スチールプレス部品は、プレス、ブランキング、曲げ、またはプレスプレスで絞り加工することによって、平鋼シートまたはコイルから形成される金属部品です。これらは、自動車のボディパネルや構造ブラケットから家電製品の筐体や産業機器に至るまで、事実上あらゆる製造製品に使用されています。適切な鋼種の選択は、成形性、強度、コスト、溶接性、および表面仕上げを決定するため、鋼のスタンピングにおいて最も重要な決定です。
このガイドでは、スタンピングに使用される 20 以上の一般的な鋼種について説明し、熱間圧延板と冷間圧延板を比較し、高張力鋼の課題に対処し、表面処理のオプションと製造向け設計 (DFM) のベスト プラクティスについて説明します。 Metal Stamping Parts Ltd は、自動車、産業、消費者製品の用途にわたって年間数千トンの鋼材を加工しています。
スタンピング用の鋼種の選択
正しい鋼種を選択するには、機械的特性、成形性、表面品質、コストのバランスを考慮する必要があります。以下の表は、世界のスタンピング業界で最も広く使用されているグレードを示しています。
冷間圧延鋼種 (JIS / EN / ASTM)
| 等級(JIS) | 英語相当 | ASTM 相当 | C (%) | マンガン (%) | 降伏強さ (MPa) | 引張強さ (MPa) | 伸び (%) | r 値 | アプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPCC | DC01 | A1008 CS タイプ B | ≤0.12 | ≤0.50 | 140–280 | 270–410 | ≥37 | — | 汎用パネル、ブラケット |
| SPCD | DC03 | A1008 CS タイプ A | ≤0.10 | ≤0.45 | 140–260 | 270–390 | ≥39 | ≥1.3 | 描画アプリケーション、浅い描画 |
| スペース | DC04 | A1008 DS タイプ A | ≤0.08 | ≤0.40 | 120–240 | 270–370 | ≥41 | ≥1.6 | 深絞り加工、自動車用インナーパネル |
| SPCF | DC05 | A1008 DDS | ≤0.06 | ≤0.35 | 110–220 | 270–350 | ≥43 | ≥1.9 | 超深絞り、複雑な形状 |
| SPCG | DC06 | A1008 EDDS | ≤0.02 | ≤0.25 | 100–200 | 270–330 | ≥45 | ≥2.1 | 超深絞り、露出パネル |
| SPFH490 | — | A1011 HSLA 50 | ≤0.12 | ≤1.60 | ≥325 | ≥490 | ≥23 | — | 構造部品、シートフレーム |
| SPFH540 | — | A1011 HSLA 60 | ≤0.12 | ≤1.80 | ≥355 | ≥540 | ≥20 | — | シャーシの補強 |
熱間圧延鋼材のグレード
| 等級(JIS) | 英語相当 | C (%) | 降伏強さ (MPa) | 引張強さ (MPa) | 伸び (%) | アプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPHC | DD11 / HR1 | ≤0.15 | ≥205 | ≥270 | ≥27 | 一般的な成形、重要ではない部品 |
| SPHD | DD12 / HR2 | ≤0.10 | — | ≥270 | ≥30 | 描画アプリケーション |
| 球形 | DD13 / HR3 | ≤0.06 | — | ≥270 | ≥33 | 深絞り加工、自動車構造用 |
| SS400 | S235JR | ≤0.22 | ≥205 | 400–510 | ≥21 | 構造ブラケット、厚肉部品 |
| SS490 | S275JR | ≤0.25 | ≥245 | 490–610 | ≥19 | 頑丈な構造コンポーネント |
| SM490A | S355JR | ≤0.20 | ≥275 | 490–610 | ≥22 | 溶接性を必要とする構造部材 |
先進高張力鋼 (AHSS) グレード
| グレード | タイプ | 収量 (MPa) | UTS (MPa) | 伸び (%) | 曲げ半径 (×t) | アプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DP590 | 二相 | 330–410 | ≥590 | ≥20 | 1.0 | 衝突防止ブラケット、補強材 |
| DP780 | 二相 | 440–560 | ≥780 | ≥14 | 1.5 | B ピラー、バンパー ビーム |
| DP980 | 二相 | 600–740 | ≥980 | ≥10 | 2.5 | 構造補強 |
| DP1180 | 二相 | 850–1050 | ≥1,180 | ≥5 | 4.0 | 超高強度ブラケット |
| トリップ590 | 旅行 | 380–460 | ≥590 | ≥24 | 1.0 | エネルギー吸収構造 |
| トリップ780 | 旅行 | 450–550 | ≥780 | ≥18 | 1.5 | 衝突構造物 |
| CP780 | 複素位相 | 620–750 | ≥780 | ≥10 | 2.0 | シャーシの補強 |
| CP1180 | 複雑な位相 | 900–1100 | ≥1,180 | ≥5 | 3.5 | 侵入防止ビーム |
| MS1200 | マルテンサイト | 950–1150 | ≥1,200 | ≥4 | 5.0 | バンパーレインフォースメント、ドアビーム |
| FB590 | フェライトベイナイト | 380–480 | ≥590 | ≥18 | 1.0 | ホイール、シャーシ部品 |
| TWIP980 | ツイップ | 400–500 | ≥980 | ≥50 | 0.5 | 将来の軽量構造 |
プレス用ステンレス鋼材種
| グレード | タイプ | 収量 (MPa) | UTS (MPa) | 伸び (%) | 磁性？ | アプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SUS304 | オーステナイト系 | 205 | 520 | ≥40 | いいえ | 家電パネル、食品機器 |
| SUS301 | オーステナイト | 205–510 | 520–1,270 | ≥40–10 | いいえ | スプリング、クリップ (加工硬化) |
| SUS430 | フェライト | 205 | 450 | ≥22 | はい | 装飾トリム、排気コンポーネント |
| SUS410 | マルテンサイト | 205 | 440 | ≥20 | はい | 刃物、バルブ部品 |
| SUS316L | オーステナイト | 175 | 480 | ≥40 | いいえ | 海洋、化学、医療 |
ステンレス鋼のスタンピング機能の詳細については、を参照してください。ステンレス鋼のスタンピングページ。
熱間圧延鋼と冷間圧延鋼: どちらを選択しますか?
圧延プロセスは、鋼の表面品質、寸法精度、機械的挙動を根本的に変化させます。以下の比較は、に適した出発材料を選択するのに役立ちます。スチールスタンピング応用。
| プロパティ | 熱間圧延 (HR) | 冷間圧延 (CR) |
|---|---|---|
| 表面品質 | ミルスケール、粗目 (Ra 3 ～ 8 µm) | 滑らかできれい (Ra 0.5 ～ 1.5 μm) |
| 厚さの許容差 | ±0.10～0.15 mm | ±0.02～0.05 mm |
| 幅の許容差 | ±1.0～2.0mm | ±0.2～0.5mm |
| 一般的なゲージ範囲 | 1.6 ～ 12.0 mm | 0.4～3.2mm |
| 降伏強度 | 下部 (圧延したまま) | より高い (加工硬化) |
| 伸び | より高い | 下 |
| トンあたりのコスト | 15 ～ 25% 低下 | より高い |
| に最適構造部品、重いブラケット、目に見えないコンポーネント | 目に見えるパネル、精密部品、浅〜中程度の絞り | |
| 一般的なスタンピング操作 | 打ち抜き、曲げ、成形 | ブランキング、絞り、成形、ピアス |
| 塗料の付着力 | スケール除去が必要です | 洗浄後は良好 |
経験則: 目に見えるもの、寸法が重要なもの、または絞りが必要なものには冷間圧延を使用します。表面仕上げが重要ではなく、ゲージが 3 mm を超える構造部品には、熱間圧延を使用します。
高張力鋼のプレス加工: 課題と解決策
自動車の軽量化により AHSS グレードの採用が進むにつれ、スタンパーは従来の軟鋼工具やプロセスでは対処できない新たな課題に直面しています。
課題 1: 過度のスプリングバック
高張力鋼の降伏対引張比は 0.65 ～ 0.90 (軟鋼の場合は 0.50 ～ 0.60) で、成形後に大幅な弾性回復が生じます。
解決策:
– 勾配に応じて 2 ～ 5° オーバーベンドします (試行錯誤または FEA でシミュレーションされた補正)。
– 曲げゾーンを通る材料の流れを制御する回転曲げツールを使用します。
– プログラム可能な下死点滞留機能を備えたサーボ プレスを適用して、金型内の部品の応力を軽減します。
– 形状を固定するための強化ビーズまたはエンボスを使用して部品を設計します。
課題 2: 工具の摩耗の加速
AHSS の硬質微細構造 (マルテンサイト、ベイナイト) は、軟鋼よりも 3 ～ 10 倍の速さで工具表面を摩耗させます。
解決策:
– 適度な量の場合は、PVD コーティング (TiAlN または CrN) を施した D2 または DC53 工具鋼を使用します。
– 大量生産の場合は、超硬インサートまたは PM (粉末冶金) 工具鋼 (ASP-23、VANADIS 4E) に切り替えます。
– ダイのクリアランスを材料の厚さの 10 ～ 12% に増やします (軟鋼の場合は 5 ～ 7%)。
– 摩擦を減らすために、ドライフィルムまたは高圧潤滑剤を塗布します。
課題 3: 溶接要件
AHSS グレードでは、熱影響部 (HAZ) の軟化を避けるために慎重な溶接パラメータ制御が必要です。
解決策:
– 適応電流制御を備えた抵抗スポット溶接を使用します。
– 各グレードの電極力と保持時間を最適化します。
– HAZ 制御が重要な突合せ継手のレーザー溶接を検討してください。
– AWS D8.1M または OEM 固有の基準に従って溶接強度を検証します。
課題 4: 狭い半径での亀裂
DP およびマルテンサイト グレードの伸びは限られており (4 ～ 14%)、半径が小さい曲げでは亀裂が発生しやすくなります。
解決策:
– DP780 の場合、最小曲げ半径 ≥ 材料厚さの 2 倍を設計します。 DP1180 の場合は 4 倍以上。
– 可能であれば、曲げの方向を圧延方向に対して垂直にします。
– 最も要求の厳しい形状には、温間成形 (200 ～ 300 °C) を使用します。
– テーラード溶接ブランクを検討します。強度が必要な場合にのみ AHSS を使用し、成形ゾーンには軟鋼を使用します。
スチールプレス部品の表面処理オプション
表面処理により腐食を防ぎ、外観を改善し、塗料の密着性を高めます。以下の表は、スチール製プレス部品の最も一般的な 4 つのオプションを比較しています。
| 治療 | プロセス | コーティングの重量/厚さ | 塩水噴霧耐性 (時間) | 塗料の付着力 | 処理後の溶接性 | 相対コスト | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 電気亜鉛メッキ (EG) | 亜鉛の電着 | 5–15 µm | 200–500 | 素晴らしい | 良いです | 低～中 | 自動車用露出パネル |
| 溶融亜鉛メッキ (GI) | 溶融亜鉛への浸漬 | 45 ～ 90 g/m² (両面) | 300–1,000 | 良好 (治療後) | フェア | 中 | アプライアンス パネル、HVAC、建設 |
| リン酸塩処理 (鉄または亜鉛) | 化学変換 | 1–3 µm | 50–150 | 素晴らしい | 良いです | 非常に低い | すべてのスチール部品の塗装前処理 |
| エレクトロコート（電着塗装） | 電気泳動ペイント | 15–25 µm | 500–1,000 | N/A (ペイントです) | 悪い | 中 | 自動車の足回り、ブラケット |
| ダクロメット / ジオメット | 亜鉛アルミニウムフレーク | 6–10 µm | 500–1,000+ | フェア | フェア | 中～高 | ファスナー、サスペンション部品、高腐食 |
| パウダーコート | 静電スプレー + ベーク | 60–80 µm | 1,000+ | N/A (仕上げです) | 該当なし | 中 | 屋外用機器、家具、筐体 |
選択ガイド:
– 自動車のクラス A 露出表面の場合: EG + 電子コート + トップコート。
– 腐食環境の構造部品の場合: GI または Dacromet。
– コスト重視の内部ブラケットの場合: リン酸塩 + パウダーコート。
– 高腐食性ファスナーの場合: ダクロメットまたはジオメット。
スチールプレス部品に関する DFM のヒント
製造のための設計の原則により、金型のコストが削減され、部品の品質が向上し、リードタイムが短縮されます。後で高価な金型の修正を避けるために、コンセプト段階でこれらのガイドラインを適用してください。
ジオメトリ ルール
- 最小曲げ半径：CR軟鋼の場合は0.5×材料厚さ。 AHSS の場合は 1.0 ～ 4.0× (グレードによって異なります)。
- 最小穴径: ≥ 素材の厚さ。伸びフランジ領域の穴の厚さの 2 倍以上。
- 最小フランジ幅: ≥ 3 × 材料の厚さ + 曲げ半径。
- ノッチからベンドまでの距離: 歪みを防ぐための ≥ 材料の厚さ + 曲げ半径。
- スロットの方向: 破れを防ぐために曲げ線に対して垂直にします。
許容誤差に関するガイダンス
| 特徴 | 達成可能な許容差 | 追加の操作あり |
|---|---|---|
| 空白のプロフィール | ±0.05～0.10mm | ±0.02 mm (ファインブランキングまたはシェービング) |
| 穴の位置 | ±0.05mm | ±0.02 mm (加工後) |
| 曲げ角度 | ±1° | ±0.25° (CNC クラウニング付きプレスブレーキ) |
| 平面度 | 0.2 mm/100 mm | 0.05 mm/100 mm (スタンピング + サイジング) |
| エッジバリ | ≤ 0.10 mm | ≤ 0.03 mm (バリ取り) |
材料とコストの最適化
- アセンブリ内の部品全体でゲージを標準化し、材料在庫を削減します。
- ストリップ レイアウト上でパーツを効率的にネストします。順送金型では 60 ～ 75% の材料使用率が一般的です。 55% 未満の場合は再設計が必要です。
- 部品数と接合作業を減らすために、複数の部品を単一のスタンプアセンブリに結合することを検討してください。
- 必要な場合にのみ表面処理を指定します。選択的なメッキまたは局所的なコーティングによりコストが節約されます。
- を使用します。金属スタンピングとは何ですか量と複雑さに基づいて順送ダイ、トランスファー ダイ、またはタンデム ラインのいずれかを選択するための基本事項。
よくある質問
スタンピング用のSPCCとSPCE鋼の違いは何ですか?
SPCC は、炭素含有量が最大 0.12% の汎用冷間圧延鋼で、単純な曲げや浅い絞りに適しています。 SPCE は、より低い炭素限界 (≤0.08%)、より低いマンガン (≤0.40%)、および大幅に高い伸び (≧41% 対 ≧37%) を備えているため、深絞り加工に非常に適しています。また、SPCE は r 値 (塑性ひずみ比) ≧ 1.6 を保証しており、これは延伸中に薄くなりにくいことを意味します。ブラケットと平らな部品には SPCC を使用します。部品に深絞りまたは複雑な成形が必要な場合は、SPCE を使用します。
スタンピングに冷間圧延鋼の代わりに熱間圧延鋼を使用する必要があるのはどのような場合ですか?
部品が表面的ではなく構造的である場合、ゲージが 3.2 mm を超える (ほとんどの冷間圧延で入手可能なものを超えている)、厳しい寸法公差が必要ない場合、またはコストが主な要因である場合には、熱間圧延鋼を選択してください。熱間圧延鋼はトンあたりのコストが 15 ～ 25% 低く、伸びが高いため、厚い部分の曲げや成形に役立ちます。ただし、ミルスケールの表面には塗装前にブラストまたは酸洗いが必要で、厚さの許容差は±0.10～0.15 mmであるのに対し、冷間圧延の場合は±0.02～0.05 mmです。
高度な高張力鋼をプレス加工する際の割れを防ぐにはどうすればよいですか?
AHSS の亀裂は通常、グレードの伸び能力に対して狭すぎる曲げ半径で発生します。 DP590 の場合、曲げ半径は材料の厚さの 1 倍以上に設計します。 DP780 の場合、≧ 1.5 倍。 DP980 の場合、≧ 2.5 倍。マルテンサイトグレード (MS1200) の場合、厚さの 5 倍以上。最も要求の厳しい形状の場合は、曲げを圧延方向に対して垂直に配向し、高圧潤滑剤を使用し、温間成形 (200 ～ 300 °C) を検討してください。金型の構築前に FEA シミュレーションを実行すると、亀裂のリスクが早期に特定されます。
屋外の鋼製プレス部品にはどのような表面処理が最適ですか?
長期間の屋外暴露の場合、溶融亜鉛めっき (GI) は、コーティングの重量に応じて 300 ～ 1,000 時間の耐塩水噴霧性を備え、コストと保護の比率が最も優れています。装飾仕上げが必要な部品の場合、リン酸塩処理表面に粉体塗装を施すことで、色や質感のオプションを備えた優れた耐食性 (塩水噴霧 1,000 時間以上) を実現します。ダクロメットまたはジオメットの亜鉛アルミニウムフレークコーティングは、コーティングの厚さの均一性と水素脆化のリスクが懸念されるファスナーや小型部品に最適です。
順送金型プレスの材料利用率はどれくらいが良いのでしょうか？
鋼部品の順送金型スタンピングには、60 ～ 75% の材料利用率が適切であると考えられています。 55% 未満の割合は、ネスティングの最適化のために部品のレイアウトを見直す必要があることを示唆しています。一般的な改善には、部品の向きの回転、隣接する部品間のトリム ラインの共有、またはキャリア ストリップの形状の再設計が含まれます。単純な長方形のパーツでは 75% 以上の使用率が達成可能です。トリムスクラップはすべて、同じストリップからの小さな部品の二次使用のブランキング用に評価される必要があります。
結論
鋼のプレス加工を成功させるには、用途に応じたグレードの適合から始まります。軟鋼 (SPCC ～ SPCE) は、ほとんどの汎用部品をコスト効率よく処理できますが、AHSS グレード (DP、TRIP、CP、MS) は、より厳密なプロセス制御とよりハードな工具を犠牲にして、自動車および産業用途に必要な強度重量比を実現します。さらに、表面処理の選択、公差、DFM 原則によって、プレス加工された鋼部品が競争力のあるコストで信頼できる性能を発揮できるかどうかが決まります。
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