深絞り: 加工力学、絞り比、および欠陥防止
重要なデータ ポイント: 初回絞り制限比は、スチールの場合は 2.0:1、アルミニウムの場合は 1.6:1 です。再描画率はステージごとに 1.3 ～ 1.5:1 に低下します。引抜速度は、材料と形状に応じて 5 ～ 50 m/min の範囲です。通常、ブランクホルダーの力は、材料降伏強度の 0.5 ～ 1.5% × ブランク面積に等しくなります。壁の薄化は、適格なプロセスで元の厚さの 10 ～ 15% 以内に制御されます。
深層描画とは何ですか?
深絞り加工金属成形平らなブランクをパンチの機械的作用によって成形ダイに放射状に絞り込み、直径を超える深さを持つ継ぎ目のない中空コンポーネントを製造するエタール成形プロセス。主に材料を切断したり曲げたりするプレス加工とは異なり、深絞り加工 では、金属 をカップ、缶、シェル、エンクロージャ、自動車のボディ パネルなどの 3 次元形状に塑性変形させます。
「深絞り」という用語は、深さと直径の比を指します。絞り加工の深さが部品の直径を超える場合、そのプロセスは深絞りとして分類されます。深さ対直径の比が 1.0 を超える部品では、通常、材料破損なく最終形状を得るために複数の絞り段階 (再絞り) が必要です。 Dongguan Chenghui Intelligent Technologyでは、DC04 冷間圧延鋼や 304 ステンレス鋼などの材料について、単一段階で最大 2.2、複数の段階で最大 3.5 の絞り比の深絞り部品を定期的に製造しています。
深絞り加工は、 自動車 (オイル パン、燃料タンク、センサー ハウジング) から 電子機器 (電池缶、コネクタ シェル)、 医療機器 (手術器具のハウジング)、および 航空宇宙 に至るまで、さまざまな業界で広く使用されています。 (軽量構造エンクロージャ)。このプロセスにより、優れた表面仕上げ、厳しい寸法公差 (±0.05 mm を達成可能)、および変形中の加工硬化による一貫した機械的特性を備えた部品が得られます。
深絞りプロセス: ステップバイステップ
1. ブランクの準備
プロセスはブランキングから始まります。つまり、平らな金属板 (ブランク) を計算された直径に切断します。ブランクの直径は、 一定表面積の原則を使用して決定されます。ブランクの表面積は、仕上げ部品の表面積にトリミングのためのわずかな許容値を加えたものと等しくなければなりません。フランジのない円筒形カップの場合、ブランク直径 D は次のように近似できます:
D = √(d² + 4dh) — ここで、d はカップの内径、h はカップの高さです。
ブランキングは通常、ブランキング ダイを使用する機械プレスで実行されます。ここでは材料の使用率が重要なコスト要因となります。ネスティングの最適化により、円形ブランクの材料利用率 70 ～ 85% を達成できます。摩擦を軽減し、かじりを防ぐために、絞りの前にブランク表面に潤滑剤が塗布されます。
2. 最初の絞り操作
ブランクをダイキャビティの上に置き、パンチを下降させて金属をダイ内に塑性的に流し込みます。 ブランクホルダー (絞りリングまたはバインダーとも呼ばれる) は、ブランクのフランジ領域に制御された圧力を加え、材料が内側に流れるようにしながらしわを防ぎます。パンチとダイの間のクリアランスは通常、 1.1t ～ 1.3t (t は材料の厚さ) の範囲であり、アイロンをかけずに材料がスムーズに流れることが保証されます。
ほとんどの平坦または中程度に形成された部品の 限界延伸比 (LDR) - 1 段階で失敗することなく延伸できるブランク直径とパンチ直径の最大比 - 通常、合金鋼の場合は 1.8 ～ 2.2、アルミニウムの場合は 1.6 ～ 1.9、ステンレス鋼の場合は 1.4 ～ 1.7 の範囲です。 LDR を超えるには複数の段階が必要です。
3. 再絞り加工とアイロン仕上げ
目標の深さが 1 段階の LDR を超える場合、部分的に絞り加工されたカップに対して 1 つ以上の 再絞り加工 操作が行われます。各再描画ステージでは、直径が徐々に減少し、深さが増加します。段階間では、加工硬化を軽減し延性を回復するために、部品の プロセス焼きなまし が必要になる場合があります。これは、304 ステンレス鋼や深絞りアルミニウム合金 (5052-O など) などの材料にとって重要です。
アイロン仕上げ は、クリアランスが徐々に小さくなる一連のダイを通過させることによってカップの壁を薄くして引き延ばし、均一な壁の厚さを作り出す関連プロセスです。アイロン仕上げは、飲料缶や薄肉の管状部品に一般的に使用されます。
描画比、制限、および設計ルール
描画比を理解することは、深絞り設計を成功させるための基礎です。主なパラメータは次のとおりです。
- 絞り比 (β) = D/d — ここで、D はブランクの直径、d はパンチの直径です。 β 2.0 は、ブランクがパンチ直径の 2 倍であることを意味します。
- 削減率 (r) = (D – d)/D × 100% — 多くのエンジニアは、削減をパーセンテージで表現することを好みます。
- 厚さ対直径の比 (t/D) - 重要なパラメーター: 通常、1% を超える値により、より高い延伸比が可能になります。
一般的な材料の場合、推奨される最大第一段階延伸比は次のとおりです。 軟鋼 DC01/DC04: 2.0 ～ 2.2, 304 ステンレス: 1.8 ～ 2.0, 5052 アルミニウム (O テンパー): 1.8 ～ 2.0および 銅 C11000: 1.9-2.1。段階間焼鈍により、累積延伸比を 3.0 以上に高めることができます。
深絞り部品の設計ルールには、パンチノーズで 1 ～ 2 × 材料厚 の最小コーナー半径を維持し、ダイ入口半径で 4 ～ 8 × 厚さ を維持すること、応力を集中させる急激な遷移を避けること、しごき加工が計画されていない限り、壁厚が均一になるように設計することなどが含まれます。
一般的な欠陥と予防策
しわ (フランジのしわ)
しわは、圧縮フープ応力が材料の座屈抵抗を超えると、フランジ領域に発生します。 防止: ブランク ホルダー力 (BHF) を増加させ、ストローク全体にわたって BHF を最適化し (可変 BHF システム)、フランジ ゾーンでの適切な潤滑を確保します。適切な開始 BHF は、材料の降伏強度の 1.5 ～ 2.5% にフランジ面積を乗じた値 .
の引裂きと破壊です。
引き裂きは通常、材料が最も高い引張応力を受けるパンチのノーズ半径またはカップ壁で発生します。根本原因には、過剰な絞り比、不十分なブランク ホルダー クリアランス (トラップ材料)、ダイの半径の磨耗、パンチ側の潤滑不足などが含まれます。 防止: LDR 制限内に留まり、研磨されたダイ表面 (Ra ≤ 0.2 μm) を維持し、差動潤滑を適用します。フランジ領域には潤滑剤を使用し、必要な箇所の摩擦を最大化するためにパンチノーズには最小限の潤滑剤を使用します。
スプリングバックと寸法偏差
パンチが後退した後、弾性回復により、特にカップの口と壁で部品がわずかに跳ね返ります。スプリングバックは、高強度材料やアルミニウム合金でより顕著になります。 防止: スプリングバックを予測するときに、金型の形状を補正し、再打撃またはサイジング操作を使用し、材料のヤング率と降伏強度の比を考慮します。
イヤリング
イヤリングとは、平面異方性 (シートの異なる方向で異なる特性) によって生じる、絞り加工されたカップの上部にある波状のエッジを指します。これにより、トリミング中に材料の無駄が発生します。 防止: 耳つき特性の低いシート材料 (アルミニウム合金 5052 および 3003 など) を使用し、圧延方向に対するブランクの向きを最適化し、適切なトリム代 (カップ高さの 5 ～ 10%) を許可します。
深絞り用材料
材料の選択は、絞り加工性、工具寿命、部品コストに直接影響します。最も一般的な深絞り加工材料は次のとおりです。
- 低炭素鋼 (DC01、DC04、SPCC、SPCD): 優れた絞り加工性、低コスト。シングルステージで最大 2.2 の描画比。自動車用ブラケット、家電パネル、一般産業部品に最適です。
- ステンレス鋼 (304、316L、430): 耐食性と高強度。加工硬化により描画がより難しくなります。段階間アニーリングが必要です。厨房のシンクや医療機器、化学処理装置などに使用されています。
- アルミニウム合金 (1050、3003、5052-O): 軽量で成形性が良い。特に5052-Oは深絞り性に優れています。電子機器の筐体、自動車の軽量構造、食品容器などによく見られます。
- 銅および黄銅 (C11000、C26000): 導電性と成形性に優れています。電気コネクタ、配管部品、装飾金具などに使用されます。
材料の質別 (焼きなましと硬圧延) は、絞り性に大きな影響を与えます。成形加工には、常に 焼きなまし (O 焼き戻し) または深絞り品質 (DQ) グレードを指定します。
深絞りと他の金属成形プロセス
従来のスタンピングと比較して、深絞りはより深く、より複雑な中空形状を作成します。大量の平らな部品や曲げられた部品を得意とする 順送金型スタンピング とは異なり、深絞り加工はシームレスなエンクロージャに特化しています。 金属スピニングと比較して、深絞り加工はより速いサイクル タイム (5 ～ 20 ストローク/分対スピニング部品ごとに分) と、10,000 個を超える生産量での優れた再現性を実現します。 ハイドロフォーミングと比較して、深絞り加工は工具の複雑さが軽減され、対称部品のセットアップ時間が短縮されます。
部品の形状に最適なプロセスを選択するためのガイダンスについては、当社の Web サイトをご覧ください。 金属スタンピング メーカー ページまたは 見積もりを依頼する 無料の DFM レビューをご覧ください。
よくある質問
深絞りとスタンピングの違いは何ですか?
深絞り加工は、金属板を金型キャビティ内に放射状に絞り込むことによって、中空の継ぎ目のない部品を作成する特殊なタイプのスタンピングです。すべての深絞り加工はスタンピングですが、すべてのスタンピング加工が深絞り加工であるわけではありません。ほとんどのスタンピング操作には、切断、曲げ、または浅い成形が含まれます。重要な違いは、 深さと直径の比：約0.5を超える場合、深絞り加工とみなされます。
達成可能な最大延伸比はどれくらいですか?
単一の延伸ステージの場合、最大延伸比は通常、 軟鋼用 2.0 ～ 2.2, ステンレス鋼用 1.8-2.0および 1.8-2.0 アルミニウム合金用。段階間アニーリングを含む複数の段階にわたって、3.0 ～ 4.0 の累積延伸比が達成可能です。正確な制限は、材料の特性、金型の形状、潤滑条件、プレス速度によって異なります。
深絞り部品の厚さはどのくらいまで可能ですか?
深絞り加工は幅広い厚さ範囲に対応します。 微細部品用0.1mm箔 (電池缶、センサーカップ) 厚手の構造部品には 12 ～ 16 mm (圧力容器、大型自動車部品)。絶対的な厚さだけではなく、厚さと直径の比 (t/D) が重要なパラメーターです。
深絞り加工を他の加工と組み合わせることはできますか?
はい。深絞り加工は以下とよく組み合わせられます。 ピアス (描画部分に穴を作成)、 フランジ加工 (穴またはエッジの周りにリップを形成します)、 エンボス加工 (隆起フィーチャの作成)、および ねじ切り (雌ねじまたは雄ねじの形成)。これらの操作は多くの場合、単一のプログレッシブ ツールまたは転送ツールに統合できるため、二次処理コストが削減されます。
自分の部品が深絞りに適しているかどうかを確認するにはどうすればよいですか?
部品図面または 3D モデルを当社のエンジニアリング チームに送信して、 無料の DFM (製造容易性設計) レビュー 私たちの経由で 見積依頼ページ。絞り比、コーナー半径、材料の選択、公差要件を評価して最適な成形戦略を決定し、詳細な実現可能性レポートを 24 時間以内に提供します。
関連リソース
- 深絞りスタンピング ガイド — 深絞りスタンピングのプロセス、材料、および設計ガイドライン。