プレス加工のしわの原因と対策｜絞り加工のしわ押さえと金型形状

絞り加工でしわが生じる仕組み

絞り加工では、平らな板材をパンチでダイの穴へ押し込み、底のある容器状の製品を作ります。加工前に用意する板材をブランクと呼び、絞りの途中で周囲に残るつば状の部分をフランジと呼びます。

円筒を絞るとき、フランジの材料は内側へ引き込まれ、円周が縮みます。このとき円周方向に圧縮されるため、板材が波打つように変形してしわが生じやすくなります。

材質や加工条件、ブランク径が同じなら、板厚が薄いほどしわが生じやすくなります。材料の厚さと、加工前のブランクの大きさを合わせて調べます。

原因を調べる際は、しわがある箇所と、加工のどの段階で現れたかを確認します。フランジ、口元、側壁などの発生位置と、金型が板材を押さえたり支えたりしている範囲が手掛かりになります。

しわ押さえ力と押さえ面の接触

しわ押さえは、板材をダイとの間に挟んで押さえる部品です。押さえる力が小さすぎると、フランジにしわが生じやすくなります。

押さえる力が大きすぎると、材料がダイの穴へ入りにくくなり、引っ張られる部分の割れにつながります。材質や押さえる面積に応じて、しわを抑えながら材料が流入できる力を検討します。

薄い板材を平らな面で押さえる場合は、ダイとしわ押さえの面の滑らかさや平行度も重要です。面が平行に接触していないと、局所的なしわや、しわと割れの併発につながることがあります。

押さえ力の設定と、実際に板材へ接触する面の状態を確認します。しわが出た箇所に対応する押さえ面を調べると、力の不足と接触の偏りを検討できます。例えば、円筒を絞る途中で片側のフランジにしわが生じ、反対側には割れが見られる場合を考えます。しわと割れの位置を図面に記入し、それぞれに対応する押さえ面の接触と平行度を調べます。押さえ力の設定を増やす前に、板材を押さえる場所に偏りがないかを確認します。調整した内容を記録し、同じ箇所のしわと割れの状態、加工後の板厚を比べます。

しわの発生位置と金型形状

フランジのない円筒絞りでは、加工の終盤に材料がしわ押さえから外れ、口元にしわが生じることがあります。ダイの入口にある丸みの半径が大きすぎる場合に起こりやすい現象です。

この場合は、ダイの肩半径を小さくする対策を検討します。半径を小さくすると板材を曲げる抵抗が増すため、口元のしわと割れの両方を評価します。

円筒の側壁では、パンチとダイの隙間が大きすぎることがしわの原因になる場合があります。隙間を決める際は、絞り加工に伴う板厚の増加も考慮します。

テーパ形状や半球形状では、加工途中に板材がパンチとダイの間で支えられなくなる部分に、しわが生じることがあります。しわの位置と工具への接触範囲を調べ、材料が支えられるように途中の製品形状と金型形状を検討します。

ドロービードと摩擦による材料流入の調整

ドロービードは、金型に設ける突起で、材料が内側へ入るときに抵抗を与えます。位置や形状を変えることで、部位ごとに材料の流入を調整します。

材料が余ってしわになる箇所では、ドロービードで流入を抑える対策があります。流入の調整は製品のねじれや板厚にも影響するため、しわと他の品質を合わせて評価します。

板材と工具の間の摩擦も、材料が流入するときの抵抗になります。例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき層の組成や潤滑皮膜、工具との接触条件によって摩擦が変わります。

摩擦の影響を調べる際は、使用する加工油と板材の表面処理、工具に接触する箇所を確認します。調整後は材料の流入量と製品の板厚を調べ、しわや割れがどう変わったかを確かめます。

しわ対策後の割れ・板厚・寸法の確認

しわ押さえ力や流入抵抗を変えると、板材の伸び方や加工後の板厚も変化します。対策の効果は、しわの変化と、割れ・板厚・寸法の要求を満たすかで判断します。

試打ちで加工した製品を測定し、製品ごとの基準で判定します。変更した力や金型形状と、材料の流入・不良の変化を確認して、調整の効果を確かめます。

金型内の観察や調整は、設備の取扱説明書と安全手順に従って行います。プレス稼働中に手や器具を金型内へ入れないでください。