複合金型スタンピング：定義、公差、および使用すべきケース
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やピアシングなどの複数の加工を同時に行う打ち抜き工具です。複合金型は、部品に高い平面度、厳しい穴とエッジの位置関係が要求され、生産量が10,000個から1,000,000個の場合に使用すべきです。この場合、より高い金型コストは、より速いサイクルタイムと二次加工の削減によって相殺されます。
複合金型の仕組みと主な利点
複合金型では、ブランキングパンチとピアシングパンチが同じダイプレートに取り付けられていますが、ストリッパーに対しては互いに逆方向に作用します。金型は、パンチの外縁が外形をブランキングし、内側のパンチが同時に穴をピアシングするように設計されています。すべての加工が1ストロークで行われるため、ワークは再配置されることがなく、累積的な位置決め誤差が排除されます。
この設計により、2つの重要な工学的利点がもたらされます。第一に、材料が加工中ずっとストリッパープレートによって平坦に保持されるため、完成部品の平面度が優れています。第二に、外形と内側の穴の同心度が±0.01 mm以内に維持されます。これは、薄い材料ではプログレッシブ金型では達成が困難です。例えば、厚さ0.5 mmのステンレス鋼シムは、複合金型を使用して、直径50 mmにわたって全体の平面度0.03 mmを維持してブランキングおよびピアシングできますが、プログレッシブ金型では通常0.08 mmの平面度しか得られません。
複合金型 vs プログレッシブ金型 vs 単工程金型
金型タイプの選択は、部品の形状、公差要件、生産量によって決まります。単工程金型は1ストロークで1つの加工を行い、複合金型は1つのステーションで1ストロークにつき複数の加工を行い、プログレッシブ金型はストリップが送られるにつれて複数のステーションで複数の加工を行います。以下の表は、BQUQの生産実績に基づく代表的な工場データに基づく直接比較です。
| パラメータ | 複合金型 | プログレッシブ金型 | 単工程金型 |
| 金型コスト (USD) | 4,500 - 12,000 | 8,000 - 30,000 | 1,500 - 4,000 |
| 金型リードタイム | 3 - 5週間 | 6 - 10週間 | 2 - 3週間 |
| 公差 (穴とエッジの距離) | ±0.01 mm | ±0.03 mm | ±0.05 mm |
| 平面度 (0.5 mm材料) | 最大0.03 mm | 最大0.08 mm | 最大0.10 mm |
| サイクルレート (ストローク/分) | 120 - 200 | 400 - 800 | 60 - 120 |
| 部品コスト (1000個あたり USD) | 45 - 90 | 35 - 70 | 80 - 140 |
| スクラップ率 | 15 - 25% | 10 - 15% | 30 - 40% |
| 最適な生産量範囲 | 1万 - 100万個 | 10万 - 1000万個 | 5,000個未満 |
サイクルレートの違いは顕著です。複合金型は、プレスが1回の打ち抜きで全ブランキング力を処理する必要があるため、毎分120〜200ストロークで稼働します。プログレッシブ金型は、各ステーションが加工の一部のみを行うため、毎分400〜800ストロークを達成します。しかし、複合金型の利点は、二次加工を排除できることにあります。皿穴とブランキングされた外形を必要とする部品の場合、複合金型は0.5秒で完成部品を生産しますが、プログレッシブ金型はストリップ送りを含めて0.8秒かかり、さらに別途バリ取り加工が必要です。
公差と表面仕上げ能力
複合金型は、穴と穴の間、穴とエッジの間の寸法が重要な用途に優れています。パンチとダイはセットで研磨されているため、達成可能な位置公差は、厚さ3.0 mmまでの材料に対して、穴中心で±0.01 mm、穴とエッジの距離で±0.015 mmです。より厚い材料（最大6.0 mm）の場合、より高いブランキング力によるダイプレートのたわみが増加するため、公差は±0.02 mmに緩和されます。
剪断面の品質ももう一つの差別化要因です。複合金型は、ブランキング加工中に材料が両側で完全に支持されるため、ブランキングされたエッジに材料厚さの60〜80%のダレ面（バニッシュゾーン）を生成します。一方、プログレッシブ金型では40〜50%です。例えば、厚さ2.0 mmの軟鋼部品の場合、複合金型では1.4 mmのダレ面が得られますが、プログレッシブ金型ではわずか1.0 mmです。残りの部分は破断面であり、表面が粗くなります。バルブプレートやシムなど、シール面を必要とする用途では、この高いダレ面比率が直接性能を向上させます。
材料適合性と厚さの限界
複合金型はほとんどの打ち抜き材料に適していますが、厚さの範囲はプレス能力と金型構造によって制限されます。複合金型の実用的な厚さの範囲は0.1 mmから6.0 mmです。0.1 mm未満では、材料はきれいにせん断される代わりに、パンチとダイの間で折れ曲がる傾向があります。6.0 mmを超えると、ブランキング力が過大になり、金型部品が割れる危険性があります。例えば、直径50 mmの厚さ6.0 mmのステンレス鋼304プレートをブランキングするには、約120トンの力が必要であり、頑丈なダイセットとより大きなプレスフレームが必要です。
一般的に加工される材料には、冷間圧延鋼（SPCC、DC01）、ステンレス鋼（304、316）、アルミニウム合金（5052、6061）、真鍮（H62）、銅（C1100）などがあります。アルミニウムと銅の場合、せん断強度が低いため、複合金型はより高速で稼働できます。厚さ1.0 mmのアルミニウム5052部品は毎分180ストロークでブランキングできますが、同じ形状のステンレス鋼304では、金型の摩耗を減らすために毎分120ストロークで稼働します。
コスト内訳と経済的正当性
複合金型の金型コストは単工程金型よりも高いですが、プログレッシブ金型よりも低くなります。直径30 mmのワッシャー（中心穴10 mm）を生産するための一般的な複合金型のコスト内訳は以下の通りです。設計・エンジニアリングが1,200 USD、ダイプレートの機械加工・研磨が2,800 USD、パンチおよびダイインサートの製造が1,500 USD、ストリッパーおよびガイド部品が800 USD、組立およびトライアルが1,200 USDで、合計7,500 USDとなります。トライアル工程では通常、寸法を検証しダイクリアランスを調整するために500〜800回のテストストロークが必要です。
単工程金型との比較における経済的損益分岐点は、約8,000個です。8,000個の時点で、複合金型の高い金型コストは、人件費と取り扱いの削減によって回収されます。8,000個未満の場合、2つの別々の工程を持つ単工程金型の方が経済的です。プログレッシブ金型と比較すると、複合金型は100万個まで経済的です。100万個を超えると、プログレッシブ金型のより高いサイクルレートとより低い部品単価が支配的になります。
設計エンジニアのための実践的な推奨事項
複合金型打ち抜き用に部品を設計する際は、以下のガイドラインに従ってコストを最小限に抑え、品質を最大化してください。第一に、最小穴径は材料厚さの1.2倍以上に保ってください。例えば、厚さ0.5 mmの部品には、最小穴径0.6 mmが必要です。より小さい穴はパンチ破損のリスクがあり、頻繁な再研磨が必要になります。第二に、穴のエッジとブランキングされたエッジの間の最小距離は、材料厚さの1.5倍以上に保ってください。これにより、ブランキング加工中に2つのエッジ間の金属が裂けるのを防ぎます。
第三に、ブランキングされた外形の鋭い内側コーナーは避けてください。最小コーナー半径は材料厚さの0.5倍を指定してください。鋭いコーナーは金型に応力集中を生み出し、工具寿命を縮めます。第四に、曲げ加工のための材料の圧延方向を考慮してください。ブランキング後に曲げ加工が必要な場合、割れを防ぐために、曲げ線は圧延方向に対して垂直にする必要があります。第五に、鉄系材料では片側あたり材料厚さの5〜8%、非鉄材料では3〜5%のダイクリアランスを要求してください。このクリアランスは剪断面の品質とバリの高さに影響します。
複合金型の使用に関するよくある質問
質問：複合金型で曲げやフォームを持つ部品を生産できますか？いいえ、複合金型は平坦なブランキングおよびピアシング加工に限定されます。部品に曲げが必要な場合は、別の金型でのフォーミング加工、または曲げステーションを持つプログレッシブ金型が必要です。
質問：複合金型の一般的な工具寿命はどのくらいですか？軟鋼の場合、再研磨が必要になるまでの工具寿命は200,000〜500,000ストロークです。ステンレス鋼の場合、寿命は80,000〜150,000ストロークに短縮されます。パンチ材質は通常、58〜62 HRCに硬化されたD2工具鋼です。
質問：部品が複合金型には大きすぎるかどうかはどうやって判断しますか？最大ブランキング面積はプレス能力によって制限されます。標準的な複合金型は最大150トンのブランキング力を処理でき、これは厚さ2.0 mmの軟鋼で約150平方センチメートルの最大ブランキング面積に相当します。より大きな部品には、プログレッシブ金型またはトランスファー金型が必要です。
質問：複合金型はバリを発生させますか？はい、複合金型はブランキングされたエッジにバリを発生させますが、厚さ2.0 mmまでの材料の場合、バリの高さは通常0.02〜0.05 mmです。バリのないエッジが必要な用途では、二次的なバリ取り加工を指定するか、シェービングエッジ金型設計を要求してください。これにより金型コストが15〜20%増加します。
まとめとスタンピングプロジェクトの次のステップ
複合金型は、部品に高い平面度、厳しい穴とエッジの公差、そして10,000個から1,000,000個の生産量が要求される場合に最適な選択肢です。複数の加工を必要とする平坦な部品に対して、金型コスト、サイクルタイム、部品品質の最良のバランスを提供します。曲げを伴う部品や100万個を超える非常に高い生産量の場合は、プログレッシブ金型がより適切です。8,000個未満の低生産量の場合は、単工程金型の方が費用対効果が高くなります。この記事のデータに照らして部品形状と公差要件を評価し、適切な決定を下してください。
BQUQは、中国東莞で20年以上にわたり複合金型を製造し、自動車、エレクトロニクス、家電業界のクライアントにサービスを提供しています。当社のエンジニアリングチームは、複合金型プロジェクトに対して12時間以内の見積もりサービスを提供しています。部品図面をsc@bquq.comに送信するか、WhatsApp +86 13713157787 までご連絡いただければ、詳細な実現可能性分析とコスト見積もりを受け取れます。www.bquq.com で当社のスタンピング能力と品質認証をご確認ください。
