要点まとめ

金属のスタンピングにおけるしわの発生は主に 圧縮応力（フランジ領域の円周方向応力） が原因です。ブランクの直径がカップの直径まで小さくなる際に、材料が自身の内部に圧縮できなくなると座屈が発生します。

最も効果的な防止方法は、正しい ブランクホルダ力（BHF） を適用して破断を引き起こさずに材料の流れを制限することです。鋼材の場合、約 2.5 N/mm² の圧力が標準的な基準値です。その他の対策としては、複雑な領域で機械的に材料の流れを拘束するための ドロービーズ 使用や、張力を維持するために 金型リード が最適化されていること（大きすぎない）を確認することが含まれます。オペレーターは、材料の限界引張比（LDR）に対して流動抵抗とのバランスを取ることを優先すべきです。

しわの物理学：なぜ金属が座屈するのか

しわを効果的に防止するには、技術者がまずその発生メカニズムを理解する必要があります。 圧縮による座屈不安定性 深絞り加工では、平らなブランクが三次元の形状に変形されます。材料がブランクの外縁から金型キャビティに向かって流れる際、周囲長が減少します。この縮小により、材料は接線方向（ホップ応力）に圧縮されることを余儀なくされます。この圧縮応力が材料の臨界座屈応力を超えると、金属が波打ったり折れたりして、しわが生じます。

この現象は 限界絞り比（LDR） ——ブランク直径とパンチ直径の関係——によって支配されます。パンチに対してブランクが大きすぎる場合、フランジ部に「集まる」材料の量が制御不能となり、著しい板厚増加が発生します。金型面とブランクホルダーの間隙がこの厚み増加を許容するように厳密に制御されていない場合（通常、公称板厚の10〜20％程度のクリアランスを許容）、材料は隙間に座屈してしわが生じます。

しわは主に2つの形態で現れます： フランジのしわ （一次しわ）は、バンダー部材の下にある領域で発生し、 ウォールのしわ （二次しわ）は、ダイ半径とパンチ半径の間にあるサポートされていない領域で発生します。しわがどこで発生しているかを特定することは、問題診断の第一歩です。フランジにしわが生じる場合は、バンダー圧力が不十分であることを示唆しており、一方、ウォールにしわが生じる場合は、ダイ半径が大きすぎるか、材料の適合が不良であることが原因であることが多いです。

主な解決策：ブランクホルダ力（BHF）の最適化

The ブランクホルダー （またはバンダー）は、しわの発生を防ぐための主要な制御変数です。その機能は、フランジに十分な圧力を加え、座屈を抑制しつつ、材料がダイ内に流動できるようにすることです。圧力が低すぎるとしわが生じ、高すぎると材料が破断（亀裂）するため、流動できなくなります。

業界基準によると、必要な比圧は材料の種類によって大きく異なります。初期設定の実用的な目安として以下の値があります：

• 鋼材： ~2.5 N/mm²
• 銅合金： 2.0 – 2.4 N/mm²
• アルミニウム合金： 1.2 – 1.5 N/mm²

エンジニアは、バインダー下のフランジの投影面積に基づいて必要な力を計算する必要があります。設計段階では、プレスでの圧力を後から減らすことはできても、設計上の限界を超えてより大きな力を発生させることは困難であるため、この計算に 約30%の安全率 を加えることが推奨されます。

複雑な部品の場合、均一な圧力では不十分であることが多いです。高度なセットアップでは 可変圧システム （油圧またはニトロジェンクッション）を用い、ストローク中に沿って力を調整可能にします。これにより、初期にはフランジを固定するために高圧をかけ、その後成形が深まるにつれて圧力を低下させ、破断を防止します。「イコライザーブロック」 スペーサー または （ストップブロック） を使用することは、材料よりもわずかに厚い正確な隙間を維持するために不可欠であり、バインダーが板材をただつぶすのではなく、適切に拘束することを保証します。

金型設計制御：ドローベードおよびリブ

圧力だけでは材料の流れを制御できない場合—特に非対称の自動車部品ではよく見られるケース— ドロービーズ 必要な工学的解決策です。ドロービードはバインダー上に設けられた隆起したリブであり、材料がダイキャビティに入る前に曲げおよび伸ばしを強制させます。この機械的動作により摩擦に依存しない拘束力を発生させ、局所的な材料流れを正確に制御することが可能になります。

幾何学的形状の ダイ半径 同様に極めて重要です。小さすぎる半径は流れを制限し、割れを引き起こしますが、大きすぎる半径は 大きすぎる場合 フランジへの接触面積および有効張力を低下させ、材料が自由に流れすぎることを促進し、しわが寄ることになります。ダイ半径は、「張力の最適ポイント（スイートスポット）」を維持するために、完全に磨かれており、幾何学的に正確でなければなりません。

さらに、金型自体の剛性も重要です。金型の ダイのシャー 厚さが不十分である場合、トナーの下でたわみが生じ、圧力分布が不均一になる可能性があります。ガイドピンは、上下の金型に横方向の動きが生じないよう十分に頑丈でなければならず、不均一なギャップや局所的なしわの発生を防ぐ必要があります。

工程変数：潤滑と材料選定

深絞り加工における摩擦は二面性を持っています。すなわち、 潤滑 焼付きや割れを防ぐために必要不可欠ですが、潤滑性が高すぎる（すべりすぎ）と、 しわの発生を悪化させる可能性があります bHFを補正するために増加させない限り。材料が非常に容易に流動するため、バンダーが座屈力を抑えるのに十分な摩擦力を発生できなくなります。潤滑剤は均一に塗布され、ノズルは固定された位置にあることを確認してください。

材料特性 もプロセスウィンドウを決定します。ステンレス鋼の用途では、標準的な 304と 304L を置き換えることで成形性を大幅に向上させることができます。304Lは降伏強度が低く（304の約42KSIに対して約35KSI）、流れに対する抵抗が少なく、加工硬化がより緩やかになるため、平坦に保つために必要な力が減少します。「深絞り用品質」（DDQ）と明記された原材料を使用することで、異方性を最小限に抑えることができます。

完璧な設計であっても、製造パートナーの物理的な能力が制約要因となります。コントロールアームやサブフレームなど大量生産される自動車部品においては、精度が絶対条件です。このような点で、「 シャオイ金属技術 」のようなメーカーは、最大600トンのプレス能力とIATF 16949認証を活用し、迅速なプロトタイピングから量産への移行を実現しています。専門業者と提携することで、理論上のBHF計算値が実際に使用する設備の能力と一致させられ、組立ラインに到達する前の欠陥を防止できます。

トラブルシューティングチェックリスト：ステップバイステップの手順

生産ラインでしわが発生した場合、根本原因を特定するために以下の体系的な診断ワークフローに従ってください。

1. プレス機の点検： ギブの摩耗やラムの非平行性を確認してください。ラムが真っ直ぐ降下しない場合、圧力の分布が不均一になります。
2. 材質仕様の確認： 材料の板厚は一定ですか？コイルの端を測定してください。たとえ0.003インチの変動でも、バインダーギャップに影響を与える可能性があります。
3. スタッドオフの確認： ストップブロックは正しい隙間を設定していますか？摩耗しているまたは緩んでいる場合、シートに力を加える前にバンダーが「ボトミングアウト」している可能性があります。
4. BHFを段階的に調整する： バンダー圧力を小さなステップで増加させます。しわが残りつつも割れが始まる場合は、工程ウィンドウを狭めすぎていることになります。ドロービーズや潤滑の変更を検討してください。
5. 潤滑状態の監査： フランジ部への潤滑剤の混合比が濃すぎる、または塗布量が多すぎないか確認してください。
6. 金型表面の点検： ドロービーズやリードにガリング（異常摩耗）がないか確認し、不均一な引きずりが発生していないか調べてください。

成形流れの制御

しわの防止とは力を排除することではなく、正確に管理することです。フープ応力の物理現象と、ブランクホルダー力、金型形状、材料選定といった工学的制御とのバランスを取る包括的なアプローチが必要です。プレス成形工程を個別の工程ではなく、相互に関連する変数のシステムとして捉えることで、一貫性があり欠陥のない深絞り成形品を実現できます。

成功は細部に宿る：N/mm²の圧力の正確な計算、ダービードベッドの戦略的配置、プレスおよび金型の状態を維持するための厳密な管理。これらの制御が適切に行われれば、最も複雑な形状でも安定して成形することが可能である。

よく 聞かれる 質問

1. ブランクホルダ力の正しい計算方法は？

ベースラインの計算では、バンダー下のフランジ面積に材料に必要な比圧を乗じます。軟鋼の場合、約 2.5 N/mm² (MPa)を使用します。試作時の調整余地を確保するため、常に安全マージン（例：+30%）をプレス能力要件に加えてください。

2. 潤滑剤の過剰使用はしわの原因になりますか？

はい。潤滑剤は摩擦を低減しますが、これは材料の流動を抑える力の一つです。ブランクホルダ力の増加なしに摩擦が著しく低下すると、材料がダイ空洞内に自由に流れすぎ、座屈やしわの発生につながります。

3. しわと割れの違いは何ですか？

しわ寄せと破断は相反する故障モードです。しわ寄せは 圧縮が大きすぎる ことと、材料の流れを十分に制限していないこと（緩い材料）によって生じます。破断（割れ）は 引張が大きすぎる ことと、材料の流れを制限しすぎていること（きつい材料）によって生じます。プレス加工者の目的は、これらの2つの欠陥の間にある「プロセスウィンドウ」を見見つけることです。