要点まとめ

スタンピング金型におけるガリングは、高圧と摩擦によって金型表面と被加工材の表面が溶着し、材料の移行、損傷、および作業障害を引き起こす、接着摩耗の重度な形態です。ガリングを効果的に解決するには、金型設計およびメンテナンスの基本から始まる体系的なアプローチが必要です。主な対策には、パンチと金型の適切なクリアランスの確保、摩擦低減のための表面研磨、適切な工具材質および高度なガリング防止コーティングの選定、適切な潤滑剤の使用と機械速度の制御が含まれます。

ガリングとは何か、なぜスタンピング金型で発生するのか？

ガリングは、スライド接触している二つの金属表面に高圧と摩擦が加わった際に発生する重度の付着摩耗の一形態です。プレス加工において、この現象はわずかな問題から急速に拡大し、設備のダウンタイムや工具破損の大きな原因となることがあります。徐々に進行する研磨摩耗とは異なり、ガリングは金型と被加工材の表面にある微細な凸部（アスペリティ）が融合する急激なプロセスです。このプロセスはしばしば「冷間溶接」と呼ばれます。表面が動き続けることで、この結合部分が破断し、一方の表面から他方へ材料が引き裂かれて移動することで、特徴的な隆起部（ガール）が形成されます。

ガリングの根本的な原因は、微視的なレベルでの摩擦と付着力の組み合わせです。 Fractory たとえ一見滑らかに見える金属表面であっても、微細な凹凸が存在します。スタンピングプレスの極めて高い圧力下では、これらの凹凸部分が接触し、熱を発生させ、保護的な酸化膜を破壊します。その結果、露出した新鮮で反応性の高い金属同士が強力な金属結合を形成する可能性があります。この付着現象により、より弱い表面から材料が引き剥がされ、強い表面に付着することになり、損傷が進行する悪循環が生じます。新たに形成されたガリ（焼付き）はさらなる摩擦を引き起こし、金型表面全体での摩耗プロセスを加速させます。

ステンピング金型におけるガリ（焼付き）は、いくつかの要因によって引き起こされたり悪化したりします。これらの原因を理解することは、効果的な防止策を講じる上での第一歩です。延性が高く、不働態酸化皮膜を形成しやすい素材、例えばステンレス鋼やアルミニウムは特に影響を受けやすくなります。こうした保護層が損なわれると、その下の母材は非常に反応性が高くなり、結合しやすくなります。主な原因には以下のものが含まれます：

• 潤滑不良： 不十分または不適切な潤滑では、摺動面の間に有効なバリアが形成されず、金属同士の直接接触が生じます。
• 高接触圧力： 不適切な金型クリアランスや部品設計により過大な力が加わると、摩擦が増加し、表面の微細な突起部が溶着しやすくなります。
• 類似または軟質の材料： 金型と被加工材に同じ種類の金属を使用すると、原子レベルでの結合が起こりやすくなります。また、軟らかい材料は変形しやすく、付着を促進します。
• 異物や汚染物質： 表面間に挟まった微小な金属片やその他の汚染物質は研磨材として作用し、保護層を削り取り、ガリングの発生を促します。
• 過剰な熱： 高い作業速度では著しい発熱が生じ、材料が軟化して付着しやすくなります。

予防策：金型設計、クリアランス、およびメンテナンス

高価なコーティングや特殊潤滑剤に頼る前に、ガリ（焼き付き）対策として最も効果的で持続可能な解決策は、基本的な金型設計と綿密なメンテナンスにあります。専門家たちが指摘しているように、 MetalForming Magazine 根本的な機械的原因に対処することが何よりも重要です。金型の設計に欠陥がある場合、他の対策はたいてい「問題を表面的に覆う」だけで、真の解決にはなりません。機械的要因に着目した予防的なアプローチこそが、ガリのないプレス成形作業を確実に支える基盤となります。

焼き付きを防ぐ上で最も重要な要因は、パンチとダイのクリアランスを正しく設定することです。設計者は通常、材料の厚さを考慮しますが、特に深絞り加工される角部では、板金材が面内圧縮を受けることで厚さが増加することを見落とすことがあります。この厚化により、意図されたクリアランスが消失し、ダイが材料を挟み込むことで摩擦と圧力が著しく増加する可能性があります。これを防ぐためには、材料の流動を考慮して絞り角部の垂直壁に追加のクリアランスを機械加工で設ける必要があります。高精度な製品を目指す製造業者にとって、高度なCAEシミュレーションを活用し、豊富なプロジェクト管理の専門知識を駆使することが極めて重要です。例えば、カスタムトーリングの専門企業である Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. は、自動車メーカーおよびティア1サプライヤーに対して効率性と部品品質を確実に提供できるよう、こうした設計原則を最初から自動車用スタンピングダイに組み込んでいます。

クリアランスを超えて、金型部品の表面仕上げは極めて重要な役割を果たします。金型部分を研磨および耐火煉石（ストーニング）することで、ガリングの発生を引き起こすマイクロ単位の凸部を低減できます。最良の方法は、パンチング動作の方向に平行に表面を研磨することであり、これにより被加工材の移動経路が滑らかになります。この研磨の品質は、部品が高価な表面コーティングを施す準備段階にあるかのように高いものでなければなりません。多くの場合、コーティングによる性能向上は、実際にはそのコーティング適用のために必要な優れた表面処理によるものです。したがって、厳格な研磨手順は費用対効果の高い予防策となります。

長期的な予防には包括的なメンテナンス戦略が不可欠です。これは、金型が常に最適な状態を維持するための一連の繰り返し可能な手順を含みます。主なメンテナンス作業には以下のものが含まれます：

1. クリアランスの確認と調整： パンチとダイのクリアランスを定期的に測定し、特に引き抜き角などの重要な部分の摩耗に注意を払ってください。一般的なアドバイスとして、 Rolleri ダイのクリアランスをわずかに広げること（例：0.1mm程度）で、ガリング問題が緩和される場合があると提唱しています。
2. 表面仕上げの維持： 摩擦や材料の付着が見られるダイ表面については、定期的に砥石がけや研磨を行うスケジュールを実施してください。
3. 工具の鋭さを保つ： 鈍くなったパンチやダイのエッジは、切断や成形に必要な力を増加させ、その結果、より多くの熱と圧力が発生します。工具を鋭く保つことは、ガリングを低減するための基本的な対策です。

高度な対策：材料選定、硬化処理、および表面コーティング

金型設計およびメンテナンス手法が適切に実施されている場合、次にガリングに対する防御のもう一つの重要な要素として材料科学があります。工具材料を注意深く選定し、硬化処理や表面コーティングを行うことで、ガリングの原因となる付着作用に対して本質的に耐性を持つ表面を作り出すことができます。このような高度なソリューションは、ステンレス鋼やアルミニウムなど、成形が難しい素材をスタンピングする際に特に効果的です。

最も効果的な戦略の一つは、摺動接触する部品に異なる金属を使用することです。以下で詳述されているように、 3ERP 原子構造や硬度レベルが異なる材料では、ガリングの原因となる微細な溶接現象が生じにくくなります。例えば、鋼製パンチに対して青銅または真鍮製のブッシュを使用することで、摩擦と付着力を大幅に低減できます。工具鋼を選定する際には、より高い硬度と耐摩耗性を持つグレードを選ぶことで、材料の付着初期段階に対して強固な防御が可能になります。

素材の硬化処理は、工具の耐性をさらに高めます。これらのプロセスは鋼の表面を変化させ、非常に硬い外層を形成しつつ、中核部の靭性を維持します。焼き付きに対して効果的な一般的な処理には、窒化、浸炭、および熱処理による全体焼入れがあります。たとえば窒化処理では、鋼の表面に窒素を拡散させ、硬い窒化物を生成することで、表面硬度と潤滑性を著しく向上させ、被削材が付着しにくくなります。

最も過酷な用途に対しては、焼き付き防止コーティングが最終的かつ強固なバリアを提供します。これらの特殊な表面処理は、摩擦を低減し、付着を防ぐように設計されています。それぞれのコーティングには異なる特性と利点があるため、特定の用途に適したコーティングを選ぶことが重要です。

これらの材料ベースの解決策は非常に効果的ですが、クリアランスや表面仕上げなどの機械的問題を十分に検討した後に検討すべきです。これらは大きな投資を伴うため、基本的なダイ設計が適切である場合に最も高いリターンが得られます。

運用ソリューション：潤滑と機械の調整

設計と材料が焼き付き防止の基盤を形成する一方で、スタンピング作業中に実施される調整は、リアルタイムでの制御を行う上で極めて重要な手段となります。適切な潤滑と正しい機械設定により、焼き付きを引き起こす直接的な要因である摩擦、熱、圧力を管理できます。こうした運用上の対策は、現場のプレスオペレーターにとって最初の防御ラインとなるものです。

潤滑はおそらく最も重要な運用要因です。高品質の潤滑剤は金属同士の直接接触を防ぐ保護膜を形成し、摩擦を低減し、熱の放散を助けます。ポイントは、スタンピング工程および関係する材料に特化して設計された潤滑剤を使用することです。黒鉛や銅などの固体粒子を含むことが多い耐焼付剤（アンチゼイズ剤）は、高圧下でのガリング（ seizing）防止に特に効果的です。ただし、潤滑は、金型クリアランスの不適切さといった根本原因の問題を補うだけの対処療法にすぎない場合、一時的な解決策でしかないことに注意することが重要です。潤滑剤を大量に流し込むことで一時的に問題が解消されるかもしれませんが、根本的な機械的欠陥を修正しなければ、清掃上の問題やコスト増加を招く可能性があります。

機械の設定も大きな影響を与えます。プレスの打撃速度を低下させることは、ガリング（ seizing ）に対処するための簡単かつ効果的な方法です。速度を落とすことで発熱が抑えられ、潤滑剤がより効果を発揮する時間を確保でき、材料が軟化して付着する傾向を低減できます。これは、ステンレス鋼のように加工硬化が速く、成形中に多量の熱を発生する材料を扱う場合に特に重要です。

最後に、清潔な作業環境を維持することが不可欠です。ガリングが発生した際にプレスオペレーターが従うべき実用的なチェックリストは、問題の迅速な診断と解決に役立ちます。

• 潤滑の確認： 正しい潤滑剤が、適切な量および場所に塗布されているか確認してください。
• 機械速度の低減： 運転温度を下げるために、打撃速度を遅くしてください。
• 金型および被加工物の清掃： 金型表面や投入される材料に、ゴミ、切りくず、または不純物が付着していないことを確認してください。
• 金型の状態の確認： パンチやダイの刃先が鈍っているかどうかを確認してください。刃が鈍ると成形圧力と摩擦が増加します。
• 工具の工程順序の調整： スリッティングなどの工程では、工程順序を「ブリッジ」順序に変更することで、材料の付着やガリングを防止できます。

ガリング除去のための多面的アプローチ

スタンピングダイにおけるガリングの防止は、単一の決定打を見つけることではなく、段階的で体系的な戦略を実施することにあります。最も成功しているスタンピング工程では、持続可能な解決策が金型設計とメンテナンスの堅実な基盤から始まることを認識しています。特に成形が困難な引き抜き角部において、パンチとダイの適正クリアランスを確保し、精密に研磨された表面仕上げを維持することは、問題の機械的根源に対処するための最も高い投資効果をもたらします。これらの基本が完璧に整った後で、より高度な材料科学の解決策に注力すべきです。

異種材料の選択、窒化などの硬化処理、DLCのような先進的なコーティングの採用は、困難な使用条件において必要な堅牢な表面品質を実現できます。これらは強力な手段ですが、設計が不十分な金型の欠陥を補うよりも、設計の優れた金型の性能をさらに高める際に最も効果を発揮します。最後に、高性能潤滑剤を正しく使用することや、発熱を管理するために機械の速度を調整するなど、厳密な運用管理が、ガリング（異種金属接触による溶着）を防止するために必要なリアルタイム制御を提供します。これらの戦略を統合することで、製造業者は故障後の対処型の対応から脱却し、安定的で高効率なスタンピング工程を能動的に設計することができるようになります。

よく 聞かれる 質問

1. ガリングを低減する方法は？

ガリングを低減するには、多面的なアプローチが必要です。まず、パンチとダイのクリアランスを適切に設定し、ダイ表面を研磨して摩擦を最小限に抑えることから始めます。より硬い、あるいは異なる材質の工具材料を選択し、TiCNやDLCなどの高度な表面処理やコーティングを検討してください。作業面では、適切なシージ防止潤滑剤を使用し、機械の打撃速度を低下させて発熱を抑えるとともに、ダイと被加工材の両方が清潔で異物のない状態であることを確認してください。

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、シージ防止剤はガリング防止に非常に効果的です。これらの化合物は頑丈な潤滑剤として機能し、すべり合う金属表面の間に耐久性のあるバリアを形成します。この薄膜は高圧および高温に耐え、ガリングの特徴である微細な金属間の溶着や材料の移動を引き起こす金属同士の直接接触を防ぎます。

3. ガリングの原因は何ですか？

ガリングの主な原因は、摩擦、高い接触圧力、および滑動する金属表面間の付着が組み合わさることです。顕微鏡レベルでは、表面の凸部（アスペリティ）が接触し、保護用の酸化皮膜を破壊して互いに溶着します。表面が動き続けるにつれて、この結合部が引き裂かれ、一方の表面から他方へ物質が移動し、損傷が連鎖的に進行します。

4. ステンレス製ファスナーのねじ山かじりを防ぐ方法は？

この記事はスタンピング金型に焦点を当てていますが、ねじ山かじりを防ぐための原則は同様です。最も効果的な方法は、組立前にねじ部に焼き付き防止剤を塗布し、締め付け速度を落とすことです。高速で電動工具を使用すると、かなりの熱が発生し、ステンレス鋼製ファスナーでのガリングを促進します。手動工具または速度制御可能な電動工具を使用することで、リスクを大幅に低減できます。