コンパウンド金型とは何か、いつ使用すべきか？
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複数の加工を同時に行う打ち抜き金型です。部品に高い平面度、厳しい寸法公差、そして通常5万個以上の大量生産が求められる場合に採用すべきです。このような場合、高額な金型コストは1個あたりのコスト削減によって正当化されます。この金型設計は、厚さ3mm未満で、穴や単純な形状を持つ平面部品に理想的であり、毎分30～80ストロークの生産速度で、±0.025mmの公差を維持できます。
複合金型は順送金型とどう違うのか？
根本的な違いは加工の順序にあります。複合金型は単一のステーションで全ての切断動作を同時に行うため、加工間にストリップ材を送る必要がありません。対照的に、順送金型はストリップ材を複数のステーションに送り、各ステーションでピアシング、トリミング、フォーミングなどの1つ以上の加工を行い、最終ステーションで部品が完成します。複合金型は、加工中ストリップ材がしっかりと固定されているため、高い精度で完全に平坦な部品を生産できますが、順送金型は曲げやフォーミングを必要とする複雑な部品に適しています。これらの加工は材料を順次移動させる必要があるためです。複合金型では、スクラップのスケルトンは部品の周囲から除去され、完成した部品は金型を通って下方に押し出されます。順送金型では、部品は最終ステーションで打ち抜かれ、自由落下します。
複合金型の主要な構成部品と仕様は？
複合金型は、1ストロークで連動して動作するいくつかの重要な構成部品から成り立ちます。アッパーシューはパンチとストリッパーを保持し、ロワーシューにはダイボタンとピアシングパンチが含まれます。通常、外側の刃先となるブランキングパンチと、内側の刃先となるピアシングパンチは、同じ平面に取り付けられています。ストリップ材はブランキングパンチとブランキングダイの間に配置され、ストローク中に、まずピアシングパンチが穴を打ち抜き、続いてブランキングパンチが外形を打ち抜きます。その後、ストリップされた材料は金型から排出されます。
主な仕様には、軟鋼の場合、材料厚さの片側あたり4%～8%のクリアランス、ダイプレートの硬度HRC 58-62、パンチの硬度HRC 60-63が含まれます。D2またはM2工具鋼で作られた複合金型の金型寿命は、通常、再研磨が必要になるまで100万～300万ストロークです。複合金型の最大部品サイズは、一般的にプレス能力と金型の構造剛性により300mm×300mmに制限され、推奨される材料厚さの範囲は0.05mm～3.0mmです。
複合金型が最も経済的となるのはどのような場合か？
複合金型は、特定の3つの条件下で最も経済的な選択となります。第一に、年間生産量が5万個を超える場合、5,000～15,000米ドルという初期金型コストは大量のロットにわたって償却され、1個あたりのコストは順送金型や二次加工を伴う単純なブランキング金型のコストを下回ります。第二に、部品に0.05mm以下の厳しい平面度が要求される場合、複合金型は別途の平坦化工程を不要にし、時間と取り扱いコストの両方を節約します。第三に、部品設計に、センター間公差が±0.05mmの複数の穴や内部形状がある場合、同時切断動作により、これらの形状が互いに対して絶対的な一貫性をもって配置されることが保証されます。これは順次加工では達成不可能です。
5,000個未満の低量生産の場合、単純なブランキング金型やレーザー切断の方が費用対効果が高く、複合金型の金型コストを正当化することはできません。曲げ、絞り、またはコイニングを必要とする部品には、複合金型ではこれらの加工を行うことができないため、順送金型またはトランスファープレスが必要です。
複合金型で達成可能な公差と品質は？
複合金型プロセスは、平面部品のスタンピング方法の中で最高の精度を提供します。達成可能な公差は材料の厚さと部品サイズに依存し、代表的な値は以下の表に示されています。
| 加工 | 公差 (mm) | 繰り返し精度 (mm) | 表面粗さ (Ra) | バリ高さ (mm) |
| ブランキング (外形) | ±0.025 | ±0.013 | 1.6～3.2 | 0.05～0.10 |
| ピアシング (穴) | ±0.013 | ±0.008 | 1.6～3.2 | 0.03～0.08 |
| 穴のセンター間距離 | ±0.025 | ±0.015 | N/A | N/A |
| 部品の平面度 | 100mmあたり0.05mm | 100mmあたり0.02mm | N/A | N/A |
これらの公差は、適切にメンテナンスされた金型と剛性の高いプレスを使用することで達成可能です。切断プロセスでは、材料厚さの20%～30%の特徴的な光沢帯と、70%～80%の破断面が残りますが、これは従来のスタンピングでは正常です。バリの高さは、鋭い刃先を維持することで制御されます。バリの高さが材料厚さの10%を超えた場合は、再研磨が推奨されます。寸法精度はプレスの剛性に影響され、一貫した結果を得るには、フルトン数時のプレスたわみが0.025mm未満であることが必要です。
金型クリアランスが部品品質と工具寿命に影響するのはなぜか？
金型クリアランスとは、パンチとダイボタンの間の隙間であり、切断面の品質と工具の寿命を直接決定します。炭素鋼の場合、推奨クリアランスは材料厚さの片側あたり5%～7%、ステンレス鋼では7%～9%、アルミニウムでは4%～6%です。クリアランスが不十分だと、刃先の摩耗が過度に進み、工具の早期破損とバリの増加を引き起こします。クリアランスが過剰だと、大きなだれと粗く裂けたエッジを伴う不良な破断面が生じ、寸法検査に合格しない可能性があります。
適切なクリアランスは、必要なスタンピング力も低減します。切断力は F = L × t × S として計算されます。ここで、L は切断周長(mm)、t は材料厚さ(mm)、S はせん断強度(N/mm²)です(軟鋼の場合、S = 350 N/mm²)。厚さ2mmの軟鋼で直径50mmのブランクの場合、力は約110kNです。適切なクリアランスにより、この力を15%～20%低減でき、プレス能力の要件を下げ、エネルギー消費を削減し、プレスと金型の寿命を延ばします。
複合金型スタンピングに適した材料は？
複合金型は幅広い材料に適していますが、材料特性は金型の摩耗と部品品質に直接影響します。最も一般的な材料には、厚さ3mmまでの低炭素鋼(DC01、SPCC)、厚さ2mmまでのステンレス鋼(301、304)、厚さ3mmまでのアルミニウム合金(5052、6061)、厚さ2.5mmまでの銅と真鍮(C1100、C2600)、および厚さ1.5mmまでの各種ばね鋼(C75、65Mn)が含まれます。HRB 90よりも硬い材料、または引張強度が450MPaを超える材料の場合、切断クリアランスを片側あたり1%～2%増やし、工具鋼のグレードをD2からM2、または金型寿命を延ばすためにASP23などの粉末ハイス鋼にアップグレードする必要があります。
材料の厚さが最も重要な制限要因です。3mmを超えると、必要なプレス能力が大幅に増加し、高い衝撃力により刃先が欠けやすくなります。0.05mmより薄い材料の場合、金型クリアランスが非常に小さくなり(0.002～0.004mm)、精密研削と特殊な金型構造が必要となり、金型コストが増加します。複合金型スタンピングに推奨される最大部品硬度はHRC 30です。より軟らかい材料は、よりきれいな切断面とより長い金型寿命をもたらします。
複合金型のコストとリードタイムは？
複合金型のコストは、部品サイズ、材料の厚さ、穴の数、および公差要件によって決まります。4つの穴を持つ50mm×50mmの部品用の一般的な複合金型は、5,000～12,000米ドルです。複雑な内部形状を持つ200mm×200mmの部品用のより大きな金型は、15,000～30,000米ドルです。金型コストには、設計、材料(工具鋼)、機械加工、熱処理、研削、組立が含まれます。複合金型のリードタイムは、標準設計で通常4～6週間、複数のピアシングパンチと厳しい公差を伴う複雑な設計では6～8週間です。
大量生産における複合金型スタンピングの1個あたりのコストは、材料費、プレス速度、および二次加工によって異なりますが、通常0.02～0.10米ドルです。これは、同様の形状で1個あたり1.00～5.00米ドルかかるCNC機械加工や、1個あたり0.50～2.00米ドルかかるレーザー切断よりも大幅に低くなります。損益分岐点は通常1万～2万个であり、これを超えると複合金型が最も費用対効果の高い方法となります。
複合金型の限界は？
主な限界は、複合金型が平面部品のみを生産できることです。曲げ、絞り、またはフォーミング加工には、別の金型または順送金型が必要です。最大部品サイズはプレス能力と金型構造によって制限され、複合金型スタンピングでは、実際的な限界は300mm×300mm、最大プレス能力は250トンです。さらに、材料をそれほど密に配置できないため、スクラップのスケルトンは順送金型のものよりも大きくなることが多く、材料利用率は50%～65%となり、適切に設計された順送金型の70%～80%と比較されます。
金型構造も単純なブランキング金型よりも複雑で、同じストローク内でピアシングパンチとブランキングパンチの正確な位置合わせが必要です。これにより、初期金型コストと型試しに必要な時間が増加します。穴の数が多い部品の場合、金型内がパンチで混雑し、ストリッピング力が増加するため、より堅牢なストリッパー機構が必要になります。
複合金型を他の加工と組み合わせることはできますか？
はい、浅いコイニング、エンボス加工、またはランス加工などの限定的なフォーミング加工であれば、大きな材料フローを必要としない限り、複合金型と組み合わせることができます。コイニング深さは材料厚さの30%に制限され、エンボス高さは厚さ1.5mm未満の材料で0.5mmに制限されます。これらの加工は、ブランキングやピアシングと同じストロークで、同じダイセットを使用して行われますが、ダイブロック内に追加のスペースが必要であり、必要なプレス能力が増加します。より深い絞りや曲げには、複合金型は適しておらず、順送金型またはトランスファープレスが正しい選択です。
FAQ
複合金型で加工可能な最大材料厚さは？
複合金型で加工可能な実用的な最大材料厚さは、軟鋼で3.0mm、ステンレス鋼で2.0mmです。この厚さを超えると、切断力が過大になり、金型部品が欠けたり早期に摩耗したりしやすくなるため、順送金型またはファインブランキングの方が適切な代替手段となります。
複合金型の寿命はどのくらいですか？
D2またはM2工具鋼で作られた複合金型は、再研磨が必要になるまでに100万～300万个の部品を生産できます。10万～20万ストロークごとに定期的なメンテナンスと再研磨を行うことで、工具の交換が必要になるまでの総金型寿命は1,000万个を超える可能性があります。
複合金型と順送金型の違いは何ですか？
複合金型は、単一のステーションで1回のプレスストロークですべての切断加工を行い、高精度な平面部品を生産します。順送金型は、ストリップ材が進むにつれて複数のステーションで順次加工を行い、曲げやフォーミングが可能ですが、位置精度はわずかに低くなります。
複合金型で曲げ形状のある部品を生産できますか？
いいえ、複合金型は切断プロセス中に部品が平坦なままでなければならないため、曲げ形状のある部品を生産することはできません。曲げが必要な部品には、複合金型加工後に順送金型または別の曲げ金型を使用する必要があります。
複合金型スタンピングの一般的なプレス速度は？
複合金型スタンピングの一般的なプレス速度は、部品サイズ、材料の厚さ、プレス能力にもよりますが、毎分30～80ストロークです。薄い材料の小さな部品は高速で加工できますが、厚い材料の大きな部品は、金型の位置合わせと部品品質を維持するために低速が必要です。
複合金型に必要なプレス能力はどのように計算しますか？
必要なプレス能力は、切断周長に材料の厚さと材料のせん断強度を掛けて計算します。例えば、厚さ2mmの軟鋼(せん断強度350 N/mm²)で周長100mmのブランクの場合、70kNが必要で、これにストリッピング力として15%が加算され、合計で約80kN(約8トン)となります。
BQUQは複合金型の設計支援を提供していますか？
はい、BQUQは複合金型の設計、シミュレーション、試作を含む完全なエンジニアリングサポートを提供しています。当社のエンジニアがお客様の部品図面を検討し、最適なスタンピングプロセスを推奨し、お問い合わせから12時間以内に詳細な金型見積書を提供します。
BQUQは、CNC機械加工、金属スタンピング、ばね、およびヒートシンク製造において20年の経験があります。社内の工具室はISO 9001規格に準拠した複合金型を製造し、すべての出荷に完全な寸法検査レポートを添付しています。厳しい公差と大量生産が要求される平面部品をお持ちでしたら、無料の設計レビューと見積もりについてお問い合わせください。当社はすべての複合金型ツーリングプロジェクトに対して12時間以内の見積もりを提供しています。sc@bquq.com までメール、WhatsApp +86 13713157787 までご連絡、または www.bquq.com をご覧ください。
