ブランキングダイクリアランスの基本を理解する

なぜあるスタンピング部品はきれいに仕上がるのか、また他のものはバリが大きく、エッジが荒れたり、工具の早期摩耗が起こるのかと思ったことはありませんか？その答えは多くの場合、ある重要な要素にあります。それは「ダイクリアランス」です。この基本的な計算を正確に行うかどうかが、生産工程の円滑さと高コストな品質問題の有無を分けることになります。

ダイクリアランスとは何か、そしてその重要性

はさみで紙を切ることを想像してみてください。刃が緩すぎると、紙は不均一に裂けてしまいます。逆にきつすぎると、ほとんど切れません。金属のスタンピングでも同じ原理が適用されますが、その影響ははるかに重大です。

ダイクリアランスとは、ブランキング加工中にパンチとダイのエッジ間に生じる隙間のことで、通常は材料厚さの片側あたりの百分率で表されます。この精密な隙間は、スタンピング中に材料がどの程度きれいにせん断され分離するかを直接決定します。

ブランキングダイ加工を行う際、パンチが板金を貫通し、下部のダイが切断エッジを提供します。この2つの部品間のクリアランスは、破断パターン、切断面の品質、および製品全体の寸法を制御します。業界標準によれば、このクリアランスは処理される材料に応じて、一般的に材料厚さの片側あたり3%から12%の範囲内に設定されます。

パンチとダイの間の重要な隙間

ではこの微小な隙間で何が起こるのでしょうか？パンチが板金に降下すると、せん断作用が生じます。材料はまず貫通（パンチが金属を押し込む段階）を経験し、その後に破断（材料がせん断線に沿って破断する段階）が続きます。適切なクリアランスにより、パンチとダイから生じる破断面が材料の中央できれいに一致します。

これが貴社の運営に与える重要性は以下の通りです：

• 部品品質： 適切なクリアランスは、バリの発生が最小限で、寸法が安定したきれいなエッジを生成します
• 工具寿命： 最適なクリアランスはパンチおよびダイの摩耗を低減し、不適切な設定と比較して工具寿命を3分の2延長できる可能性があります
• 生産効率: 適切なクリアランスはストリッピング力の要件を低下させ、プレス負荷を軽減することで、より高速なサイクルタイムを可能にします
• 費用管理 不良品の削減、工具交換の低減、ダウンタイムの減少は、直接的に利益に貢献します

ブランキングダイのクリアランスの基本

クリアランスを理解するには、それを推測ではなく、計算された仕様として認識することが不可欠です。「各側に5%」という従来の経験則は、過去には一般的でしたが、今日では普遍的に適用できるものではありません。現在の製造環境では高強度鋼材や先進材料が登場しているため、 デイトンプログレスは指摘しています 引張強さと材料の厚さの両方を、クリアランスの割合を選定する際に考慮しなければならないということです。

その関係性は以下の通りです：材料の引張強さが増し、板厚が大きくなるほど、工具への負荷は著しく増加します。軟らかいアルミニウムに対して10％のクリアランスを設定する場合と、同じ厚さの高強度鋼材に対して必要なクリアランスは大きく異なります。

クリアランスの選定は、バランスを取る作業だと考えてください。クリアランスが小さすぎると、工具の過度な摩耗、極端なストリッピング圧力、および大きすぎるバリが発生します。一方、大きすぎるとパンチ加工中の振動、品質のばらつき、切断エッジのロールオーバー増加といった問題が生じます。電気的安全性のための距離を求める際にエンジニアがクリープ距離とクリアランス計算ツールを使うのと同様に、精密ダイ作業でも機械的クリアランスを同様に注意深く計算する必要があります。

良い知らせは、材料の種類、板厚、希望する切断面の品質といった関係する変数を理解してしまえば、適切なクリアランスの計算は簡単なプロセスになるということです。次のセクションでは、常に正確な結果を得るために必要な正確な計算式と実用例を順を追ってご説明します。

必須のクリアランス計算式

クリアランスが重要な理由がわかったところで、多くの資料では示されていない実際の数学的手法について説明します。素早く概算するためのパンチ計算機を使う場合でも、詳細なダイ仕様を検討する場合でも、正しい計算式を正確に把握していれば、当て推量を排除し、再現性のある結果を確実に得られます。

クリアランス計算式の完全ガイド

ブランキングダイのクリアランス計算を簡単にしてくれる式をご覧に入れましょう。以下の通りです。

クリアランス（片側） = 材料厚さ × クリアランス割合

とても簡単でしょう？ 実はその通りです。ただし、それぞれの要素を正しく理解していることが前提です。たとえば、1.0 mmの材料厚さでクリアランス割合が10%の場合、片側のクリアランスは0.10 mmになります。つまり、パンチ刃先とダイ刃先の間隔が切断面の両側それぞれに0.10 mmずつ設けられることを意味します。

しかし、ここで多くの計算が誤りがちになる点があります：トータルクリアランスを考慮し忘れるということです。クリアランスはパンチの両側に存在するため、パンチとダイの合計クリアランスは片面あたりの値の2倍になります。先ほどの例で言えば：

• 片側クリアランス： 1.0 mm × 10% = 0.10 mm
• 総クリアランス： 0.10 mm × 2 = 0.20 mm

この違いは、パンチおよびダイの寸法を指定する際に極めて重要になります。これを見落とすと、工具の寸法が2倍もずれてしまうことになります。

計算に用いる変数の内訳

すべてのクリアランス計算ツールは同じ基本的な変数に基づいています。それぞれの変数を理解することで、正確な結果を得るために適切な入力値を選択できるようになります：

• 材料の厚さ (t): 加工する金属板の実際のゲージまたは厚さ（ミリメートルまたはインチで測定）。これは基準となる測定値であり、すべてのクリアランス計算はここから始まります。
• クリアランス率（k）： 材料の特性や希望するエッジ品質に応じて通常5％から20％の範囲になる係数。硬い材料や量産用途では高い割合が用いられ、精密作業では低い値が要求される。
• 片側クリアランス： 各切断エッジにおける計算された隙間（t × k）。この値はパンチの各側面に個別に適用される。
• 総クリアランス： パンチ先端とダイ開口部の間の完全な隙間（片側クリアランス×2）。最終的なダイ寸法を計算する際に使用する。

パンチ荷重計算ツールやダイ計算ツールを使用する場合、これらの変数はクリアランスだけでなく、必要なトン数や予想される工具摩耗パターンも決定する。最初に正しく設定することで、後での再計算による手間を省ける。

片側クリアランスと総クリアランスの違い

なぜ多くのエンジニアがこの区別でつまずくのか？それは、工具サプライヤーや参照チャート、現場での会話において、明確な説明なく片側クリアランスと総クリアランスが頻繁に混用されているためである。

次の実際の例を考えてみましょう。 Dayton Progress ：1.0 mm厚の材料で設計クリアランスが10%の場合、片側のクリアランスは0.10 mmになります。12.80 mm直径の穴をパンチングする場合、ダイの開口部は13.00 mmにする必要があります。これは、パンチサイズに全クリアランス（0.20 mm）を加えたものです。

関係性を明確に保つための簡単なリファレンスを以下に示します。

クリアランスの種類	公式	例（1.0 mm材料、10%）
片側クリアランス	材料厚さ × クリアランス％	1.0 × 0.10 = 0.10 mm
全クリアランス	片側クリアランス × 2	0.10 × 2 = 0.20 mm
パンチサイズ（ブランキング）	部品サイズ − 総クリアランス	13.00 − 0.20 = 12.80 mm
ダイサイズ（ピアシング）	穴サイズ + 総クリアランス	12.80 + 0.20 = 13.00 mm

使用目的（ブランキングかピアシングか）によって、クリアランスを加算するか減算するかが決まることに注意してください。電気エンジニアが適切な絶縁距離を確保するためにクリープ距離計算ツールを頼りにするのと同様に、金型設計者は最終的な寸法を決定する工具面に応じて、正しくクリアランス値を適用しなければなりません。

公式を正しく理解した上で、次に重要なのは、特定の材料に適した正しいクリアランス率を選定することです。異なる金属にはそれぞれ異なるアプローチが必要であり、この割合を誤れば、最も正確な計算でさえも無意味になってしまいます。

材料特性とクリアランス率の選定

あなたはその計算式を習得しています。片面 clearance と全 clearance の違いも理解しています。しかし、多くの計算が依然として失敗する原因は、使用する材料に適さない clearance パーセンテージを選択してしまうことにあります。軟らかいアルミニウムに対しては完璧に機能する5％の clearance でも、高硬度の鋼材に適用すると工具を破損させる可能性があります。なぜ異なる材料には異なるパーセンテージが必要なのかを理解することが、ダイサイズ計算機の結果を常に正確にする鍵となります。

材料の硬さがクリアランス選定に与える影響

パンチが板金に突き刺さる際の状況を想像してみてください。材料は単純に割れるわけではなく、まず塑性変形を起こし、その後せん断面に沿って破断します。ここで重要なのは、破断に至るまで材料がどの程度その変形に抵抗するかという点です。

この抵抗は以下の3つの密接に関連した特性によって決まります。

• 硬度: 表面のへこみに対する抵抗を測定します。硬い材料ほど急激に破断するため、突然の分離に対応するためにより大きなクリアランスが必要になります。
• 引張強度: 材料が破断する前に耐えられる最大応力。MISUMIの技術ガイドラインによると、引張強度の高い被加工材は、工具にかかる負荷が大きくなるため、より大きなクリアランスが必要です。
• 延性： 材料が破断するまでどれだけ伸びるかの指標。軟らかいアルミニウムなどの延性材料は流れやすく変形しやすいため、狭いクリアランスでも加工できます。一方、もろいまたは硬化した材料はほとんど変形せずに亀裂が入るため、きれいに破断させるためにより広いスペースを必要とします。

実務上のポイントは次の通りです：材料の硬度および引張強度が高くなるにつれて、クリアランスの割合もそれに比例して大きくする必要があります。この関係性を無視すると、パンチの過剰な摩耗、切断面品質の低下、場合によっては重大な工具破損が発生します。

一般的なシート金属におけるクリアランスの割合

では、実際にはどのくらいのクリアランス率を使用すべきでしょうか？標準的なダイカット公差は一般的な指針を示しますが、実際に加工する材料によって最適な範囲が決まります。以下の表に、材料の種類と硬度に基づいた推奨クリアランス率をまとめています。

材料タイプ	一般的な硬度 (HRC/HB)	引張強度範囲	推奨クリアランス（片側あたり%）
軟質アルミニウム (1100, 3003)	<40 HB	75-130 MPa	3-5%
硬質アルミニウム (6061, 7075)	60-95 HB	290-570 MPa	5-7%
軟鋼 (1008, 1010)	80-100 HB	300-400 MPa	5-8%
中炭素鋼 (1045)	170-210 HB	565-700 MPa	8-10%
ステンレス鋼（304、316）	150-200 HB	515-620 MPa	8-10%
高張力鋼 (HSLA)	200-250 HB	550-700 MPa	10-12%
焼入れ材（ばね鋼）	40-50 HRC	1000+ MPa	10-12%

パターンに気づきましたか？軟らかい材料は3-5％に集中していますが、硬い材料は10-12％に近づいています。これは恣意的なものではなく、これらの材料がせん断荷重下で破壊する際の基本的な物理特性を反映しています。

材料特性に応じたクリアランスの選定

適切なパーセンテージを選択するには、単に使用する材料の種類を特定するだけでは不十分です。金属ダイパンチ装置を使用する際に、以下の実用的な要因を検討してください：

• 素材の状態が重要です： 同じ合金でも、焼なましアルミニウムは加工硬化したアルミニウムと異なる挙動を示します。常に素材の実際のテンパー記号を確認してください。
• 被膜の影響： 亜鉛めっきまたは他の被膜処理された鋼板は、被膜の厚さおよび破断挙動への影響を考慮して、若干広いクリアランスを必要とする場合があります。
• 板厚との関係： クリアランスの割合は比較的一定に保たれますが、板厚が増すとパーセンテージ選定の誤差が拡大されます。3 mmの鋼板で1%の誤差は、1 mm材の場合の3倍の寸法誤差を生じます。
• エッジ品質の要求： 応用用途で優れた切断面仕上げが求められる場合——例えばPCBのクリアランス計算が正確な電気的間隔を最適化するように——推奨範囲内で若干クリアランスを小さく設定することがありますが、その代償として工具摩耗が増加することを許容する必要があります。

実際の例：1.5 mm厚のステンレス鋼（SUS304）からブラケットをスタンピングしています。表では8～10%のクリアランスが推奨されています。9%から開始すると以下のようになります：

• 片側クリアランス：1.5 mm × 9% = 0.135 mm
• 合計クリアランス：0.135 mm × 2 = 0.27 mm

試作部品でバリが大きすぎる場合は、10％に向けて増加させます。エッジのロールオーバーに問題が生じる場合は、8％に向けて減少させます。パーセント範囲は出発点を示しており、量産時のフィードバックで最終値を微調整します。

現代の製造工程は、かつての「すべてに10%」というアプローチから進化しています。MISUMIのエンジニアが指摘するように、特定の用途では11～20％の高いクリアランス値を微調整することで、金型への負荷を著しく低減し、作業寿命を延ばすことができます。PCBクリアランス計算機などの専用ツールが電子エンジニアの設計最適化に役立つのと同様に、材料ごとのクリアランスパーセントを理解することで、寸法ダイ仕様を品質と耐久性の両面で最適化できます。

材質の特性とクリアランス率が明確になったところで、経験豊富な金型設計者でさえもつまずいてしまうもう一つの重要な違いがあります。それは、ブランキング工程とピアッシング工程でこれらの計算をどのように異なるかということです。

ブランキングとピアッシングのクリアランスの違い

ここは、経験豊富な金型エンジニアでさえ高価なミスを犯す場所です。あなたは正しいクリアランス率を計算できています。素材の性質についても完全に理解しています。しかし、そのクリアランス値を誤った部品に適用してしまうと、部品は常に大きすぎたり小さすぎたりしてしまい、数学的な計算には問題がないにもかかわらず、何時間もトラブルシューティングに費やすことになります。

重要な違いとは？ ブランキングかピアッシングかによって、最終製品寸法に合わせて調整すべき工具（パンチまたはダイ開口）が決まります。これを逆にしてしまえば、プレスから出てくるすべての部品が不正になります。

ブランキング対ピアッシングにおけるクリアランスの適用方法

それぞれの工程で実際に何が起こるのかを見ていきましょう：

片付け 外部形状を作り出す——ダイから落ちる部分があなたの完成品となる。円形のディスク、ブラケットの外形、または部品のブランクを打ち抜く作業をイメージするとよい。部品の周囲の材料はスクラップとなる。

ピアス 内部形状を作り出す——穴、スロット、または切り抜きを行う。落ちる部分がスクラップとなり、周囲の材料が部品となる。

この一見単純な違いが、クリアランス値の適用方法を完全に変える。なぜなら、最終的な部品表面に接触する工具は、目標寸法に合わせてサイズ設定しなければならないからである。他方の工具にはクリアランスの調整が施される。

どちらの工具が最終寸法を決定するか

冷間圧延鋼板から75 mmの直径のブランクを作成していると仮定する。 業界の計算基準 によると、ブランキング工程では、ダイの直径が要求される部品サイズに一致する75 mmとなり、一方でパンチの直径はクリアランスを差し引いた結果、74.70 mmとなる。

その理由は以下の通りである：

• ブランキングの場合： ダイカットパンチは、完成品の外側の端を形成します。ダイの開口部はターゲット寸法と完全に一致していなければなりません。これが基準となるマスターレファレンスです。パンチは、総クリアランス量だけ小さく作られます。
• ピアシングの場合： パンチは穴の内側の端を形成します。パンチはターゲットとなる穴のサイズと正確に一致していなければなりません。これが基準となるマスターレファレンスです。ダイとパンチの開口部は、総クリアランス量だけ大きく作られます。

このように考えてください。切断時に完成品が接触したままになる面が、重要な寸法を決定します。ブランキングでは、製品がダイを通して落下するため、サイズはダイによって決まります。ピアッシングでは、製品がパンチを取り囲み、そのパンチが引き抜かれるため、サイズはパンチによって決まります。

各工程に応じた正しいクリアランスの適用方法

ここで、これを実用化するための計算式について説明します。これらは、パンチおよびダイ金型の仕様を定める際に常に使用する計算式です。

• ブランキング工程の場合：
  ダイサイズ = 製品サイズ（ダイはターゲット寸法と一致）
  パンチサイズ = 部品サイズ − (2 × 片側クリアランス)
• パンチング加工の場合：
  パンチサイズ = 穴サイズ（パンチは目標寸法に一致）
  ダイサイズ = 穴サイズ + (2 × 片側クリアランス)

これを実際のケースに適用してみましょう。あなたは軟鋼材（板厚1.5 mm）から50 mmの直径の円形をブランク加工する必要があります（片側7%のクリアランスを使用）。

• 片側クリアランス：1.5 mm × 7% = 0.105 mm
• 合計クリアランス：0.105 mm × 2 = 0.21 mm
• ダイの直径：50.00 mm（部品仕様に一致）
• パンチの直径：50.00 − 0.21 = 49.79 mm

次に、同じ部品に10 mmの穴をパンチングすると仮定します：

• 片側クリアランス：1.5 mm × 7% = 0.105 mm
• 合計クリアランス：0.105 mm × 2 = 0.21 mm
• パンチ直径：10.00 mm（穴の要件に適合）
• ダイ開口部：10.00 + 0.21 = 10.21 mm

クリアランスの計算は変わらないことに注意してください。変化するのは適用方法だけです。どの工具が重要寸法を決定するかを理解すれば、パンチとダイの関係には一貫した論理があります。

この区別を最初から正しく理解しておくことで、完璧に計算されたクリアランスにもかかわらず常に誤った部品ができてしまうという、厄介な状況を回避できます。公式が明確になった今、次は実際の計算例を見てみましょう。材料選定から最終的な工具寸法まで、一連の計算手順を丁寧に追っていきます。

メートル法およびインチ法による計算例

理論は価値がありますが、一から最後まで完全な例を実際に作業することで理解を確実に定着させる方法はありません。パンチ計算機を使って素早く見積もりを行う場合でも、重要な金型仕様を手動で確認する場合でも、これらのステップバイステップの解説では、学んだすべての内容を実際に適用する方法を正確に示しています。両方の計測システムを使用して、実際のシナリオを一緒に進めていきましょう。

ステップバイステップのブランキング計算の例

数字に取り組む前に、計算ミスを常に確実に排除できる体系的なアプローチを以下に示します。

1. 使用する材料とその板厚を特定する - 何を切断しようとしているのか、またそのゲージを正確に把握する
2. 適切なクリアランス率を選択する - 推奨される範囲に材料の特性を合わせる
3. 1面あたりのクリアランスを計算する - 基本式を適用する：板厚 × パーセント
4. パンチとダイの寸法を決定する - 作業タイプ（ブランキングまたはピアシング）に応じて適切なクリアランスを適用してください

この体系的なアプローチは、量産用の板金パンチやダイスのサイズ決定を行う場合でも、新しい部品の試作を行う場合でも有効です。ポイントは各ステップを順番に従うこと—順序を飛ばすと、最終的な寸法にまで影響が及ぶ誤差が生じやすくなります。

メートル法による計算の例

では、メートル単位を使用したブランキングの完全な例を紹介します。厚さ2.0 mmの304ステンレス鋼板から、外径40 mm、中心穴20 mmの円形ワッシャーを作成する必要があります。

ステップ1：材料と板厚の特定

材料: 304 ステンレス鋼
板厚：2.0 mm
必要なブランク直径：40 mm
必要な穴直径：20 mm

ステップ2：クリアランス率の選定

材料特性表によると、304ステンレス鋼は通常、片側あたり8～10％のクリアランスを必要とします。ここでは、良好な切断面品質を確保しつつ工具を保護できるバランスの取れた値として、9％を初期値として採用します。

ステップ3：片面クリアランスの計算

片面クリアランス = 材料厚さ × クリアランス率
片面クリアランス = 2.0 mm × 9% = 0.18 mm
総クリアランス = 0.18 mm × 2 = 0.36 mm

ステップ4：パンチおよびダイの寸法を決定

について ブランキング工程 （外径40 mmを形成する場合）

• ダイ径 = 部品サイズ = 40.00 mm
• パンチ径 = 部品サイズ − 総クリアランス = 40.00 − 0.36 = 39.64 mm

について パンチング工程 （中心穴20 mmを形成する場合）

• パンチ径 = 穴径 = 20.00 mm
• ダイ開口部 = 穴のサイズ + 総クリアランス = 20.00 + 0.36 = 20.36 mm

工具仕様のまとめ：39.64 mm ブランキングパンチ、40.00 mm ブランキングダイ、20.00 mm ピアリングパンチ、および20.36 mm ピアリングダイ開口部。標準的な計算方法を用いることで、これらの寸法が正確な完成品の形状を実現することを確認できます。

インチ単位の計算例

同じ計算方法をインチ単位で行ってみましょう。これは、米国の材料仕様および工具規格を使用する工場にとって不可欠です。

シナリオ：1010シリーズの軟鋼（厚さ0.060"）から、3.000" × 2.000"の長方形ブラケットをブランキング加工します。

ステップ1：材料と板厚の特定

材料：1010 軟鋼
板厚：0.060"（約16ゲージ）
必要なブランク寸法：3.000" × 2.000"

ステップ2：クリアランス率の選定

軟鋼には通常、片側あたり5～8％のクリアランスが必要です。標準的な生産作業では、6％がエッジ品質と工具寿命のバランスに最適です。

ステップ3：片面クリアランスの計算

片側クリアランス = 0.060" × 6% = 0.0036"
総クリアランス = 0.0036" × 2 = 0.0072"

ステップ4：パンチおよびダイの寸法を決定

このブランキング加工の場合：

• ダイ開口部 = パーツサイズ = 3.000" × 2.000"
• パンチサイズ = パーツサイズ − 総クリアランス = 2.9928" × 1.9928"

インペリアル分数を使用する場合、23/32 と 5/8 はクリアランス用途において意味のある差異があるのかどうかという疑問が生じることがあります。この例では、総クリアランス0.0072"は約7/1000"に相当します。これは非常に小さい値ですが、適切なせん断動作を確保する上で極めて重要です。同様に、「15/32 は 5/8 と同じか」という比較について理解しておくことも重要です（実際には異なります。15/32 は 0.469"、5/8 は 0.625" に相当します）。こうした知識は、分数表記と小数表記の寸法変換時に仕様の誤りを防ぐのに役立ちます。

に従って 『The Fabricator』の技術ガイダンスによれば 、0.001" から 0.002" のようなわずかなクリアランスの差異でも、穴径やパンチ引き抜き時の摩擦に明確な影響を与えることがあります。そのため、特に大量生産用の工具を指定する際には、おおよその見積もりよりも正確な計算がより重要になるのです。

パンチング加工力の考慮事項： クリアランスを計算する際、多くのエンジニアはパンチング力の計算も行い、プレスのトン数要件を確認します。当該の軟鋼の例では、切断力はおよそ以下の通りです。

力 = 周囲長 × 板厚 × せん断強度
力 = (3.0" + 3.0" + 2.0" + 2.0") × 0.060" × 40,000 psi ≈ 24,000 lbs

これにより、標準的なプレス能力要件が確認されると同時に、クリアランス計算によってその力レベルできれいな切断が保証されます。

これらの実例をテンプレートとして活用すれば、メートル法かインチ法か、単純な円形か複雑な形状かに関わらず、あらゆるブランキングダイのクリアランス計算に自信を持って取り組めます。しかし、計算結果が理論上完璧であるにもかかわらず、試作段階で部品に品質問題が生じる場合はどうでしょうか？ 次のセクションでは、クリアランスが実際の部品品質および工具寿命に与える影響と、どのような症状が調整を必要としているのかについて説明します。

クリアランスが部品品質および工具寿命に与える影響

紙上の計算は完璧に見えます。公式は正しく、材料の割合は業界の推奨値と一致しており、パンチとダイの寸法も数学的に問題ありません。しかし、試作部品をプレスで成形すると、バリが過剰に発生したり、エッジが粗くなったり、工具の早期摩耗の兆候が現れます。どこで問題が起きたのでしょうか？

その答えは、クリアランスが実際の結果にどのように直接影響するかを理解することにあります。寸法精度だけでなく、スタンピング部品全体の品質特性にまで影響します。クリアランスは、金属がどのように破断し、分離して金型から離れるかを導く「見えない手」と考えてください。正しければ、すべてがスムーズに進みます。間違えば、すぐに部品にその影響が現れます。

クリアランスがバリ形成に与える影響

バリは、クリアランスに問題がある最も目立つ症状です。スタンピングのエッジに沿ってできるこれらの鋭い盛り上がりは、材料がきれいにせん断されなかったときに発生します。そしてその特徴から、ダイ内部で何が起きているのかが正確にわかります。

クリアランスが狭すぎると、直感に反する現象が発生します。より狭いギャップでよりきれいな切断が得られると予想するかもしれませんが、実際には逆のことが起こります。据え付け金型メーカーのデイトンラミナの広範なテストによると、 Dayton Laminaの広範なテスト では、金型クリアランスが不十分な場合、上部と下部の破断面が互いにかみ合わず、材料の中央で綺麗に交わることがなくなります。その結果、二次的な亀裂や二重の破断が生じ、より大きく不規則なバリが発生し、追加のバリ取り工程を必要とするのです。

最適なクリアランスでは、パンチとダイの切断エッジから生じる破断面が正確に接続されます。これにより、通常材料厚さの約3分の1程度の一貫した光沢面（バーニッシュドランド）が形成され、その後に均一な破断領域が続きます。金属が設計されたせん断経路に沿って分離するため、バリの高さは自然に最小限に抑えられます。

過剰なクリアランスは、それ自体がバリの問題を引き起こします。破断面がつながっている場合でも、大きな隙間があることで、分離前により多くの材料変形が生じます。これにより、粗い破断面、小さい焼入れ面（バーニッシュゾーン）、そして不完全なせん断ではなく過度のロールオーバーによって形成されるバリが発生します。

エッジ品質とクリアランスの関係

バリに加えて、エッジ品質には切断面全体—焼入れ帯（バーニッシュゾーン）、破断帯、および二次的なせん断痕—が含まれます。最適な状態の金属製パンチおよびダイスを正しいクリアランスで使用すると、予測可能な特性を持つエッジが得られ、それを診断ツールのように読み取ることさえできます。

除去されてダイスを通って落下する部材（スラグ）は、完成品の穴の品質を完全に反映しています。デイトンの技術研究が説明しているように、スラグは穴の品質の鏡像です。スラグを検査することで以下のことがわかります：

• 最適なクリアランス： 均一な焼入れ面（板厚の約1/3）、焼入れ面に整列した均一な破断面、最小限のバリ
• クリアランスが不十分な場合： 不規則な破断面、磨耗した面が凹凸している、二次せん断痕、顕著なバリ
• クリアランスが大きすぎる場合： 粗い破断面、磨耗領域が小さい、穴縁に過度のロールオーバー

ねじ切り、圧入、精密組立など二次加工を必要とする用途では、エッジの品質が後工程に直接影響します。エンジン部品間の適切なクリアランスを確認するためにピストンとバルブの隙間計算ツールを使用するのと同様に、金型やパンチはその目的に応じた適切なエッジが得られるようにクリアランスを設定する必要があります。

適正なクリアランスによる工具寿命の延長

こうしたクリアランスの計算は、数千回に及ぶ生産サイクルを通じてそのメリットを発揮します。不適切なクリアランスは製品品質に影響を与えるだけでなく、工具の摩耗を大幅に促進し、早期の破損につながる可能性があります。

そのメカニズムは以下の通りです。クリアランスが狭すぎると、材料がパンチの引き抜き時にそれを掴みます。これにより、毎サイクルごとにパンチ表面に対してサンドペーパーのような過剰なストリッピング荷重が発生します。 according to HARSLEの技術文書 によれば、不適切なクリアランスは摩擦と工具への応力を著しく増加させ、摩耗を加速し、場合によっては早期の工具破損を引き起こす可能性があります。

Dayton Laminaの研究はこれを劇的に定量化しています。通常の5%のクリアランスでは、パンチ先端よりも0.0001インチまたはそれ以下の小さな穴が生じ、引き抜き時にプレスフィット状態を引き起こします。彼らのエンジニアリングされたクリアランス方式ではやや大きな穴ができ、パンチ摩耗の最大三分の二を解消します。これはシャープニングおよび交換の間隔を直接延長することにつながります。

以下の表は、異なるクリアランス条件が部品品質および工具性能のあらゆる側面にどのように影響するかをまとめたものです。

クリアランス状態	バール形	エッジ品質	金型の摩耗	脱毛力
狭すぎる（<5%）	二次せん断による大きくて不規則なバリ	不均一な光沢、二次的な破断痕	加速している—パンチの掴みが摩擦を増加させる	過剰—材料がパンチ引き抜き時にパンチを保持する
最適（材質により5-12％）	バリの高さが最小限	均一な1/3の光沢、きれいな破断面	正常—きれいな分離により摩擦が低減	最小限—材料からきれいに離れる
緩すぎる（>12-15％）	ロールオーバー型のバリ	粗い破断面、小さな焼入部帯	中程度—振動により欠けが生じる可能性がある	低いが、スラグ引き抜け不良の可能性あり

これらの要因間の相互関係に注意してください。生産現場のクリアランス試験部門は常にフィードバックを提供しています。その読み取り方を理解していればですが。過剰なストリップ力は、パンチの被膜摩耗やサイクルタイムの延長として現れます。エッジ品質の悪化は、不良品の発生や後工程での組立問題として表れます。工具の摩耗は、保守記録や交換コストに現れます。

結論は？最適なクリアランスとは、単に目標数値に合わせることではなく、許容できる部品を生産しつつ工具の有効寿命を最大限に延ばすバランスを実現することです。試作部品に不適切なクリアランスの症状が現れた場合、体系的なトラブルシューティングにより、計算値の調整が必要か、あるいは他の要因が影響しているのかを特定できます。

計算の検証とトラブルシューティング

ブランキングダイのクリアランス計算は完了し、仕様通りに工具が製作され、最初の試作部品も加工しました。次に何をすべきでしょうか？最も正確な計算でさえ、実際の結果との照合が必要です。理論上のクリアランス値と実際の生産性能の間には、計算式だけでは捉えきれない要因が存在することがよくあります。

検証は、計算値を量産可能な仕様へと変換する最後のステップだと考えてください。新しく作成したパンチ・ダイ工具を使用する場合でも、既存のパンチ・ダイサプライヤーから調達したダイを評価する場合でも、体系的な検証により、期待する品質と工具寿命が実際に得られていることを確認できます。

クリアランス計算の検証

問題のトラブルシューティングを行う前に、計算したクリアランス値が現場で実際に使用されている内容と一致しているかを確認してください。これは当然のことのように思えますが、製造時の寸法のズレ、不適切な研削、または単純な文書記載ミスによって、仕様と現実の間に差異が生じることがあります。

実用的な検証チェックリストを以下に示します。

• パンチ直径の測定： 校正済みのマイクロメーターを使用して、計算した寸法の公差内にあることを確認する
• ダイ開口部の測定： ピンゲージまたはボアマイクロメーターで、ダイ空洞の寸法が仕様と一致していることを確認
• 実際のクリアランスを計算： 測定したパンチ直径を測定したダイ開口部から引き、その後2で割って片側のクリアランスを求める
• 仕様と比較： 計算値と測定値の間のずれを記録する。0.01 mmの差異でも結果に影響を与える可能性がある
• 同心度の確認： ダイヤルインジケータまたは光学式比較計を使用してパンチとダイのアライメントを確認する

に従って 業界の検査ガイドライン 、工具装置の定期点検にはいくつかの課題がある—とりわけ時間と費用がかかることがある。しかし、プレス成形された部品の品質は、直接的に使用する工具の品質に依存している。時間節約のために検証を省略すると、後工程でより大きな問題を引き起こすことが多い。

トライランの結果の解釈

試作部品は、聞き方を知っていれば多くの情報を教えてくれる。各品質特性は、クリアランス値を調整する必要があるかどうか、またその調整方向に関する診断情報を提供する。

以下の主要な指標から確認を始める：

• バリの高さおよび位置： ダイ側に過剰なバリが生じている場合はクリアランスが不足していることを示し、過剰なロールオーバーを伴うバリはクリアランスが大きすぎる可能性を示す
• 光沢面比率： 材料厚さの約3分の1を覆うきれいなバリ取り面が、最適なクリアランスを確認しています。バリ取り領域が小さい場合はクリアランスが大きすぎることを示し、不規則または二重のバリ取り模様はクリアランスが狭いことを示しています。
• スラグの外観： パンチで抜かれた材料は、穴の品質を反映しています。スラグの破断面が一貫しており、エッジが均等であるかを確認してください。
• 寸法精度： ブランクが大きすぎる、または穴が小さすぎる場合は、クリアランスの問題ではなく、パンチまたはダイの摩耗を示している可能性があります。
• 部品の平面度： 切断エッジ付近の過度な歪みは、クリアランスに起因する材料の応力によって生じる場合があります。

として ブランキング工程のトラブルシューティングの専門家 注意：エッジ品質の劣化は、しばしばパンチとダイ間の不適切なクリアランス、材料の厚さや硬度のばらつき、またはパンチ・ダイの摩耗に起因します。これらの原因を区別するには、複数の試作部品を体系的に分析する必要があります。

クリアランスの段階的な調整を行う

試作結果でクリアランスに問題があることが示された場合、劇的な変更を加えようとする衝動を抑えてください。材料厚さの1～2％程度の段階的な調整を行うことで、他の変数からクリアランスの影響を分離できます。

以下の体系的な調整方法に従ってください：

• ベースライン条件の文書化： 現在のクリアランス値、材料ロット情報、プレス設定、および得られた部品品質を記録する
• 一つの変数を調整する： クリアランスだけを変更し、材料、速度、潤滑は一定に保つ
• 十分なサンプル数を実行する： 統計的妥当性を確保するために、少なくとも20～30個の部品を収集する
• 結果を評価する： エッジ品質、バリの発生、寸法安定性をベースラインと比較する
• 必要に応じて繰り返す： 品質目標を満たすまで、追加の微調整を続けてください

スプリングバックへの対応： 特に高張力鋼やステンレス合金などの材料は、ブランキング後のスプリングバックを示し、寸法精度に影響を与えることがあります。 高度なダイ補正方法 によると、スプリングバックの影響を受けた成形品は基準となる部品と比較測定され、その差異を打ち消すようにダイが修正されます。これは主に成形工程に適用されますが、きつい公差を持つ部品を切断するブランキングダイも同様の補正戦略を必要とする場合があります。つまり、材料の弛緩後に目標寸法を達成するために、工具をわずかに大きめまたは小さめに設計します。

材料のばらつきへの対応： 実際の材料ロットは、厚さ、硬さ、表面状態においてばらつきがあります。計算したクリアランスがあるロットでは完璧に機能しても、別のロットでは問題を引き起こす場合は、以下の点を検討してください：

• 入荷する材料の特性を測定し、それに応じてクリアランスの計算を調整する
• サプライヤーからのより厳しい材料公差の指定
• すばやいクリアランス修正が可能なダイ設計への調整機能の組み込み

生産フィードバックに基づく微調整： 量産運転は試作段階では得られない貴重なデータを生成します。以下の指標を追跡してください：

• 刃先研ぎサイクル間の部品数
• 時間経過に伴う不良率の傾向
• ストリッピング力の測定値（装備されている場合）
• メンテナンス時の工具摩耗パターン

この生産フィードバックループにより、初期の計算値を最適化された仕様へと進化させることができます。目標は一発で完璧な精度を得ることではなく、使用する材料・工具・品質要件という特定の組み合わせに対して、最適なクリアランス値に迅速に収束する体系的プロセスを確立することです。

検証が完了し、調整が正確に行われた後、多くの製造業者は鋼材を切断する前であらかじめクリアランス性能を予測できる高度なシミュレーションや高精度工具ソリューションによって、さらなる最適化を目指しています。

高度なツールと高精度ダイソリューション

従来、ブランキングダイのクリアランス最適化は手計算や試行錯誤による調整に依存してきました。しかし、鋼材を1枚も切断する前にクリアランスの影響を予測できるとしたらどうでしょうか？現代のCAEシミュレーションと高精度製造技術は、エンジニアがクリアランス最適化に取り組む方法を変革しつつあります。これによりコスト削減、開発期間の短縮が実現し、従来のダイ開発で常に問題となっていた不確実性を排除することが可能になっています。

クリアランス最適化のためのCAEシミュレーション

実際に試作ダイを製作することなく、数十種類のクリアランス構成をテストできると想像してみてください。これが最先端の有限要素（FE）シミュレーションが可能にするものです。学術誌「Heliyon」に掲載された最近の研究によると、 heliyonに掲載された最近の研究 では、ブランキング工程の数値シミュレーションにより、物理的な工具が存在しなくても、パンチ荷重－変位曲線や切断面品質に対するブランキングクリアランスの影響を検討できることを示しています。

クリアランスの最適化においてシミュレーションがこれほど強力である理由は以下の通りです：

• 完全なサイクル予測： 高度なFEモデルにより、シート金属の切断、スプリングバック、パンチの貫通、ストリッピング工程など、ブランキングサイクル全体をシミュレートでき、各段階での力の曲線を提供します
• エッジ品質の可視化： シミュレーションでは、任意のクリアランス設定におけるバリの発生、破断面の特性、および焼入れ層の比率を予測できます
• 材料応答のモデリング： 異なる材料特性を仮想的にテストできるため、複数の材料ロットを使用した高価な試作運転を不要にできます
• 欠陥の防止： しわ、割れ、その他の成形欠陥は、量産部品に現れる前からシミュレーションで明確に確認できます

業界のシミュレーション専門家が指摘するように、自動車業界におけるすべての板金部品は、現在、成形シミュレーションを使用して開発および最適化されています。今日のシミュレーションソフトウェアの使いやすさにより、このアプローチは事実上の標準的手法となっています。提案された金型設計の結果を確認するために、もはや試作金型を製造する必要はありません。

これらのシミュレーションに投入されるパラメータは、材料特性、板厚、金型の幾何学的形状、およびクリアランス値といった手計算の内容と一致しています。しかしシミュレーションは、応力分布、材料の流動パターン、最終製品の品質に影響を与える局所的なひずみ集中など、いかなる計算式にもない予測機能と可視化を提供します。

計算された結果のための高精度製造

いくら完璧な計算をしても、製造工程で必要な公差を維持できなければ意味がありません。設計で計算した片側0.10 mmのクリアランスと、実際に金型に実現されている状態との差によって、部品が仕様を満たすか、それとも不良品となるかが決まります。

現代の高精度ダイ製造は、以下の方法でこの課題に対応しています。

• 高精度切削加工： 精密プレス加工の基準によれば、高品質の金型とCNC制御プレス機を使用することで、ブランキング工程における寸法公差±0.05 mmが現在では達成可能です。
• 金型クリアランスの制御： 最小限のクリアランス（通常は材料厚さの5〜10％）を持つ高精度金型は、生産ロットを通じて正確な切断と一貫した切断面品質を保証します。
• サーボ制御による高精度： 高品位のプレス機は、ストロークの深さと速度をリアルタイムのフィードバックに基づいて調整することで、±0.01〜0.02 mm以内の再現性を実現しています。

シミュレーションと製造精度の関係性により、強力なフィードバックループが生まれます。シミュレーションは最適なクリアランス値を予測し、高精度の製造技術はその値を何百万サイクルにもわたり維持する金型を実現します。この組み合わせにより、計算された仕様と量産現場の現実の間にある従来のギャップが解消されます。

金型パートナーを評価する際には、彼らの能力が貴社のクリアランス要件にどの程度適合しているかを検討してください。電気的安全性仕様のためにエンジニアがクリアランスおよびクリープ距離計算ツールを使用するのと同様に、金型メーカーもまた、計算されたクリアランスが物理的な金型性能に正確に反映されることを保証するための測定および品質管理システムを示す必要があります。

設計計算から量産対応金型へ

クリアランス計算と量産対応金型の間にあるギャップを埋めるには、正確な計算式以上のものが求められます。シミュレーション、製造、品質検証をシームレスなワークフローで統合する、包括的なエンジニアリング能力が不可欠です。

邵逸の高精度スタンピング金型ソリューションは、このような統合的アプローチを示しています。同社のエンジニアリングチームは、金型製造開始前にCAEシミュレーションを活用してクリアランス構成を最適化し、試行錯誤によるコストを削減できる欠陥のない結果を予測します。IATF 16949認証により一貫した品質システムが保証されているため、計算されたクリアランスは製造された金型性能に確実に反映されます。

最先端の金型パートナーと他の差は何でしょうか？

• 迅速なプロトタイピング能力： 生産の締め切りが迫っている場合、クリアランス構成の迅速なテストが重要です。邵逸は最短5日でプロトタイプを提供し、クリアランス最適化の高速な反復を可能にします。
• 初回合格率： 93％という初回合格率は、シミュレーション主導の金型開発の正確さを反映しており、反復回数の削減により量産開始までの時間が短縮されます。
• OEM基準のエンジニアリング： 自動車グレードの品質要件には、趣味レベルの金型では達成できない精度が求められます

金型設計および製作能力を包括的に求めるメーカーにとって、「探求する」ことは、現代の金型パートナーがどのようにシミュレーション、精密加工、品質管理システムを統合して量産対応可能な成果を提供しているかを理解する上で役立ちます。 Shaoyiの自動車用スタンピング金型ソリューション シミュレーションによる最適化、精密加工、品質システムを統合した現代の金型パートナーが、いかに生産準備完了状態の結果を実現しているかを知る手がかりがここにあります。

手作業での計算から、シミュレーションで最適化され、精密に製造される金型への進化は、現在のブランキングダイ開発の姿です。基本的な計算式が変わらない—すなわちクリアランスは依然として材料の厚さに割合を掛けたものである—一方で、これらの計算値を検証し、最適化し、製造するためのツールは、精密プレス成形で達成可能なレベルを変革しました。

既存のクリアランス問題のトラブルシューティングを行う場合でも、新しい金型仕様の開発を行う場合でも、確かな計算の基礎知識と高度なシミュレーション、そして精密製造技術を組み合わせることで、プレス成形工程は一貫して高品質な結果を得られる位置に置かれます。

ブランキングダイのクリアランス計算に関するよくある質問

1. ブランキング加工における標準的なダイ clearance はどのくらいですか？

業界標準のダイ clearance は、材料の種類によって異なり、片側あたり材料厚さの5%から12%の範囲です。軟質アルミニウムは通常3〜5%、軟鋼は5〜8%、ステンレス鋼は8〜10%、高強度材料は10〜12%を必要とします。従来の「5%ルール」は、現代の高強度材料が最適な結果を得るために clearance を調整する必要があるため、もはや普遍的には適用されません。

2. パンチとダイ clearance の計算方法は？

以下の式で clearance を計算します：片側 clearance ＝ 材料厚さ × clearance パーセンテージ。合計 clearance は、片側 clearance を2倍します。ブランキングの場合、部品サイズから合計 clearance を差し引いてパンチ直径を求めます。ピアシングの場合、穴サイズに合計 clearance を加えてダイ開口部を求めます。例：2mmのステンレス鋼を9%で加工 → 片側0.18mm、合計 clearance 0.36mm。

3. ブランキングとピアシングでの clearance 適用の違いは何ですか？

ブランキングでは、ダイが最終的な部品サイズを決定するため、ダイは部品の寸法に一致させ、パンチは全体クリアランス分だけ小さく作られます。ピアッシングでは、パンチが穴のサイズを決定するため、パンチは穴の寸法に一致させ、ダイの開口部は全体クリアランス分だけ大きく作られます。この違いは極めて重要であり、クリアランスを誤った部品に適用すると、常に寸法の誤った部品が生産されます。

4. 不適切なダイクリアランスは部品品質にどのように影響しますか？

クリアランスが不足すると、大きな不規則なバリ、不均一な焼入れ痕、工具の摩耗の早期進行、および過大なストリッピング荷重が発生します。逆にクリアランスが大きすぎると、ロールオーバー型のバリ、粗い破断面、焼入れ領域の縮小、およびピアッシング中の振動が発生する可能性があります。最適なクリアランスは、バリの高さを最小限に抑え、焼入れ域が一貫して全体の約3分の1程度となり、工具の摩耗が正常で、材料の離型もきれいに行われます。

5. CAEシミュレーションはブランキング用ダイのクリアランス最適化をどのように改善できますか？

CAEシミュレーションは、製造用金型の製作前にクリアランス効果を予測し、複数の構成を仮想的に評価できます。このシミュレーションでは、パンチ荷重曲線、切断面品質、バリ形成、材料の応答を含むブランキング工程全体を再現します。このアプローチにより、試行錯誤にかかるコストを削減し、開発期間を短縮でき、高精度な製造能力と組み合わせることで、初回通過率を90％以上に高めることに貢献します。