プレス金型部品

　材料の板厚に近い幅を残す加工では、左右を同時に抜くことが金型強度の関係から難しいので、左右を交互に抜き加工するようになります。そうすると、【図1】に示すような形状にできあがることが多くなります。

　打ち抜き加工（ブランク抜き、外径抜きと呼ばれるもの）では【図1】に示すような湾曲（そりと呼ぶこともありますが、そりとは1方向に対する変形として、ここでは湾曲、全周が変形すると区別することにします）が発生します。

　通常の抜き加工では、パンチ・ダイの切れ刃によって、材料は【図1】に示すように「だれ→せん断面→破断面→バリ」の順で、切り口面が形成されます。 　プレス加工で最も多く利用されている軟鋼板（SPC材）を標準的なクリアランスで切断すると、せん断面の長さが材料板厚の1／3程度となり、バリの高さは0.03〜0.05程度が目安とされます。この程度のバリを平常な許容範囲内と考えられる場合、「かえり」と呼び、異常と区別することがありました。 　最近ではPL法の関係から、小さなバリでも手や指のすり傷の原因となると判断され、面打ち等でバリを無くす要求も多くなってきています。

　【図1】に示した形状がフランジ成形の基本形です。 　横から見た形はL形状となり、全て同じです。上から見たときの加工線形状（加工線）に違いがあります。直線、円弧の違いです。円弧は凸と凹があります。直線と円弧の凸と凹の変化で、【図2】に示すように加工前のブランク形状に差が出てきます。 　直線フランジは一般に言われる曲げです。加工線が直線だと、変形を受ける面への影響が無いため、ブランク形状は単純な長方形となります。

　ビードは面の強化を目的として使用されます。ひも出し加工とも呼ばれています。ここでは曲げ部に用いた場合の例を紹介します。

　リブは【図1】に示すように、曲げ部の曲げ線上に作られます。曲げ部にリブを作ることで、スプリングバックを押さえ、曲げ角度を安定させることができます。曲げ部分の強度をアップすることができます。どちらかまたは両方の目的から曲げ部にリブを付けます。 　製品図面の中でリブの部分の寸法を示そうとすると、結構面倒です。そのために別規格で標準化しておき、リブ指定すれば標準で作成する方法や暗黙了解事項として決めている場合などがあります。曲げ部にリブが付いていればそれでいいといった感覚で使用されているケースが多いのかもしれません。

　バーリングは、板材に穴をあけ（この穴を下穴と呼ぶ）、下穴に大きなパンチを押し込み下穴の縁を広げながら立て、フランジを作ります。【図1】に示す形です。 　この形がバーリング形状を作る基本です。ここで注意することがあります。【図1】の（a）→（b）の形で加工すると、下穴のバリがバーリング形状の外側となり、伸ばされる部分が割れやすくなり、加工限界を下げる形となります。単工程加工であれば穴抜きを反転させ、バリ側を上（パンチ側）にして加工するようにすると改善されます。順送加工のように反転が難しいときには、下穴のバリ面を面打ちしてからバーリングするなどを行うと加工限界が改善されます。

　しごきバーリングは板厚より小さいクリアランスを用いて加工します（【図1】参照）。普通バーリングではフランジ部の厚さが先端に行くほど薄くなりますが、クリアランスを小さくすることで材料は圧縮され、均一な厚さのフランジが作られます。クリアランスは、材料板厚の70〜60％位とすることが多いです。

　普通バーリング加工は、材料の板厚と同じ寸法でクリアランスを取り、加工するバーリングです。製品図に表されるバーリング寸法は、穴径（通常はパンチ径に相当する径）と高さが示されています。この寸法を元にして【図1】に示すような形に置き換えて、下穴の寸法を求めます。式はバーリング中心直径（dm）の面積から下穴径（d）を求めるものです。 　バーリング加工は下穴を押し広げて、材料の伸びを利用してフランジを成形します。バーリングの縁は伸ばされて板厚減少します（【図2】参照）。一般的には、元の板厚の70％位まで薄くなります。バーリング加工は、材料の伸びが大きく影響する加工といえます。

　バーリング加工は【図1】に示すように、穴の縁にフランジを成形する加工方法です。 　穴フランジ加工と呼ばれることもあります。伸びフランジ成形です。バーリングは丸形状のイメージが強いですが、穴の縁にフランジを作る形であれば、四角や楕円の穴であってもバーリングです。代表的なものが丸形状ということです。四角や楕円は直線部分があり、その部分は曲げとなるので丸形状に比べ条件がよくなります。そのようなことから、シンプルですが条件の厳しい丸形状を使って説明されることが多いのだと思います。 　材料の伸びを利用していますから、フランジの縁は薄くなります。ひどくなると割れます。その手前では縁がギザギザになります。この状態を現場では「花が咲いた」と呼んでいます。 　バーリングの利用を【図2】に示します。

　絞り製品のトリミングで、【図1】に示すようなフランジを持ったものでは、フランジ部分を普通の抜き条件で加工すればよく、特に問題となることはありません。 　しかし、フランジのない絞り形状ではトリミングが問題となることが意外とあります。カムや特別な方法を採用しないでトリミングする方法を、以下に示します。

　絞り加工では、【図1】に示すように、元の素材板厚（t1）より、絞り側壁は厚くなります。ブランク径（D）は絞りの進行とともに縮小しますが、その反動として、板厚が増加します。絞りの縁（t2）が最も大きくなりますが、その厚さは、図1に示した式で求めることができます。 　絞り加工では、この板厚増加を考慮してクリアランスを決める場合と、絞り側壁の品質面から決める場合があります。 　【図2】に示したものが、絞り状態を考慮したクリアランスの例です。

　絞り加工では、金型の摩耗で時間とともにキズが少しずつ成長するのは自然な姿です。しかし、自然とはいえないキズもあります。そのような内容について解説します。 　【図1】はたてキズです。絞りキズの代表的なものです。絞り加工時はダイと材料の間に加工油の油膜があり、材料とダイが直接接しないようになっています。この状態が破られると金属どうしが接することになり、ダイ面にかじりが発生します。これが、キズを発生させる原因です。かじりができると、どんどん成長します。キズはかじりの成長に比例して大きくなります。

　絞り製品の側壁にリング状の凹凸ができる現象です。【図1】のようなイメージになります。この現象は絞りの進行行程では、材料はパンチ、ダイに挟まれているので当たり前のことですが、発生しません。絞りの行程の進行が下死点まで達した後の、戻り行程で発生します。 　ダイの中の製品はノックアウトによって押し出されますが、ノックアウトの押し力はスプリングで得る方法と、ノックアウトバーによる跳ね出しとに分かれます。ノックアウトバーによる方法は上死点付近で動作するので、問題となることが少なく、スプリングを利用した方法のときに問題となることが多いです。

　絞り製品の加工で、絞りの底が【図1】に示すように凹んだり、膨らんだりする不具合現象があります。底部は置いたときの安定や印刷などに影響があります。 　絞り底部の面状対の変化で、底部が凹むものは絞り行程が終わり、製品の中よりパンチが抜けていくときに凹むものがあります。これは【図2】（a）に示すように、パンチが抜けることで容器内が真空状態になり凹む（薄板材の絞り加工に多い）ものと、絞り行程の終わりで底突きすることによって発生するものが代表的です。ダイより製品を排出するためのノックアウトで凹ませてしまうこともあります。

　絞り製品の加工では、【図1】に示すような縁の平らな製品をイメージしますが、実際には、【図2】に示すように凹凸ができます。この凹凸の高い部分を、耳と呼んでいます。普通は4カ所に耳が発生します。低い部分は材料の圧延方向の45°に位置する部分です。

　絞り加工で【図1】に示すように、側壁部分にリング状のマークができることがあります。このマークは「ショックマーク」と呼ばれることもあります。 　初絞りのさいにできるリングマークは、ダイRが小さい状態で絞ったときに発生します。絞り初期に材料が伸ばされてできるものです。

　円筒絞りで最も多い割れが、【図1】に示す「底抜け」と呼ばれる割れです。材料はダイ面を移動しながら変形して、ダイに入り、ダイ形状に成形されます。このとき、材料はダイ面の移動中には周方向の圧縮を受け、ダイ肩部では曲げ変形を受けます。共に材料の変形抵抗となります。この変形抵抗に抗してダイ内に材料を引き込む力は、パンチによってもたらされます。主にパンチのR部分で材料を引っ張ります。パンチRが小さいと材料との接触面積が小さくなり、局部に力が集中する形となりパンチR部に近いところで割れます。それが、底割れです。

　円筒絞りで、【図1】に示すように側壁部分に発生するしわがあります。口辺しわはダイR部分のみに現れますが、側壁のしわはダイR部下から側壁にかけて発生します。パンチR部から少し上にかけての発生は少ないです。

　フランジのない円筒絞りで、絞り終わりの部分でしわが発生することがあります。このような形のしわを口辺しわと呼びます。【図1】に示すようなイメージです。絞り加工ではしわが発生すると、そのしわを直すことはできません。どのような状態にあってもしわが出ないように注意が必要です。 　このしわの発生状態を示したものが、【図2】です。