深絞り加工と板金プレス加工の比較：プロセス、コスト、用途

金型設計

スタンピング金型は、主に切断、曲げ、コイニングのために設計された、比較的シンプルで迅速な製造が可能な金型です。パンチとダイのクリアランス（通常、板厚の5～10%）を重視し、きれいな剪断を実現します。

深絞り金型はより複雑で、より精度に敏感です。鏡面研磨された表面、余裕のある半径、スムーズな材料フローを可能にする制御されたクリアランスが要求されます。ブランクホルダーは、絞り加工中にしわが寄らないように調整可能な圧力をかけます。このような制御が追加されるため、深絞り金型は初期コストが高くなりますが、より長持ちし、より完成度の高い部品を生産することができます。

実例： 1mmのステンレス鋼部品の場合、スタンピング金型は2,000～3,000米ドル、深絞り金型は表面仕上げと輪郭精度が要求されるため、5,000～8,000米ドルかかる可能性がある。

材料の流れと応力挙動

スタンピングでは、金属は最小限の動きしかしません。変形は主にパンチの接触点と曲げ半径で起こります。このため、予測可能な平坦度と低い残留応力が得られます。

深絞り加工では、材料の流れは動的で、フランジ領域は圧縮され、側壁は伸び、底部は圧縮されたままです。この応力バランスを管理することが重要です。適切な潤滑とダイス形状により、局部的な減肉や裂けが防止されます。この裂けは、一般的に肉厚が元の板厚の85-90%以下になると発生します。

この違いは、深絞り加工が加工硬化によって部品の強度を高める傾向があるのに対し、プレス加工が元の機械的特性を維持する理由にもなる。

設計と形状の考慮

部品の形状、深さ、公差によって、どの成形方法が最適かが決まることがよくあります。これらの設計ルールは、製造可能性とコスト効率を最初から決定します。

形状の複雑さ

スタンピングは、平坦な形状や輪郭の緩やかな形状に最適です。ストロークが短いため、達成可能な高さ対幅の比率は0.3～0.5:1程度に制限されます。一般的なプレス部品には、取り付けプレート、カバーパネル、正確な曲げや穴が必要なブラケットなどがあります。

これとは対照的に、深絞り加工は、部品の深さが直径の2倍を超えるような高アスペクト比の形状をサポートします。このプロセスでは、滑らかな表面と連続した壁を持つ円筒形、円錐形、または湾曲したシェルが製造されます。金属は折れ曲がるのではなく流れるため、溶接や継ぎ目を必要とせず、深い空洞を形成することができます。

例 直径70mm、深さ40mm（アスペクト比0.57:1）のアルミカップは、1段階で深絞り加工が可能である。

工程を選択する際、エンジニアは絞り深さ、フランジ径、コーナー半径を実現可能性の指標とすることが多い。より深く、より継ぎ目のない設計であればあるほど、深絞り加工に傾きます。

寸法精度と許容差

板金プレスは、特に穴や曲げ部分において、優れた平面度と位置精度を実現します。ファインブランキングプレスは、±0.05 mmという厳しい公差を維持することができます。しかし、曲げゾーンでは、材料の硬度や曲げ半径にもよりますが、通常1°～3°のスプリングバックが発生することがあります。

一方、深絞り加工では、一貫した肉厚と形状が得 られるが、最終的な端部寸法を満たすために成形後に トリミングが必要になる場合がある。成形中に材料が再分布すると、肉厚やフランジ径にわずかなばらつき（±0.2～0.3mm）が生じる。

どちらの方法も、設計時にFEAベースのシミュレーションと金型補正の恩恵を受けることができます。これらのデジタルツールは、応力集中や薄肉化ゾーンを予測し、生産開始前に金型形状を調整して正確な再現性を確保するのに役立ちます。

デザインのヒント センサーハウジングのような精密部品では、DFMの初期段階でシミュレーションを使用することで、ツーリングの反復回数を30%～40%減らすことができます。

肉厚と材料の挙動

この2つの成形方法は、シートの厚みに与える影響が異なる：

• スタンピング 変形が曲げや切り口の周囲に集中するため、ほぼ均一な厚みを保つことができる。
• 深い描画 その結果、側壁では減肉（最大10-15%）し、フランジ付近では圧縮により増肉する。

これらの影響をコントロールするために、エンジニアはドロー比、ブランクホルダー圧力、パンチ半径を調整する。例えば、ドロー比を2.0から1.8に下げると、ステンレス鋼の加工成功率が大幅に向上することがよくあります。

深絞り加工された部品全体の板厚分布は、有限要素モデリングを使って解析することができます。これにより、材料の限界ひずみを下回る部分がないことを確認できます。