自動車、エレクトロニクス、電化製品の製造など、ビジネスで金属スタンピングを注文したことがある方なら、適切にフィットし、耐久性があり、予定通りに納品される部品を入手するのにどれだけの費用がかかるかご存知でしょう。過去 8 年間、数十のクライアントと仕事をしてきたスタンピング製品サプライヤーとして、私が言えるのは、単に機械を稼働させて金属を切断するだけではないということです。すべてのステップには、プロジェクトを中止したり、コストを押し上げたり、部品のバッチを台無しにしたりする可能性のあるハードルがほとんどありません (それほど少なくないわけではありません)。今日は、スタンピング生産で私たちが直面する現実の日常的な課題を詳しく説明し、地元のスタンピングショップがそのカスタムオーダーに少し余分な納期を必要とする理由を少しだけご紹介したいと思います。
まず最初に、素材自体について話しましょう。板金はほぼすべてのプレス部品の根幹ですよね。単純なブラケットを作成する場合でも、複雑なエンクロージャを作成する場合でも、金属の種類、厚さ、さらにはバッチの一貫性が作業の成否を左右します。ここでの最大の頭痛の種の 1 つは、材料のスプリングバックです。この用語を聞いたことがない方のために説明すると、これは基本的に、スタンプした直後に金属が元の形状に戻ろうとすることを指します。たとえば、ペーパークリップを指で曲げると想像してください。指を放すと、完全に曲がったままではなく、少しだけ元に戻ります。それに、さらに厚くて強い金属を掛け合わせると、問題が発生します。たとえば、90 度の曲げが必要な 12 ゲージのスチール製ブラケットをプレスしている場合、スプリングバックにより、代わりに 87 度または 92 度になる可能性があります。これを修正するのは、金型を少し調整するほど簡単ではありません。同じ金属のバッチが異なると、引張強度がわずかに異なる可能性があるため、スプリングバック量が変化します。昨年、HVAC 業界の顧客がダクト ブラケットを安価なアルミニウム合金に切り替えたところ、以前の金属よりもスプリングバックが 3 度大きくなりました。曲げ角度を正しくするためだけに 3 つの順送金属スタンピング金型を再加工する必要があり、そのため納期が 2 週間遅れ、生産コストが 10% 増加しました。それはスペックシートには表れない類のもので、プレス機を叩いた時に初めて現れるものです。
材料関連のもう 1 つの課題は表面品質です。多くのクライアントは、金属スタンピングが構造的に健全である必要があるだけではないことを認識していません。多くの場合、仕上げや組み立てのために滑らかでバリのない表面が必要です。バリとは、パンチで板金を切断するときに形成される、小さくて鋭い金属の端のことです。これらは非常に一般的ですが、これらを取り除くと追加の手順 (タンブリング、研削、バリ取りなど) と時間が追加されます。さらに悪いことに、ステンレス鋼や薄い銅などの一部の金属は、軟鋼よりもバリが発生しやすいです。私たちの顧客は、マイクロコネクタに取り付ける必要がある電気接点を作成していました。小さなバリでもショートの原因となります。バリのサイズを適切なレベルまで下げる前に、3 つの異なるパンチ コーティングを試し、スタンピング速度を 2 回調整しました。もし私たちがそれを見逃していたら、部品の欠陥により生産ライン全体が停止しなければならなかったでしょう。単にパーツをスタンピングするだけではなく、材料がどのように反応するかを予測し、小さな欠陥を計画することが重要です。
次に、工具と金型のメンテナンスです。順送金属スタンピング金型は、大量スタンピングの主力製品ですよね?打ち抜き、曲げ、複数のパーツを一度のストロークで形成するため、精度が求められます。しかし、金型は超硬金属でできているため、定期的なメンテナンスを行っていても時間の経過とともに摩耗してしまいます。問題は、金型の摩耗は必ずしも徐々にではないことです。場合によっては、わずかにずれている部品を大量に入手するまで気付かないことがあります。たとえば、プレスされた部品に 0.5 mm の穴を開けるパンチが 0.02 mm 摩耗しただけでも、穴が大きくなりすぎて、その部品はスクラップになります。前四半期、当社は 50,000 個の自動車ドア ヒンジのバッチを稼働していましたが、金型のガイド ピンが摩耗したために、約 2,000 個の部品に特大のピンホールがありました。工程内検査で発見しましたが、部品代とピン交換時の 1 日のダウンタイムが発生しました。さらに悪いことに、バックアップ ダイを用意していない場合 (優れたバックアップ ダイは安価ではありません)、カスタム ダイが作成されるまで何週間も待たされることになります。そのため、私たちはすべてのトップダイのスペアパーツを保管し、重要なコンポーネントを毎日チェックしていますが、それでも予期せぬときに発生する摩耗を防ぐことはできません。
あとは寸法精度の問題です。プレス加工された部品は他のコンポーネントに適合する必要があるため、0.1mm の誤差でも組み立て全体が失敗する可能性があります。しかし、その精度を得られるかどうかは、プレスの位置合わせ、板金の平坦度、さらには工場内の周囲温度など、多くの要因に依存します。ちょっと待って、温度は？ええ、本当に。金属は温かいと膨張し、寒いと縮みます。工場が 70 度に設定されているのに、板金のバッチを降ろすときに屋外が 50 度になっている場合、金属は少し収縮し、プレスされた部品の寸法がずれてしまいます。私たちはこれを 2 年前の冬に苦労して学びました。当社のスタンピング ラインの 1 つは積み込みドックの近くにあり、寒波の最中にラインに入る板金は工場よりも 10 度寒かったのです。最初の 5,000 個の部品の曲げ長さは 0.2 mm の差があり、すべてを廃棄する必要がありました。現在、入荷するすべての材料を温度管理されたステージングエリアに置き、スタンピング前に 24 時間金属を工場の温度に順応させます。プロセスに少し時間がかかりますが、何百もの部品を廃棄する必要がなくなり、お客様も組み立ての問題に対処する必要がなくなります。
サプライチェーンの遅延も現在大きな課題であり、制御できるものではありませんが、プレス加工の生産に影響を与えるのは間違いありません。ほぼすべてのプレス部品は、鋼鉄、アルミニウム、銅などの原材料に依存しており、最近では板金のリードタイムが大幅に長くなりました。製品の発売に向けて金属プレス部品の急ぎの注文が必要なクライアントがいましたが、通常の鉄鋼サプライヤーは 6 週間の受注待ち状態でした。別のサプライヤーからより小さなバッチを調達する必要がありましたが、その金属の表面仕上げが異なるため、正しくスタンプされることを確認するために小さなテスト バッチを実行する必要がありました。それはうまくいきましたが、クライアントのコストが 1,500 ドル追加され、納期が 5 日遅れました。同じことが金型部品にも当てはまります。重要なネジやガイド ピンが破損した場合、特にカスタム サイズの場合は、特殊な部品が到着するまで待たなければならない場合があります。部品の発送さえも問題となる場合があります。へこみや傷がつきやすい繊細なスタンプパーツを発送する場合は、適切な梱包が必要です。また、それが入荷待ちの場合は、完璧ではない可能性のある回避策を見つける必要があります。
品質管理も、スタンピング生産の障害となるもう 1 つの分野です。優れた金型、完璧な材料、安定したプレス機を用意できても、QC プロセスが怠惰であれば、不良部品が発生することになります。しかし、過剰な QC は生産を大幅に遅らせる可能性もあります。少量のカスタム部品の場合は、スタンプされた部品をすべてチェックできますが、100,000 個の部品を大量に生産する場合、それは現実的ではありません。当社では自動画像検査（バリ、穴、形状などの欠陥がないか部品をスキャンする）とランダムサンプリングを組み合わせて使用していますが、自動検査でも小さな欠陥を見逃す可能性があります。先月、自動スキャナーがバッテリー端子のバッチにある一連の小さな亀裂を見逃したため、顧客に届くまでに 3,000 個の部品をリコールする必要がありました。現在は、自動チェックの内容に関係なく、すべてのバッチの 10% に対して手動チェックを実行しています。余分な時間はかかりますが、不良部品を送って返品や保証の問題に対処するよりははるかに優れています。
ちょっと待って、パーツの設計変更についても触れておかなければなりません。多くのクライアントは、完成したデザインを持って私たちに来ますが、制作の途中で、穴を少し大きくしたり、曲げ角度を変更したりするなど、何かを微調整することを決定します。簡単そうに聞こえますよね？ただし、スタンピング部品を変更するには、金型を再加工し、スタンピングパラメータを調整し、変更が部品の強度に影響を与えないかどうかをテストする必要がある場合があります。医療機器業界のクライアントが、取り付けブラケットの穴のサイズを途中で変更しました。これは小さな変更でしたが、穴のサイズが新しくなったため、ダイのパンチを交換する必要があり、ブラケットが依然として強度テストに合格していることを確認するために 1,000 個の部品からなるテスト バッチを実行する必要がありました。そのためプロジェクトに 1 週間追加され、クライアントは新しい金型と追加のテストの費用を支払わなければなりませんでした。スタンプを開始する前にデザインを正しく作成することが常に望ましいですが、それが常に可能であるとは限りません。そのため、変更が発生した場合の影響を最小限に抑えるためにクライアントと協力します。
ああ、オペレーターのミスも忘れないでください。スタンピングプレスは強力な機械であり、経験豊富なオペレーターでもミスをする可能性があります。スタンピング速度を間違って設定したり、シートメタルを曲がって取り付けたり、金型に注油し忘れたりする可能性があります。ある時、オペレーターが薄い銅スタンピングのバッチを実行するときに金型に潤滑剤を塗布するのを忘れました。金属が金型に張り付き、プレス機が稼働すると金型のパンチが破損し、8,000 個の部品がスクラップになり、パンチを交換する間 1 日ラインが停止しました。現在、オペレーターが実行のたびに実行する必要があるスタンプ前のチェックリストが用意されていますが、それでも間違いは発生します。重要なのは、問題を早期に発見し、大きな問題に発展する前に修正するよう訓練されたチームを持つことです。
結局のところ、これらすべての課題が積み重なるため、スタンピング製品のサプライヤーとして、当社はお客様のプロセスをよりスムーズにする方法を常に模索しています。当社は、より優れた金型、温度制御、QC ツールに投資し、早い段階でクライアントと緊密に連携して、生産開始前に潜在的な問題を特定します。カスタムの金属スタンピングをお探しの場合、または信頼できるパートナーが必要なプロジェクトをお持ちの場合は、お気軽に当社までご連絡いただき、ニーズについてご相談ください。当社は、適切な材料を見つけ、必要に応じて設計を調整し、部品が予定どおりに納品され、すべての仕様を満たしていることを確認するお手伝いをします。
参考文献:
- 「金属スタンピング: 原則と実践」、ジョン A. シェイ著、製造技術者協会、2000 年。
- 「最新の板金成形技術」Taylan Altan、Carl A. van Tyne、Yongfeng Gao 著、CRC Press、2018 年。
- 「スタンピングダイの設計と製造」K. Lingaiah著、Industrial Press、2008年。
- 「金属スタンピング生産における品質管理」Robert H. Todd、Dell K. Allen、Alvin Alting 著、エンジニアリング材料の製造プロセス、ピアソン、2012 年。