プレス金型のパンチ・ダイ製作｜超硬・焼入れ材を放電加工で1本から

パンチとダイは「隙間」で性能が決まる

プレスの抜き加工は、パンチとダイの間に材料を挟み、せん断して分離する加工です。このときパンチとダイの間にある隙間を「クリアランス」と呼びます。片側の隙間で表すのが一般的です。

この隙間が適正なら、パンチ側とダイ側から入った亀裂がきれいにつながり、切り口が揃います。隙間が狭すぎても広すぎても、切り口は荒れ、バリが出て、型の寿命も縮みます。パンチ・ダイの製作でもっとも神経を使うのが、この寸法です。

なぜパンチ・ダイは放電加工の領域なのか

材料が硬い

パンチ・ダイには、摩耗に耐えるため焼入れした工具鋼や超硬合金が使われます。焼入れ鋼はHRC58〜62程度、超硬合金に至ってはHV1,300〜2,000（HRA88〜93）に達します。切削工具では歯が立たない領域です。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。

放電加工は放電の熱で材料を溶かして除去するため、硬さは加工の可否に影響しません。条件は電気を通す材料であることだけです。

形状が「角のある閉じた形」になりがち

抜き形状は、丸穴だけでなく角穴・長穴・異形が当たり前です。内側の角を持つ閉じた形状は、回転工具では原理的に作れません（工具の半径分の丸みが必ず残るため）。ワイヤー放電加工なら、細いワイヤーで輪郭をなぞるので、角の丸みをワイヤー半径まで小さくできます。

熱処理の「後」に仕上げられる

焼入れすると必ず変形します。切削で仕上げてから焼入れすると、その変形が製品精度にそのまま出ます。放電加工は焼入れ後に加工できるため、熱処理変形を取り込んだうえで最終寸法に仕上げられます。これがパンチ・ダイで放電加工が選ばれる最大の理由です。

ワイヤー放電と形彫放電の使い分け

ダイの「2番（逃がし）」をどう作るか

ダイの穴は、上から下まで同じ寸法のストレートではありません。刃として効くのは入口側のごく一部だけで、その下は抜いたスクラップが詰まらないように広げてあります。この広げた部分を「2番」または「逃がし」と呼びます。

ストレート部の長さは「再研磨の回数」を決める

ダイの刃先が摩耗したら、上面を研磨して新しい刃を出します。このとき削れるのはストレート部が残っている範囲までです。ストレート部を長くとれば再研磨の回数は増えますが、その分スクラップが詰まりやすくなります。

つまりこの寸法は、「型の寿命」と「詰まりにくさ」のどちらを優先するかの設計判断です。図面に指示があればそのとおりに作りますし、指示がなければ用途を伺って提案します。

クリアランスの考え方

クリアランスは材料の板厚と材質で決まります。一般的には板厚に対する比率で表し、軟らかい材料ほど小さく、硬い材料ほど大きくとります。おおよその傾向は次のとおりです。

パンチ・ダイに使われる材料と加工の可否

なおHRCは HV940（HRC68）付近が測定上限のため、超硬合金の硬さはHRCでは表せません。図面に「HRC68を超える硬さ」を求める指示がある場合は検査が成立しないため、HRAまたはHVでの指定をお願いしています。

摩耗した・欠けたパンチとダイをどうするか

まず「なぜそうなったか」を見ます

同じ壊れ方を繰り返しているなら、作り直しても同じことが起きます。破損したパンチは捨てずに残しておいてください。破断面から、荷重過多なのか、芯ずれなのか、材質の選定が合っていないのかを推定できることがあります。

再研磨で戻るか、作り直しか

パンチの形状別・製作の勘所

ひとくちにパンチと言っても、形状によって注意すべき点が変わります。見積り前に形状の特徴を伝えていただけると、判断が早くなります。

丸パンチ

もっとも単純で、標準品が手に入る場合もあります。標準品で足りるならそちらのほうが安く早いので、無理に製作をおすすめしません。特殊な径、特殊な材質、段付きなど標準品にない仕様のときにご相談ください。

角・長穴パンチ

角の丸みが問題になる代表格です。ワイヤー放電加工ではワイヤー半径分のRが必ず角に残ります。製品側で角の丸みに規格がある場合は、その許容値を先にお知らせください。

細いパンチ（座屈しやすいもの）

直径に対して長さがあるパンチは、抜くときの荷重で曲がったり折れたりします。材質の選定（粘りのある高速度工具鋼にするなど）や、ガイドの持たせ方が寿命を左右します。「細いパンチがすぐ折れる」という状態が続いているなら、寸法どおり作り直す前に一度ご相談ください。同じ設計で作り直しても同じ結果になります。

異形・複合形状のパンチ

凹凸の多い形状はワイヤーが動く距離が長くなるため、加工時間がそのまま費用に反映されます。ただし形状が複雑になっても加工の可否は変わりません。「切削では作れない形だから」という理由で断られた形状こそ、放電加工の出番です。

段付き・逃がし付きのパンチ

刃先だけが製品寸法で、途中から逃がしてあるパンチです。ワイヤー放電で段を作る場合、段の位置と寸法を図面で明確に指示していただく必要があります。現物からの再製作では、この段の情報が図面に残っていないことが多いため、実測して復元します。

順送金型・多工程型の部品を外注するとき

順送金型のように工程数の多い型では、部品点数が多く、1点でも欠けるとラインが止まります。この種の型を扱う現場からいただくご相談には、いくつか共通したパターンがあります。

「1工程分だけ」の外注

型全体を外注する必要はありません。摩耗した特定のステーションのパンチ・ダイだけを製作するご依頼が多くあります。型全体の図面が無くても、その部品の図面か現物があれば対応できます。

予備品をまとめて持っておく

消耗の早い部位が分かっているなら、予備を先に作っておくのが結果的に安く済みます。1本ずつ都度発注するより段取りが1回で済むため、単価も下がります。止まってから慌てて手配するより、稼働が読める時期にまとめて作るほうが納期の余裕もあります。

社内の設備が空かないときの工程外注

「ワイヤー放電の機械はあるが、量産で埋まっていて型部品に回せない」という状況もよくご相談いただきます。放電工程だけを外に出すことで社内設備を空け、量産を止めずに型のメンテナンスを回せます。詳しくは放電加工の工程外注をご覧ください。

型の寿命を延ばすために、発注側でできること

型の寿命は加工精度だけで決まるものではありません。発注時の情報の出し方によって、次の型が長持ちするかどうかが変わります。

「同じものを」より「今困っていること」を伝えてください

再製作のご依頼では「前と同じものを」と言われることが多いのですが、前の型に不満があったなら、それを解決する余地があります。摩耗が早い、バリが出る、スクラップが詰まる——こうした症状を伝えていただければ、材質の変更や逃がしの見直しといった提案ができます。

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

パンチ・ダイの見積りは、形状と材質だけでは確定しません。次の8つが分かると、初回のご連絡で可否と概算費用までお答えできます。

現場でつまずきやすいケース

放電加工面の変質層は、型の寿命に影響するか

放電加工では、放電の熱によって加工面にごく薄い層が生じます。これを変質層（白層）と呼びます。パンチ・ダイのように繰り返し荷重がかかる部品では、この層の扱いが実務上の論点になります。

なぜ気にする必要があるのか

変質層は、急激に溶けて固まった組織のため元の材料より脆くなっていることがあります。刃先のように応力が集中する部位では、ここが微細な欠けの起点になる可能性が指摘されています。とくに超硬のように元々脆い材料では、無視できない要素です。

実務上の対処

対処は大きく3つあります。ひとつは仕上げ条件を細かくして変質層そのものを薄くすること。放電のエネルギーを下げるほど層は薄くなりますが、加工時間は長くなります。ふたつめは後工程で除去すること。刃先の研磨や、ラップなどの仕上げを加えます。みっつめは用途によっては許容することです。

どこまで手をかけるかは、その型が何ショット持てばよいのかによって変わります。試作用の型と、数十万ショット回す量産型では要求が違います。ご依頼の際に想定するショット数や、これまでの交換周期をお知らせいただければ、仕上げの程度をご提案できます。指示がない場合は一般的な仕上げで加工します。

費用と納期の考え方

パンチ・ダイの費用は、①材料費 ②形状の複雑さ（ワイヤーが動く距離）③要求精度 ④数量で決まります。超硬は材料そのものが高価なため、鋼で足りる用途なら鋼を選ぶほうが総額は下がります。逆に、摩耗で頻繁に止まっている工程なら、超硬にして交換頻度を下げたほうが結果的に安く済むこともあります。

形状については、単純な丸や四角より、細かい凹凸のある異形のほうが加工時間は長くなります。ワイヤーが輪郭をなぞる距離がそのまま時間になるためです。見積り時に形状が分かれば、どこが費用を押し上げているかもお伝えできます。

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

パンチを1本だけ作ってもらえますか？

1本からお受けしています。型全体を作り直す必要はありません。欠けたパンチと同じものを1本だけというご依頼は多く、日常的に対応しています。

図面が無くても、現物があれば実測して製作できます。破損している場合も、欠けた破片を含めてお送りいただければ元の形を復元しやすくなります。

超硬のパンチ・ダイも加工できますか？

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なく加工できます。

ただし超硬は脆い材料なので、無理な条件を避けて欠けを防ぐ必要があります。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での指示をお願いしています。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。

焼入れした後のパンチ・ダイでも加工できますか？

できます。むしろ焼入れ後に仕上げるほうが精度が出ます。焼入れでは必ず変形が生じるため、焼入れ前に仕上げるとその変形が製品精度にそのまま現れてしまいます。

放電加工は硬さに関係なく加工できるので、熱処理を終えた状態から最終寸法に仕上げられます。既存の型に対する追加加工や修正も同様に対応できます。

ワイヤー放電加工だと角にRが残ると聞きました。どのくらいですか？

使用するワイヤーの半径分が最小のRになります。エンドミルなど回転工具に比べればはるかに小さくできますが、完全なピン角（R0）にはできません。

製品の規格上、角のRに上限がある場合は、発注時に許容値をお知らせください。ワイヤー径の選定や加工方法で対応できるか判断してご回答します。角の要求が特に厳しい場合は、形彫放電加工との組み合わせをご提案することもあります。

パンチがプレートに折れ込んで抜けません。どうすればいいですか？

放電加工で折れ込んだパンチだけを溶かして除去できます。プレート側を傷めずに残せるため、プレートごと作り直すより大幅に安く早く済みます。

ハンマーで叩き出そうとすると穴を広げてしまい、結局プレートも作り直しになることがあります。無理に力をかける前にご相談ください。

クリアランスの値が分かりません。それでも依頼できますか？

できます。その場合は「何を」「どの板厚で」抜くのかをお知らせください。被加工材の材質と板厚が分かれば、一般的な設計の考え方をお伝えできます。

ただし採用する値は、求める切り口の品質や型の寿命方針によって変わる設計判断です。当社は指示いただいた寸法どおりに加工しますので、最終的な値はお客様側で決定していただくか、事前の打ち合わせで取り決めさせてください。まずはお問い合わせフォームからご相談ください。