冷間鍛造・圧造の金型部品｜超硬ダイス・パンチを放電加工で1個から

冷間鍛造の型は「切らずに、押して形を作る」

プレスの抜き加工は、材料をせん断して切り離す加工でした。一方、冷間鍛造（れいかんたんぞう／圧造・あつぞう）は材料を切りません。常温のまま金型で強く押し込み、材料そのものを塑性変形（そせいへんけい）させて形を作ります。ボルト、ナット、シャフト、歯車の素形材など、身の回りの金属部品の多くがこの方法で作られています。

この違いが、金型に求められるものを決定的に変えます。抜き型は「刃物」として鋭い刃先が要りますが、鍛造型は材料の逃げ場をふさいで押し込む「型枠」です。したがって型には、切れ味ではなく極めて高い面圧に耐える強さと、摩耗に耐える硬さが要求されます。

なぜ冷間鍛造の型は超硬なのか

面圧が桁違いに高い

材料を常温のまま塑性変形させるには、非常に大きな力が要ります。その力は金型の内面すべてに面圧としてかかり続けます。焼入れ鋼では耐えられず、短時間で摩耗するか割れてしまう部位が出てきます。そこで、より硬い超硬合金が使われます。

1本の型が何万個も作る

冷間鍛造は量産のための工法です。1本の型が数万個から数十万個の部品を作ります。わずかな摩耗でも、製品寸法の変化として蓄積していきます。耐摩耗性を確保できるかどうかが、そのまま生産コストに直結します。

ただし超硬は「脆い」

超硬合金は硬い代わりに粘りがなく、引張りの力に弱い材料です。押される方向には強くても、内側から広げられる力には弱い。この性質が、後述する補強リングの必要性につながります。

なお超硬合金の硬さは、HRCでは表せません。HRCはHV940（HRC68）付近が測定上限で、超硬の領域を測れないためです。図面で硬さを指定される場合はHRAまたはHVでお願いしています。硬さの詳細はタングステン・超硬の硬度と加工方法で整理しています。

ダイスは「補強リング」で締めて使う

冷間鍛造のダイスは、内側から強い力で押し広げられます。超硬は引張りに弱いため、そのまま使うと割れます。そこで、あらかじめ外側から締め付けておく方法がとられます。これが補強リング（ケース、シュリンクリング）です。

リングの内径をダイスの外径よりわずかに小さく作り、リングを加熱して膨らませた状態で組み込みます。冷えるとリングが縮んでダイスを締め付けます。これを焼きばめ（やきばめ）と呼びます。締め付けられたダイスは、内側から押し広げられる力に対して余裕を持てるようになります。

放電加工がどの部分を担うのか

冷間鍛造の型は、どう壊れるか

壊れ方には型があります。どう壊れたかが分かれば、次の型で対策できます。壊れた現物は捨てずに残しておいてください。

再生できるか、作り直しかの判断

工程によって、型に求められるものが変わる

冷間鍛造はふつう1回では終わりません。複数の工程を通して、少しずつ目的の形に近づけていきます。工程ごとに型のかたちも、壊れ方も違います。どの工程の型なのかが分かると、必要な材質や仕上げの見当がつきます。

据込（すえこみ）

材料を軸方向に押し潰して、太らせる工程です。ボルトの頭を作るときなどに使われます。パンチの端面全体に力がかかるため、端面の摩耗と、角部の欠けが主な劣化の形です。

前方押出（ぜんぽうおしだし）

材料を押して、進行方向へ細く絞り出す工程です。ダイスの絞り部に力が集中するため、この部分の摩耗が寿命を決めます。絞り部の形状と面の状態が、そのまま製品の寸法精度と表面に出ます。

後方押出（こうほうおしだし）

パンチを押し込み、材料をパンチの外側へ逆流させて筒状にする工程です。パンチの側面と先端に極めて高い面圧がかかるため、パンチの摩耗と座屈がよく起こります。細く長いパンチほど厳しくなります。

しごき（しごき加工）

すでに筒状になった材料をダイスに通し、肉厚を薄く均一にする工程です。ダイスの内面が製品の外面をそのまま決めるため、面の状態への要求がもっとも厳しい工程のひとつです。

成形穴の形状別・加工の考え方

丸穴

もっとも単純な形状です。丸だけなら旋盤と研削で作れることも多いので、無理に放電加工をおすすめしません。ただし超硬で、かつ止まり形状や段付きが入ると、切削では対応が難しくなります。

六角・多角形

ボルト頭の成形などで必要になる形状です。内側に角がある閉じた形は、回転工具では作れません。形彫放電加工で電極を彫り込むか、貫通しているならワイヤー放電加工で輪郭を切ります。角のRは電極やワイヤー径で決まります。

スプライン・セレーション

軸のかみ合い部を鍛造で作る場合、ダイス側にその歯形が必要です。歯数と歯形が正確に揃っていないと、相手部品とかみ合いません。図面があればそのとおりに、無ければ現物や相手部品から歯形を割り出して製作します。歯形加工の考え方は内歯車・スプライン加工でも解説しています。

底のある形状（止まり穴）

ワイヤー放電加工は糸を通す必要があるため、底のある形状には使えません。この場合は形彫放電加工の領域です。電極を彫り込むので、指定の深さで止められます。底の隅にどれだけのRを許容できるかは、事前にお知らせください。

抜き勾配（テーパ）が必要な形状

成形した製品を型から抜くために、わずかな勾配を付けることがあります。ワイヤー放電加工なら、上下でワイヤーの通る位置をずらしてテーパを付けられます。角度を図面で指示していただければそのとおりに加工します。

表面処理と、放電加工面の関係

冷間鍛造の型では、摩耗と凝着を抑えるために表面処理（コーティング）を施すことがあります。窒化系やDLC系など種類はさまざまですが、共通して重要なのは「下地の状態が処理の乗りを左右する」という点です。

変質層をどう扱うか

放電加工では、加工面にごく薄い変質層が生じます。これは急激に溶けて固まった組織で、元の材料より脆くなっていることがあります。冷間鍛造の型のように高い面圧が繰り返しかかる部位では、ここが欠けの起点になる可能性が指摘されています。

対処は3つあります。仕上げ条件を細かくして層自体を薄くする、後工程の研磨やラップで除去する、用途によっては許容する。どこまで手をかけるかは、その型が何個作れば元が取れるのかによって変わります。

量産の立ち上げ時に決めておくとよいこと

新しい部品の量産を立ち上げるとき、型は必ず消耗品として回り続けます。最初の1個を作る段階で決めておくと、後が楽になることがいくつかあります。

「まず1個だけ」から始められます

新しい加工先を試すのに、いきなり本番の量産分を出す必要はありません。消耗している部品を1個だけ出していただければ、仕上がり・精度・納期・費用を実物で比べられます。それから継続するかどうかを判断していただく形で構いません。

当社は形彫放電加工を40年以上、累計3,000件を超える案件に対応してきました。加工できるかどうかの判断だけのご相談でも構いません。図面や現物の写真をお送りいただければ、当日中にご回答します。

依頼するときに伝えていただきたい8項目

次の8つが分かると、初回のご連絡で加工の可否と概算費用までお答えできます。すべて揃っていなくても構いません。分かる範囲でお知らせください。

現場でつまずきやすいケース

断られやすいケースと、それでも受けられる理由

冷間鍛造の型部品は、「作れる工場が見つからない」という理由で止まる案件が少なくありません。よくあるパターンと、放電加工でどう対応できるのかを整理します。

相見積もりのときに確認しておくとよいこと

複数社に見積もりを取る場合、金額だけを並べても比較になりません。同じ図面を渡しても、含まれている範囲が違うことがあるためです。次の点を揃えて確認すると、実質的な比較ができます。

当社は加工の可否と概算を図面や写真をお送りいただいた当日中にご回答しています。判断が早く出れば、対応できない場合でも次の手を早く打てます。まずはお気軽にご相談ください。

費用と納期の考え方

費用を左右するのは、①型材（超硬は材料そのものが高価）②成形穴の形状の複雑さ ③要求する面の状態 ④数量です。とくに③の影響が大きく、放電加工のままでよいのか、磨きが必要なのかで工数が変わります。用途を伺えば、必要十分な水準をご提案できます。

数量については、消耗が読める部品は予備をまとめて作るほうが単価が下がります。1個ずつ都度発注すると段取りがその都度発生するためです。稼働に余裕のある時期にまとめて手配しておくと、止まってから慌てるリスクも減ります。

納期は、当社の場合、通常のご依頼で1週間前後、お急ぎの場合は2〜5日での対応実績があります。土日祝も稼働しているため、週末をまたぐ緊急案件でも作業を止めません。費用の全体像は放電加工の費用相場もあわせてご覧ください。

よくあるご質問

冷間鍛造の金型を一式作ってもらえますか？

当社は放電加工の専門工場のため、型の設計一式ではなく「加工が難しい部品」をお受けする形が中心です。超硬ダイスの成形穴、パンチの外形、ノックアウトピン穴といった、切削では対応できない部分をご依頼いただいています。

型屋さんからの協力工場としてのご依頼も、部品メーカー様からの直接のご依頼も対応しています。設計や組み付けをお持ちであれば、加工部分だけをお任せいただくのが最も効率的です。

超硬のダイスやパンチも加工できますか？

できます。超硬合金はHRA88〜93（HV1,300〜2,000）と非常に硬く切削では加工できませんが、放電加工は硬さの影響を受けないため問題ありません。加工できる条件は「電気を通す材料であること」だけです。

ただし超硬は脆いため、欠けを避ける加工条件で進めます。また硬さを図面で指定される場合は、HRCではなくHRAまたはHVでお願いしています。HRCはHV940（HRC68）付近が測定上限で、超硬の硬さ領域を測れないためです。

割れたダイスしか残っていません。作れますか？

多くの場合作れます。破片が揃っているほど元の形が分かりますので、欠けたものも含めてすべてお送りください。「使えないから」と処分せずに残しておいていただけると復元しやすくなります。

また破断面から、なぜ割れたのかを推定できることがあります。締め付けが足りなかったのか、応力集中なのか。同じ壊れ方を繰り返している場合は、材質や形状の見直しをご提案できることもあります。図面が無い場合の進め方は図面がない部品の製作をご覧ください。

補強リングと組む前提のダイスですが、寸法はどう指示すればいいですか？

図面の寸法が「単体の状態」なのか「リングに組み付けた後の状態」なのかを明示してください。ここが最も行き違いの多い箇所です。焼きばめすると内径はわずかに縮むため、どちらを指しているかで作る寸法が変わります。

判断がつかない場合は、リング側もあわせてお預かりできれば確認できます。しめしろの設計値が分かる資料があれば、それもお知らせください。

摩耗したダイスを削り直して再利用できますか？

設計に余裕があれば可能な場合があります。成形面をわずかに追い込んで寸法を出し直す方法です。作り直すより安く早く済みます。

ただし削り直すと製品寸法が変わるため、公差を大きく外れている場合は新規製作になります。現物を拝見して判断しますので、まずは写真と現在の寸法をお知らせください。

ノックアウトピンが折れて型から抜けません。どうすればいいですか？

放電加工で折れ込んだピンだけを溶かして除去できます。型本体は傷めずに残せるため、型ごと作り直すより大幅に安く早く済みます。

無理に叩き出そうとすると穴を広げてしまい、結局型も作り直しになることがあります。力をかける前にご相談ください。折れ込んだ工具の除去については折れたタップ・ドリルの除去方法で詳しく解説しています。