金属プレス技術

プレス部品の生産工程における潜在リスクと管理計画

Balford 技術チーム

1. プレス加工不良品

1)原因:

原材料の品質が低い;

金型の取り付け調整、使用が不適切;

作業者が条材を正しく位置決めに沿って送っていない、または条材を一定の間隔で送ることを確保していない;

金型が長期間使用され、クリアランスが変化したり、作業部品やガイド部品が摩耗したりする;

金型が衝撃や振動を長時間受け、締結部品が緩み、金型の各取り付け位置が相対的に変化する;

作業者の不注意により、操作手順に従って操作していない。

2)対策:

原材料は規定の技術条件に適合しなければならない(原材料の規格と銘柄を厳格に検査し、条件が許す場合には、寸法精度と表面品質の要求が高いワークピースについて化学分析検査を行うこと)。

工程手順書に規定されている各工程は、全面的かつ厳格に遵守しなければならない。

使用するプレス機や金型などの治工具設備は、正常な作動状態で稼働できるように保証しなければならない。

生産工程において厳格な検査体制を確立し、プレス加工品の初品は必ず全面的に検査し、検査に合格した後にのみ量産を開始すること。同時に巡回検査を強化し、異常が発生した場合には速やかに対処すること。

文明生産制度を堅持すること。例えば、ワークやブランク材の搬送には必ず適切な治具・器具を使用すること。そうしなければ、ワーク表面に圧痕や擦り傷が生じ、表面品質に悪影響を及ぼす可能性がある。

プレス加工中は金型キャビティ内の清浄性を確保し、作業場は整理整頓し、加工後のワークは整然と配置すること。

2. 抜き加工品のバリ

1)原因:

抜きクリアランスが大きすぎる、小さすぎる、または不均一である。

金型の加工部の刃先が鈍っている。

パンチとダイが長期間の振動・衝撃により中心線がずれ、軸線が一致せず、片側バリが発生する。

2)対策:

凸凹型の加工精度と組立品質を保証し、凸型の垂直度と側圧に対する耐性を保証し、金型全体に十分な剛性を持たせること;

凸型を取り付ける際には、凸凹型の正しいクリアランスを必ず保証し、凸凹型を金型固定プレートにしっかりと取り付け、上下型の端面がプレス機のワークテーブル面と互いに平行を保つようにすること;

プレス機の剛性が良く、弾性変形が小さく、レールの精度およびパッドとスライドの平行度などの要求が高いこと;

プレス機に十分な打ち抜き力があること;

打ち抜き品の剪断破断面に許容されるバリの高さ

打ち抜き板材厚さ>0.3>0.3-0.5>0.5-1.0>1.0-1.5>1.5-2.0

新規試作型のバリ高さ≤0.015≤0.02≤0.03≤0.04≤0.05

生産時に許容されるバリ高さ≤0.05≤0.08≤0.10≤0.13≤0.15

3. 打ち抜き品に反り変形が発生する

1)原因:

クリアランスによる作用力と反作用力が一直線上にないため、モーメントが発生する。(凸凹型のクリアランスが過大である場合や、凹型の刃先に逆テーパーがある場合、またはストリッパーとワークの接触面積が小さすぎる場合に、反り変形が発生する。)

2)対策:

打ち抜きクリアランスを合理的に選択すること。

金型構造に押さえ板(または受け板)を追加し、板材と押さえ板の平面が接触し、かつ一定の圧力がかかるようにすること。

凹型の刃先を確認し、逆テーパーが発見された場合は、必ず打ち抜き刃先を適切に修正すること。

打ち抜き品の形状が複雑で内孔が多い場合、せん断力が不均一になるため、押さえ力を増加させる。打ち抜き前に条材をしっかりと押さえるか、高精度のプレス機で打ち抜くこと。

板材は打ち抜き前に矯正を行うこと。それでも反り変形を除去できない場合は、打ち抜き後のワークを矯正型で再度矯正すること。

定期的に金型内部の汚れを除去し、薄板表面に潤滑を施し、金型構造に通気・給油孔を設けること。

4. 打ち抜き時に、打ち抜き品の外縁と内孔の精度が低下し、寸法が変化する。

1)原因:

位置決めピン、ストッパーピンなどの位置が変化したり、摩耗が大きすぎたりする。

作業者の不注意により、送り時に左右前後のずれが生じる。

条材の寸法精度が低く、幅が狭すぎたり広すぎたりして送りが困難になり、指定位置に送れない。条材がガイドプレート内で前後にずれ、打ち抜かれたワークの内孔と外形の前後位置のずれが大きくなる。

5. 部品の曲げ加工時に、寸法や形状が不良となる。

1)原因:

材料のスプリングバックにより製品が不良となる。

位置決め装置が摩耗や変形を起こし、条材の位置決めが不正確になるため、新しい位置決め装置に交換する必要がある。

ガイドなしの曲げ金型では、プレス機の調整時に、スライド下死点位置の調整が不適切な場合も、曲げ加工品の形状や寸法不良の原因となる。

金型の材料押さえ装置が故障しているか、押さえ機能を果たしていない。押さえ力を再調整するか、圧縮スプリングを交換して正常に作動させる必要がある。

2)スプリングバックを低減する対策:

弾性係数が大きく降伏点が小さい、機械的性質が安定したプレス材料を選定する;

矯正工程を追加し、自由曲げの代わりに矯正曲げを採用する;

曲げ加工前に材料を焼きなましし、冷間加工硬化した材料を事前に軟化させてから曲げ成形する;

プレス加工中に形状変形が発生し、除去が困難な場合は、凸型と凹型の傾斜角度を交換または修正し、凸型と凹型のクリアランスを最小板厚に等しくする;

凹型とワークの接触面積を増やし、凸型とワークの接触面積を減らす;

「過剰矯正」の方法を採用してスプリングバックの影響を低減する。

6. 曲げ部品の曲げ部位に割れが発生する

1)対策:

曲げ領域の外側にあるバリを除去する。バリはこの領域の応力集中を引き起こし、曲げ変形量を減少させるため、この領域のバリを除去する;

バリがある側を曲げ領域の内側に配置する。

曲げ加工時には、曲げ方向と材料の繊維方向(圧延方向)を垂直にすることが望ましい。

曲げ半径は小さすぎないようにし、品質が許す範囲でできるだけコーナー半径を大きくする。

曲げブランクの表面は滑らかで、明らかな突起や傷跡がないこと。

曲げ加工時には中間焼鈍工程を採用し、内部応力を除去する。軟化後の曲げでは割れが発生しにくい。

大型の曲げ加工品では、曲げ加工中の摩擦を減らすために必ず潤滑剤を塗布する。

7. 曲げ加工中の曲げ品のずれ

1)原因:

曲げ加工中にブランクが凹型表面に沿って滑る際、摩擦抵抗を受ける。ブランクの両側の摩擦抵抗の差が大きい場合、ブランクは摩擦抵抗が大きい側にずれる。

2)対策:

形状が非対称な曲げ部品は、対称曲げ成形を採用する(片面曲げ部品は2枚を対称に曲げてから切断する)。

曲げ型に弾性圧料装置を追加し、曲げ時にブランクを押さえて移動を防ぐ。

内穴および外形位置決め方式を採用し、位置決めを正確にする。

8. 曲げ部品の表面擦り傷

1)原因および対策:

銅、アルミニウム合金などの軟質材料で連続作業の曲げ加工を行う場合、金属微粒子やかすが作業部品の表面に付着しやすく、製品に大きな擦り傷が生じることがある。この場合は、作業部品の形状や潤滑油などの状況を慎重に分析し、ブランクに微粒子やかすが付着しないようにして、傷の発生を防ぐこと。

曲げ方向と材料の圧延方向が平行の場合、製品の表面に割れが生じ、ワーク表面の品質が低下する。2箇所以上で曲げる場合は、可能な限り曲げ方向と圧延方向に一定の角度を持たせること。

バリ面を外面として曲げると、製品に割れや擦り傷が発生しやすい。そのため、曲げる際はバリ面を曲げの内面とすること。

凹型の丸アール半径が小さすぎると、曲げ部分に衝撃痕が生じる。凹型を研磨し、凹型の丸アール半径を大きくすることで、曲げ部品の擦り傷を防ぐことができる。

凸凹型のクリアランスは小さすぎてはならない。小さすぎると薄肉化による擦り傷が生じる。プレス加工中は常に型のクリアランスの変化を確認すること。

凸模が凹型に入り込む深さが大きすぎると、製品表面に擦り傷が発生する可能性があります。そのため、スプリングバックの影響を受けないことを保証した上で、凸模が凹型に入り込む深さを適切に減らす必要があります。

製品が精度の要求を満たすようにするため、しばしば底部で材料を押さえる曲げ型を使用します。その場合、曲げ時に押さえ板のスプリング、位置決めピン穴、受け板、および材料排出穴などがすべて圧痕を形成するため、調整を行う必要があります。

9.曲げ時にブランクの穴の位置が変化する

1)原因:

穴の位置寸法が正しくない(曲げによる引張で薄くなる);

穴が同心でない(曲げ高さが不足、ブランクが滑る、スプリングバック、曲げ平面に起伏が生じる);

曲げ線と2つの穴の中心線が平行でない、最小曲げ高さより低い部分が曲げ後に外側に開いた形状になる;

曲げ線に近い穴は変形しやすい。

2)対策:

穴の位置寸法が正しくない場合は、曲げ半径、曲げ角度、および材料厚さを厳密に管理する;材料の中立層を修正し、凸模が凹型に入り込む深さ、および凸凹型の適切な均一性を確保する;

穴の同心度不良の原因と対策;

左右の曲げ高さが正しいことを確保する;

摩耗した位置決めピンと位置決めプレートを修正する;

スプリングバックを低減し、2つの曲げ面の平行度と平面度を保証する;

工程順序を変更し、曲げ校正後に穴あけ加工を行う。

外側に開いた形状となる場合の対策

曲げ加工時には最小曲げ高さHを確保する(H≥R+2t、tは材料厚さ、Rは曲げ半径);
加工部品の形状を変更し、使用に影響を与えない範囲で最小曲げ高さ未満の部分を除去する。

曲げラインに近い穴は変形しやすい場合の対策

曲げ部品の設計時には、曲げ部から穴端までの距離Xが一定値以上であることを保証する X≥(1.5—2.0)t、tは曲げ板材の厚さ;

曲げ部位に補助穴を設計して曲げ変形応力を吸収することで、曲げライン近傍の穴の変形を防ぐことができます。一般的には、先に曲げ加工を行い、その後穴を打ち抜く方案が採用されます。

10. 部品が曲げられた後、曲げ部位に明らかな減肉が発生する

1)対策:

曲げ半径が板厚に対して小さすぎる場合(r/t>3の直角曲げ)は、一般的に曲げ半径を大きくします。

多角曲げは曲げ部位の減肉を大きくするため、減肉を抑えるにはできるだけ単角多工程の曲げ加工方法を採用します。

先端角型パンチを使用する際、パンチがダイスに入り込みすぎると、曲げ部位の板厚が著しく減少します。

11. 絞り加工品のフランジが絞り加工中にしわになる

1)原因:

フランジ部位のしわ押さえ力が小さすぎて、過大な接線方向の圧縮応力に抵抗できず、接線方向の変形を引き起こし、安定性を失ってしわが形成されます。材料が薄い場合もしわが形成されやすくなります。

2)対策:

ブランクホルダーのしわ押さえ力を増加させ、材料の厚みを適切に増加させます。

12. 絞り加工品の壁部が割れる原因と防止策

1)原因:

絞り加工中に材料が受ける半径方向の引張応力が大きすぎる;

ダイス肩半径(R)が小さすぎる;

絞り加工の潤滑が不十分;

原材料の塑性が低い。

2)対策:

しわ押さえ力を減少させる;

ダイス肩半径(R)を大きくする;

潤滑剤を正しく使用すること;

成形性の良い材料を選定するか、中間焼鈍工程を追加すること。

13. 絞り加工品の底部が引張破断する

1)原因:

ダイス肩半径が小さすぎるため、材料が切断状態になる。

2)対策:

(通常、絞り初期段階で発生)ダイスの肩半径を大きくし、滑らかな遷移形状にする。表面粗さは小さく、一般的にRa<0.2µm。 14.拉深零件边缘高低不平及有褶皱 1)原因: 毛坯与凸凹模中心不合或材料厚度不均匀,以及凹模圆角半径和凸凹模间隙不均匀(凹模圆角半径太大,在拉深的最后阶段脱离了压边圈,使尚未越过圆角的材料压边圈压不到起皱后被拉入凹模形成口缘褶皱。 2)对策: 冲模重新定位,校正凹模圆角半径和凸凹模间隙使其大小均匀后再投入生产(减少凹模圆角半径或采用弧形压边圈装置即可消除褶皱)。 15.锥形零件或半球形零件拉深时腰部起皱 1)原因: 在拉深开始时大部分材料处于悬空状态,加之压边力太小,凹模圆角半径又太大或者使用的润滑剂太多。使得径向拉应力变小使得材料在切向压应力的作用下失去稳定而起皱。 2)对策: 增大压边力或采用压延筋结构,减小凹模圆角半径或使材料厚度稍微加大。 16.拉深件表面产生拉痕的原因及预防措施 1)原因及对策: 凸模或凹模表面有尖利的压伤,致使工件表面相应的产生拉痕,此时应将压伤表面进行修磨或抛光即可; 凸凹模间隙过小或者间隙不均匀,使其在啦深时工件表面被刮伤,此时应修整凸凹模间隙直至合适为止; 凹模圆角表面粗糙,拉深时工件表面被刮伤,此时应将凹模圆角半径进行修磨打光; 冲压时由于冲模工作表面或材料表面不清洁而混进杂物从而压伤了工件表面,因此在拉料时一定要始终保持凸凹模表面的清洁,坯料拉深前一定要擦拭; 当凸凹模硬度低时,其表面附有金属废屑后,也使得拉深工件表面产生拉痕,因此除了增加凸凹模表面的硬度外在拉深时还要时常检查凸凹模表面即使清除其遗留下的金属废屑; 润滑剂质量差,也会使拉深工件表面粗糙度加大,这时应使用适合于拉深工艺使用的润滑剂,必要时应将润滑剂过滤后再使用。以防止杂质混入而损伤工件表面。 17.拉深件拉深直壁部分不平整 1)原因及对策: 凸模上没有设计和制造出通气孔,使其表面因压缩空气而变形,出现不平整现象,此时必须增加通气孔; 材料的回弹作用也会使拉深工件表面不平,最后应增加整形工序; 凸凹模间隙过大致使拉深难以被拉平,此时必须将间隙调整均匀。

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