと加工位置を合わせる基準穴の加工を精度よく行うことで、デザイン性を施した加工品を作製することが可能となります。