バネ鋼のプレス加工は、強度、柔軟性、優れた耐疲労性を発揮するため、自動車用クリップや工業用ファスナーなどの製品に使用されています。しかし、加工は必ずしも簡単ではありません。安定した品質を実現するには、各工程を理解し、時間や材料を無駄にすることなく問題を解決する方法を知っておく必要があります。
バネ鋼プレスの分野は急速に変化しています。このガイドでは、最新のばね部品に影響を与える主な工程、一般的な課題、新しいアイデアについて説明します。さらに読み進めることで、すべてがどのように組み合わされているのかをより明確に理解することができます。
バネ鋼プレス加工とは？
バネ鋼のプレス加工は、プレス機とダイセットを使用して、バネ鋼の薄いシートやストリップを切断し、成形するプロセスです。金型は制御された圧力と動きを加え、材料を成形します。この工程では、ブランキング、ピアス、曲げ、コイニング、エンボス、絞りなどの加工が可能です。スピードと安定した品質のため、メーカーはコイルから材料を供給することが多い。
エンジニアは、強度とスプリングバックの要件に基づいて、スプリング鋼種を選択します。一般的な選択には、1075や1095のような高炭素鋼や301のようなステンレスばね鋼が含まれます。成形後に熱処理と焼き戻しが必要な部品もあれば、製造工程を減らすために焼き戻し前の材料を使用する部品もあります。
基本的な工程は正確な順序に従う。適切なグレードと厚みを選ぶ。部品の外形を空白にする。必要な形状を形成し、コインを付ける。バリを除去し、応力除去を行う。不動態化やメッキなどの仕上げを施す。最後に、部品が仕様を満たしているか検査する。
バネ鋼の特性と種類
バネ鋼は、折れることなく曲がり、常に形状に戻らなければなりません。以下では、これを可能にする特性を分解し、スタンピングで最も使用される鋼種を紹介します。
バネ鋼の主な特徴
- バネ鋼は降伏強度が高く、荷重をかけると元の形状に戻る。
- 疲労寿命が長いため、部品に亀裂が入ることなく何度も繰り返し使用することができる。
- 材料は成形後にスプリングバックを示すため、金型は弾性的な戻りを許容しなければならない。
- 熱処理 は強度を高め、焼戻しを行う。テンパー処理済みのストリップは、この工程を省略することができる。
- 成形性は炭素含有量と調質によって変化する。軟らかい調質材ほど曲げやすく、割れのリスクも少ない。
スタンピングに使用される一般的な鋼種と合金
- SAE 1074 / 1075（高炭素）： 強度と成形性に優れる。クリップ、クランプ、板バネで一般的。
- SAE 1095（高炭素）： 非常に高い強度と硬度を持ち、スナップバックに優れている。曲げ半径がきつすぎると割れることがある。
- SAE 1050-1065（高炭素）： 1095よりも成形が容易でありながら、良好なスプリング特性を維持する中程度のカーボンレンジ。
- 301ステンレス（1/4硬度～完全硬度）： 耐食性に優れ、成形時に加工硬化する。クリップ、コンタクト、ラッチに適しています。
- 17-7PHステンレス： 時効後の強度が高い析出硬化型。高温でも強度を保つ。航空宇宙や精密部品に多い。
- 410 / 420 ステンレス（マルテンサイト系）： 焼入れ可能で磁性を持ち、301よりも耐摩耗性に優れる。耐食性はオーステナイト系より劣る。
バネ鋼プレス加工
ばね鋼のプレス加工は、生のコイルから完成部品まで明確な経路をたどります。以下では、材料がどのように準備されるのか、基本的なプロセスステップ、スプリング部品に使用される主なプレス加工の種類を説明します。
プレス用原材料の準備
その工程は、適切なバネ鋼の等級と厚さを選択することから始まります。材料は通常コイルか平らなストリップで提供されます。硬度、厚さ公差、表面状態などの仕様を満たす必要があります。
次に、コイルを広げ、必要に応じて平らにする。これにより、精度に影響を及ぼす可能性のあるカーブやキャンバーが取り除かれる。工具の摩耗を減らし、部品の仕上がりを良くするために、ストリップを洗浄したり、潤滑剤を塗布したりする店もある。
ステップ・バイ・ステップのスタンピング・ワークフロー
- 素材の供給:コイルは矯正機とフィーダーを使ってプレス機に送り込まれます。これにより、安定した動きと位置が確保される。
- ブランクまたはピアス:プレスは、部品の形状や穴を強い力で切り出します。バリのないきれいなエッジが重要です。
- 形にする:一致したパンチとダイのセットを使って、金属を曲げたり成形したりする。スプリングバックは金型設計で考慮しなければならない。
- 二次成形:追加曲げまたはコイニングは、同じプレスストロークまたはセカンドステーションで行うことができる。
- バリ取りとクリーニング:鋭利な角が取り除かれる。検査や仕上げのために部品を洗浄することが多い。
- 熱処理:部品が柔らかく形成された場合、そのバネ特性を設定するために焼き入れと焼き戻しを行う。
スタンピング・テクニックの種類
- プログレッシブダイスタンピング:ばね部品で最も一般的。ストリップは多くのステーションを持つダイの中を移動します。各ステーションは、切断、曲げ、成形のステップを追加し、最終的な部品が落下するまで続きます。
- 複合ダイスタンピング:1ステーションで複数の加工が可能。平面に特徴のある平面部品に有効。
- トランスファーダイスタンピング:機械的なフィンガーで部品をステーションから次のステーションへ移動。複雑な形状や深絞り加工が可能。
- ファインブランキング:非常に滑らかで正確なエッジが得られます。公差の厳しい部品や目に見える表面に最適。
ばね鋼のプレス加工における一般的な課題
バネ鋼は強くて柔軟ですが、プレス加工には独特の問題があります。以下では、金型寿命と成形中の部品欠陥という2つの主な問題領域について見ていきます。
工具の摩耗とメンテナンス
スプリング・スチールは他の板材よりも複雑です。そのため、パンチやダイの摩耗が激しく、鋭利な刃先は早く鈍ります。TiNや超硬チップのようなコーティングは役立ちますが、工具は依然として頻繁なチェックが必要です。
工具が不均一に摩耗すれば、部品は規格外になる。切り口が荒くなり、曲げの精度が落ちる。プレス力が上がる。これはプレスに負担をかけ、寿命を縮めます。工場は、工具のメンテナンスを頻繁にスケジュールし、部品数によって工具の寿命を監視する必要があります。
潤滑も摩耗に影響する。潤滑油が十分でないと、摩擦が急速に高まり、カジリやエッジの破れにつながる。一方、潤滑油が多すぎると、汚れや後片付けの問題が生じます。適切なバランスが重要です。
ひび割れ、しわ、欠陥
亀裂は、金属が十分に伸びたり曲がったりできないときにできる。これは、鋭角のコーナーや狭い半径、あるいは部品が薄くなりすぎる部分で起こります。エンジニアは、成形前にスチールを柔らかくしたり、曲げ半径を大きくしたりして、この問題を解決します。
しわは、圧縮によって金属が折れ曲がるときに発生する。深い絞りや広いフランジで発生する。ダイスのサポートやブランク・ホルダーの圧力を改善することで、これを防ぐことができる。
その他の欠陥には、エッジ・バリ、表面マーク、不完全なカットがある。これらは多くの場合、工具のくすみ、金型のクリアランスの間違い、プレス力の不均一などに関連している。
業種を超えた代表的なアプリケーション
バネ鋼プレス部品は多くの重要な機能を支えています。その強度、柔軟性、耐疲労性は、高負荷、高サイクルの環境で機能します。様々な産業でどのように使用されているかをご紹介します。
自動車
自動車メーカー各社は、クリップやシムにプレス加工されたバネ鋼部品を使用している、 括弧および保持リング。これらの部品はパネルを固定したり、配線を取り回したり、トリムピースを固定したりする。サスペンション・システムは、スプリング・スチール製のスペーサーとワッシャを使用して荷重を管理する。
プレスされたスプリング部品は、シートフレーム、ステアリングコラム、ドア機構にも使用されている。振動や繰り返し応力に対する耐久性が重要です。これらの部品を厳しい公差で大量生産できるため、コストを抑えることができます。
医学
医療機器には、小さく、清潔で、精密な部品が必要です。バネ鋼は、手術用クリップ、歯科器具、針ガイドなどに使用されています。部品は壊れることなく曲げられ、毎回形状に戻らなければなりません。
ここでは17-7 PHや301ステンレスが一般的である。耐食性があり、滅菌処理も可能です。表面仕上げとエッジの品質を厳密に管理することは、安全性のために非常に重要である。
航空宇宙
航空宇宙分野では、極端な力に対応できる軽量で高強度な部品が求められます。スプリングスチールは、コントロールリンケージ、ファスナー、クランプ、振動減衰システムに使用されています。
永久変形することなく応力を吸収する能力は、飛行制御システムや着陸装置に役立っている。部品は、異なる温度における疲労寿命と性能に関する厳しい基準を満たさなければならない。
産業用工具
工業環境では、バネ鋼プレス部品は、ハンドツール、電動工具、および機械で使用されます。例えば、スナップリング、ブレードホルダー、回り止め、安全ラッチなどがあります。
これらの部品は繰り返し衝撃を受けても、その形状を保ちます。スプリングスチールの強度は、ショップや現場での厳しい条件下でも摩耗を抑え、安定したパフォーマンスを維持します。
ソリューションとベストプラクティス
ばね鋼のスタンピングは、適切なセットアップと習慣でスムーズに行うことができます。これらのセクションでは、不良を減らし、工具の寿命を延ばし、出力品質を向上させる簡単な方法を紹介します。
不良品削減のための工程調整
適切なダイ・クリアランスを使用する。スプリング・スチールは、柔らかい金属よりもパンチとダイスの間に広いスペースが必要です。これにより、カットがきれいに保たれ、エッジの割れが減少します。
スプリングバックを相殺するために、ツーリングにオーバーベンドを適用する。プロトタイピング中にさまざまな角度をテストし、最良の結果を見つけましょう。画一的なセッティングに頼らないこと。
ひび割れやしわが現れたら、プレスの速度を少し落としてください。成形中にもう少し時間をかけると、金属が損傷することなく流れるようになります。
調整 曲げ半径.曲げ部で亀裂が入る場合は、内半径を大きくする。バネ鋼の安全な曲げ半径は、通常、厚さの1.5倍から2倍です。
潤滑とマテリアルハンドリングのヒント
高強度スチール用の潤滑油を選ぶ。極圧添加剤入りのものを探す。これらは摩擦、熱、カジリを軽減する。
十分な量の潤滑油を塗布してください。多すぎるとフィーダーでスリップを起こし、少なすぎると工具の摩耗や表面の傷の原因になります。スプレーシステムやローラーは、手動で塗布するよりもコントロールしやすい。
コイルを清潔に保ち、乾燥させてください。汚れや錆は、不均一な供給の原因となり、ツールを損傷する可能性があります。材料は湿気のない乾燥した場所に保管してください。
適切なストレートナーとフィーダーを使用すること。スプリングスチールは記憶力が強く、湾曲した状態を維持したがります。安定したスタンピングのために、レベリングシステムが平らな状態を保ちます。
結論
スプリングスチールのプレス加工は、曲げたり、形状を保持したり、長持ちさせる必要のある部品にとって賢明な選択です。迅速な生産、安定した品質、様々なデザインをサポートします。この工程は、自動車のブラケットから医療用具のクリップまで、あらゆる産業で重要な役割を果たしています。適切な材料、金型、セットアップにより、強力で再現性のある結果を大規模に提供します。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
