プレス加工：絞り加工のメリット・デメリット

絞り加工工法によりプレス成形加工された製品は、家庭で使われる鍋、フライパン、コップ等から、直接目に触れる事は少ないですが、掃除機や自動車に搭載されるモーターのケースに至るまで色々な分野の部品加工に、活用されている成形工法です。絞り加工には、円筒絞り加工、角筒絞り加工、異形絞り加工、円錐絞り加工、球頭絞り加工、ヘラ絞り、しごき加工、対向液圧成形等が有ります。また、絞り加工の工法でも、特殊な設備を用いた成形工法が有ります。

本コラムでは、基本的な絞り加工の工程設計の方法、設備選定について述べていきたいと思います。

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絞り加工のメリット、デメリットについて

下図の様な、フランジ付きの容器の製作を鈑金工法とプレス絞り加工により想定します。

2つの工法のメリットとデメリットを下表に一例としてまとめてみました。

鈑金工法でも製品形状を製作する事は出来ますが、生産性が低く、大量生産には向きません。しかし、生産準備に掛かるイニシャルコストは低く、試作対応等、最終製品としての機能評価を目的に製作する場合には、有効であると考えます。一方、プレス加工による絞り加工では、生産準備段階で、金型の製作を行うため、イニシャルコストは多くかかります、

しかし、一旦生産準備が整えば、生産性は高く、大量生産向きで、品質も安定した物が供給できると言えます。

円筒絞り加工について

絞り加工の基本形状となる、円筒絞り加工に用いる絞り金型の基本的な構成は下図に示す様にパンチ、ブランクホルダー、ダイスで構成されています。下図には示していませんが、ダイス内に製品の押上げを配置し、プレス加工後に製品の排出の機能を持たせる場合も有ります。

各部品の機能は、パンチにより製品を押込んで行くことで、ブランク材が絞られていきます、この際に、ワークはダイスのＲ部に沿って絞られていきます。

絞り加工時の応力の発生状態に示す様に、フランジ部からダイスR部に掛けて、材料は絞り方向に引張り応力、円周方向に圧縮応力を受けながら成形され円筒部、底部では、引張り応力が働いて成形される為、特に製品のフランジ部にはブランクホルダーにより荷重を掛け、しわが発生しない様に押さえておく必要があります。

このしわ押え力は、強すぎるとワークが金型内に滑り込まなくなる為、円筒部や、円筒部と底部の角R部で割れが発生しますし、また、弱ければフランジ部にしわが発生します。下表に、材質毎のしわ押え力の目安を示します。表を見ると解る様にしわ押え圧力には範囲が有るため、絞り金型には、しわ押え力を調整できる機能を予め設けて置くと良いです。

絞り回数の検討

平板を絞り加工により円筒形状に成形を行う上で、どの様な金属でも、1回で成形できる絞り深さには限界があり、求める製品の形状によっては、複数回の絞り加工を繰り返し、成形を行います。具体的にはブランク材（平板）の「直径」と「絞り率」の関係で絞り直径を算出します。これにより1回の加工で製品寸法に成形できるかが決まります。

1回目の絞り加工時の計算式と、再絞り加工時の計算式を下記に示します。複数回の絞り加工が必要な場合には、下表の絞り率表を参考に設計を行います。

下図の加工例であれば、板厚0.8㎜のブランク材の場合、第1絞り：54％　第2絞り：76％　第3絞り：79％となり、絞り成形が可能となります。

先にも述べましたが、絞り成形が可能となる工程設計と、プレス加工時のしわ押え力の設定も重要な要件となりますので、絞り加工時の絞り率の設定は余裕を持った設定を行う事が望ましいと言えます。