要点まとめ

引き抜きダイの割れは、過剰な応力、材料の欠陥、操作ミス、および不適切なツール設計に起因する重要な製造上の故障です。主な原因には、ひずみ硬化を引き起こす局所的な圧縮応力、材料内部の残留応力の解放、金型または被加工材に存在する冶金学的欠陥が含まれます。潤滑不足、設備の不適切なアライメント、誤った金型形状（例えば不適切なR部やクリアランス）も、金型の早期破損に大きく寄与します。

重要となる違いを理解する：割れ（Cracking）と割れ目（Splitting）

故障を診断する前に、クラッキングとスプリッティングを区別することが不可欠です。これらは根本原因と解決策が本質的に異なるため、故障モードを誤って特定すると、誤った対策や効果のない是正措置につながる可能性があります。両方とも部品の拒絶という結果をもたらしますが、発生源となる応力状態は正反対です。

分裂 引張破壊です。金属がその最大延び率を超えて過度に引き伸ばされたときに発生します。この現象は、「ネッキング」と呼ばれる材料の目に見える薄化が前兆として現れることが多いです。トフィー菓子を引っ張って中央部分が細くなり、最終的にちぎれる様子をイメージするとわかりやすいでしょう。絞り加工において、スプリッティングは通常、パンチ半径付近に水平方向の破断として現れます。これは材料が過度に薄くなってしまったために起こります。一般的な対策としては、パンチ半径の増加、潤滑の改善、または延び特性の優れた材料の使用が挙げられます。

ひび割れ 一方、圧縮破壊である。これは局所的な圧縮が過度になることで発生し、特定の領域で材料が過剰に加工硬化して脆くなることが原因である。以下に示す分析でも詳述されているように 製造業者 この破壊モードでは、破断部の金属が元の状態よりも厚くなる。亀裂は垂直方向の破壊として現れやすく、高強度鋼やステンレス鋼で特に多く見られる。割れ（クラック）に対して、引き裂き（スプリット）用の対策を適用しても問題を悪化させるだけである。

適切な診断を支援するために、以下の主な違いを考慮するとよい：

材料由来の原因および固有の欠陥

加工物および金型自体の物理的・化学的性質は、割れの発生原因となることが頻繁にある。材料に起因する破損は目立たない場合もあるが、生産歩留まりや金型寿命に対して重大な影響を及ぼす。これらの問題は、大きく分けて絞り加工に用いる原材料の問題と、金型構成材料内の欠陥に分類できる。

加工物に関しては、不適切な原材料の選定が主な原因である。延性が低かったり冷間硬化指数が高い材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼などは特に影響を受けやすい。変形中にこれらの材料は相変態を起こし、もろいマルテンサイト組織を誘発することがあり、その結果、割れが生じやすくなる。これは、 Kanou Mould さらに、ブランクの表面欠陥（キズやガリングなど）は、金型への材料のスムーズな流入を妨げ、亀裂の発生を招く可能性があります。これは、 正確な成形 .

工具面では、ダイ材の品質が極めて重要です。たとえば、低品質の超硬合金で作られたダイは、重大な破損を引き起こすことがあります。『 The Fabricator's Tube & Pipe Journal 』に掲載された詳細な破壊分析では、不適切な焼結による気孔などの冶金学的欠陥が主な原因として挙げられています。超硬粉末が適切に焼結されない場合、タングステンとコバルトの成分が正しく結合せず、ダイの構造的完全性や引抜き応力を耐える能力が低下します。これにより、亀裂が容易に発生・進展する弱い部位が生じます。

これらの材料関連の破損を防ぐためには、以下の対策が有効です：

• 材料の選択: 用途に応じて、成形性と延性に優れた材料を選択してください。加工硬化が顕著な材料については、延性を回復させるための中間焼鈍工程を計画に含めてください。
• 品質管理： 表面の欠陥や板厚の不均一性がないか、入荷した原材料を厳密に検査してください。
• ダイ材質の仕様： 信頼できるサプライヤーから供給される高品質で適切に焼結された超硬合金またはその他の適切な金型鋼を使用してください。ダイ材質が、特定の被加工材の引抜き工程における応力に耐えられるものであることを確認してください。

作業上の故障：プロセス応力、潤滑、およびアライメント

材料とダイ設計が完璧であっても、引抜きプロセス自体の誤りは割れの主要な原因となります。こうした作業上の故障は、応力、摩擦、機械的セットアップの複雑な相互作用に起因することが多いです。これらに対処するには、製造環境の慎重な監視と制御が必要です。

最も基本的な原因の一つは 内部応力の解放です 複数の業界関係者が指摘しているように、内部応力は金属製造において避けられない副産物です。引抜工程中にこれらの蓄積された応力が解放され、亀裂として現れることがあります。これは成形直後だけでなく、保管後に発生することもあります。特に硬化指数が高い材料ではこの傾向が顕著です。

潤滑不足 潤滑剤の劣化も重大な運用上の問題です。潤滑剤は金型と被加工材の間に保護膜を形成し、摩擦と熱を低減します。この膜が破壊されると金属同士の接触が生じ、かじりや引抜き荷重の増加を引き起こし、最終的には破断につながります。潤滑剤の選定は極めて重要であり、ステンレス鋼などの困難な材料では、効果的なバリアを維持するためにPVDFフィルムなどの特殊潤滑剤が必要となる場合があります。

終わりに 機械的取り付け誤差 不均一な応力が発生し、ダイの早期破損を引き起こす可能性があります。たとえば、摩耗したプーリーがワイヤーを不適切な角度でダイに送り込むと、摩耗パターンが不均一になります。これによりダイ内の特定の箇所に応力が集中し、局所的な摩耗や亀裂が生じます。あるケーススタディでは、問題はダイそのものではなく、上流にある溝のあるプーリーがアライメントのずれを引き起こしていたことが明らかになりました。

オペレーターは以下のチェックリストを使用して、運用上の故障を診断し、未然に防止できます。

• 潤滑点検： 潤滑システムが正しく作動していること、および材料と工程に適した潤滑剤が使用されていることを確認してください。
• アライメントの確認： プーリーやガイドを含む引抜台のすべての部品を定期的に点検し、摩耗の有無を確認するとともに、ワークピースがダイに対して適切にアライメントされていることを確認してください。
• パラメータ制御： 処理中の材料に対して推奨される限界値の範囲内で、引抜速度および断面減少率が設定されていることを確認してください。
• ストレス管理： 遅延割れを起こしやすい材料の場合、成形後できるだけ速やかに応力除去のための熱処理を検討してください。

金型設計の欠陥と低品質な製作

絞り加工用金型の設計および製作品質は、その性能と耐久性の基礎を成します。これらのいずれかに欠陥があると、材料の質や作業精度に関わらず、応力集中や材料の流れの問題を引き起こし、直接的に割れを生じさせます。良好に設計された金型は材料のスムーズな流動を促進するのに対し、不良設計の金型はその流れを妨げます。

一般的な設計上の欠陥には不適切な形状設計が含まれます。たとえば、 パンチおよび金型のアール部（R） が小さすぎると（鋭角すぎると）、材料が金型キャビティ内に流れ込むことを妨げ、引張応力を増加させて破断を引き起こす可能性があります。逆にRが大きすぎると、しわの発生につながる可能性があります。これは CNstamping また、パンチとダイの間のクリアランスが不適切であることも割れの頻繁な原因となる。同様に、アプローチ角の長さが不十分だと、絞り圧力が狭い領域に集中し、潤滑剤が押し出されてガalling（焼き付き）や破損を引き起こす。

低品質な構造は、たとえ完璧な設計であってもその性能を損なう可能性がある。超硬インサートと鋼製ケースとの適合状態は、機械的サポートおよび放熱の両面で極めて重要である。インサートが完全に支持されていない場合（例えば、ケースの内径がテーパー形状になっているなど）には、絞り時の力を耐えきれず割れる。インサートをケースに正しい熱収縮嵌めで取り付けることは、接触面積を最大限に確保し、ケースをヒートシンクとして機能させ、インサートの過熱を防ぐために不可欠である。

これらの問題を回避するためには、知識と経験を持つ金型メーカーと提携することが極めて重要です。専門家は、材料の特性、勾配（ドラフト）、および作業時の応力などを考慮に入れ、特定の用途に適した金型を正しく設計・製作できるからです。たとえば、「 Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. 」のような専門企業は、CAE解析を活用して金型設計を最適化し、プロジェクト管理の深い専門知識を活かして、自動車部品のスタンピングなど厳しい条件での使用に耐える高品質で信頼性の高い金型を提供しています。

金型設計および製作における主な考慮事項は以下の通りです：

• 最適化された形状： 使用する材料および部品の形状に応じて、R（半径）、クリアランス、および接近角が適切に設計されていることを確認します。
• インサートの適切なサポート： センター研削加工されたインサートを使用し、ハウジング内で完全に支持されることで、放熱性と機械的強度を最大化します。
• 材料の流れ： 直角でない素材の場合、金型面に鋭い角部が食い込むのを防ぐために、テーパー状の窪みを設けた設計を検討します。
• 専門家の協力： 金型サプライヤーと密接に連携して設計の検証を行い、高品質な製作プロセスが遵守されるようにします。

よく 聞かれる 質問

1. 成形工程中にダイブロックが破損する原因は何ですか？

ダイブロックが破損する原因はいくつかありますが、主に応力と材料の健全性に関係しています。主な原因としては、不良なダイ設計やアライメントのずれによる応力集中があり、これにより非常に小さな領域に巨大な力が集中します。もう一つの重要な要因は、工具鋼内の炭化物の分布が不均一であることで、これにより弱点が生じます。最後に、作業中の高温によって材料の破損に対する耐性が低下することがあり、特にダイが適切に冷却されていない場合にはその影響が顕著になります。

2. 金属の割れを引き起こす原因は何ですか？

金属の割れは、一般的に応力が材料の強度を超えることによって生じます。これは、引絞り工程などでの外力による機械的過負荷、急加熱または急冷による熱応力、以前の製造工程に由来する残留内部応力、時間の経過とともに材料を劣化させる腐食などの環境要因によって引き起こされることがあります。また、気孔や介在物などの材料欠陥も、割れの発生源として作用します。

3. 板金成形において、割れが生じる主な原因は何ですか？

板金成形において、ほとんどの割れは局所的な変形が過度になることによって引き起こされます。これは、パンチとダイの間の隙間が小さすぎる不適切なダイクリアランスが原因で、金属がせん断または破断を起こすことに起因することが多いです。また、不適切なアライメントによって応力が不均一になり、破損につながることもあります。他の一般的な原因として、材料のサポートやクランプが不十分であることが挙げられ、これにより板金が不均一に伸び、延び率の限界を超えて割れや亀裂が生じます。