最大絞り率は、ハウジングが初回サンプルで想定したより深くなった時点で問題になります。そして、通常は誰も動かしたくない限界に部品が近いために質問されます。正直な答えは単一の数値ではなく範囲です。限界は、材料、ブランク厚さと直径の比、ダイとポンチの肩半径、潤滑、そして金型に許容される絞り工程数によって決まります。
深絞りにおける最大絞り率は？
絞り率とは、ブランク径をその工程で成形されるカップ径で割った値であり、限界は部品全体ではなく工程ごとに適用されます。1回目の初絞りでは、DC04などの深絞り用軟鋼で実用的な最大値は約2.0、加工硬化がはるかに速い304などのオーステナイト系ステンレス鋼ではおよそ1.6～1.8です。これらの数値は、ブランクの厚さ対直径比が約1.5%以上で、適切な肩半径のダイ、管理されたしわ押さえ圧、有効な潤滑を前提としています。薄いブランク、鋭い肩半径、高強度グレードはいずれも達成可能な絞り率を低下させます。初絞りの後、続く各工程ははるかに小さな一段となり、DC04で約1.2～1.4、304で1.15～1.25です。そのため深いカップは、必要な工程間に焼鈍を挟む一連の絞りになります。
絞り率が実際に表すもの
1工程の絞り率は、ブランクまたはプリフォーム径Dを、その工程で成形されるカップ径dで割った値で、β = D / d と表されます。初絞り率2.0は、100 mmのブランクが1プレスストロークで50 mmのカップになることを意味します。実際には絞り率は加算ではなく累積します。完成径を得るために全体で約3.5の絞りが必要な部品は、材料限界に近い初絞りに加えて2～3回の再絞りに分割する必要があります。すでにひずみを受けた材料は、同じようには再び引き伸ばせないからです。
材料別の最大絞り率：DC04と304
- DC04深絞り用鋼 — 初絞りは約2.0まで、再絞りは1.2～1.4。 極低炭素、良好なr値、優れた延性により、DC04は深絞りハウジングの基準グレードです。
- 304オーステナイト系ステンレス — 初絞りはおよそ1.6～1.8、再絞りは1.15～1.25。 304は加工硬化が速いため、2工程目では1工程目より硬い材料を成形することになります。1.9という数値を示す公開表は、良好な板厚比、十分な肩半径、管理された結晶粒径を前提としています。
- 板厚比は、材料グレードと同じくらい限界を左右します。 ブランク厚さが直径の1.5～2%あれば高い初絞り率が可能です。約1%を下回ると、同じグレードでも表の値よりはるかに早くしわや割れが発生します。
- アルミニウムと銅は中程度の鋼と同様の挙動を示します。 5052アルミニウムとC1100銅の初絞りは1.7～1.9程度ですが、どちらも加工硬化が速く、金型にはスプリングバックを織り込む必要があります。
耳張りは限界付近で成形しているときに現れる症状です。カップの縁が波打つのは、板材の面内異方性がダイへの材料の流れを支配するためです。これは必ずしも絞り率の不具合ではありません。通常は、ブランクの方向または次工程のトリム代を見直す必要があることを意味します。
部品に必要な絞り回数の求め方
- 完成部品の表面積から、面積が等しいとしてブランク径を計算します。図面の全長から求めてはいけません。
- ブランク径を完成径で割り、材料が受け持つ総絞り率を求めます。
- そのグレードの初絞り限界を適用します — DC04は約2.0、304は1.6～1.8
- 後続の各工程に再絞り限界を適用します — DC04は1.2～1.4、304は1.15～1.25
- 工程数を数えます。304で3工程を超える場合は、金型を計画する前に工程間焼鈍を計画してください。熱処理がクリティカルパスに入るためです。
重要ポイント
最大絞り率は材料と金型で決まる数値です。304の深絞りハウジングを初回絞り率2.0で見積もり、板厚比、ダイラジアス、焼鈍について触れていない場合、その金型は材料ではなく図面から設計されています。
理論限界がそのまま見積もり値にならない理由
50個に1個が破断する絞り率は限界ではなく、リスクです。絞りハウジングが経済的かどうかを決めるのは、プレス能力（トン数）、ブランクホルダー制御、ダイとパンチの半径、ブランク端面品質、潤滑、そして金型が担えるステーション数の組み合わせです。限界より5%低く設計した金型は、研磨停止なしで何年も稼働することがよくあります。限界を超えて押し込んだ絞り率は、底部半径の割れとして現れ、新規深絞りプログラムのスクラップの大半はここから発生します。
Balfordの絞り率への取り組み
Balfordは浙江省諸曁市で、25t～350tのプレスを使用し、最大直径250 mmの深絞りを行っています。金型は社内で設計・製作しており、ここが重要なのは、絞り率、ダイラジアス、工程数は金型設計として同時に決定すべき事項だからです。当社はDC01およびDC04軟鋼、304および316Lステンレス、銅、真鍮、5052および6061アルミニウムを加工しており、金型を切削する前に図面から達成可能な絞り率を検討します。工程途中で材料が硬くなり安全に続行できない場合は、工程間焼鈍を指定し、バッチトレーサビリティを備えた認定外部熱処理パートナーが実施します。この工程は外部委託であり、すべての工程を自社一貫で行っているかのように示唆することはしません。
よくある質問
深絞りの最大絞り率はどのくらいですか？
DC04などの深絞り用軟鋼では初回絞りで約2.0、304などのオーステナイト系ステンレス鋼ではおおむね1.6～1.8です。再絞りはDC04で約1.2～1.4、304で1.15～1.25が限度です。直径に対するブランク板厚、ダイラジアス、潤滑、ブランク品質によってこれらの数値は変動します。
304ステンレス鋼はDC04と同程度の深絞りが可能ですか？
いいえ。304は加工硬化がはるかに速いため、実用的な初回絞り率は約20%低くなります。複数工程を要する部品では通常、工程間焼鈍が必要です。耐食性が絞り深さより重要な場合、304は依然として標準的な選択です。
自分の部品が絞り率の限界内かどうかを確認するにはどうすればよいですか？
部品の表面積から計算したブランク直径を完成直径で割り、総絞り率を求めます。次に、材質グレードごとの初回絞りと再絞りの限界値を使って工程に分割します。無理なく2～3工程に分割できない場合は、金型見積もり前にDFMレビューを依頼してください。
温度によって最大絞り率を高めることはできますか？
温間絞りや熱間絞りは難加工材の達成可能な絞り率を高めますが、金型、潤滑、完成品の材料特性が変わるため、通常は量産ハウジングではなく難易度の高いプログラム向けに限定されます。