複合金型スタンピング：定義、公差、および使用時期
複合金型とは、1つのプレスストロークで、1つのステーション内においてブランキングとピアシングなど複数の加工を同時に行うプレス金型です。部品に高い平面度、精密な穴とエッジ間の位置関係が要求され、かつ生産量が10,000個から1,000,000個の範囲であり、順送金型のコストが正当化できない場合に、複合金型の使用を検討すべきです。
複合金型の基本原理
複合金型では、ダイプレートにブランキングパンチとピアシングパンチの両方が組み込まれています。ストリップ材が金型に送り込まれ、プレスの1回の下向きストローク中に、ストリップからブランクが打ち抜かれると同時に、内部の穴がピアシングされます。順送金型との決定的な違いは、すべての切断動作が単一のステーションと単一のストロークで行われ、加工間にストリップを移動させないことです。
材料は、加工全体を通してストリッパープレートによって平坦に保持されます。この設計により、切断力が両方向から釣り合うため、ブランクは完全に平坦に保たれます。厚さ0.1 mmから6.0 mmの部品の場合、複合金型は長さ50 mmあたり0.02 mm以内の平面度を維持します。これは、ストリップの移動によって曲げが生じる可能性がある順送スタンピングよりも優れています。
金型の構成部品には、上型シュー、下型シュー、ブランキングパンチ、ピアシングパンチ、ダイボタン、ストリッパープレート、パイロットピンがあります。切断クリアランスは、軟鋼の場合、通常、材料厚さの片側あたり4%から8%、ステンレス鋼の場合、6%から10%の範囲です。厚さ1.5 mmのSPCC鋼の場合、推奨クリアランスは片側あたり0.06 mmから0.12 mmです。
重要な比較：複合金型 vs 順送金型 vs 順送個抜き金型
金型タイプの選択には、部品形状、公差要件、生産量の分析が必要です。以下の表は、2004年から2025年までのBQUQの生産データに基づく直接的な工学的比較を示しています。
| パラメータ | 複合金型 | 順送金型 | 順送個抜き金型 |
| 公差（穴とエッジ間） | ±0.01 mm | ±0.05 mm | ±0.10 mm |
| 達成可能な平面度 | 50 mmあたり0.02 mm | 50 mmあたり0.05 mm | 50 mmあたり0.10 mm |
| 生産速度 | 40〜80ストローク/分 | 200〜600ストローク/分 | 20〜40ストローク/分 |
| 金型コスト（USD） | 3,000〜15,000 | 8,000〜40,000 | 1,500〜6,000 |
| リードタイム（週） | 3〜5 | 6〜10 | 2〜4 |
| 適正生産量 | 1万〜100万個 | 10万〜1000万個 | 1千〜10万個 |
| 材料利用率 | 45〜60% | 60〜75% | 40〜55% |
| 部品サイズ制限 | 200 mm x 200 mm | 300 mm x 300 mm | 500 mm x 500 mm |
複合金型は、中量生産において最良の公差対コスト比を提供します。その主な制限は部品サイズです。これは、ブランキングパンチをピアシングパンチの内側に取り付ける必要があるためです。この入れ子構造により、最大部品サイズはおおよそ200 mm x 200 mmに制限されます。より大きな部品の場合、金型が重くなりすぎ、必要なプレス能力が指数関数的に増加します。
材料選定と金型寿命データ
材料の選択は、金型寿命と達成可能な公差に直接影響します。100,000個を超える生産ロットの場合、工具鋼の選択が重要になります。BQUQは、複合金型の構成部品に以下の材料を使用しています。
ブランキングパンチには、TiCNコーティングを施し、58〜62 HRCに硬化させたD2工具鋼を使用します。この組み合わせにより、厚さ2.0 mmまでの軟鋼に対して、再研削までのストローク数は500,000〜800,000回となります。直径3.0 mm未満のピアシングパンチには、座屈に抵抗するため、62〜64 HRCのM2高速度鋼を指定しています。
ダイボタンの材料は、被加工材によって異なります。アルミニウム合金（5052、6061）には、56〜58 HRCのA2工具鋼を使用します。ステンレス鋼（304、316）には、88〜92 HRAの硬度を持つ超硬インサートを使用します。超硬ダイボタンは、D2鋼と比較して金型寿命を5〜10倍延長しますが、金型コストは30〜40%増加します。
ストリッパースプリングは、安定した性能のために重要です。当社は、最低150,000サイクル定格の窒素ガススプリングを使用しています。確実な部品排出を保証するには、ストリッピング力は切断力の10〜15%である必要があります。厚さ2.0 mmのSPCCで直径50 mmのブランクの場合、切断力は約45トンとなり、5〜7トンのストリッピング力が必要です。
実際の適用例と公差データ
複合金型は、高い同心度が要求される部品の製造に優れています。典型的な用途は、小型DCモーター用のモーターラミネーションです。これらの部品には、外径公差±0.01 mm、中心穴公差±0.005 mm、同心度0.015 mm未満が要求されます。複合金型は、ブランクと穴が静止したストリップから同時に切断されるため、これを確実に達成できます。
もう一つの一般的な用途は、ワッシャーの製造です。外径20.0 mm、内径8.2 mmの平ワッシャーの場合、複合金型は毎分60個を生産し、バリ高さは0.03 mm未満です。バリの方向は常に同じ側になり、必要に応じて後工程のバリ取りが簡素化されます。
ヒートシンク製造では、ベースプレートのブランキング工程に複合金型が使用されます。厚さ3.0 mmのアルミニウム6061-T6製の80 mm x 80 mmヒートシンクベースの場合、複合金型は全面にわたって0.05 mmの平面度を達成します。この平面度は、熱伝導シートの適用やその後の機械加工に不可欠です。
スタンピング中の最高温度は重要なパラメータです。毎分60ストロークを超える高速スタンピングでは、金型表面温度が120〜150°Cに達する可能性があります。この温度は潤滑剤の性能に影響を与え、アルミニウム部品にカジリを引き起こす可能性があります。鋼には塩素化パラフィン系潤滑剤を、アルミニウムには低粘度の鉱油を推奨し、金型温度を100°C未満に維持します。
コスト分析と損益分岐点の計算
複合金型を使用するか順送金型を使用するかの決定は、損益分岐点生産量に依存します。4つの穴と単純な輪郭を持つ一般的な部品の場合、コスト計算は以下のようになります。
複合金型の金型コスト：8,000 USD。100,000個時の単価：1個あたり0.35 USD。順送金型の金型コスト：22,000 USD。100,000個時の単価：1個あたり0.28 USD。金型コストの差は14,000 USDです。1個あたりのコスト削減額は0.07 USDです。損益分岐点生産量は、14,000を0.07で割った値、つまり200,000個となります。
200,000個未満の場合、複合金型の方が経済的です。200,000個を超える場合、順送金型が費用対効果に優れます。ただし、この計算は、部品形状が両方の金型タイプに適合していることを前提としています。部品に0.03 mm未満の平面度公差または±0.02 mm未満の穴とエッジ間公差が要求される場合、生産量に関係なく複合金型が唯一の実行可能な選択肢となります。
二次加工は複合金型のコストを増加させます。タッピング、ザグリ加工、曲げ加工が必要な場合、これらの工程は別途実行する必要があります。各二次加工は、1個あたり0.05〜0.15 USDのコストを追加し、リードタイムを2〜5日延長します。順送金型は、これらの工程をより低い1個あたりコストで統合できますが、金型コストは大幅に高くなります。
金型選定に関する実践的な推奨事項
最大寸法が150 mm未満、厚さが0.5 mmから4.0 mmの部品の場合、平面度が重要であるならば複合金型を選択してください。同時切断動作により、順送金型で歪みを引き起こすストリップ曲げ力が排除されます。
±0.02 mm未満の穴とエッジ間公差が要求される部品には、常に複合金型を使用してください。切断中のストリップが静止しているため、穴の位置は金型の形状のみによって決定され、ストリップの送り精度には依存しません。順送金型には、ピッチとパイロットシステムに応じて、±0.03 mmから±0.05 mmの固有の送り誤差があります。
生産量が10,000個未満の場合は、ワイヤーカットによる順送個抜き金型を検討してください。金型コストの50〜60%削減は、生産速度の低下を上回ります。生産量が1,000,000個を超える場合は、順送金型またはトランスファー金型を評価してください。複合金型の単一ステーション設計は速度を制限し、大量生産におけるボトルネックを生み出します。
複合金型スタンピング用に部品を設計する際は、穴とエッジ間の最小ウェブ厚さを材料厚さの2倍に維持してください。厚さ1.0 mmの鋼の場合、最小距離は2.0 mmです。この値を下回ると、パンチが破損したり、ブランクが裂けたりする可能性があります。また、図面にバリ方向を指定してください。複合金型はパンチ側、通常は部品の下面側にバリを生成します。
結論と工学的要約
複合金型は、厳しい公差と高い平面度を必要とする平面部品の中量生産に最適な選択肢です。単一ストローク動作は、順送金型と比較して優れた寸法精度を提供し、金型コストは40〜60%低くなります。主なトレードオフは、生産速度の低下と、最大部品サイズが約200 mm x 200 mmに制限されることです。厚さ0.1 mmから6.0 mm、生産量10,000個から1,000,000個の範囲の部品において、複合金型は精度、コスト、リードタイムの最良の組み合わせを提供します。BQUQは2004年以来、5,000以上の複合金型を製造し、自動車、エレクトロニクス、家電業界の顧客にサービスを提供してきました。お客様の特定の部品形状については、実現可能性分析のために図面を提出されることをお勧めします。当社のエンジニアリングチームは、金型コスト、部品単価、納期を含む詳細な見積もりを12時間以内に提供します。sc@bquq.comまたはWhatsApp +86 13713157787までお問い合わせください。その他のケーススタディや技術リソースについては、www.bquq.comをご覧ください。
