スタンピングプレストン数解説：計算式、算出方法、実データ
スタンピングプレスのトン数とは、プレスが1ストロークで板金を成形、切断、または絞り加工する際に加えることができる最大力であり、米トンまたはメートルトンで測定されます。必要なトン数は、切断の場合、以下の計算式で算出します：トン数 =（材料のせん断強度 × 切断エッジ長さ × 材料厚さ）÷ 2000。曲げ加工や絞り加工の場合は、さらに20〜30%を加算します。適切なトン数を選択することで、プレスの過負荷、金型の損傷、部品の不良を防ぐことができ、金属スタンピングのプロセス設計において最も重要なパラメータとなります。
生産においてトン数精度が重要な理由
不正確なトン数でスタンピング加工を行うと、金銭的および安全上のリスクが発生します。200トンプレスを定格の95%で稼働させると、クラッチ、ブレーキ、フレームの摩耗が加速し、70〜80%の稼働率と比較して使用寿命が最大40%短縮されます。逆に、80トンしか必要としない加工に300トンプレスを使用するとエネルギーを浪費します。300トンのメカニカルプレスはフルストロークで毎時約35kWhを消費しますが、同じサイクルを行う110トンプレスは18kWhです。
BQUQの東莞工場では、プレス能力の60%未満で稼働する金型は、振動が増加し、部品の寸法安定性が低下することを確認しています。特に±0.05mm以下の厳しい公差の場合に顕著です。最適な稼働範囲は、メカニカルプレスの場合、定格トン数の60%〜85%、油圧プレスの場合、50%〜90%です。油圧プレスは過負荷条件により耐えることができます。
完全なトン数計算式
スタンピング加工の基本的なトン数計算は、いくつかの材料および形状変数を組み合わせます。ブランキングとピアシングの場合、計算式は以下の通りです：
F =（L × t × S）÷ 2000
ここで、Fは力（米トン）、Lは全せん断長さ（インチ）、tは材料厚さ（インチ）、Sは材料のせん断強度（psi）です。メートル法での計算は、F（kN）= L（mm）× t（mm）× S（N/mm²）÷ 1000 を使用し、9.8で割ってトンに換算します。
曲げ加工の場合、計算式は次のように調整されます：
F =（0.33 × L × t² × UTS）÷（W × 2000）
ここで、UTSは極限引張強度（psi）、Wはダイの開口幅（インチ）です。これは、力がより小さな領域に集中するV曲げ形状を考慮しています。
絞り加工には最も複雑な計算が必要です：
F = π × D × t × UTS ×（D/d - 0.7）÷ 2000
ここで、Dはブランク直径、dはパンチ直径であり、比（D/d）は絞り比を表します。絞り比が2.0を超える場合、通常は複数工程またはより大きなプレスが必要です。
一般的な材料の実用的トン数データ
以下の表は、BQUQでの一般的なスタンピングシナリオにおける計算上のトン数要件を示しています。値は、鋭利なダイ、片側10%のクリアランス、標準的な潤滑剤を前提としています。200SPMを超える高速スタンピングの場合は、動的負荷のため15%の安全率を加えてください。
| 材料 | 厚さ mm | 加工 | せん断/UTS MPa | 100mm長さあたりの必要トン数 | 推奨プレス能力 |
| SPCC冷間圧延鋼 | 1.0 | ブランキング | 310 せん断 | 3.1トン | 5トン |
| SPCC冷間圧延鋼 | 2.0 | ブランキング | 310 せん断 | 6.2トン | 10トン |
| SUS304ステンレス鋼 | 1.5 | ピアシング | 520 せん断 | 7.8トン | 12トン |
| AL5052アルミニウム | 2.0 | ブランキング | 190 せん断 | 3.8トン | 6トン |
| C1100銅 | 1.0 | ブランキング | 200 せん断 | 2.0トン | 4トン |
| SPCC冷間圧延鋼 | 1.5 | V曲げ | 390 UTS | 4.9トン | 8トン |
| SPCC冷間圧延鋼 | 1.0 | 絞り比1.8 | 390 UTS | 8.8トン | 15トン |
| SUS304ステンレス鋼 | 2.0 | V曲げ | 620 UTS | 12.4トン | 20トン |
これらの数値は、100mmの切断または曲げ長さを前提としています。2.0mmのSPCCで全切断長さが500mmの部品の場合、必要トン数は31トンとなり、40トンプレスが最小の安全な選択肢となります。
プレス選定：メカニカル vs 油圧のトン数カーブ
メカニカルプレスは、ストロークの最下部、通常は下死点の手前6〜12mmでのみ最大トン数を発揮します。そのため、破断の瞬間に力のピークが発生するブランキングやピアシングに最適です。110トンのメカニカルプレスは、下死点から25mm上では約70トンまで使用可能トン数が低下します。
油圧プレスは、ストローク全長にわたって定格トン数を提供するため、50〜100mmの移動にわたって力を維持する必要がある深絞り加工に優れています。100トンの油圧プレスは、ストロークのどの位置でも100トンを発揮できますが、サイクル速度は同等のトン数のメカニカルプレスより30〜50%遅くなります。
年間10万個以上の大量生産には、200〜400SPMの能力を持つメカニカルプレスが好まれます。年間1万個未満の少量多品種生産には、油圧プレスがサイクルタイムは遅いものの、段取りが速く工具コストが低くなります。サーボプレスは両方の利点を兼ね備えていますが、同等のメカニカルプレスより40〜60%高価で、110トンのサーボプレスで8万ドル、400トンのユニットで25万ドルの価格帯です。
金型損傷を引き起こすトン数計算の落とし穴
トン数の過小評価と金型の早期破損につながる5つの一般的なエラーがあります。第一に、ストリッピング力を無視することです。これは切断力の計算に10〜15%加算する必要があり、これを無視するとパンチが破損します。第二に、切断加工でせん断強度の代わりに引張強度を使用すると、必要トン数を最大40%過大評価し、不必要なプレス過大設計につながります。第三に、曲げ加工における材料のスプリングバックを考慮しないことです。材料を2〜3度過度に曲げる必要がある場合、力が5〜8%増加します。
第四に、切断力に対する金型摩耗の影響を無視することです。ダイのエッジが0.01mmから0.05mmの半径に鈍ると、必要トン数は20〜30%増加します。第五に、絞り加工の投影面積の計算ミスです。ブランクホルダーのトン数を決定するのはパンチ面積ではなくフランジ面積であり、通常、総絞り力の30〜40%が必要です。
温度もトン数計算に影響します。摂氏100度では、ほとんどの鋼材のせん断強度が10〜15%低下し、必要トン数を減らすことができます。しかし、300SPMを超える高速スタンピングは局所的な熱を発生させ、ダイ材料を軟化させる可能性があるため、BQUQはプログレッシブダイに貫通冷却チャンネルを使用してダイ温度を摂氏80度以下に維持することを推奨しています。
トン数検証の実践的推奨事項
新しいスタンピング加工にプレスを採用する前に、以下の検証手順に従ってください。第一に、上記の計算式を使用して理論トン数を計算します。第二に、材料厚さのばらつき（ASTM規格では通常±5%）を考慮して、切断加工には1.2、絞り加工には1.3の安全率を適用します。第三に、プレスのトン数カーブ出力を検証します。メカニカルプレスは下死点から6mm上で定格されるため、加工ストローク位置が定格と一致することを確認します。
第四に、初回品製作時にプレスにトン数モニターを設置します。ダイ内のロードセルまたはプレスフレームのひずみゲージがリアルタイムの力データを提供します。BQUQでは、連続20ストロークのピークトン数を測定し、計算値と比較します。10%を超える偏差は、不正確なダイセットアップまたは材料特性のばらつきを示します。第五に、各工具と材料の組み合わせについて測定トン数を文書化し、将来の見積もり精度を向上させる内部データベースを構築します。
複数ステーションのプログレッシブダイの場合、各ステーションのトン数を個別に計算し、合計します。コネクタ端子用の一般的な16ステーションのプログレッシブダイは、総切断力250kN、成形用80kN、ストリッピング用40kNで、合計370kN（約42トン）です。プレス選定では、75%の稼働範囲内に収めるために55トンのメカニカルプレスが必要です。
エンジニア向けFAQ形式のトン数ヒント
生産スタンピングではどのくらいの安全率を加えるべきですか？ 計算トン数に対して最低20%の安全率を使用してください。200SPMを超える高速スタンピングや、厚さ公差が±5%を超える材料の場合は、30%に増やしてください。これにより、プレスを過大設計することなく、動的負荷、金型摩耗、材料特性のばらつきを考慮できます。
定格トン数の100%でプレスを使用できますか？ いいえ。定格トン数の100%で稼働すると、フレームの即時たわみ、ベアリングの過熱、クラッチの滑りが発生します。最大持続稼働は、メカニカルプレスで85%、油圧プレスで90%を超えないようにしてください。これらの限界を超えると、ほとんどのプレスの保証が無効になり、オペレーターの安全上の危険が生じます。
定格トン数と使用トン数の違いは何ですか？ 定格トン数は、プレスの指定されたストローク位置（メカニカルプレスの場合、通常は下死点から6mm上）での最大力です。使用トン数は、実際のダイの加工高さで利用可能な力です。下死点から20mm上で加工する110トンプレスの場合、使用トン数は約60トンに低下します。特定のダイの型締め高さに対する使用トン数を必ず確認してください。
結論とエンジニアリングサマリー
スタンピングプレスのトン数は静的な仕様ではなく、材料特性、形状、加工タイプ、プレス特性に依存する動的な計算です。切断の基本式——力 = せん断長さ × 厚さ × せん断強度 ÷ 2000——は信頼性の高い基準を提供し、曲げや絞りには加工固有の調整が必要です。実データによると、1.0mmのSPCCブランキング加工は切断長さ100mmあたり3.1トン、2.0mmのステンレス鋼曲げは100mmあたり12.4トンが必要です。
定格能力の60%〜85%で稼働するプレスを選択することで、金型の長寿命化、寸法精度、エネルギー効率が確保されます。計算に20〜30%の安全率を追加し、初回品製作時にトンネージモニターで検証し、時間の経過による金型摩耗を考慮することで、最も一般的なトン数関連の故障を防ぐことができます。年間10万個以上の生産量では、メカニカルプレスが速度面で有利です。それ以下の場合は、油圧プレスが柔軟性を提供します。サーボプレスは両方の利点を兼ね備えていますが、価格は高くなります。
BQUQでは、CNC加工、金属スタンピング、スプリング、ヒートシンクにわたる20年のスタンピング経験により、何千もの生産ランを通じてこれらの計算を洗練してきました。当社はこれらのトン数原則を日々適用し、±0.02mmまでの公差の部品を提供しています。スタンピングプレスの選定、金型設計、または特定のアプリケーションのトン数検証についてサポートが必要な場合は、当社のエンジニアリングチームが無料の技術相談と新規プロジェクトの12時間以内の見積もりを提供します。Email: sc@bquq.com、WhatsApp: +86 13713157787、またはwww.bquq.comにアクセスして、スタンピング要件についてご相談ください。
