解 説3

精密せん断加工に必要なプレスの特性
アイダエンジニアリング㈱プレス加工においては素材からの製品の切り離井村隆昭＊造について解説する。

しに、せん断加工を必要としない製品は非常に稀である。このせん断加工には破断面を伴う汎用せ精密せん断加工のための成形条件

ん断加工と破断面をなくし全せん断面を得る精密せん断加工がある。近年は製品のネットシェイプ

全せん断面を得るための条件は、せん断部分に化の要求の高まりにより精密せん断加工のニーズ静水圧を作用させて材料の延性を向上させて破断が高まっている。従来の精密せん断加工は、ファを起こさせないことである。そのための方法としインブランキングプレスに代表される油圧プレスて、主なものとして以下の 3 つがある。の独壇場であったが、近年は機械式プレスでの取①微小なクリアランス（一般的には板厚の 1％ 以り組みも進んでいる。
本稿では、機械式プレスでの精密せん断加工について、必要とされる機械特性とそれを支える構下）②パンチ・ダイス刃先の面つけ③素材の板押さえと製品側カウンタ力
この 3 つの条件を組み合わせることで、安定し＊（いむら たかあき）：営業・サービス本部 専担技術部
鍛造・精密成形課 専担顧問〒252−5181 神奈川県相模原市緑区大山町 2−10
TEL : 042−772−5271 FAX：042−772−5261

た全せん断面を得ることができる。
以下に、せん断部分への板押えでの静水圧の効果を確認した実験について説明する。
図 1 に実験製品形状と材料の条件を示＜トライ条件＞
材質：S45C
板厚：ｔ＝2.35mm
硬度：HV220 （HRC16）
金型クリアランス：20μm
カウンタ力：100kNす。また図 2 はその結果である。
板押えがなしのとき［図 2（a）］と、板押え力：400 kN として平面で押さえた場
合［図 2（b）］と、板押え力は変えずに板押さえにファインブランキングで用いる V字突起を設けた場合［図 2（c）］でせん断面長さを比較すると、せん断部分に作用する静水圧が大きくなる図 2（a）から（c）に向けて、明らかにせん断面長さが向上していることがわかる。図中のせん断面率は、せん断面長さ／板厚を％で示したものである。
また、ダレとバリの大きさに関しても、

図 1 実験条件：板押え力のせん断面長さへの効果36

図 2（a）から（c）に向けて小さくなっている。
プ レ ス 技 術

特集

メカニズムからひも解く、精密せん断加工(a) 板押え力なし

せん断面率：45％(b) 平面による板押え：板押え力：400kN

せん断面率：70％(c)V 突起付き板押え：板押え力：400kN

せん断面率：90％

図2
実験結果：板押え力のせん断面長さへの効果① 成形開始時のパンチ移動量＝ ⊿C

金型に関しては、前述①で示した微小なクリアランスを成形開始時から成形終了まで維持する必要があるため必然的に高精度であることが必要である。また、加工時の荷重による弾性変形を極力抑えるために高剛性であることも同時に求められる。

精密せん断とプレスの特性
プレス機械に高精度・高剛性の精密せん断金型

パンチ⊿C：ギブクリアランス② 移動した位置でパンチが下降④ パンチとダイが当たる

素材

ダイを取り付けて実際の加工を行う際に発生するプレス機械での事象について述べる。
精密せん断加工で一番問題になるのは、加工の終了時前後（プレス下死点付近）でのパンチとダ③ 破断時センターに戻る

図 3 せん断加工時の型チッピング現象（模式図）

イの接触によるチッピング現象である。チッピン
グ現象は図 3 に示すように、上下金型位置の成形時のずれにより発生する。
第 58 巻 第 7 号（2020 年 6 月号）

この現象は、金型からの要因もあるがプレスのスライドガイド構造によるものが大きい。
37

ギブクリアランス
プレス加圧能力
B

せん断荷重

コラム

スライド

プレストルク能力

B
薄板

厚板
AA荷重

ギブクリアランス

C ０

下死点上距離 下死点

図 5 精密せん断におけるプレス機械トルク能力と作業エネルギーの関係

スライドガイド（ギブ）

板厚のせん断面積が同じであれば板厚に関係なくせん断加工に必要とする荷重は同じである。しかし荷重が同じであっても、板厚の違いにより荷重

図 4 一般的なプレス機械のスライドガイド構造例の発生する下死点上の位置は異なる。機械式プレスはその特性上、プレストルク能力線図に示すよ

一般的なプレス機械のスライドガイド構造は、うに下死点からスライド位置が離れるほど発生可

図 4 に示すようにスライドはスライドガイド部能な荷重が小さくなる。従って同じ荷重であって（以下ギブとする。
）に案内されて上下にストローも板厚が厚くなるとプレス機械の仕様の制限によクする。このスライドとギブの間にはすき間（以り加工ができない場合がある。上記の荷重には、

下ギブクリアランスとする。
）が存在する。

板押さえなどのクッション力も加算される。

すなわちスライドは下降する際にギブクリアラ続いて作業エネルギーについて説明する。通常ンスの大きさ分は、位置の移動が発生する可能性の破断を伴うせん断加工はせん断面長さが板厚半がある。

分以下の範囲で終了するため、比較的加工に要すスライドに成形時の荷重が働いたときには、無るエネルギーは少ない。しかし精密せん断加工の負荷または完全な均等分布であれば、上記のスラ場合は板厚の全域で荷重が発生するため、通常のイドの位置の移動はあまり顕在化しないが、実際せん断加工に比べて多くのエネルギー（図 5の製品形状と金型構造では不均等な荷重分布とな板：A−B−C／薄板：A'−B'−C の三角形の面積）をるために、スライド移動が顕在化し前述のチッピ必要とする。それに加えて板押さえとカウンタ力ングの原因となる上下金型のずれにつながる。のためのクッションを作動させるためにもエネル

厚

精密せん断加工は、厚板製品の生産にも使用さギーが消費される。その消費エネルギーが加算される。従来から精密せん断加工に多用されているれるため、更に必要とする加工エネルギーは大き油圧式のファインブランキングプレスにおいてはくなる。

あまり問題にはならない、加工に必要とするトル
ク能力（下死点上でプレス機械が安全に発生でき

図 6 に通常のせん断加工と精密せん断加工での荷重とプレスストロークの関係を示す。

る荷重）と作業エネルギー（1 回の加工でプレス通常のせん断加工では、破断が発生した瞬間に機が許容できるエネルギー：荷重×加工距離）に荷重が 0 となり（図 6 の板厚の 25％ で破断と 50も機械式プレスでは注意する必要がある。

％で破断の場合）、プレス機械と金型に蓄えられ上記に関しては、図 5 の精密せん断加工でのプ

たせん断荷重による弾性変形のエネルギーが一気レス機械トルク能力と作業エネルギーの関係で説に解放されるブレークスルーが発生する。結果と明する。せん断加工は、製品のせん断部の周長×して大きな加工音と振動が生じる。

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プ レ ス 技 術

特集

メカニズムからひも解く、精密せん断加工

精密せん断加工では、破断が下死点近傍で発生板厚の25％で破断ーの原因であるプレス機械と金型に蓄えられた弾性変形エネルギーが少なくなるため、加工音や振板厚の50％で破断P0P1

動が小さくなり周辺環境の改善に寄与できる。まP2た振動が小さいことは、金型とプレス機械に与え荷重するのでせん断荷重も小さくなり、ブレークスルる負荷も小さくなり、金型寿命の延長や製品精度の安定が期待できる。
０

精密せん断加工のためのプレス機械

せん断開始

精密せん断加工を行うためのプレス機械の要件

下死点 ブレークスルー
ブレークスルー小非常に小P2はP0の1/2の荷重

ブレークスルー大P1はP0の２/３の荷重
下死点上位置を以下にまとめる。
1．高精度

精密せん段加工
破断時の荷重≒０

図 6 せん断加工とブレークスルー

従来のプレス機械の精度は、無負荷の状態での直角度、真直度、平行度などを評価する静的精度

ブランキングプレスで取り組まれてきたエンボス、を基準としていたが、実際に成形する際の荷重がつぶし・増肉、バーリングなどの 2 次元＋αの形加わった状態でも高精度が維持できる必要がある。

状製品から、更に複雑な絞り、押出しなどを含め2．高剛性

た 3 次元形状製品への展開が求められている。そ成形方向と一致する縦方向とベッドの剛性につのためには、最終の精密せん断加工前の 3 次元形いては考慮されてきているが、上下金型のずれに状を作るための多工程化にもプレス機械として対直接影響する成形方向と直角の横方向の剛性やス応する必要がある。

ライドの剛性にも対応する必要がある。
3．高いトルク能力と作業エネルギー
精密せん断加工（特に厚板の）では、通常のせ

精密せん断加工対応のプレス機械の構造

ん断加工ではあまり考慮されないプレス機械のト当社開発の高精度・高剛性プレス UL シリーズ

ルク能力と保有作業エネルギーについての考慮がを例に説明する。UL シリーズの外観と概略構造必要になる。対応のために高トルク、高エネルギを図 7 に示す。

ーに対応したプレス機械とする必要がある。
4．多工程対応

高精度に関しては、球面シュー構造を用いたギブクリアランス

精密せん断加工の適用分野は、従来のファイン0の 4 面スライドガイドを用い、負荷時も含めてギブクリアランスの影響によ
コンロッドレス中央1ポイント機構コンパクト化
高剛性、少ない熱変位
スライドギャップ 0(球形シュー、4面ガイド)
高精度、スライド運動の真直度

高剛性一体フレーム
多工程成形 （5〜7工程）
横剛性も配慮したフレーム構造

図 7 UL シリーズの外観と概略構造
第 58 巻 第 7 号（2020 年 6 月号）

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負荷開始位置
横ずれ量（横移動＋傾き）

上側変位センサ

傾き

下側変位センサ

荷重装置
800kN

動的変位測定装置

偏心量0

高精度・高剛性プレス（ULシリーズ）

0.15

150.1

300.0545

横移動・振動：極小

060

−0.05

75

−0.1

80

負荷時センサ変位
無負荷

−0.15

スライドストローク（mm）

横移動

スライド移動動力量（mm）

0.2

90

スライドストローク

120

−0.2

210

0.20.15

従来機

210
プロット エリア0.05

下センサ
スライドストローク
荷重位置

荷重域

0210
2100.075mm

−0.05

210

横移動・振動：大−0.1210

下死点 5mm−0.15−0.2−0.25

210

スライドストローク（mm）

スライド横ずれ量（mm）

0.045mm0.1

21000.25

0.50.75
1時間（s）

1.251.5−301.75

図 8 右偏心荷重負荷時のスライドの横移動と振動るスライドのズレを抑えている。図 8 に偏心荷多工程対応においては、UL シリーズは 1 ポイ重をかけた際のスライドのズレの測定結果を示す。

ント機ではあるが、従来機の 2 ポイントプレスに高剛性については、一般的なストレートサイド近い左右エリアを持つために多工程対応が容易でプレスで用いられるクラウン、コラム、ベッドのある。2 ポイントプレスで精密せん断のような集分割フレーム構造ではなく一体フレーム構造とす

中荷重が必要な加工をプレス中心で行なう多工程ることで、縦剛性だけでなく横剛性にも配慮した成形の場合は、図 9 の（a）に示すようなスライド高剛性の構造としている。横剛性は、ゼロクリア側に上側への弾性変形による反りが、ボルスタ（ベランスのスライドガイド構造と相まって負荷時のッド）側に下側への反り変形が発生する。

スライドの横ずれを抑えるために重要な特性である。

一方、1 ポイントプレスの UL シリーズの場合は（b）に示すように、スライド側では集中荷重がまたスライド駆動機構に、スコッチヨーク機構作用するプレス中心にプレスの駆動系部材のポイを採用することでコンロッドレスの中央 1 ポインントが存在するため剛性が高く、2 ポイントプレト構造としている。コンロッドレス構造の効果は、

スの反り変形とは逆方向の反り変形となる。従っコンパクト化による高剛性化と、量産時のプレスて反り変形の方向がボルスタ（ベッド）側の下側機械の温度上昇による熱変位が少なくなり、下死への反り変形の方向と一致するため、成形時の金点の変位を小さくできる。

型の精度維持に効果が期待できる。
☆

UL シリーズは、プログレッシブ加工、トラン☆

スファ加工、冷間鍛造加工、FCF 工法（板鍛造

精密せん断加工は、高精度、高剛性の金型を使加工）と多岐にわたる工法に対応可能な基本構造用するため、金型を取り付けて実際の生産を行うを持つため、トルク能力と作業エネルギーに関しプレス機械も高精度、高剛性であることが求めらても余裕を持って対応できる。

れる。

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プ レ ス 技 術

特集

メカニズムからひも解く、精密せん断加工（b）ＵＬシリーズ（１ポイント）（a）従来プレス機（２ポイント）
ポイント

ポイント

ポイント

スライド・ボルスタの変形方向が同一

スライド・ボルスタの変形方向が逆
多工程成形時の上下の金型精度維持

不利

有利

図 9 多工程荷重作用時のスライド・ボルスタの変形挙動

企業理念として、「成形システムビルダとして発展し、人と社会に貢献する」を掲げる当社としては、高精度、高剛性プレスを中心とした金型、油圧クッションなどの成形システム技術の構築に更に取り組むことで、精密化・高付加価値化の進むこれからのものづくりに貢献できることを願う。

第 58 巻 第 7 号（2020 年 6 月号）

参考文献
1）井村隆昭：精密プレス機による精密せん断加工、塑性と加工 2014 年 3 月号、日本塑性加工学会
2）井村隆昭：UL を活用した高付加価値プレス加工、プレス技術 2013 年 5 月号、日刊工業新聞社

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