電磁鋼板のスタンピング潤滑：工具寿命と清浄度のバランス

要点

• プレス加工用潤滑油の選択 電気鋼板 洗浄の制約は、金型保護戦略よりも変更しにくい。.
• 電気鋼の絶縁コーティングは、化学的および機械的に潤滑剤と相互作用します。製造委託前に適合性試験を行うことで、コアロスを増加させるコーティングの劣化を防ぎます。.
• スタックの積層間に閉じ込められた潤滑剤の残留物は、露出した表面の残留物とは異なる挙動を示します。特に、分解生成物の逃げ道が限られている応力除去アニールの際には、その挙動が異なります。.
• 潤滑不足による金型の磨耗は、金型のコストだけでなく、刃先の磁気特性の低下、バリの高さの増加、層間絶縁の損傷など、モーターの性能に影響を与えます。.
• ドライフィルム前塗布型潤滑剤は、スタンピング後のクリーニングを不要にするが、キログラム当たりのストリップコストを増加させ、ランニング途中での調整可能性を低下させる。バニシングオイルはクリーニングの負担を軽減するが、高速スタッキングラインでは必ずしも十分な速さでバニシングしない。.

電気鋼に特殊なスタンピング潤滑が必要な理由

電気用鋼は通常の炭素鋼ではない。有機物や無機物、あるいはハイブリッドなどの絶縁被膜が施されており、プレス加工に耐え、最終的にはスタックのラミネーションの間に入り、実際の電気的な働きをする。このコーティングは、ストリップに塗られた潤滑剤と相互作用する。役に立つこともあれば、そうでないこともある。そうでないことも多い。.

無方向性電磁鋼板のコーティングは薄い。通常は数ミクロンだ。これは、組み立てられたコアの積層間の渦電流を制限するためにあります。スタンピング時に損傷したり、残留物で汚染されたり、洗浄時に不均一に剥がれたりすると、スタックはコアの損失という代償を払うことになります。.

つまり、単にスタンピング作業を潤滑するだけではないのです。コーティングされた基材にスタンピング加工を施すのです。この制約が、潤滑剤の選択、塗布、除去の方法をすべて変えてしまうのです。.

また、冶金学も考慮する必要がある。ケイ素含有量の高い鋼種（プレミアム・モーター用ラミネーションで一般的な2.5% Si以上）は、軟鋼よりも硬く脆い。工具の摩耗が速くなります。条件が適切でないと、剪断されたエッジにクラックが入りやすくなります。潤滑剤は、パンチとダイの界面における摩擦と熱を管理しなければなりませんが、同時に、多くのスタンピング・エンジニアが訓練してきたものよりも寛容性に欠ける被加工材を扱わなければなりません。.

各金型ステーションにおける潤滑油の役割

摩擦を減らす」という漠然とした話では、その仕事の全容を把握することはできないからだ。ラミネーションをプレスする順送型では、潤滑剤は複数の場所で同時に作用する：

• ストリップとダイ・フェースの間 摂食とポジショニング
• パンチとストリップの界面で シャーリングとピアスの間
• ストリップとストリッパー・プレートの間 ストリップリフト中
• ブランキングエッジ カットされたプロファイルがキャリアから離れるところ
• ナメクジについて ダイボタンを通過すると

それぞれのゾーンは、圧力、温度、表面速度の条件がわずかに異なる。潤滑剤は、どのゾーンで使用するかを選ぶことはできない。潤滑剤は、供給システムに耐えうる膜厚と、表面エネルギーと濡れ性という点で鋼鉄に残されたコーティングに関わらず、すべてのゾーンで機能しなければならない。.

そして、すべてを終えたら、それを脱がなければならない。.

ラミネーション・スタックのスタンピング後の清浄度要件

多くのスタンピング用途では、保管中に部品に少量の油が残留することは許容範囲であり、保護にさえなります。ラミネーション・スタックはそうはいきません。.

スタック缶のラミネート間に挟まった潤滑剤の残留物：

• 導電性または半導電性の経路を作ることで、絶縁被覆の効果を低下させる。
• スタックが接着剤による組み立てを使用している場合、接着剤に干渉する。
• 応力除去アニールのような熱処理工程でのアウトガスによる炉内雰囲気の汚染
• 熱処理後のラミネート表面に炭化した堆積物を残し、表面抵抗率を予測不可能に変化させる。
• 残渣が可変厚さのフィルムとして機能する場合、圧縮時のスタックの寸法安定性に影響する。

どれも仮定の話ではない。実際に起こることなのだ。問題は常に、どれだけの残留物が多すぎるかということであり、その答えは下流工程によって異なる。.

外径で溶接され、炉に入ることのないスタックは、750℃以上で完全な応力除去焼鈍を行うスタックとは異なる清浄度要求がある。熱活性化接着剤コーティングによる自己融着ラミネーションを使用するスタックは特に敏感で、接着面の汚れはコアの機械的完全性を直接弱めます。.

清浄度仕様は、潤滑剤を選択する前に設定されるべきである。その逆ではない。この発注ミスはよくある。.

電磁鋼板用プレス潤滑油の比較

普遍的な勝者はいない。正しい選択は、生産速度、金型の複雑さ、鋼種、コーティングの種類、洗浄能力、スタンピング後のラミネーションの状態によって異なります。以下は実用的な比較です：

この表からいくつかのことがわかる。ドライフィルム潤滑剤は、スタンピング後のクリーニングの問題を完全に解消しますが、鋼材サプライヤーとの調整が必要で、ストリップのキログラムあたりのコストが増加します。また、すべてのダイ形状に同じように適合するわけではありません。多くのステーションとタイトなキャリアブリッジを持つ複雑な順送型ダイでは、ストリップがプレコートされて到着した場合でも、補足潤滑が必要な場合があります。.

バニシングオイルが人気なのは、プロセスを簡略化できるからだ。しかし、「消える」というのは相対的な言葉である。これらのオイルは熱と時間によって揮発する。スタッキング前にオイルがなくなるかどうかは、周囲温度、空気循環、スタンピングからアセンブリーまでの時間、最初に塗布したオイルの量に左右される。ラミネーションが金型からスタックまで数秒で進む高速ラインでは、「消失」はまだ起こっていない。.

スタンピング潤滑が金型寿命とラミネーションエッジの品質に与える影響

潤滑と金型寿命の関係は、一般的なプレス加工ではよく理解されています。あまり理解されていないのは、金型の摩耗がどのようにラミネーション品質にフィードバックされるかということです。.

パンチが摩耗すると、パンチとダイの間の有効なクリアランスが大きくなります。このクリアランスの変化が影響する：

• 刃先のバリの高さ
• 切断面のせん断帯と破断帯の比率
• 切断部付近の材料の残留応力
• 絶縁被覆の端の状態

バリの成長は目に見える症状だ。しかし、モーター性能には目に見えないものの方が重要なのだ。切断端での加工硬化の増加は、局所的に透磁率を低下させる。剪断されたエッジでのコーティングの損傷は、圧縮下で積層された場合に積層間に電気的ブリッジを生じさせる可能性がある。.

つまり、再研磨前にパンチの寿命を15-20%でも延ばす潤滑は、単なる工具コストの話ではない。それはラミネーション品質の話です。摩耗が少ないということは、バリの高さがより安定し、エッジの状態がより安定し、メンテナンスの中断間隔がより長くなり、そして-これは見逃されがちな部分ですが-生産バッチ全体でより均一な磁気挙動が得られるということです。.

裏を返せば、より重く、よりアグレッシブな潤滑剤を使用することで、金型寿命の最大化を追い求めれば、金型製作では勝てても、清浄度、コーティングの適合性、あるいはスタンピング後のハンドリングでは負けるかもしれない。これがこの記事のタイトルにあるバランスであり、それだけでは解決しない。一回一回管理する必要がある。.

パンチとダイのクリアランス、プレス速度、潤滑の限界

潤滑は、電気鋼のスタンピングのすべての問題に対する答えとして扱われる誘惑があります。そうではない。.

パンチとダイのクリアランスが材料グレードと厚さに対して間違っている場合、潤滑剤をいくら使ってもきれいなエッジは得られません。プレス速度が、送りシステムが正確に追従できる速度を超えている場合、ストリップはわずかに間違った位置でステーションに到着し、潤滑剤はその問題に対して何の役にも立たない。金型設計が、短すぎるストリップ進行に多くのステーションを密集させ、キャリアが機械的に不安定であれば、潤滑システムはそれを安定させることができない。.

潤滑はプロセス変数である。重要なものだ。しかし、それはシステム内部で機能するものであり、そのシステムには、クリアランス設計、ストリップレイアウト、プレスダイナミクス、ダイメンテナンススケジュール、スタック準備作業などが含まれる。チームが潤滑を、物事がうまくいかないときに回すべきノブとして扱うと、多くの場合、過剰潤滑に陥り、問題を別の問題にすり替えてしまう。.

潤滑剤の塗布方法：ローラー、スプレー、ドリップ、ドライフィルム

塗布方法と均一性は、通常よりももっと話題にされるべきだ。.

ローラーアプリケーション は、膜厚を適度にコントロールすることができ、コイルフィード順送型では一般的である。しかし、ローラーの状態は悪化する。ローラー表面はストリップコーティングから微粉を拾います。膜厚は、ローラーの圧力が変化したり、潤滑油の粘度が工場の温度によって変化したりすると変化します。定期的な検証を行わないと、うまく制御されていたフィルムが制御不能な変数になってしまいます。.

スプレー塗布 は、ノズルの形状と圧力が維持されていれば、より薄く均一な膜を得ることができる。また、オーバースプレーやミストによる潤滑油の無駄が多くなり、密閉されたプレスエリアではハウスキーピングや環境制御の問題が生じる。.

ドリップシステム はシンプルで安い。また、一貫性がない。高速回転する順送金型では、滴下給油は多くの場合、レガシーなセットアップである。金型が焼き付かないという意味では、それは機能する。工具の保護と清浄度のバランスを最適化するという意味で機能するかどうかは、まったく別の問題である。.

ドライフィルム このすべてを回避する。フィルムはそこにあり、均一で、鉄鋼加工施設で管理された条件下で塗布されている。プレス加工は何も塗布する必要がない。そのトレードオフは、コストとリードタイム、そして中間潤滑の調整における柔軟性の低下である。.

積層およびアニール前のスタンプ・ラミネーションのクリーニング方法

潤滑剤が消えるタイプでなく、下流工程がきれいな表面を要求する場合、誰かがラミネーションをきれいにしなければならない。このステップには、コスト、時間、床面積、環境コンプライアンスへの取り組みがかかる。.

一般的な洗浄方法には以下のようなものがある：

• 水性洗浄 アルカリ性または中性洗剤、場合によっては超音波を使用。水溶性の合成油や軽油に効果的。重鉱物油にはあまり効果がない。その後に乾燥が必要であり、もう一段階必要であり、コントロールしなければ酸化の原因となる可能性がある。.
• 溶剤洗浄 炭化水素系溶剤または変性アルコール系溶剤。ストレート・オイルに有効。環境と労働者の安全に関する規制により、多くの地域でこの方法を正当化することが次第に難しくなっている。.
• 熱脱脂 応力除去焼鈍サイクルに組み込まれている。炉の雰囲気は、ヒートサイクルの初期段階で残留潤滑剤を燃焼または揮発させる。この方法は有効ですが、ラミネート表面への炭素析出を防ぎ、制御不能な酸化を避けるために、注意深い雰囲気制御が必要です。また、炉が洗浄とアニールの二重の役割を果たすことになり、雰囲気管理が複雑になる。.
• 蒸発だけに頼る - そして微量の残留物を受け入れる。これは誰もが公に認めている以上に一般的なことだ。うまくいくときはうまくいかない。.

その選択は、体積、使用する特定の潤滑剤、スタックの接合方法、スタックの焼鈍の有無によって異なる。熱処理を行わず、そのまま巻取り工程に進むインターロック・スタックの場合、残留物許容度は比較的高いことが多い。接合されたスタックやアニールされたスタックの場合、それははるかに厳しい。.

ラミネーションスタックの応力除去アニールにおける潤滑剤残渣の挙動

応力除去アニールは、スタンピング工程で劣化した磁気特性を回復させる必要のあるラミネーション・スタックによく行われる。アニールは通常、乾燥窒素、窒素と水素の混合雰囲気、場合によっては軽い発熱雰囲気など、制御された雰囲気中で700～800℃で行われる。.

その温度で、有機潤滑剤の残留物は分解する。何が分解されるかは、潤滑油の化学的性質、大気、温度プロファイルに依存する。最良の場合：きれいに揮発し、大気がそれらを運び去る。最悪の場合：ラミネーション表面で炭化したり、絶縁コーティングと反応したり、炉内雰囲気を圧倒するほどの分解生成物を生成して局所的に還元または浸炭条件を作り出す。.

スタックでは、残留物がラミネーションの間に閉じ込められるため、問題はさらに大きくなる。揮発しやすい自由表面はない。分解生成物はスタックの端から移動しなければならないが、背が高く、きつく圧縮されたスタックでは、拡散経路が非常に遅くなる。そのため、スタックの中央にある積層は、端にある積層よりも長い間分解生成物にさらされる可能性がある。.

これは、単一のラミネーション・クーポンでのテストでは現れない問題のひとつです。生産炉でのスタックでしか現れない。そして、そのときまでに、人々は通常、どこか別の場所で問題を探している。.

電気鋼プレス潤滑の実用的プロセスガイドライン

完璧な潤滑油の選択を導き出す公式はない。しかし、より良い結果を生む傾向のある決定原則はある：

工具の要件ではなく、清浄度の要件から始める。. 下流工程の許容範囲を把握し、その制約を満たし、なおかつ金型を保護する潤滑剤を見つける。逆に、最適な工具用潤滑剤を選び、それを洗浄しようとすると、通常、総コストが高くなる。.

潤滑剤を絶縁被覆に合わせる。. すべてのコーティングがすべての潤滑油に同じように反応するわけではありません。有機系コーティングは、特定の石油系製品では軟化したり溶解したりすることがある。無機コーティング（リン酸塩系または酸化物系）は、一般的に化学的に強いが、潤滑油の膜厚が十分でない場合、スタンピング力を緩和するために機械的に損傷する可能性がある。生産用潤滑油の使用を決定する前に、適合性データを入手すること。.

塗布量だけでなく、膜厚をモニターする。. ローラーが毎分何ミリリットル塗布しているかを知ることは、システムが何をしているかを知ることになる。ストリップ上の実際の状態を知ることで、部品が何を経験しているかがわかる。これらは異なる数値であり、時間の経過とともに離れていく。.

バリの傾向を追跡し、潤滑の変化と関連付ける。. バリの高さは、クリアランス、速度、潤滑油膜の状態に同時に反応する。バリの高さが変化し、他には何も動きがない場合、通常は潤滑剤が原因の一部です。.

クリーニングの検証をサボらないこと。. プロセスに洗浄ステップが含まれている場合、それが実際に機能しているかどうかを検証する。試運転中に一度だけでなく、生産中に定期的に行う。ラミネート表面の残留物テストは、ウォーターブレイクテストや接触角測定といった簡単なものであっても、スタック性能の問題になる前にドリフトを検出します。.

スタンピング潤滑油の議論は、スタックの議論と結びつけておくこと。. これらは別々のエンジニアリングの問題ではない。プレス工程での決定が、積層、接合、溶接、アニール、そして最終組立に影響を及ぼす。潤滑を孤島として扱うと、金型の寿命が長くてもモーターが悪くなってしまうのです。.

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