しわのない薄鋼板用プレス金型を設計する方法

薄い電気鋼 厚みを薄くすることで、高周波の鉄損を減らすことができるからだ。公表されているモーターのデータでは 0.35 mm への 0.30、0.25、0.20mm クラスでは、高周波の鉄損をおおよそ次のように減らすことができる。 20%〜40%, グレードやテスト条件にもよるが。その利得は本物である。また、金型がエッジを傷つけたり、ストリップを持ち上げたり、幅の狭いブリッジを座屈させたりした場合、スタンピングの際に容易に戻される。パンチング・ダメージは、より高いコア・ロスや、切断後の測定可能な性能低下につながっている。.

薄い電気鋼は弱いからシワにならない。そうではない。シワができるのは、ダイがカット前、ブレークスルー時、あるいは引き抜き時など、間違った瞬間にストリップのコントロールを失うからだ。設計目標は言うのは簡単だが、実行するのは難しい。ストリップを平らに保つ。ガイドされた状態に保つ。リリースを静かに保つ。.

即答：実際にシワを防ぐものは何か

薄板ダイは通常、6つのルールに従えば安定する：

1. ピアスをして早めに位置を確認する。. ストリップが弱くなる前に、パイロットと早期探知機能を使う。.
2. アウタープロファイルは遅めに。. 可能な限り長い時間、材料の塊を保持する。.
3. 片側3%から5%あたりでクリアランスのトライアルを開始する。. その後、バリ、平坦度、フォースシグネチャー、エッジの質から調整する。.
4. 硬いスプリング・ストリッパーを使い、ストリップが浮くような柔らかい面は使わないこと。.
5. サポートされていないブリッジを短くし、ステーション間の長いスロットを分割する。.
6. パンチのかみ合わせをずらす そのため、ストリップはスナップスルーの衝撃を一発で完全に受けることはない。.

これが短いバージョンだ。あとは金型が機能するか、高価なスクラップを作り始めるかだ。.

1) 薄い電気鋼積層板にしわが発生する原因

生産現場では、“しわ寄せ ”はしばしば混合した症状であり、1つのきれいな故障モードではない。それは次のように現れる：

• 狭幅ウェブの局部座屈
• ストリップがパンチから浮き上がった後のうねり
• ロングスロット
• ほぼ完成されたアウタープロファイルのねじれ
• 積層ではなく金型から始まるスタック平坦度損失

根本的な原因は通常、圧縮ストレス、不十分なサポート、不均等なリリース、あるいはこの3つすべてにある。.

これは板厚が薄くなるにつれて深刻になる。薄い珪素鋼板の実験では、座屈変形は板厚が薄い場合にのみ見られ、報告された座屈の最大高さは約0.5mmに達した。 164 μm 切断条件によっては。そのため、シートが十分に薄くなれば、平坦度はもはや二次的な品質チェックではなくなります。金型設計の主要な制約条件となるのです。.

設計者が時に過小評価する部分がもうひとつある。打ち抜かれた無方向性電磁鋼板の残留応力研究では、次のような影響を受ける領域があると報告されています。 0.4～0.5 mm 端から。部品に狭い歯やブリッジ、スロットの角がある場合、これは大きな距離となります。金型がこれらの部分を損傷した場合、ラミネーションは寸法検査に合格しても、積層や磁気性能において悪い挙動を示す可能性があります。.

2) 出力レートだけでなく、ストリップの安定性を重視してダイ・アーキテクチャーを選択する

薄鋼板の場合、金型の種類はまず一つの質問から選ぶべきである：

どの時点でストリップが弱くなり、自力で平らな状態を保てなくなるのか？

その質問は、通常3つの方向性のいずれかにつながる。.

プログレッシブ・ダイ

プログレッシブ・レイアウトは、数量、再現性、内部 形状の制御シーケンスが必要な場合に使用します。これは、スロット、窓、狭い歯、パイロットを持つラミネーションに最適な方法です。初期のステーションで位置を決め、ひずみを分散させながら、より多くの材料を接続しておくことができるからです。.

複合金型またはコンビネーション金型

送りの進行よりも、同心度や一撃周囲コントロールが重要な場合に使用する。単純なラミネーションには有効だが、非常に薄いストックの場合、一度に多くのカッティングが行われるため、リリース・イベントが厳しくなる可能性がある。つまり、ストリッピングとサポートへの要求が高くなります。.

シンプルなブランキングまたはトライアルダイス

開発、エッジスタディ、バリスタディ、クリアランスのトライアルにお使いください。生産レイアウトをロックする前に、実際のクリアランスウィンドウを見つける最速の方法です。.

実践的なルールであり、この記事の中で最も実践的かもしれない： シートが薄ければ薄いほど、サポートが早すぎるレイアウトは信用できない。. 

3) 部品が最後のステーションまで強度を維持できるよう、ストリップのレイアウトを構築する。

薄いラミネーションのしわの問題のほとんどは、レイアウトの問題から始まっている。.

通常、より安全なシークエンスは次のようになる：

パイロットと位置決め穴を早めに配置する

複数のパンチが荷重を分担しようとする前に、ストリップが確実に位置決めされる必要がある。パイロットの位置決めは、メインのパンチが入る前に行わなければならない。一般的なスタンピング・ガイダンスも同じポイントを指摘している：パイロットが最初に位置決めし、ストリッパーが次に保持し、カッティングはその後に行われる。.

外形の前に内部形状をカットする

スロット、窓、穴は一般的に、ストリップがまだ完全に外側のサポートを持っている間に作られるべきである。外形がほとんど自由になったら、長い内部カットが安定したストリップを柔軟なフレームに変えることができる。橋が波打ち始めるのはその時だ。.

ロング・スロットをステーション間で分割

1つのステーションに細長いスロットを入れて、そのスロットの横に弱いリボンのような素材ができる場合は、パンチしないでください。2つか3つのステーションに分けるか、両端と中央を別々に演出する。目標はエレガンスではありません。支持されていない長い圧縮帯を作らないことです。.

キャリアのブリッジを十分に広く、硬い領域に近づける

薄いストックの場合、ブリッジの数よりもブリッジの配置が重要です。幅の狭いブリッジを長いスロットの横に配置すると、幅の広い歯根部やヨーク部の横に配置したブリッジの数が少ない場合よりも、悪い結果になることがよくあります。.

外側は空白のままにしておく。

これは繰り返す価値がある。アウタープロファイルは最後の大きな剛性の源だ。遅く使うこと。.

4) ダイクリアランスは、チャートからコピーした固定値ではなく、検証ウィンドウとして設定する。

薄鋼板の場合、クリアランスは単なるバリの設定ではない。エッジの損傷、加工硬化、残留応力、平坦度、磁気損失に影響します。.

に関する最近の研究 0.50 mm 無方向性電気鋼では、クリアランスが大きくなるにつれて加工硬化層の深さと深刻さが増し、磁気特性が劣化することがわかった。その研究では、横方向のクリアランスは 5% は、完全で滑らかなせん断断面を作り出した。打ち抜き無方向性鋼に関する別の研究では、焼鈍後の最も効率的な鉄損応答は、約200℃で報告されている。 3% カッティング・クリアランスこれらの結果を総合すると、薄いラミネーションのための非常に実用的な出発点を支持するものである： 片側3%から5%の厚みで試験開始, そして、習慣ではなく実際の結果から調整する。.

そのような試練の中で何を見るべきか：

• バリの高さの傾向
• バーニッシュ／フラクチャー・バランス
• 引き出し後の平坦性
• パンチ荷重パターン
• スタッキング動作
• エッジの硬さ、または金属組織検査で目に見える白化

クリアランスが少なすぎると、力がかかり摩耗が進む。クリアランスが大きすぎると、リリースが荒くなり、エッジのダメージが深くなり、ストリップが平面から外れてしまいます。チャートでは、材料、コーティング、ステーションの順序がどこでその線を越えるかはわかりません。管理されたトライアルが必要です。.

5) 刃先が安定する工具材料を選ぶ

薄い電気鋼の場合、通常、工具の材質だけでしわが決まることはない。そのすぐ上流の何かを制御することによって、しわに影響を与えるのです： エッジの経時安定性. .パンチとダイが摩耗すると、有効なクリアランスが変化し、破断領域が移動し、塑性的な影響を受ける層が大きくなり、切り口がきれいに離脱しなくなる。シリコン鋼のブランキング加工では、クリアランスが変化すると、工具の摩耗によって微小硬度の変化領域が拡大し、刃先の状態が悪化することが示されている。.

そのため、金型材料の選択は生産モードと連動させるべきであり、個別の購買選択として扱うべきではありません。ブランキングおよびピアシング工具の選択ガイダンスは、主要なトレードオフを、ほとんどの金型設計者がすでに実際に感じているところに置きます： 耐摩耗性と靭性の比較. .高摩耗の冷間加工用材種は、エッジの保持が主な問題である場合に有効です。強靭な冷間加工用鋼種は、細いパンチや破断衝撃がチッピングのリスクを高める場合に安全です。粉末冶金冷間加工鋼は、耐摩耗性と靭性の両方が同時に重要な場合に選択されることが多く、炭化物ベースのインサートは、刃先の寿命が決定を支配する非常に摩耗の激しい状況で一般的に予約されています。.

ここで役に立つルールは単純だ。デフォルトで最も硬い工具材料を選択しないこと。きれいなエッジを保ち、ジオメトリにチッピングが発生しにくく、プロセスウィンドウ内の実走行クリアランスを可能な限り長く保持する材料を選択します。これが、実際にしわ加工の議論にふさわしい「工具材料の選択」のバージョンです。.

6) 全サイクルを通してストリップを制御するストリッパーを設計する。

非常に薄い電磁鋼板の場合、ストリッパーは脇役ではない。ストリップがシートのように振舞うか、箔のように振舞うかを決定するダイの部分です。.

公表されているスタンピング・ガイダンスは、2つの点で明確である：

• A スプリングストリッパー 穿孔中、ストリップや部品を平らに固定し、引き抜き時の浮き上がりを防止します。.
• 剥離力は、ほぼゼロから最大で 25% 一方、多くのアプリケーションでは、穿孔力は以下のままである。 10%; 同ガイダンスでは、ストリッパーの圧力は少なくとも 8% トン数計画における穿孔力。.

それはそうだ。 違う は “最大限の圧力を使う ”という意味である。このような意味である：

硬くて平らな接触面を使用する

硬いストリッパー・フェースはストックを支え、局部的な浮き上がりを制限します。柔らかいフェースは変形したり、横方向に動いたり、パンチ周辺のガス抜きを妨げたりします。薄いラミネーションには不向きな組み合わせです。.

圧力を均一に保つ

ストリップの圧力が均一でないと、それ自体がパーツに印刷されます。片方の角が先に盛り上がったり、片方のブリッジが反ったり、片方の歯がねじれたりします。修正方法は、通常、より大きな力をかけることではありません。より良いサポートと、より平坦な圧力マップです。.

過剰なストリッパーの移動を最小限に抑える

移動量が多すぎると、スプリングが圧縮されすぎたり、スクリューが損傷したり、パンチの半径付近で干渉が生じたりします。また、作業サイクルが安定しなくなる。.

工具を排出する

空気はどこかに行かなければならない。通気性が悪いと、スラッグが引っ張られたり、不規則に膨らんだり、リリースが不安定になったりする。薄いストックはこのような小さなことに気づく。.

7)座屈になる前に、スナップスルーショックを軽減する。

ラミネーションは、エントリー時に平らであっても、ブレークスルーが激しすぎたためにステーションが歪んだままになってしまうことがある。.

そこで重要なのがパンチの順番だ。.

標準的なスタンピングプラクティスでは パンチの長さをずらす 衝撃とスナップスルーの衝撃を軽減するためである。ツーリング・ガイダンスの中で、しばしば見落とされがちな有用なディテールがある。 バーニッシュレングス は、単にストックの厚さを合わせるよりも、特に高速生産では効果的です。このアイデアは、前のグループが完全にスナップスルーする前に1つのパンチグループがかみ合うようにすることで、リリースエネルギーが捨てられるのではなく、共有されるようにすることです。.

薄い電気鋼の金型では、それは通常を意味する：

• 大きなパンチグループを2つか3つのエンゲージメント・レベルに分ける
• 壊れやすいレイアウトでは、ワンステーションで「一度に」カットすることを避ける。
• 最後のパンチが突き抜けるのを見ることだ。
• 平坦度データよりも、引き出しマークの方が早く真実がわかることが多い。

静かなリリース。退屈なリリース。それがあなたの望むものだ。.

8) 狭い歯、ブリッジ、長い溝を異なる方法で保護する。

すべてのラミネーション形状が同じように失敗するわけではない。.

狭い歯

危険なのは、側湾と局所的なエッジの損傷である。サポートは歯根の近くに置き、最終的なサイドカットを同じ瞬間に行うのは避ける。.

ロングスロット

危険なのは、スロットの横にある弱いストックのリボンである。スロットを分割するか、近くに支えを加えるか、あるいは順序を変えて、ストリップが長いフリーエッジを通して圧縮応力を受けることがないようにする。.

薄い橋

危険なのは引き抜き時の座屈であり、切断時とは限らない。ブリッジが下死点で正常に見え、ラムが上昇した後に不具合が発生する場合、多くの場合、ストリッピング、ベント、リリース・タイミングに問題がある。.

多くの内部カットがすでに存在するアウター・プロファイル

危険なのはフレームの崩壊だ。最終ブランクをできるだけ遅らせ、最も剛性の高いゾーンでキャリアのサポートを維持する。.

9) 工具の不具合ではなく、バリの傾向に基づいたメンテナンス限度を使用する。

摩耗したエッジは、バリを成長させるだけではありません。破断挙動を変化させ、リリースの不安定性を増大させ、ダイを醜い方法で補正させます。電気鋼では、エッジの劣化はスタック品質と磁気挙動にも直接影響します。切削損傷に関する文献を見直すと、打ち抜きによるエッジの影響が損失を増加させ、性能を低下させることがわかります。一方、切削方法を比較した研究では、重要な品質指標として残留応力、エッジ硬度、バリが指摘され続けています。.

だから、目に見える災害を待ってはいけない。.

リグラインドのトリガーをセットする：

• バリ高さの傾向
• フラットネスドリフト
• ブレークスルーの負荷変化
• ストリップリフティングマーク
• 一定のラミネーション数におけるスタック高さの変化

その方がずっと安く走ることができる。.

薄型ラミネート金型設計のための実用的なスタートテーブル

正確な数値はまだ試験的な確認が必要だ。しかし、この表は一般的なクリアランスチャートや推測よりも良いスタート地点となる。.

シワにつながるよくある設計ミス

1.アウタープロファイルの早すぎるカット

ストリップは硬さを失い、後の各ステーションはコントロールが難しくなる。.

2.ストリッパー圧力を一つの数値のように扱う

重要なのはコンタクトパターンとタイミングであり、力だけではない。.

3.カット間に長い無支持スパンを使う

薄いストックはこれを許さない。.

4.長いスロットを一発で打ち抜く

スロットは紙の上では効率的に見える。ストリップはそう思わないかもしれない。.

5.再研磨に時間がかかりすぎる。

バリが目立つようになるころには、平坦度はすでにドリフトしているのが普通だ。.

6.より多くのトン数で放出問題を解決する

その結果、本当の問題がしばらく隠れてしまい、摩耗が悪化することがよくある。.

よくあるご質問

最後の収穫

優れた薄型ラミネーション金型は、部品を平らに保つために力に頼ることはない。それは、順序、サポート、コントロールされたリリースに依存しています。.

それがデザインのロジックだ：

• 遅くまでストリップを強く保つ
• 使用 3%-5% 片側クリアランス 開始ウィンドウとして
• でストックを平らに保つ。 リジッド・スプリング・ストリッパー
• 支えのないスパンを短くする
• スタッガー・ブレイクスルー
• バリが目立つようになる前に研磨し直す