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板金に丸い穴を開けるとき、プレス機が「ドン！」と一発でやってますよね。あの力って、何で決まるんですか？
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基本は「せん断周長 × 板厚 × せん断応力」で決まる、超シンプルな式だよ。円い穴ならせん断周長は π·d。例えば直径50 mmの穴を3 mmの軟鋼に開けるなら、π·50·3 ≒ 471 mm²がせん断面積。これに軟鋼のせん断応力300 MPaをかけると、必要な力は約141 kN、14トンちょっとだ。電子機器の筐体や家電のパネルだと、こういう穴を1パンチで何十個も同時に開けるから、プレス機は数百トン級になるんだ。
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14トン！想像以上です。でも、もっと大きい穴や厚い板だと、もっとプレス機を大きくしないといけないんですか？
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そう、200 mmの穴を6 mmの鋼板に開けようとすると、計算上は1000 kN、100トン超えになる。これだと中小工場のプレス機では物理的に無理。そこで先輩たちが編み出した「ピーク力を下げる魔法」が3つある。一つ目が剪角（シャーアングル）——パンチ先端を5〜15°斜めに研いで、紙をハサミで切るみたいに一端から徐々にせん断する。これだけでピーク力が30〜50%下がるんだ。左の剪角スライダーを動かすと、ピーク力がストンと落ちるのが見えるよ。
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本当だ、30°にしたらピーク力が40%減ってる！でも、力が減るなら仕事も減るんですか？タダで力が減るって変な気がするんですが…。
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いい質問！仕事量（エネルギー）は実はほぼ変わらない。剪角は「ピーク力を時間方向に引き延ばして低くする」操作で、力×ストロークの面積（＝仕事）はだいたい同じなんだ。プレス機側のメリットは、フライホイールへの瞬間負荷が和らぐことと、必要な瞬時トン数が下がること。デメリットは、せん断が均一じゃないから穴のエッジがわずかに歪んだり、パンチの研磨が複雑になったりすること。精密ワッシャみたいに穴の平面性が命の部品では、剪角を付けずにストレートカットすることも多いよ。
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ストリッピング力ってのも結果に出てますね。これは何ですか？
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打抜き後にパンチを引き上げるとき、板がパンチに食いついて一緒に持ち上がろうとする。これを引き剥がすために必要な力がストリッピング力だ。せん断力の5〜20%くらい。ストリッパープレートというバネ式の押さえ板が担うんだけど、力の出所はやっぱりプレス機側だから、総プレス力＝打抜き力＋ストリッピング力で見積もる。板厚が厚かったり、材料が粘い（オーステナイト系SUSなど）と係数が大きくなるから、安全側に20%くらいで見ておくのが定石だ。最後にクリアランス（パンチとダイの隙間）も超重要で、板厚の5〜10%が標準。狭すぎるとせん断面が荒れて二次せん断、広すぎるとバリ（カエリ）が出るんだ。
打抜き（パンチング、Punching）は、板にハードな金型パンチを押し下げて穴を開ける加工で、残った板が製品、抜けた小片はスクラップになります。ブランキング（Blanking）は同じ機構の加工ですが、抜けた小片こそが欲しい部品です。例えば洗濯機の側板に取付穴を開けるのは打抜き、コインや丸ワッシャを抜き取るのはブランキングです。プレス力の計算式は両者で完全に同一で、必要荷重は「せん断周長×板厚×極限せん断応力」で決まります。
基本式は F = τ · L · t です。τ は材料の極限せん断応力（軟鋼で約300 MPa、SUS304で約450 MPa）、L はせん断周長（円なら π·d）、t は板厚です。例えば50 mm直径の穴を3 mmの軟鋼に開ける場合、F = 300·π·50·3 ≒ 141 kN（約14.4 ton）。これにストリッピング力（5〜20%）を加えた値がプレス機に要求される総トン数です。安全のため計算値の1.3〜1.5倍の能力を持つプレス機を選ぶのが実務の定石です。
パンチ先端に5〜15°程度の傾斜を付ける（シャーアングル）と、せん断が一端から徐々に進むため、ピーク荷重が30〜50%低下します。本ツールでは、剪角30°でおおむね40%低減という近似式（k = 1 − 0.4·θ/30°）を採用しています。総仕事量は変わりませんが、ピーク力が下がるためプレス機の能力に余裕ができ、フライホイールへの瞬間負荷も和らぎます。デメリットは、穴のエッジがわずかに歪むこと、パンチ研磨が複雑になることです。
ストリッピング力は、打抜き後にパンチを引き上げるときに板材をパンチから引き剥がすために必要な力です。せん断力の5〜20%程度で、本ツールではデフォルト20%（係数0.20）としています。これはストリッパープレートで負担しますが、力の出所はプレス機なので、総プレス力＝ピーク打抜き力＋ストリッピング力で考えます。板厚が厚い、材料が粘る、クリアランスが小さい場合は係数を大きめに（0.15〜0.25）見積もるのが安全です。
家電・電子機器の筐体プレス：洗濯機の側板、エアコン室外機のパネル、PCケースなどは、薄板（0.6〜2.0 mm）にネジ穴・通気孔・コネクタ穴を大量に同時打抜きする加工が主流です。1サイクルで数十個の穴を同時に抜くため、プレス機は100〜400トン級が一般的。コスト最重視のため剪角は付けず、フラットパンチで高速打抜きが選ばれます。
自動車の車体部品プレス：ドアパネルやフェンダーの開口部、シャシ部品の取付穴は、3〜6 mmの高張力鋼板（HSS、超高張力鋼板UHSS）に対する打抜き・ブランキングが用いられます。HSSの極限せん断応力は600〜800 MPaに達するため、軟鋼の2倍以上のプレス力が必要。トランスファープレスやサーボプレスで剪角＋多段送りを組み合わせ、ピーク力を下げて生産性を確保します。
電子部品・コネクタの精密プレス：リードフレーム、シールドケース、端子（コネクタ接点）などは厚さ0.1〜0.5 mmの薄板を、ピッチ精度±5 μmで連続打抜きします。剪角は付けず、クリアランス3〜5%という極限的に狭い設定で、せん断面の100%を「光沢面（バーニッシュ）」にする精密打抜き（ファインブランキング）が使われます。プレス力は小さくても、金型の精度と耐久性が要求されます。
金属パッケージ・容器のブランキング：飲料缶のリッド（プルタブ周り）、ボタン電池のケース、薬剤のブリスター容器のアルミ箔抜き取りなどは、典型的なブランキング加工です。製品コストの大半がプレス工程で決まるため、1分間あたり数百〜数千ストロークの高速プレスが要求されます。プレス力よりも、サイクルタイムと金型寿命が重要な指標になります。
まず一番の落とし穴は、「材料の引張強度（UTS）をそのまません断応力に代入してしまう」こと。打抜きで必要なのは極限せん断応力 τ_u で、これは引張強度 σ_u のおおよそ0.7〜0.8倍です。軟鋼SS400なら σ_u≒400 MPa、τ_u≒300〜320 MPa。引張強度をそのまま使うと、プレス力を25〜30%過大に見積もり、必要以上に大きなプレス機を選ぶ羽目になります。逆に「焼入れ材だから」と硬さHRCで見積もると、今度はせん断応力を過小評価することがあるので注意。材料データシートの「せん断強度」欄、なければ引張強度の0.75倍を目安にしてください。
次に、「クリアランス（隙間）を考慮しないプレス力計算」。パンチとダイの隙間（クリアランス）は標準で板厚の5〜10%ですが、狭すぎる（2〜3%）と二次せん断が発生して必要な力が15〜25%増えます。逆に広すぎる（15%以上）と、せん断ではなく引きちぎりに近くなり、バリ（カエリ）が大きく出てプレス力自体は下がるものの、製品品質が大幅に悪化します。本ツールの計算は「標準クリアランス（5〜10%）」を前提とした基本式です。狭クリアランスの精密打抜き（ファインブランキング）では、別途1.3〜1.5倍の安全係数をかけてください。
最後に、「総プレス力＝打抜き力だけで考えてしまう」こと。実際のプレス機選定では、打抜き力（ピーク）＋ストリッピング力（5〜20%）＋クッション力（深絞り併用時）の3つを合計します。さらに、複数穴を同時打抜きする金型では、全パンチの合計力が必要。「片側だけで力が偏る」と金型ガイドが偏摩耗するので、レイアウト時に重心を金型中心に置く「重心打抜き」設計が必須です。プレス機のトン数は計算値の1.3〜1.5倍を、フライホイール仕事量は計算仕事量の3〜5倍を確保するのが、現場の安全マージンとして広く使われています。