金属プレス加工におけるスクラップ削減：収益性向上のための5つの技術的戦略

要点まとめ

金属プレス加工におけるスクラップ削減は、単なる清掃作業ではありません。原材料費が部品原価の50～70％を占めることが多いことを考えると、収益性向上のために最も効果的な手段と言えます。スクラップを埋没コストから競争優位に変えるためには、メーカーは以下の三つのアプローチを採用する必要があります。 製品設計（DFM） , 金型の最適化 （高度なネスティングやオフアル回収など）、および プロセス制御 （センサーによる監視）です。成功の主要な指標は 材料使用効率比率（MUR） です。これは、原材料のシートのうち、完成品となった部分が占める割合を示します。

本ガイドでは、「ナノジョイント」を用いたより高密度なネスティングの実施から、リアルタイムで欠陥を防止する「アクティブスピード制御」センサーの活用まで、MURを最大化するための技術的戦略について解説します。単なる廃棄物処理を超えて、設計されたスクラップ削減へと移行することで、プレス加工工程は大幅な利益率改善を実現できます。

最適化戦略1：高度なネスティングと材料の有効活用

スクラップ削減における最も即効性のある機会は、ストリップレイアウトの設計にあります。 巣を作る 部品を金属ストリップ上に配置し、それらの間の空き領域（ウェブ）を最小限に抑える手法を指します。標準的な「ワンアップ」レイアウトは設計が簡単ですが、しばしば過剰なスケルトンスクラップを残します。「ツーアップ」や「インタロック」などの高度なネスティング戦略を用いることで、材料の使用効率を5～15％向上させることができ、利益に直接貢献します。

強力な技術として挙げられるのは トゥルーシェイプネスティング ナノジョイントのような現代技術を活用する ナノジョイント tRUMPFのような業界リーダーが詳細を説明しているように、ナノジョイントは部品をストリップに接続するための微小な保持タブであり、従来の大きなマイクロジョイントに代わるものである。これらのタブは極めて小さいため、部品同士を互いに隣接して配置しても、ずれたり衝突したりするリスクがなくなる。この近接配置により、部品間のウェブ幅を大幅に狭めることができ、結果として1つのコイルから取り出せる製品数を効果的に増やすことが可能になる。

もう一つの高度なアプローチは 混合部品ネスティング これは、大きな部品のスクラップ領域から、より小さく異なる部品を打ち抜く手法です。ESI Engineering Specialtiesが挙げている典型的な例として、スキューバ器材メーカーが年間20,000個のDリングを製造しているケースがあります。エンジニアは、大きなリングの内側の「D」字型の切り抜き部分（本来廃棄される素材）から、小さなワッシャー状のリングを打ち抜けることに気づきました。これにより、材料費1つのコストで実質的に2つの部品を得ることになります。ただし、ここでは重要な経験則があります。不要な部品の在庫過剰を避けるため、大きな部品の生産数量は、小さい嵌め込み部品の数量以上である必要があります。

ストリップレイアウトレビューの主なチェックリスト

• ブリッジ幅： ウェブ幅は材料の板厚に応じて最適化されていますか？
• 繊維方向： 割れを防ぐために、曲げ加工は結晶粒方向に対して直角方向になっていますか？
• 部品の回転： 部品を180度回転させることで、相互にかみ合う配置（インターロック）が可能ですか？
• 混合ネスティング： BOMに、スクラップ領域に収まるようなより小さい部品はありますか？

最適化戦略2：金型設計およびエンジニアリングソリューション

レイアウトが最適化された後は、物理的な金型に焦点が移ります。 プログレッシブダイ設計 「オフアル金型」または「回収金型」を使用することで、材料を再利用する独自の機会を提供します。オフアル金型とは、主工程で発生するスクラップ（オフアル）を受け取り、そこから使用可能な部品を打ち抜くように特別に設計された二次用のツールです。これにより金型コストが追加されますが、大量生産における長期的なコスト削減効果により、その投資を正当化できる場合が多いです。

連続生産を行う場合、一部のプレス加工業者は 「スクラップのステッチ接続」 という技術を採用しています。『The Fabricator』の技術的な議論で指摘されているように、スクラップの断片を機械的に（トグルロックや類似の装置を使用して）接続し、連続ストリップとして二次のプログレッシブ金型に供給できるようにすることがあります。この創造的なエンジニアリングにより、従来はバラバラの廃棄物であったものが自動供給可能になります。ただし、エンジニアは注意を払う必要があります。 加工硬化 最初の工程で既に変形または歪みが生じた金属は延性を失う可能性があり、深絞り加工が必要な二次部品には不適切です。このような金属は、シンプルなブラケットや平板部品に最も適しています。

硬化鋼への投資を行う前に、こうした複雑な金型設計の概念を検証することは極めて重要です。この段階で、能力に特化した製造業者と提携することが不可欠になります。例えば シャオイ金属技術 オファー 包括的なスタンピングソリューション 急速なプロトタイピングから量産までをつなぐ企業です。こうした企業が5日以内に評価可能なプロトタイプを提供できる能力を活用することで、エンジニアは設計段階の早い時期に材料の流れや部品配置（ネスティング）の実現可能性をテストでき、大量生産向け自動車基準（IATF 16949）において積極的なスクラップ削減戦略が実行可能であることを確認できます。

最適化戦略3：欠陥防止と工程管理

スクラップとは残された骨組みだけでなく、廃棄する部品のことも指します。次を区別することが重要です。 設計上のスクラップ （副産物）と 製造スクラップ （不良部品）は極めて重要です。設計上のスクラップは設計上の選択ですが、製造工程でのスクラップはプロセスの失敗を意味します。パンチングされたスラグがパンチ面に付着し、次の部品を損傷する スラグ引き といった一般的な欠陥は、検出されなければ何千個もの部品を破損させる可能性があります。

これを防ぐため、メーカーは現在ますます ダイ内センサ技術 を採用しています。TRUMPFが紹介する現代的なシステムである アクティブスピードコントロール は、センサーを使用してプロセス中の放射を監視し、自動的に送り速度を調整します。溶融材が正しく形成されない、あるいはスラグが排出されないなど、問題の兆候をシステムが検出した場合、直ちにパラメータを調整したりプレスを停止したりできます。これにより、「後から不良品を検査で除外する」のではなく、「製造プロセスの中で品質を確保する」という新たなパラダイムへと移行しています。

製造工程でのスクラップを削減するもう一つの手段として、 ビジョンシステム と ドロップ＆カット 技術です。残りのシート（まだ使用可能な領域を持つコイルやスケルトンの端部）については、カメラシステムがシートのライブ映像に部品のグラフィックを重ねて表示できます。これにより、オペレーターはデジタル部品ファイルを残っている材料上にドラッグ＆ドロップして、即座に予備部品を切断できます。これにより、コイルの「使えない」と見なされがちな端部でさえもリサイクル処分ではなく収益に貢献できます。

最適化戦略4：製造性設計（DFM）

スクラップを削減する最も費用対効果の高いタイミングは、金型が作られる前です。 製造向け設計 (DFM) 製品設計者とプレス加工エンジニアが協力し、部品の形状を標準的なストリップ幅に合うように調整することです。多くの場合、フランジ幅を2mm狭めたり、角部の半径を変更したりといったわずかな変更によって、部品をより狭い標準コイルに適合させたり、隣接する部品とより密に配置できるようになります。

材料選定も重要な役割を果たします。エンジニアは部品が 切削加工ではなくプレス成形できるかどうかを検討すべきです . マシニングは、ブロックの最大80%をスクラップ（廃材）に変える除去加工プロセスです。一方、プレス成形はネッティング形状プロセスです。ESIが指摘しているように、機械加工部品をプレス成形品に変更することで、材料の無駄を大幅に削減できるだけでなく、生産速度が向上することもよくあります。さらに、設計者は 繊維方向 . ストリップ上で部品を最適な配置にするために向きを決める際、 grain direction（素材の繊維方向）を考慮せずに単に高密度配置だけを優先すると、曲げ工程中に割れが生じ、そのロット全体が100％スクラップになる可能性があります。バランスの取れたDFM（設計による製造性向上）アプローチでは、材料の節約と工程の信頼性の両方を検討する必要があります。

結論：廃棄物を利益に変える

金属スタンピングにおけるスクラップの削減は、精度と創造性が報われる多分野にまたがる課題です。スクラップを単なる「事業コスト」と見ていた考え方から脱却することで、製造業者は顕著な潜在利益を発見できます。ナノジョイントのような高度なネスティング戦略の導入、リカバリーダイによるオフカットの創造的な再利用、スマートセンサーの活用により、材料使用率を最大化する堅牢なシステムが構築されます。

成功するにはマインドセットの変革が必要です。コイルの1平方インチごとが収益の可能性を秘めていると考えるのです。DFMのわずかな調整によりネスティング効率を高める場合でも、何千もの欠陥を防止するスマートプレス制御への投資の場合でも、目標は同じです。材料使用率（MUR）を最大化し、工場から出荷される金属が高品質で販売可能な部品のみであるようにすることです。

よく 聞かれる 質問

1. 金属スタンピングにおけるスクラップと廃棄物の違いは何ですか？

用語はしばしば同義的に使用されますが、「スクラップ」は通常、販売時に一定の残存価値を持つリサイクル可能な金属（例えばスケルトンストリップや内臓類）を指します。「廃棄物」または「ゴミ」は、回収価値のない非リサイクル材や資源を指すのが一般的です。しかし、リーン生産の文脈では、購入したが製品として販売されなかった材料はすべて最小化すべき廃棄物と見なされます。

2. 部品のネスティングはどのようにして材料費を削減するのですか？

ネスティングは、部品同士の隙間を最小限に抑えるために金属ストリップ上での部品の配置を最適化します。部品を相互に噛み合わせたり、回転させたり、大きな部品のスクラップ領域に小さな部品を配置するなどの手法により、メーカーは1つのコイルからより多くの部品を生産できます。材料費は全体の部品コストの50～70％を占めることが多いため、コイルあたりの部品数を増やすことは直接的に単価の低下につながります。

3. スタンピング工程でスクラップを発生させる最も一般的な欠陥は何ですか？

生産スクラップとなるよくある欠陥には、不良品の発生原因として以下のものがあります スラグ引き （廃材がダイス内に引き戻される現象） バリ （工具の摩耗やクリアランスの不適切さによる鋭いエッジ） 割れ／亀裂 （多くの場合、板の繊維方向の問題が原因）、および しわの発生 。これらの発生を防ぐには、定期的なダイスメンテナンスと工程監視が必要です。

4. オフアルダイまたはリカバリーダイとは何ですか？

オフアルダイ（リカバリーダイとも呼ばれます）は、主なスタンピング工程で発生するスクラップ材料（オフアル）を利用して、より小さく独立した部品を成形するために設計された特殊なスタンピング用金型です。例えば、自動車の窓枠から切り出された金属片をオフアルダイに供給して小型のブラケットを打ち抜くことで、二次部品の材料を実質的に無料で得ることができます。

5. 繊維方向はスクラップ率にどのように影響しますか？

金属のコイルには、圧延工程中に形成される木材に似た「繊維方向（グレイン）」があります。この繊維方向に平行に曲げ加工を行うと、曲げ部の外側に亀裂が生じ、製品が不良となる可能性があります。そのため、重要な曲げ加工を繊維方向に対して垂直（横断）になるようにストリップレイアウトを設計することで、嵌め合わせ密度がやや最適でなくなる場合でも、こうした亀裂を防止できます。