現代の製造業は、精密金属プレス金型に依存しており、これらは名もなき英雄的存在です。これらの金型は、電子機器や家電製品、自動車、医療機器など、私たちの身の回りにあるあらゆる場所で使われる大量生産の複雑な部品を、単純な金属板から作り出します。しかし、数マイクロメートルの精度を繰り返し実現できる金型を設計することは、多段階にわたる工学的プロセスです。ここでは、その設計プロセス全体を一覧でわかりやすく解説します。
1. 製品分析と実現可能性：重要な出発点
工程のスタートは金型ではなく、部品そのものです。エンジニアは対象の部品図面を入念に分析します。
形状：複雑さ、重要寸法、公差、および成形上の問題（深絞り、鋭角曲げなど）の評価。
材料：材料の性質（強度、延性、板厚、結晶方位）は、金型にかかる力や摩耗に関する重要な情報を提供します。
生産量：予想される生産量は、金型構造材（標準工具鋼対高硬度工具鋼）の選定に影響します。
実現可能性：部品は実際にスタンプ成形可能でしょうか？公差は問題ないでしょうか？この段階で、潜在的な障害要因を早期に特定します。
2. ストリップレイアウトおよび工程計画：工程の道筋を明確化
部品が金型内でどのように移動するか？このステップでは作業の順序を決定します。
ストリップレイアウト：金属コイル上の部品の最適な配置を設計し、廃材（スクラップ）を最小限に抑え、円滑な送りを実現します。これにはパイロット穴、キャリアウェブ、精密ネスティングなどが用いられます。
工程順序：各工程（パンチング（穴開け）、ブランキング（外周形状）、曲げ、成形、絞り、圧印など）の実施順序を決定します。各工程には金型内の対応する機械ステーションが割り当てられます。
ステーション数：複雑さ、部品数、金型のコスト／サイズとのトレードオフを考慮します。プログレッシブ金型では、ストリップが通過する際に多数の工程を連続的に処理します。
3. 金型構造設計：フレームワークの構築
プロセスがマッピングされ、それが完了するとエンジニアは金型の物理的構造を設計します。
ダイセット：標準またはカスタムの上型（パンチ）および下型（ダイ）セットを選択し、ガイドピン／ブッシュとの完全な適合を確保します。
プレートおよびシューデザイン：部品が取り付けられるプレートをどのように設計するか、また高いトン数に耐えられるように曲げずにどう対応するか。
部品配置：パンチ、ダイ、スプリング、リフター、センサー、ガイドを構造内で適切な位置に配置し、より良い作動性とアクセス性を確保する必要があります。
4. 詳細な部品設計：エンジニアリングの精密さ
ここでは、マイクロレベルの高精度設計の段階です。
パンチおよびダイ設計：切断エッジや成形のための特定かつ十分な幾何学的形状を展開し、必要なクリアランス（材料厚みの片側あたり約5〜15％）、R形状、表面仕上げを含めます。破壊を防ぐために強度計算を行います。
ツールのイキュベーション：スプリングバック（曲げ加工後の材料がわずかに反る傾向）を考慮する必要がある、曲げ加工やより複雑な形状加工で使用されるパンチ、ダイ、パッド、インサートの準備。
スプリングおよびリフターの選定：ストリッパー圧力、部品の排出、カムの復帰に適したスプリング（圧縮スプリ링、ニトロゲンスプリング）を選択し、部品が確実に離脱できるようにすること。
ダウエルピンとネジ：各部品を安全に接続するためのサイズ決めおよび配置位置を明確に指定し、互いの相対的な位置関係を正確に決定すること。
5. シミュレーションおよび検証：鋼材の切削前のテスト
現代の設計では、コンピュータソフトウェアの潜在能力を活用して問題を予測し、未然に防止します。
成形シミュレーション（FEM解析）：成形・絞り工程中の金属の流動を再現し、割れやしわ、板厚の減薄などの可能性を把握。金型製作開始前に幾何学的最適化を可能にする。
応力解析：金型の各部が予想される打抜き力を破損や過度なたわみを生じることなく承受できるかどうかを確認します。
パス検証：プレスストロークの全長にわたり、パンチとダイの間に衝突がないことを確認します。
6. 製造および組立：設計を現実のものへ
設計は、精密加工（CNCフライス加工、研削、ワイヤー放電加工）を用いて高硬度鋼材の部品として製造されます。熟練した金型技術者が細心の注意を払い、正確に適合、組立、調整を行います。
7. 試運転および微調整：実際に打ち抜いて確かめる
完成した金型は、プレス機上で厳格なテストに subjected されます。
初回サンプル：最初に成形された部品は、図面に基づいて念入りに測定されます。
トラブルシューティング：寸法のばらつき、バリ、部品の排出不良、工具痕などの問題に対応します。
微調整：品質を確保するため、パンチ、ダイ、スプリング、フィードの微調整を行います。