深絞りダイス: 中空部品の精密金属プレス加工

マテリアルフローの制御: 基本原則

深絞り部品の成功は、材料の流れの制御という 1 つの原則にかかっています。平らなブランクを中空の形状に絞り加工する場合、金属は破れたり折れたりすることなく塑性的に流動する必要があります。業界のベンチマークは、ブランクホルダーの力を維持することを示しています。 材料の降伏強度の 1.5 倍および 2.5 倍 ダイクリアランスを設定し、 板厚の1.1～1.3倍 最も一般的な欠陥を防ぎます。この記事では、その背後にあるメカニズム、プロセス、構造設計を検討します。 深絞りダイス .

深絞りダイが厚さを失わずに形状縮小を実現する仕組み

深絞り加工では基本的に、元のシートに近い肉厚を維持しながら直径を小さくすることで、平らなブランクを中空部品に変換します。フランジ領域の材料は半径方向の引張応力と円周方向の圧縮応力を受け、金型キャビティ内への塑性流動を引き起こします。適切に設計されたプロセスにより、厚さのばらつきが範囲内に抑えられます。 ±10% 初期ゲージを調整し、構造の完全性を確保します。

重要なプロセスパラメータ: ブランクホルダー力とダイクリアランス

深絞り加工の品質を左右する 2 つのパラメータ、ブランク ホルダー力 (BHF) とダイ クリアランスです。 BHFはフランジのシワを抑制します。力が不足すると折れが発生し、力が過剰になると引張応力が上昇して割れが発生します。ダイのクリアランスは、描画壁のためのスペースを提供します。きつすぎると摩擦と引き裂きが増加し、緩すぎると寸法精度が低下します。

材料の絞りやすさと部品の形状に基づいてこれらの値を調整することが重要です。たとえば、高張力鋼には次のことが必要となる場合があります。 最大 30% 高い BHF かじりを避けるためにクリアランスを上限に保ちながらスプリングバックを制御します。

高度な深絞りプロセス

初期深絞り

最初の描画ではブランクがカップに変わります。パンチノーズ半径とダイ入口半径は、流れを容易にするために最適化されています。一般的な比率の範囲は次のとおりです。 板厚の4～10倍 。消火器本体のような深部の部品では、多段階の初期引き出しが一般的です。

シンニング深絞り加工

このプロセスでは、シート ゲージよりも小さいクリアランスを制御することで壁の厚さを意図的に薄くし、強度対重量比を向上させます。肉厚を薄くできるエアゾール缶に使用されます。 30～40% 一連のアイロンリングを通します。

逆深絞り加工

逆絞りでは、あらかじめ絞り込まれたカップを反転させて反対方向に絞ります。この方法は粒子構造を圧縮し、二重壁容器などの対称コンポーネントに最適であり、中間焼鈍の回数を減らします。

成形段階に合わせた金型構造設計

深絞りダイのアーキテクチャは、材料の流れと部品の品質に直接影響します。 3 つの代表的な設計は、異なる技術的要求を満たします。

逆初期深絞りダイス

この設計では、プレスのクッション システムを使用して制御された圧力を加え、パンチが下部シューに取り付けられ、ブランク ホルダーが上部に取り付けられます。この設定により、ブランクの供給と排出が簡素化され、多くの場合、次のサイクル タイムが得られます。 毎分 15 ～ 25 ストローク 中型自動車パネル用。

ブランクホルダーレス逆深絞りダイス

薄型部品に適したこのダイは、ブランク ホルダーを排除し、ドロー ビードとダイの形状を使用してフランジを拘束します。工具コストを削減し、絞り比が以下の浅いシンクやハウジングによく使用されます。 1.4 .

ダブルダイシンニング深絞りダイス

このダイは、シングル ストロークで 2 つの連続しごきリングを特徴とし、中間処理なしで大幅な肉厚減少を実現します。飲料缶の製造における標準であり、厚さの許容差を維持します。 ±0.005mm アイロンをかけた後。

表面処理と潤滑による金型の寿命の延長

深絞りダイスは、高い接触圧力と滑り摩擦に耐えます。表面処理と適切な潤滑により、サービス間隔が大幅に延長されます。一般的な戦略には次のようなものがあります。

• 金型表面を次の粗さまで研磨します。 Ra0.1μm以下 摩擦と材料のピックアップを軽減します。
• TiN や CrN などの物理蒸着 (PVD) コーティングにより、表面硬度が向上します。 2000HV以上 そして金型の寿命を延ばすことができます 3～5回 コーティングされていない工具との比較。
• ダイヤモンド ライク カーボン (DLC) コーティングにより、低い摩擦係数が得られます ( ≤0.1 ) アルミニウムおよびステンレス鋼の絞り加工に使用し、かじりを最小限に抑えます。
• 極圧添加剤を配合した高性能絞り潤滑剤により、耐久性のある塗膜を維持します。 200～400MPa 深絞り加工で一般的な界面圧力。

しわやひび割れのトラブルシューティング

しわとひび割れという 2 つの主な欠陥は、不適切なパラメータ設定や工具の摩耗によって発生します。以下のリストは、症状、根本原因、および是正措置を相互に関連付けています。

• フランジまたは壁のしわ: 多くの場合、ブランクホルダーの力が不十分であるか、クリアランスが過剰であることが原因です。 BHFを増加させてください 1.8～2.5×降伏強度 ダイのクリアランスが厚さの 1.1 ～ 1.2 倍以内であることを確認します。
• 底割れ（パンチノーズ部分の破損）： 過剰な BHF、狭いパンチ半径、または不十分な潤滑。 BHF を削減し、パンチ半径を研磨して ≧6×厚さ 、高粘度の潤滑剤を塗布します。
• 壁での分割: 材料の混入、不十分なダイクリアランス、または摩耗した描画ビーズが原因で発生します。クリアランスを増やし、ブランクの品質を検査し、摩耗したビードを交換します。
• イヤリング: 平面異方性によって引き起こされます。ブランクの向きを回転させたり、延伸倍率をわずかに上げたりすることで制御できます。 耳鳴りを 2% 未満に制限する テクスチャを最適化することで実現可能です。

用途: 燃料タンクからホーロー容器まで

深絞りダイスは、一貫した肉厚を持つシームレスな中空形状を必要とする部品を製造します。自動車の燃料タンクは通常、アルミメッキ鋼板から複数の段階で深絞り加工され、深さ対直径の比を達成しています。 2:1まで 分割せずに。キッチンのシンクとホーロー洗面台は、単一または逆絞りを使用して滑らかな半径を作成し、応力集中を回避します。他の例としては次のようなものがあります。

• エアゾール缶（薄肉深絞り）
• 消火器本体（多段初期図）
• ステンレス製調理器具（ブランクホルダーレスまたは油圧成形）
• 電気コネクタ シェル (箔厚のマイクロ深絞り加工)

金型の設計とプロセス順序の選択は、生産量、材料グレード、幾何学的複雑さに合わせて調整され、コスト効率の高い高品質の生産を保証します。