精密プレス金型のクリアランス設定によるバリ低減技術

精密プレス金型におけるクリアランスとは

精密プレス加工では、多様な素材を高精度に打ち抜くために、金型の設計が重要です。
特に「クリアランス」とは、パンチとダイの間に設けられる隙間のことで、このクリアランスの設定こそが製品の品質に直結します。

もしクリアランスが適切でなければ、打ち抜き面に「バリ」と呼ばれる不要な突起が発生しやすくなります。
バリは製品の仕上げ工程を増やす原因となるだけではなく、機能面や外観でも大きな影響を及ぼします。
そのため、精密プレス金型の設計においてはクリアランス設定が最大のポイントです。

バリが発生するメカニズム

打ち抜き加工時のせん断と割れ

材料にプレス金型を押し当てると、まず金型のエッジ近くから材料表面が「せん断」されていきます。
その後、一定の力が加わると、材料内部に割れが発生し、最終的に打ち抜かれます。
クリアランスが狭すぎるとエッジどうしが「つぶし」を起こし、割れが発生する位置が不安定になります。
一方で、クリアランスが広すぎると割れが早期に発生し、せん断面が少なくなったり、大きなバリになるリスクが高まります。

材料特性とクリアランスの関係

金属材料の硬さや延性、厚みによってバリの発生しやすさは変わります。
柔らかい材料ほどせん断面が長くなりやすいですが、硬い材料は割れやすく、多めのクリアランスが求められます。
また、材料厚が厚いほどクリアランスの設定も広く取る必要があります。

機械精度の影響

せっかく適切なクリアランスを設計しても、金型製作やプレス機そのものの精度不足により、実際の隙間に誤差が出るとバリ低減効果が得られません。
そのため、クリアランス管理は製造プロセス全体の品質保証にもつながっています。

クリアランス設定によるバリ低減の原理

最適クリアランスの算出方法

精密プレス金型業界では、クリアランスの基本値を「材料厚（t）」や物性に応じて決定します。
一般的には材料厚の5％〜10％程度とされますが、これはあくまで基準値です。
たとえば0.5mm厚の板材の場合、25μm〜50μm程度が標準です。
しかし、材料特性や求められるせん断面の質、仕上げ品質に応じて最適値を選定します。

クリアランスの狭小化による効果

パンチとダイの隙間を狭めれば、それだけ材料がせん断される領域が増え、割れが起こるまでの直進部が長くなります。
これにより「せん断面」と呼ばれる滑らかな箇所が広くなり、「破断面」と呼ばれる荒れた部分が短くなります。
これこそがバリ低減の鍵です。

狭すぎるクリアランスのデメリット

クリアランスを狭くしすぎると、パンチの欠けや早期損傷、あるいは金型自体がかじりを起こす原因となります。
クリアランスは「バリ低減」と「金型の耐久性」を最適両立させる技術的バランスが大切です。

バリ低減のための最新技術

高精度金型製作技術

近年では、金型自体の寸法精度が飛躍的に向上しています。
ワイヤーカット放電加工や高精度研削盤による形状合わせにより、μm単位でのクリアランス管理が実現できます。
また、エッジ部のミクロ仕上げによって、金属流動のコントロールも改善されています。

金型表面処理技術

金型のパンチ・ダイ部分にはコーティングや窒化処理などの表面硬化処理が施されることもあります。
これにより摩耗耐性が高まり、狭小クリアランスでも長期間使用可能となります。
また、離型性向上によって打ち抜き時の摩擦発熱も抑えられ、バリ発生を根本から抑え込めます。

ファインブランキングとの違い

「バリフリー」な打ち抜き表面を目指して発展してきたのがファインブランキング（精密せん断）技術です。
これはクリアランスを極限まで詰め、材料に側圧（インプロッシング力）を加えながら抜くため、通常のプレス金型とは異なる工程です。
ただし、コストや対応素材、形状自由度などの制約もあるため、一般的なプレス金型内でのクリアランス最適化によるバリ低減技術が依然多くの現場で重視されています。

クリアランス調整と現場での実践ポイント

バリ測定と評価

現場では、打ち抜き品のバリ高さ・幅・形状をマイクロメータやプロファイル測定器で厳しく検査します。
短納期試作や量産立ち上げの際は、初期クリアランス設定から微調整を繰り返し、最終的なクリアランス値を確定させます。

金型メンテナンスの重要性

新品金型からのバリ発生低減はもちろんですが、使用とともにパンチ先端の摩耗やダイエッジのカケでクリアランスが拡大し、バリが再発することも多いです。
定期的な金型メンテナンス、そして摩耗の予兆管理がバリ低減を長期維持するうえで重要です。

加工品種ごとの最適クリアランス

複雑形状や曲線など部分的にクリアランスを調整したり、部位ごとに異なるクリアランスを設けるケースも増えています。
これにより、バリが出やすいコーナー部や開口端部のみ特別な設計を施し、全体の仕上げ効率を上げることができます。

バリ低減とコスト、歩留まりの最適化

バリ除去工程の削減

クリアランス設定によるバリ低減が実現できれば、後工程のバリ取りや研磨の工数・コストを大きく削減できます。
これにより、量産現場では「歩留まり向上」と「コスト削減」という大きなメリットを得られます。

自動化ラインとの連携

バリが最小化されることで、ロボット搬送や自動アッセンブリ工程でのトラブルが減り、不良率の低減や生産性の向上にも寄与します。

まとめ

精密プレス金型のクリアランス設定は、バリ低減の要であり、製品品質・コスト・生産性すべてと密接に関連しています。
最新の金型加工技術と精密なクリアランス管理の両輪によって、より高品質で効率的なものづくりが実現可能です。
バリ問題に悩む現場は、まずクリアランス設定の見直しや金型メンテナンス体制の強化から始めてみてはいかがでしょうか。