深絞りハウジングの漏れ防止性を決めるもの
深絞りハウジングが漏れないのは、肉厚に貫通欠陥や継目がなく、Oリング、ガスケット、相手部品とシールする面が健全である場合である。管と端板を溶接して組立てたハウジングと異なり、深絞りハウジングは金属一体部品であり、漏れる溶接部も、割れの起点となる熱影響部も、内容物と反応する溶加材もない。では気密性を決めるのは肉厚そのものである。絞り率と工程数によって肉厚が均一に保たれたか、材料が絞りに必要な伸びと適切な調質を持っていたか、Rが十分に大きく肉薄を避けられたか、鋳造巣や介在物などのプリフォーム欠陥が完成肉厚に持ち込まれていないか。深絞りハウジングの漏れの多くは、絞りそのものではなく、これらのいずれかに起因する。
深絞りハウジングの漏れ経路が溶接品より1つ少ない理由
溶接組立品には、深絞り品にはそもそも存在しない3つの漏れ経路がある。溶接部自体が多孔質になったり、アンダーカットや融合不良が生じたりする可能性があり、常温の耐圧試験に合格した溶接部でも熱サイクル後に滲むことがある。溶接部の隣の熱影響部は母材と異なるミクロ組織で、疲労き裂が発生する場所である。さらに溶加材は接合部に第3の材料を加えるため、ハウジングが溶加材を腐食するが母材は腐食しない流体を扱う場合に問題となる。深絞りはシェルを一体部品にすることでこの3つをすべて排除する。材料は接合されるのではなく流動し、結晶粒は融合線に遮られず部品形状に沿って流れる。電磁弁やセンサーハウジングが溶接ではなく深絞りで作られる主な技術的理由はこれであり、深い部品でサプライヤーが溶接代替案を提案してきた場合、図面注記に残しておく価値がある。
肉厚が耐えるべき条件
- R部の肉薄。 材料は最も強く引張られる箇所で薄くなる。特にパンチ先端とダイR部である。肉厚が不均一に薄くなっても、それだけで漏れるわけではない。ただし圧力や熱サイクルが加わると、漏れが現れるのはそうした箇所である。
- 1工程あたりの絞り率。 1工程に過大な絞りをかけると肉厚が薄くなり、破断することがある。同じ絞り量を2～3工程に分割し、間に焼なましを入れると、1回の強絞りよりも肉厚が均一になる。
- 材料の伸びと調質。 DC04などの絞り用ストリップは、工程に必要な伸びとr値を持つ。同じ鋼種でも硬い調質のものは、割れずに成形できても肉厚がより薄く、不均一になることがある。
- 結晶粒径と介在物。 粗大結晶粒や介在物のストリンガーは、肉厚が割れる際の線となる。これは製鉄所側の材料特性であり、耐圧部品で材料証明書（ミルシート）が重要になる理由である。
- プリフォーム欠陥。 鋳巣のある鋳造品や、ラップ（重なり）のある鍛造品は、その欠陥を完成後の肉厚に持ち込み、機械加工でも除去できない。
- 焼なまし。 工程間に焼なましが必要な場合、それを省略したり不適切に実施したりすると、肉厚が硬いまま残り、次工程で材料が流れずに破断する。
シール面は別の要求事項
ハウジングの肉厚が完全に健全でも、接合部で漏れることはある。Oリング、ガスケット、相手部品がシールする面には、別途注意が必要である。面接触シールなら平面度、半径方向シールなら真円度と径公差、そしてシール材が食い込みつつ破れない表面粗さが必要。傷、巻き込みエッジ、トリミングによるバリ、エラストマーが滑るほど平滑に研磨された面は、肉厚自体は合格でもシール部で漏れを生じさせる。深絞りハウジングを後加工する場合、シール面は通常、成形のままにせず機械加工する特徴の一つであり、一般公差ブロックに任せず図面で明記すべきである。
重要ポイント
深絞りハウジングから漏れが発生する場合、原因はほぼ常に漏れ箇所より上流にある。次の3点を順に確認する。成形後の肉厚は均一だったか、材料は絞りに適した鋼種と調質だったか、シール面は管理された部位として作られたか。3番目だけに答えるサプライヤーは、部品を実際に検討していない。
図面上で気密性を指定する方法
- 試験方法ではなく、要求を記載する。 規定の圧力と媒体における漏れ量が要求です。部品にリーク試験を実施する、とだけ記載しても要求にはなりません。何をもって合格とするかが書かれていないからです。
- 重要な板厚を指定する。 圧力を負荷する壁には、その壁専用の最小値を指定してください。一般公差欄に埋もれた公称値では不十分です。
- シール面を明示する。 シールする面を指示し、平面度、仕上げ、径公差を部品の他部位とは別に指定してください。
- 絞り加工後に切削するかどうかを明記する。 成形後に旋削するシール面は、絞りままの面とは挙動が異なります。図面で選択を未確定のままにしないでください。
当社が明言すること・しないこと
Balfordは25 t～350 tのプレスで最大絞り径250 mmまでハウジングを深絞りし、図面に基づいて検査して、寸法・幾何・表面の記録をロットごとに取得しています。不良率や一律の漏れ量保証は公表していません。ハウジングが気密かどうかは設計・材料・工程ルートの組み合わせで決まる特性であり、一般的な主張ではなく顧客が指定する試験で検証されるためです。圧力試験またはリーク試験が要求される場合は、図面に明記し、見積で合意します。品質管理はISO 9001:2015に準拠し、当社が対応する自動車向けプログラムではIATF 16949に整合した管理を実施しています。部品が切削前に鋳造、鍛造、冷間圧造、冷間押出し、粉末冶金で製作される場合、そのプリフォームは認定外注先から供給し、工程ルートを見積に明記します。
Balfordは2000年以降に4,000型以上の単発絞り金型を製作し、浙江省諸暨市で12,000 m²の工場を運営、500台以上の設備と120名以上の技術・生産スタッフを擁し、年間約5,000万個の部品を生産しています。ハウジングは図面を基に見積もり、通常24時間以内に回答し、価格提示と併せてDFMレビューを返します。該当する場合は、量産で気密性を維持できるかを決める板厚と絞り比の所見も含みます。
よくある質問
深絞りハウジングは溶接品より必ず気密性が高いですか？
いいえ、自動的にそうではありません。ただし、故障モードが1つ少なくなります。絞りハウジングには溶接部、熱影響部、漏れる溶加材がないため、残る検討点は壁とシール面です。溶接アセンブリでも、溶接、材料、継手設計がすべて適切であれば完全に気密にできます。電磁弁やセンサボディに絞りハウジングがよく使われるのは、絞り加工によって不具合要因のリストから溶接を外せるためです。これは圧力や熱サイクルを受ける部品で特に重要です。
深絞りハウジングではどの程度の板厚を保持できますか？
材料、初期板厚、絞り比、工程数によって決まるため、単一の数値はありません。重要なのは公称値ではなく均一性です。板厚が1.5 mmからパンチノーズで0.9 mmまで薄くなる壁は、同じブランクから絞っても、全体で1.4 mmを維持する壁とは別物です。圧力またはねじを負担する最小板厚は、図面上で専用の公差として指定してください。その値に合わせて工程ルートを設計できます。
絞りハウジングの底部ラジアスでの割れを防ぐには？
パンチノーズでの割れは、ほとんどの場合、材料と板厚に対して絞り比が厳しすぎるか、要求する絞りに対してパンチとダイのラジアスがきつすぎることが原因です。対策は、絞りを複数工程に分割する、ラジアスを緩める、材料の加工硬化が進み必要な場合は工程間に焼鈍を入れることです。すでに金型を製作済みの場合でも、通常は図面を改訂して底部のラジアスを大きくできます。金型を作り直すより安価です。
プリフォームは気密性に影響しますか？
はい。そして見落としやすい点です。ハウジングを鋳造品から切削する場合、鋳造品のポロシティが完成後の壁を通る漏れ経路になり得ます。後工程でどれだけ切削しても、確実に除去することはできません。鍛造品も同様に、ラップや折り込みを生じることがあります。圧力を受けるハウジングで絞りまたは冷間成形のプリフォームが好まれることが多い理由の1つは、材料が鋳造ではなく展伸・緻密化されているため、開口する閉じ込めポロシティがないことです。