プレス金型部品

　押さえ曲げで、【図1】に示すような上下逆方向曲げを行おうとすると、少し工夫が必要になります。その工夫した構造例が【図2】です。 　構造を説明すると、可動パンチ、ダイを使って、材料押さえを常に働かせるように工夫しています。「上曲げパンチ兼パッド」と「下曲げダイ兼パッド」がそうです。

　ツイスト加工は【図1】に示すように材料をねじる加工です。形からすると、曲げより成形に分類する方が適当に思えるのですが、どのようなわけか曲げとして扱われています。 　ツイスト加工は簡単なようですが、材料を掴んでねじる（回転させる）動作は、金型構造を考えると意外と面倒です。 　ひとつの例としての構造が【図2】です。構造は、上型に下降パンチ、下型に上昇パンチがあります。上昇パンチはリンク機構で、上型の押し棒でリンクを押すことで上昇するようになっています。

　曲げ加工では可動ダイやカムなどを組み合わせて金型構造を作り、工程短縮して形状を加工することがあります。 　【図1】のような形状の製品を、1回の加工で完成させるための工夫をしたものが【図2】の金型構造です。 　上型はパンチが製品形状に合わせて作られています。特徴は下型にあります。 　製品形状をした可動ダイが、可動ダイホルダーの中に納められています。 　可動ダイは下から、ノックアウトで上に押し上げられています。 　ノックアウトはクッションピンを通じて下から、スプリング等によって常に圧力がかけられています。 　可動ダイは可動ダイホルダーから飛び出さないように、ネストでふたをされています。

　オーバーハングした曲げ、【図1】に示すような曲げです。 　普通に曲げると、2曲げで、1曲げした部分がダイから外れなくなるか、外れにくくなります。どちらにしてもプレス作業をやりにくくします。 　順送り加工では大きな問題となります。曲げ加工と材料の移動方向を考えて工程を工夫します。 　【図2】は、このような問題の対策の一つです。 　曲げ加工した後、製品がダイに沈み込んでいるから、製品の取り出しがやりにくくなるので、持ち上げてやればよいという発想です。ダイを上下に可動するようにすることで、解決します。 　ここで、注意があります。加工前の材料の状態と持ち上げることとの関係です。可動ダイ上の材料が不安定になっては困ります。このことも考慮して、金型の構造設計をする必要があります。

　曲げは、【図1】の（a）の突き曲げか、（b）に示す押さえ曲げが加工方法の中心といえます。 　このどちらの方法でも、曲げフランジには多少のダイまたはパンチの肩面（滑り肩半径）とのこすれキズができます。ひどいときには削られ窪みとなることもあります。 　軟質材や表面処理材は、特に困ることが多いと思います。 　このキズの原因は滑り肩半径にあります。材料は曲げ開始時に大きな力を受け滑り肩半径に接した部分が曲げられ、その後、滑り肩半径上を移動しながらフランジが成形されていきます。

　可動ストリッパ構造を用いた順送加工では、上曲げ加工の基本形は、【図1】に示す構造となると思います。 　上曲げダイはダイプレート面より、凸となりノックアウト（パッド）とストリッパ間で材料を挟み、ストリッパをパンチとして、ストリッパのスプリング力で曲げるものです。 　実際には、この基本構造のままで使うばかりでなく、構造をいろいろ工夫して、変化させて加工することも行いますが、ダイ面よりかなり上の位置から曲げがはじまり、ダイ面で曲げが終わるという加工の流れは変わりません。 　ダイ面で曲げが終わることが問題となるときに使われるひとつの方法が【図2】に示す方法です。

　曲げを横から加工するには、すぐにカムが連想されます。その代表的な形が、【図1】に示すタイプのものです。 　上下運動するカムドライバーがカムスライダーを動かします。カムスライダーがパンチとなります。カムスライダーとカムドライバーは斜面で接しています。カムドライバーの押し量に比例して、パンチ（カムスライダー）は前進します。強力な曲げ力を作り出すことができます。 　【図2】は可動量を一定することができるカムです。 　カムスライダーの動きが変動しても、パンチの動きは一定の動きをします。欠点は、斜面の接触面積が小さいので加圧力があまり出せないことがあります。無理をするとカムの接触斜面の摩耗が早くなります。

　浅いZ曲げや切り曲げ等では、加工時に材料を押さえ、曲げ加工を行う方法があります。このときに、加工してダイに付いた製品はノックアウトで外し、ダイより取り出します。 　【図1】（a）はこの曲げ構造を示しています。（b）は曲げが完了した下死点の状態を示しています。金型構造を設計するときは、通常、この状態で行いますが、ここに落とし穴があります。（c）はパンチの戻り行程で、ストリッパが材料を押さえ、パンチが抜けていく途中を示しています。ノックアウトは上からの押さえがなくなり、製品を押し上げますが、製品はストリッパで押さえられているので動けず、せっかく曲げた形状が変形することがあります。 　このような設計ミスは以外と多くあります。加工開始から下死点までを考え、戻り行程のチェック漏れが原因です。

　U曲げ加工では、左右のフランジの大きさは同じと想定しています。そのフランジの大きさが違ってくると、【図1】のようなイメージです。 　U曲げ加工はうまくいかなくなり、大きい方のフランジは角度が開き、小さい方のフランジは逆に閉じる方向に変形します。この原因を【図2】に示します。曲げ途中の状態を示しています。

　押さえ曲げで、90度以上の曲げ（鋭角曲げ）は普通の方法では難しくなります。鋭角曲げを実現するひとつの方法としてスイング曲げがあります。その構造を【図1】に示します。 　金型構造は可動ストリッパ構造です。パンチはパンチプレートに支点ピンで支えられています。このパンチを「スイングパンチ」と呼びます。スイングパンチは押しスプリングで押され、ストリッパに押しつけられています。このときのパンチRとダイRのすきま（クリアランス）は、曲げ加工する材料の板厚分となるように設定されています。 　【図2】は、パンチがダイの中に進入して、材料が90度に加工された状態を示しています。

　【図1】（a）に示すように、曲げ加工ではスプリングバックによって角度が変動します。その対策として、曲げ部に外力を与えて、曲げ部の内部ひずみを相殺して角度の変動を押さえるようにします。曲げ部への外力の与え方としてよく使われるのが、【図1】（b）に示す曲げ内Rのセッティングです。

　【図1】に例として示すような形状の加工では、L曲げ加工を行うとウエッブは加工方向に引かれて、図のように変形します。常識的にはウエッブの材料押さえを強くしますが、それだけでは対応が難しい場合があります。そのようなときの対応を以下に示します。 　【図2】は左右対称形状のときの対策です。2個取りにしてU曲げの形とすることで、加工力のバランスを取ることで変形を防止します。曲げ後に、分断することで製品を完成させます。作業効率もよい方法です。

　1度の加工で作られるZ曲げ加工では、フランジ部分が曲げ戻し変形を受けることから、曲げられた部分は、ウエッブと平行なダイを用いて加工すると【図1】に示すように跳ね上がり、ウエッブ部分と平行にはなりません。SPCC材では、おおよそ2〜3度跳ね上がります。

　U曲げ加工では、【図1】に示すような変動がでやすいです。 　（a）は、左右のフランジが同じ高さとならずに段差ができる現象です。 　（b）は、フランジがねじれる現象です。 　（c）は、フランジの曲げ角度が、開いたり閉じたりする現象です。 　これらの原因と対策を考えます。 　【図2】を参照して下さい。

　曲げたときに、曲げ角度がよくても、フランジ高さやフランジにある穴までの寸法が変動する。このようなことが時々起きます。この原因と対策を考えます。 　【図1】は、フランジにある穴の位置変動が起きるイメージを示しています。この変動原因として考えられる内容は、L曲げのような押さえ曲げと、V曲げのような突き曲げではようすが少し異なります。

　U曲げ加工は、製品がパンチを両側から挟み込むように曲げられます。通常はスプリングバックがありますから、製品は比較的簡単にパンチから外れます。そのためパンチから製品外しの機能を持たない金型も多くあります。 　ところが、【図1】に示すような曲げ半径部分を圧縮してスプリングバック対策をすることも多くあります。このようなときに、圧縮部分で製品がパンチに食いつく。フランジがパンチ側に倒れ強く接触する。こととなり、製品がパンチから離れるときに図に示すような形に変形してしまうことがあります。

　曲げと割れの関係については、材料の圧延方向と曲げ線の関係があります。材料の圧延方向と曲げ線は、直角または角度で交わる関係が割れ防止となります。 　【図1】に示すように、曲げ半径を大きくすることも効果があります。曲げ半径は板厚の5倍程度が大きくする目安で、それ以上大きくしてもあまり大きな変化は期待できません。

　抜き加工では、加工された材料はダイ上に残るものと、ダイを通過して下に落ちるものとに分かれます。下に落ちるものが製品であれば、だれも丁寧に扱いますが、スクラップとなると適当に処理しなさいとなることが多いように思います。このようなことが金型段取り改善等のときに問題となることが多いように思います。【図1】は穴抜き加工の例で、金型とスクラップの関係を示したものです。スクラップはダイを通過して下に落ちます。 　【図2】は、プレス機械のボルスタプレートを示しています。

　絞りや成形加工はブランク外周を縮ませながら形状を作るのが普通です。そのために、成形後のフランジ輪郭形状は、元のブランク輪郭形状から変化して不規則な形状となります。例えば、円形ブランクから円筒絞りをすると、絞り後のフランジ形状はきれいな円形とならず、四角形に近い形状となるのが身近な例といえます。製品の求める輪郭形状とはほど遠くなるり、トリミングが必要となります。

　抜き加工で、かす上がりとかす詰まりは裏表のトラブルといえます。かす上がりによって製品に打コンを作るのも問題ですが、抜きかすがダイに詰まると、【図1】に示したようなイメージとなります。 　抜きかすは、頭の中では金型を通過すると、ひとつ一つバラバラになり落下するように思いますが、現実には抜き加工に使用した油やバリで付いて棒状になり、適当な長さで落下します。このときにかすが通過する穴の形状によっては、連結したかすが穴に斜めになって引っかかり、止まり、そこに次に落ちてきたかすが溜まり、詰まります。最悪、金型を壊します。外から見えないために金型が壊れて、かす詰まりに気づくことも多いです。