板金プレス加工は、金物、家電、日用品工業製品の生産における主要な工程の一つとして、省エネルギー・省資源の大きな可能性を秘めています。
その中でも、原材料の節約には大きな余地と可能性があります。近年の全国的な電気開閉器、農業機械、家電、計器業界の研究によると、プレス板材の材料利用率は約62.5%～73.5%の範囲です。
市場競争が激化する中、原材料の販売価格はエネルギー価格の高騰に伴って大幅に上昇しています。原材料の節約は、プレス加工における省エネルギー・省資源の緊急課題となっており、関連企業にとってコスト削減と効率向上の有効な手段であり、製品の市場競争力を高める重要な手段でもあります。市場競争が日増しに激化する中、原材料価格はエネルギー価格の上昇に伴って大幅に上昇しています。原材料の節約は、プレス加工における省エネルギー・省資源の緊急課題となっています。関連企業にとってコスト削減と効率向上の有効な手段であり、製品の市場競争力を高める重要な手段でもあります。
量産におけるプレス材料の利用率ηが1%向上すると、プレス部品のコストは0.4～0.5ポイント低下します。
一、順送プレス用のレイアウト図の設計原則
平板打ち抜き部品（各種成形プレス部品の平板ブランクを含む、以下同様）のブランキング前に、材料を節約するために、板、条、帯、コイル材上で経済的かつ合理的な配置・レイアウトを行い、最適なサンプルを得て、可能な限り高い材料利用率を達成します。冷間プレス加工の工程設計と金型設計において、これは重要かつ技術的な作業です。冷間プレス金型の構造設計において、プレス部品図、プレス工程、およびそのサンプル図が主要な根拠となります。
既知の専門出版物では、単工程打ち抜き金型と複合金型のプレス部品のレイアウトについて詳しく紹介されていますが、多工程順送金型のプレス部品のレイアウトについては触れられていません。
多工程順送プレス部品のレイアウト図は、プレス工程とプレスステップの順序を十分に説明し、送りピッチ、辺縁部と橋部の具体的な数値、工程間の送り方法、およびプレス部品のすべてのプレス工程、変形、分離プロセスを示す必要があります。
金型の選定、構造設計、プレス材料利用率η、プレス生産性は、プレス部品の生産コストと密接に関連していますが、プレス部品の品質と金型寿命にも影響を与えます。レイアウトは、材料供給とプレス設備の生産条件を十分に考慮し、プレス品質を保証することを前提に、プレス金型がより良い構造、より良い操作安全性、金型工程を持つよう努め、レイアウトに影響を与えるさまざまな要因を総合的に分析し、複数の方案を比較して最適なレイアウトを選択する必要があります。
金型プレス設計を開始する前に、金型プレス図とレイアウト図を分析し、その主要な技術要件とプレス加工の難点を理解し、プレス工程の合理性と発生し得る問題に基づいて、金型プレス構造設計の基礎を築く必要があります。
数多くの単工程順送型の中で、ブランク型と単工程複合型のみがレイアウト図の設計を必要とする。つまり、平板ブランク品や成形プレス品の展開平ブランクを打ち抜く際には、レイアウトを行う必要がある。そして、そのほとんどが通常のタブと沿辺に廃材を伴う打ち抜きレイアウト方式であり、大部分は廃材削減打ち抜きしか実現できない。どのようなレイアウト方法を採用するにせよ、レイアウトの合理性や長所・短所は一般的に材料利用率によって評価される。
順送型の打ち抜き品のレイアウトは上記とは異なる。材料利用率ηはレイアウト品質を評価する上で最も重要かつ唯一の基準ではない。
順送型のプレス品のレイアウトについては、プレス品の工程分析を行い、プレス工程フローとその順序を合理的に設計し、順送プレス加工の特性と金型構造設計のニーズを十分に考慮し、送りとステーション間の送り方式の選択および位置決めシステムの設計に注意を払う必要がある。
したがって、順送型のプレス品のレイアウトは、順送プレス工程のステップ設計を基礎とし、プレス品の品質およびその寸法・形状・位置精度の確保を核心とし、プレス工程ステップの順序配置とステーション間の送り方式の選択を先導とし、金型の選定と構造設計を目的として、以下の基本原則に従うべきである：
（1）より簡単な金型タイプと構造の選択に有利であり、その操作が安全で、プレス品の品質が良いこと。
（2）金型の製造加工性が良く、修正研磨が容易で、型製作期間が短く、型製作と修正の費用が低いこと。
（3）板材利用率ηの値が高いこと。
（4）金型寿命がより長いこと。
（5）プレス効率がより高く、プレス品の生産コストがより低いこと。
上記5項目のうち、第（1）条が最も重要である。
すべての項目を同時に満たすことが不可能な場合もあるため、まずユーザーの要求と納期を優先し、その他の条項は適宜緩和すべきである。多くの場合、材料利用率ηを高めようとすると金型構造が複雑化し、製作が難しくなり、既存の金型製作設備や技術レベルでは製造が困難になることさえある。そのような場合、どれほど良い配列や高いη値であっても、断念せざるを得ない。板材利用率ηを下げても、より良い金型製作性、より短い製作期間、より高い金型寿命を得ることを選ぶ場合もある。
二、配列形式の選択と、その金型タイプおよび構造との関係
単一ステーションの落とし型および複合型の場合、平板打ち抜き品および各種成形品の展開ブランクを板、条、帯、コイル材上に配置する方式には、通常、単列縦配列、単列斜め配列、二列並列縦配列、二列対向縦配列、二列対向斜め配列、多列縦配列、千鳥配列、混合配列など、さまざまな形式がある。
配列方式が異なれば得られる材料利用率も異なり、異なる配列方式の選択に際しては、まず打ち抜き品の要求される寸法および形状・位置精度を達成することを考慮し、その上で適切な金型タイプとその構造を決定する。
例えば、打ち抜き品の寸法精度がIT10級以上要求される場合、縁付き・スキャラップ付きの配列方式を採用すべきである。無スキャラップ配列の打ち抜き品の寸法精度は概して低く、一般的にIT12級以下、さらにはIT14級程度まで低下する。打ち抜き品の寸法精度がIT9級以上と高く、かつ平坦性が要求される場合は、弾性ストリッパー構造を備えたすべりガイド付きダイセットを選択し、その配列には十分な縁とスキャラップを確保すべきである。
ドイツ工業規格DIN1543によると、冷間圧延鋼板は板厚tによって分類され、t＜3mmは薄板とされる。
計器・計測機器および電子産業の製品製造では、t≤0.3～0.1mm、さらには≤0.1～0.05mmの極薄箔材の打ち抜き加工品が頻繁に使用され、打ち抜き配列および金型設計に多くの困難をもたらしている。
配列の縁、スキャラップ幅および打ち抜きクリアランスの大きさは、いずれも打ち抜き品の材料厚tに応じて増減する。
t≤0.5mmの場合、スキャラップと縁の幅はtより大きくしないと、打ち抜き時にダイ穴に引き込まれず、十分な強度を確保し、スキャラップ枠に良好な送り剛性を持たせることができない。t=0.3mmの低炭素鋼板の場合、GB/T16743-1997「打ち抜きクリアランス」国家規格に規定されるI類クリアランスとして、金型片側クリアランスc=3%×0.3mm=0.009mmを採用できる。t=0.1mmの場合、c=0.003mm、すなわち3μmとなる。一方、GB/T2854-90国家規格のI級すべりガイド付きダイセットに規定されるガイドポストとガイドブッシュの嵌合クリアランスは0.010～0.016mmである。したがって、上記のような極薄材料の打ち抜きおよび順送打ち抜きにおいては、適切な配列方式の選択、合理的で精密な金型構造の設計に特に注意を払う必要があり、そうでなければこの種の打ち抜き品の加工は困難であり、要求される寸法および形状・位置精度を達成することも不可能である。
t＜0.5mmの極薄材料の打ち抜き品の順送成形においては、配列のスキャラップと縁は等幅とすることができ、金型構造設計の必要性に応じて適宜拡大することも可能である。金型構造タイプの選択に関しては、ガイドポスト付きダイセットの弾性ストリッパーガイドプレート式金型を推奨する。理想的には、弾性ガイドプレートをガイドポストに取り付け、ストリッパープレート（ガイドプレート）上に小型ガイドポストを設け、弾性ストリッパーガイドプレート式金型が正確なガイドを有し、打ち抜き精度を向上させるようにする。打ち抜き品の群孔の同軸度、位置度は、配列のピッチ精度および金型の送り位置決めに対してより高い要求を課す。配列時には特に注意を払うべきである。
板厚 t≤0.1mm の極薄材打ち抜き品、特に多工程の一工程一体成形による複雑形状の打ち抜き品は、多列斜め配列、対頭配列、反転打ちは不適切であり、混合配列もさらに不適切である。そうでなければ、スクラップブリッジが送り時に変形しやすく、破断し、さらにはダイに引き込まれる可能性があり、生産に影響を与え、不良品を増やし、金型を損傷させる。板厚 t≥3mm の中厚板打ち抜き品には、スクラップタブ付きレイアウトは推奨されず、t≥4.75mm の打ち抜き品には、入れ子レイアウトと組み合わせレイアウトは推奨されない。そうでなければ、金型の構造設計に困難をもたらすことになる。
寸法精度≤±0.01mm、板厚 t≤0.1mm の箔材高精度打ち抜き品、特に 1t9 級よりも高い精度を要する複雑形状の打ち抜き品には、ボールベアリング式ガイドピン付きダイセットとスプリング式ストリッパーを備えたガイドプレート式打ち抜き金型構造を推奨する。
レイアウト図設計の要点 単工程ブランキング金型とコンパウンド金型のレイアウト図設計は、平板打ち抜き品および立体成形品の展開された平らなブランクの外形に基づき、ストリップ材またはコイル材上に繰り返し配置する。打ち抜き品の品質と工程要件を満たす生産効率を保証しつつ、金型構造をより単純化し、金型製作をより容易にし、可能な限り高い材料利用率を達成することを基準として、最適なレイアウト方式を選定する。一般的に、打ち抜き品の外形と寸法構造がレイアウトの種類を決定し、多くはエッジとスクラップタブを有する従来のレイアウト方式を採用し、スクラップを伴う打ち抜きを行う。
長年の実務経験に基づき、単工程ブランキング、コンパウンド打ち抜き、および単工程複合型コンパウンド打ち抜き加工の打ち抜き品レイアウト図設計は、いずれも平板打ち抜き品および立体成形品の展開された平らなブランクの一回のブランキングとして考慮することができる。順送金型の打ち抜き品レイアウトは単発金型と比較してはるかに複雑であり、そのレイアウトは順送プレス工程の円滑な実施を保証し、可能な限り高い η 値を獲得し、操作の安全性、高効率を実現する必要があり、影響要因が多く、要求が高い。その手順と要点は以下の通りである。
（1）打ち抜き品の詳細な工程分析を通じて、打ち抜き品の順送プレスによる一工程一体成形の実現可能性を研究し、複数のプレス工程方案を比較検討し、その中から最適なものを選定してレイアウトを実施する。
（2）打ち抜き品の形状、寸法および精度は、順送プレス工程と工程順序に直接影響を与える。レイアウト時には、順送プレスの加工性、金型構造設計のニーズを考慮し、工程順序とステーション配置において以下の点に注意する。
a、打ち抜き品上の群孔のうち、ピッチ精度が 1t10 級以上またはピッチ公差値が 0.01mm 未満の孔は、すべて単一または隣接する 2 つのステーションで打ち抜くこと。
b、打ち抜き品上の穴壁、穴縁が板厚 t より小さいか、または 2mm 未満の場合は、ダイの強度を高め、パンチの固定プレート上の取り付け位置を拡大するために、2 つのステーションに分けて打ち抜くこと。
c、群孔の同軸度、位置度の要求が非常に高く、許容差が 0.01mm 未満の場合は、関連する孔を一度に打ち抜くか、隣接する 2 つのステーションで打ち抜くことができる。クリーンな穴あけと打ち抜きを要する部位は、1 つまたは 2 つのステーションに集中して実施すること。
d、打ち抜き品の外形および成形品の展開ブランクの寸法公差が非常に厳しい場合は、全体ブランキング後に曲げ加工または絞り加工を行うことを検討できる。打ち抜き品の局所的なボスまたは切り欠き部の寸法要求が厳しい場合は、多工程に分けて個別に打ち抜き、その後組み合わせることができる。
e、生産量が多く小型で複雑な形状の成形打ち抜き品については、できる限り多工程連続プレスによる一型成形を採用し、打ち抜き品の品質と効率を向上させること；
f、寸法精度が1t10級以上の高精度打ち抜き品については、排样（レイアウト）時に工程数をできるだけ減らし、工程数が多いことによる送り誤差の累積でプレス精度が低下するのを防ぐこと。局部精打ち抜き、据え込み押出し、扁平化などはすべて専用工位を設けること；
h、複雑な多方向曲げ、側方からの穴あけ成形、切り欠きなど、横方向に力を加えてプレスする必要がある打ち抜き品については、平面での穴あけ、切り欠き後、またはブランク抜き前に、くさび伝動による横方向プレスで一型成形することを検討し、精度と効率を向上させること。
（3）金型構造設計の必要性とプレス変形に必要な位置の要件を考慮し、必要な空き工位を設定し、固定板におけるパンチの取り付け位置を拡大すること。材料の扁平化・減厚による被覆面積拡大で凹型の表面積が増える場合も、空き工位を追加して凹型の壁厚を確保すること。
三、連続金型打ち抜き品の排样（レイアウト）タイプと方法
連続金型のプレス加工特性に基づき、工位間の送り方式、排样におけるスクラップの有無、および工程スクラップの除去方法などの要点により、連続金型打ち抜き品の排样は以下のタイプと配置方法に分類できる：
1、分割打ち抜き組合せ排样
各工位で打ち抜き品の一部をそれぞれ打ち抜き・成形する。各工位は比較的独立しており、互いに関連しない。その相対位置は金型によって制御され、最終的に完全で合格な打ち抜き品に組み合わされる。図1a)、b)、f)、j)を参照。
2、分割打ち抜き接合排样
打ち抜き品の内孔と外形、さらには完全な任意形状の打ち抜きライン全体を、複数の工位に分けて打ち抜き、最後に接合して完全な打ち抜き品にする。分割打ち抜き組合せ排样と類似しているが、完全に同じではない。各工位の分割打ち抜き接合では、打ち抜き刃先が互いに関連し、接合部分が重なる必要があり、金型製作の難易度が高まる。
3、縁部切除によるスクラップレイアウト
パンチ部品の側辺の複雑な外形を、縁部の打ち抜き切断によって得る方法を、縁部切除によるスクラップレイアウトと呼びます。送り方向における縁部打ち抜きの長さ l が送りピッチ s と等しい場合（すなわち l=s）、このパンチはサイドカッターの代わりとなり、送り込まれる原材料の縁部を切断してピッチを決める役割を担うことができます。このような側辺パンチは一般に成形サイドカッターと呼ばれます。jb/t-76481-94 規格のサイドカッターは種類が少なく、寸法規格も限られており、最大切断長さはわずか 40.2mm です。送りピッチ s＞40.2mm の場合には、非標準のサイドカッターを使用せざるを得ません。
標準サイドカッターを使用するもう一つの欠点は、原材料の側辺から一定幅の材料を切除して、送りピッチに等しい長さの切り込みを形成し、送り込まれる原材料を位置決めする必要があるため、工程スクラップが増加し、材料利用率 η が 2%～3% 低下することです。側辺パンチによる縁部切除は、パンチ部品の側辺外形の任意の複雑な形状の打ち抜きを完了できるだけでなく、送り込まれる原材料のピッチ制限も実現でき、標準サイドカッターの代わりとなるため、一石二鳥の効果があります。
4、ダレット切除によるスクラップレイアウト
細長い薄板の打ち抜き部品の場合、ダレットと接続する部分に複雑な打ち抜き外形を持つ長い部品には、ダレット切除によるスクラップレイアウトを用いることで、高品質・高生産性の効果が得られ、細長い打ち抜き部品のねじれ変形や取り外し困難などの欠点を回避できます。代表的な部品としては、計器用指針や時計の秒針などがあり、上記のダレット切除によるスクラップレイアウトを採用すると、非常に良い効果が得られます。金型製作を容易にするため、ダレットを拡大してブランク抜きを容易にし、原材料上にダレットとして残る部品は、最後に切断して分離することもあります。
5、縁部とダレットの組み合わせ打ち抜きによるスクラップレイアウト
工程を分担して縁部とダレットを順次打ち抜き切断し、成形部品の展開ブランクを得て、プレス成形するスクラップレイアウトを、縁部とダレットの組み合わせ打ち抜きによるスクラップレイアウトと呼びます。各工程で工程スクラップを打ち抜き、部品は原材料上に残して徐々に成形し、最終工程で分離します。このスクラップレイアウト形式は、各工程を同一平面上に保ち、送り方向に沿って直線状に配置でき、各工程間は送り込まれる原材料がワークを搬送して所定の位置に送り込むため、金型構造が簡単で、操作も容易かつ安全です。
6、入れ子式スクラップレイアウト
大型の打ち抜き部品の内孔の構造スクラップを利用して、同じ順送金型の専用工程で、同じ材料のより小さい寸法の部品を打ち抜く方法を、入れ子式スクラップレイアウトと呼びます。
一般的には、先に内孔内の小さい寸法の部品を打ち抜き、大きい寸法の部品は多くの場合、最終工程でブランク抜きされます。
単工程の複合抜き型でワッシャーを入れ子配列（套裁）するのは、古くから知られている典型的な入れ子配列のスクラップレイアウトです。多工程の順送抜き品の入れ子配列では、上下の工程間にスクラップを介さない材料取りとなるため、同軸度の要求が高く、送りピッチの誤差を小さく抑えることで、入れ子配列された抜き品の寸法精度と形状・位置精度を保証する必要があります。
7、拼裁（組み合わせ抜き）レイアウト
抜き品の工程スクラップや外周に連なる構造スクラップを利用し、互いに組み合わせて同一材料の複数の抜き品を打ち抜く方法を、拼裁レイアウトと呼びます。入れ子配列との違いは、拼裁では工程スクラップや余分な外周・橋部、および抜き品の複雑な外形や凸凹の差が大きいことによって生じる外周の構造スクラップをできる限り利用し、同一材料の複数の抜き品を打ち抜く点にあります。レイアウト時には、抜き品の外形の凸部と凹部を十分に活用し、互いに噛み合わせて組み合わせ配置することで、原材料を最大限に有効活用します。
無橋部レイアウトと無スクラップ抜き：大多数の順送型の抜き品は外周・橋部を有するレイアウトを採用しているため、スクラップを伴う抜き加工しかできません。もし外周・橋部のないレイアウトが可能で、かつ抜き品に構造スクラップが発生しなければ、無スクラップ抜きが可能になります。板材利用率を真に100%に近づける、あるいは達成する完全な無スクラップ抜きが可能な抜き品は稀ですが、無橋部レイアウトが可能な抜き品であれば、低スクラップ抜き（少スクラップ抜き）が可能です。
抜き品の無スクラップ・低スクラップ抜きを実施するには、まず抜き品の無橋部レイアウトを行う必要があります。
無橋部レイアウトの実施には、一定の条件と方法が必要です。前述の順送型の抜き品で無橋部レイアウトが可能であり、無スクラップまたは低スクラップ抜きができる他、単工程の抜き型や単工程の複合抜き型でも同様のことが可能です。
四、非直線送りによる順送複合型の抜き品レイアウト法
ほとんどの順送型では、送り方向は同一平面上で直線に沿って行われ、各工程への送りは原材料を送り込む搬送方式を採用しています。そのため、橋部で抜き品を連結した状態を原材料上に保持し、各工程での打ち抜き加工に供します。加工が完了し、最終工程に達して初めて、橋部で連結された完成品の抜き品を原材料から分離します。曲げ高さが大きい、絞り高さが大きい、多方向からの力で曲げ成形が必要な複雑な形状の抜き品の場合、多くの場合、全体をブランク抜きした後、別の金型で成形する必要があります。
そうでなければ、成形された抜き品を型腔から取り出すために、金型の大きな開放高さが必要になります。従来の順送型のように各工程を送り方向に沿って同一平面上に直線配置すると、金型構造の設計が困難になります。
この種の抜き品を多工程順送型で一体成形する場合、そのレイアウト方法は前述の各種従来型順送型のレイアウトとは完全に異なり、全体をブランク抜きして展開した平らなブランクを得た後、斜め楔で駆動される専用の材料送り機構により、ブランクを原材料の送り方向に対して一定の角度をなす成形工程に押し出し、曲げまたは絞り成形を行います。これにより、金型の各工程はL字型に配置され、各工程は同一平面上にはありません。
現代のプレス技術の急速な発展と、プレス加工の機械化・自動化レベルの継続的な向上、さらにはプレス安全生産に対する要求の高まりに伴い、この種の構造の順送型は今後ますます増加し、広く使用されるようになるであろう。
吊り環プレス部品の3ステーション順送複合型は、その第1ステーションで長方形穴を打ち抜き、第2ステーションでブランク抜きと曲げの複合プレス加工を行い、第3ステーションは部品8のカムによって駆動される送りシステムであり、押し板部品6を介して第2ステーションで曲げ加工されたワークを曲げ芯部品12に沿って所定の位置まで押し出した後、2セットの部品13カム伝動機構を使用して、送り方向に対して相対的かつ垂直に力を加え、一対の成形凹型部品17を押して、プレスワークを最終的に成形する。この金型は順送型の動作特性を備えていると同時に、複合型の機能も有している。第2ステーションから第3ステーションへは、ワークが原材料から分離されて別途形成されるため、プログレッシブダイと呼ぶのは実際の状況に合わない；
順送型と呼ぶと、第2ステーションの複合プレス加工の機能や、金型全体の分離と変形の複合プレス加工の特徴が無視されるため、順送複合型と命名するのがより適切である。