絞り金型と絞り加工のトラブル事例

当コラムでは、絞り金型と絞り加工のトラブル事例を紹介します。

絞り金型の構造について

絞り加工時のトラブルや対策を説明する上で、先ずは絞り金型の構造を理解する必要があるため、絞り金型の代表的な構造と、構成部品の機能について説明します。

下図の絞り金型では、プレス機のダイクッション機能を活用し、しわ押え圧力を調整できる構造で上向きに絞り加工をする金型構造になります。前回の絞り加工の工程設計方法でも述べていますが、絞り加工時の基本的な設計と絞り加工時のしわ押え力の調整が出来る事で、しわ不良や絞り加工時の割れなどのトラブルを低減する事ができます。

絞り加工を行う上では、この加工に適したプレス機もあり、ここで少し述べておきます。一般的な「メカニカルプレス」であれば、加工速度が調整できる（出来るだけ一定速度でゆっくりと加工できる）ことや、ダイクッション機能があることがあります。最近のサーボプレスでは油圧モーションなどのプレスストロークを自在に変更する事の出来る設備もあります。深絞りの加工であれば、「油圧プレス」による成形も有効となります。これは油圧プレスの加工が一定速度で下死点まで下降し成形できるところにあります。

以前には深絞り専用設備「ドローイングプレス」もありましたが保有されているプレス加工先もわずかとなり、現在では油圧プレスやサーボプレスに置き換わってきています。

当然のことですが、製品を加工する上で基本となる「４Mの条件」を整えた上で加工を行う必要があります。

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絞り加工のトラブル事例

絞り加工時に発生するトラブル事例とその対応方法について説明していきます。

製品の工作検討（具体的な加工工程を決める検討）の結果に基づき、絞り金型の設計・製作を行い、その後は実際にプレス加工を行い、製品を作ります。この作業により工作検討の結果や金型設計の良し悪しが明確になります。

これから説明するトラブル事例は、この金型製作時の問題と、量産に入ってから発生するトラブルが有りますのでその段階に沿って説明をしていきます。

【トラブル事例-１】ショックライン

ショックラインは、「ショックマーク」「リングマーク」と呼ばれる事もありますが本技術コラムでは「ショックライン」として説明をします。

ショックラインは、下図に示す様に複数の絞り工程を経て完成となる場合に、初工程の角Ｒ部で肉厚が薄くなった部分が、円筒部に移動する事で発生します。この板厚が薄くなる原因は、パンチが材料に当たり加工が進むに連れて、材料の成形Ｒ部に絞り方向、円筒方向の両方に引張り応力が働くことで材料が引き延ばされるためです。下図に示す事例では、絞り工程は２工程になり、ショックラインは１本ですが、更に深い絞り加工では複数工程を掛けて成形する事も有りますので、ショックラインも複数が発生する事になります。

このショックラインの対策では、絞り成形パンチやダイスのＲ寸法の変更が有効です。具体的には、Ｒのサイズを大きくする事で改善する事が可能となります。また絞り加工工程間のＲサイズのバランスを取る事も必要となります。しかし、このショックラインは完全に無くすことができない為、絞り加工後のしごき（アイヨニング）加工を入れる事で均一な面に仕上げ直し成形面をきれいにすると共に寸法精度を高める事ができます。

一般的なしごき量は10％程度に設定しますが一回で加工できるしごき量は、材質にもよりますがおおよそ30％になります。

【トラブル事例-２】しわ不良

しわ不良では、大きく２つの現象が有ります。１つはフランジ部のしわで、もう１つが口辺りしわになりますそれぞれの不良現象の原因は異なる為、それぞれに説明をしていきます。

フランジしわについて

加工材を、絞り金型のブランクホルダーにおいて絞り成形を行います。この際に、しわが発生しない様に、ブランクホルダーにはクッションピンで圧力掛けてしわを押えながら加工していきます。この際のクッション圧力が低いとしわの発生となります。また、逆にクッション圧力が高い場合には、材料が流れにくくなり、底が抜けてしまう現象となります。金型製作後の初期トライ時には、このクッション圧力の設定を決め最適な条件を見出して加工を行います。

口辺りしわについて

口辺りしわは、ブランク材の外径サイズと絞りダイスのR寸法でR寸法が大きすぎると、絞り加工の終盤でブランクホルダーから材料が外れしわ押え力が無くなる事で発生する現象です。

ダイスＲの設定は板厚に対して約４倍から20倍程度に設定するのですが、この範囲の上限よりもしくは範囲を超えている場合に発生します。対策としてはダイスＲの寸法設定を小さくする等の対策が有効となります。

しわ不良の量産時のトラブルについて

プレス加工不良は、金型製作時に対策を行う事で解消されますが、打ち抜き加工時のバリ不良と同じように、金型の摩耗などにより発生する不良も有ります。

絞り加工時のしわ不良も金型の摩耗により発生する事が有ります。しわ不良の場合には、ブランクホルダーの摩耗によりしわ押え力が弱くなる事でしわ不良が発生します。ブランクホルダーに焼き入れが施されている場合には発生頻度は低いですが、それでも長期間使用するとブランク材の接触部が凹みを生じる事や、クッションピンの当たりの部分が凹むことでしわ押え力が低くなりしわの発生となります。極まれでは有りますが、クッションピンの種類を複数持っておりセットするピンのサイズが異なると、クッション圧が均一に掛からず部分的にしわが発生するなどの現象が発生する場合も有ります。（クッションピンもしっかりと管理が必要です）

また、ブランクホルダーの板厚が薄い場合には、僅かな歪などで均一にブランクが押さえる事ができず部分的なしわの発生が起きる事も有ります。こういった場合にはまずブランクホルダーの摩耗を調査し修正する事が必要となります。