要点まとめ

スタンピングにおける金型のガリングは、接着摩耗の破壊的な形態であり、「冷間溶接」とも呼ばれます。これは過度の摩擦と熱によって工具と被加工材が微視的に融合してしまう現象です。これを防ぐには、単一の即効策ではなく、多層的なエンジニアリングアプローチが必要です。主な防御手段は以下の3つです。 金型設計の最適化 厚みが増す領域（ダロー角など）でパンチとダイのクリアランスを広げることにより、 化学的親和性を断つために異なる工具材料の選定 （例えばアルミニウムブロンズ）を使用し、 高度なコーティングの適用 表面を完全に鏡面研磨した後にのみ、TiCNやDLCなどのコーティングを施すこと。また、極圧（EP）潤滑剤の使用やプレス速度の低下といった運用上の調整が、最終的な対策となります。

ガリングの物理学：なぜ冷間溶接が発生するのか

ダイガリングを防ぐためには、まずそれが研磨摩耗とは根本的に異なるものであることを理解する必要があります。研磨摩耗が粗い紙やすりで木材を削るようなものであるのに対し、ガリングは 付着摩耗 金属表面の保護酸化皮膜がプレス成形時の巨大な圧力によって破壊されたときに発生する現象です。この状態になると、被加工材の化学的に活性な「新鮮な」金属が工具鋼と直接接触します。

微視的なレベルでは、表面は決して完全に滑らかではなく、アスペリティ（凹凸）と呼ばれる山と谷から構成されています。高トン数の下では、これらのアスペリティが噛み合い、局所的に強い熱が発生します。もし両方の金属がステンレス鋼とD2工具鋼のようにクロムを多く含んでおり、互いに化学的親和性を持つ場合、原子レベルでの結合が起こることがあります。このプロセスは 表面から表面への移行 または 冷間溶接 工具が動き続けると、これらの溶着結合部がせん断され、柔らかい表面から材料のかたまりが引き裂かれて、より硬い工具の表面に付着します。こうした付着物（「ガル」と呼ばれる）はその後、すきのような働きをし、以降の部品に深刻な傷をつける原因となります。

第一の防御線：金型設計および形状

業界における最も一般的な誤解は、コーティングであらゆる摩耗問題を解決できるというものである。しかし、業界の専門家は、根本原因が機械的要因である場合には、コーティングを施しても単に「問題に膜を被せる」だけだと警告している。主要な機械的原因は、多くの場合、 パンチとダイのクリアランス 特に深絞り部品において、不足していることにある。

深絞り加工では、板材が金型キャビティ内に流入する際に面内圧縮を受けるため、材料は自然に板厚が増加します。この板厚の増加を金型設計で考慮しなければ、特に絞り角部の垂直壁においてクリアランスが消失します。その結果、金型が材料を実質的に「つぶす」形となり、潤滑剤をいくら使っても克服できないほどの大きな摩擦のピークが発生します。 according to MetalForming Magazine こうした板厚増加領域に対して、追加のクリアランス（通常は材料厚さの10～20％）を機械加工で確保することは、重要な予防策です。

自動車用コントロールアームやサブフレームなど複雑な量産品では、こうした板厚増加領域を予測するためには高度な技術が必要です。このような場面で専門メーカーと提携することは、戦略的な優位性となります。Leapingmotorのような企業は シャオイ金属技術 高度なCAE解析とIATF 16949認証プロトコルを活用して、これらのクリアランス許容値を金型設計段階に組み込み、大量生産における自動車部品のスタンピング工程で最初のストロークからガル現象が発生しないようにします。

もう一つの幾何学的要因は 研磨方向 です。金型製造業者は、金型の各部を打ち抜きや絞り加工の動きの方向に対して 平行 平行になるように研磨すべきです。直交する方向への研磨（クロス研磨）は、顕微鏡レベルの溝を残し、それが被加工材に対してヤスリのように作用して潤滑膜の劣化を加速させます。

材料科学：「異種金属」戦略

ステンレス鋼や高強度合金をスタンピングする場合、工具鋼の選定が極めて重要です。一般的な故障モードとして、D2工具鋼を使ってステンレス鋼をスタンピングするケースがあります。D2は約12％のクロムを含んでおり、ステンレス鋼も耐食性のためにクロムに依存しているため、この二つの材料には高い「冶金的適合性」があります。つまり、互いにくっつきやすいのです。

その解決策は 異種金属 この化学的親和性を破壊するためです。激しいガリングが発生する用途では、特に工学用青銅材料の方が従来の工具鋼よりも優れることがよくあります。 アルミニウムブロンズ アルミニウム青銅は鋼より柔らかいですが、優れた潤滑性と熱伝導性を持ち、何より重要なのは鉄系基材との冷間溶接を起こさないことです。高摩擦領域にアルミニウム青銅製のインサートやブッシュを使用することで、より硬い材料が失敗するような付着摩耗を防止できます。

靭性のために工具鋼が必要な場合は、粉末冶金（PM）材（CPM 3VやM4など）を検討してください。これらは従来のD2よりも微細な炭化物分布を持っており、付着摩耗のサイクルを引き起こしにくい、より滑らかな表面を提供します。

高度な表面処理およびコーティング

機械的構造と材料が最適化された後には、表面コーティングが最後の防御手段となります。物理蒸着法（PVD）コーティングは現代のスタンピング加工で標準的ですが、適切な組成を選択することが極めて重要です。

• TiCN（チタン炭化窒化物）： 標準的なTiNよりも高い硬度と低い摩擦係数を実現する、優れた汎用コーティングです。高強度鋼の成形加工に広く使用されています。
• DLC（ダイヤモンドライクカーボン）： 極めて低い摩擦係数が特徴のDLCは、アルミニウムや困難な非鉄金属材料の加工におけるプレミアムな選択肢です。グラファイトの性質を模倣しており、被削材が最小限の抵抗で滑るようにします。
• 酸塩化: コーティングではなく拡散処理であり、工具鋼自体の表面を硬化させます。PVDコーティングを施す前の下地処理としてよく用いられ、「卵殻効果」を防ぎます。この効果とは、下地が柔らかいことによって硬いコーティングが割れてしまう現象を指します。

重大な警告： コーティングの品質は、その下地処理の品質に依存します。工具表面は鏡面仕上げまで研磨されなければなりません 前から コーティング処理されます。既存の傷や凹凸は、コーティングによってそのまま再現され、硬くて鋭い突起となり、被削材を激しく損傷させる原因になります。

対策：潤滑とメンテナンス

工場の作業現場では、作業者は厳密なプロセス管理によりガリング（ seizing ）のリスクを低減できます。最初の変数は 潤滑 ガリング防止において、単純な油剤では効果が不十分であることが多いです。このプロセスでは、極圧（EP）添加剤（硫黄や塩素など）または固体バリア（グラファイトや二硫化モリブデンなど）を含む潤滑剤が必要です。これらの添加剤は、「トライボロジーフィルム」と呼ばれる膜を形成し、油剤がプレス荷重によって押し出されても金属同士の接触を防ぎます。

熱管理 は二つ目の運用上の対策です。ガリングは熱的に促進される現象であり、高温になると被加工材が軟化して付着が起きやすくなります。ガリングが発生した場合は、プレス速度（毎分ストローク数）を低下させてみてください。これによりプロセス温度が下がり、潤滑剤が各打撃間で回復する時間を確保できます。 Rolleri はパンチング工程において局所的な発熱や材料の蓄積を防ぐため、「ブリッジ」スリッティング方式を採用することを示唆しています。これは、交互に打撃を行うことで熱の集中を回避する方法です。

最終的に、日常のメンテナンスは能動的である必要があります。傷みが現れるのを待つのではなく、定期的にダイの面取り部を研磨・清掃するスケジュールを実施し、微細な付着物が損傷を与える塊へと成長する前に除去しましょう。鋭い工具を使用することで部品成形に必要なトン数が減少し、それに伴ってガリング現象を促進する摩擦と熱も低減されます。

プロセスへの信頼性の設計

ダイのガリング防止は運任せではなく、物理学および工学の分野における厳密なアプローチです。材料の流動に十分な隙間を確保し、化学的に反応しにくい材質を選定し、潤滑剤のバリア膜を維持することで、摩擦に関する法則を尊重した対策が可能になります。これにより、冷間溶接は事実上排除できます。初期段階での設計解析や高品質材料のコストは、金型の固着による稼働停止時間や傷付き不良品の発生率に比べれば非常に小さいものです。症状ではなく根本原因に対処すれば、製造プロセスの信頼性も自然と向上します。

よく 聞かれる 質問

1. スタンピング金型におけるガリングをどのように低減しますか？

ガリングを低減するためには、機械的要因、材料、潤滑の3つの側面に注目してください。まず、パンチとダイのクリアランスが十分にあるか確認します（厚みが増す領域では10～20％程度余裕を持たせる）。次に、アルミニウムブロンズやコーティングされたPM鋼などの異種金属を使用して、冷間溶接を防止します。さらに、高粘度の潤滑剤に極圧（EP）添加剤を用いることで、負荷下でもバリア膜を維持します。

2. シージ防止剤はガリングを防ぐ効果がありますか？

はい、アンチシーズ剤（防 seizing 剤）は、銅、黒鉛、モリブデンなどの固体潤滑剤を接触面間に供給することでガリングを防止できます。これらの固体は、液体油が高圧で押し出されても、相対する金属同士が接触しないよう物理的なバリアを提供します。ただし、アンチシーズは局所的な対策であり、狭いクリアランスといった根本的な設計上の欠陥を修正するものではありません。

3. ガリングの主な原因は何ですか？

ガリングの主な原因は 付着摩耗 摩擦と熱によって引き起こされる。高圧により金属表面の保護酸化膜が破壊されると、露出した原子同士が結合または「溶着」することがある。これは、工具と被加工材の化学組成が類似している場合（例：無被覆の工具鋼でステンレス鋼をスタンピングする場合など）に最も発生しやすく、高い冶金的親和性をもたらす。