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せん断バリの発生と対策


せん断バリの発生と対策

板金工場において、板金製品の“バリは大敵である”と言われています。  特に、板金製品もしくは板金部品を作る過程で、板を切ったり穴を空けたりした時、 板の端の部分には、鋭利なバリが発生してしまいます。

板金屋さんで、板を切る方法として最も多く用いられているのは『せん断加工』です。  この時に発生する『せん断バリ』は、どのようにして発生するのでしょうか?   また、それを防止する事は可能なのでしょうか?

このページではせん断バリの発生メカニズムと対策について 詳細に述べたいと思います。

少しでも不具合が発生すると、トコトン対策を求められます。

せん断バリの発生 メカニズム

に、タレパン 等を使った 板金打抜加工の せん断切り口は、図 (1)のような 形状けいじょう となり、だれ、せん 断面だんめん 、 破断面はだんめん およびパリの4つの 部分に分けられます。 板金屋さんでは、鉄板やステンレス鋼板、アルミニウム板などを、 ほとんどの場合、 タレパン(タレットパンチプレス=NCT=NCTPP=パンチング・プレス) やシャーリング・マシンで切ったり穴を空けたりします。  その加工の事を、せん断加工と言います。  この加工を行うと、 せん断切り口は、図 (1)のような 形状となり、 だれ、せん断面 、 破断面 およびパリの4つの 部分に分けられます。

図1

①だれ ②せん断面 ③破断面 ④パリ 4つの大きさは、 板の材質や形状、クリアランス、せん断プレードの消耗によって 左右され、図 (2)に示すようなせん断時の状態によって、 板厚の1~2%の大きさの小さなバリが必ず発生します。

図2

図3

パンチやダイのエッジの傍で、 それらの側面は引張状態になり、 エッジ丸味dだけ離れたところで割れが発生し、 パリとなります。  ここでバリの高さは、エッジ丸味と同じになります。  このことから、バリ高さでせん断プレードの消耗状態を確かめて、 パンチの次の研磨時期を決める事ができます。

エッジの丸みが 鋭いほど引張応力が集中し、パリは小さくなりますが、 せん断する回数が増えて来るとエッジの丸味が大きくなってしまいます。  そうなると、圧縮応力が増大ぞうだいして、バリが大きくなります。 図 (3)は、バリの高さに及ぼすクリアランスの影響を示しています。。 クリアランスが大きくなると 引張応力が集中しないためにバリが 大きくなり、 逆に小さくなりすぎると 圧縮応力が増大ぞうだいして、 材料の伸びによってバリが大きくなります。

ファイン・プランキングと言う、クリアランスを狭くした高精度なせん断を行った場合は、 せん断面は 大部分がせん断だんによる破断面はだんめんとなり、 板面に垂直にせん断されて 寸法精度も高くなりますが、 より硬くなった 鋭利なパリが できてしまいます。  せん断加工においては、 板抑えがある方が良く(タレパンには無い)、 材料は、脆性があるほど好ましい事になります。  表 (1)は、バリを 最小にする 材料別の適正クリアランスです。

表 (1) 適正 クリアランス (%は 板厚に対する比率で 左右クリアランスの 合計 )

バリのパターン毎の対策

タレパンやプレスでせん断を行っている場合の、 一般的な原因と対策を下記に記します。

バリの形態 原因 対策
部品の全周に発生する 均一なパリ せん断面 に二次せん断面 が発生します。  小さいクリアランスが 最大の原因で、エッジの磨耗も要因 の一ひとつです。 適性クリアランスは 精密打抜の場合 には 4~6%、 一般的に 8~10%で ダイのエッジに 再研削用の平行部のある 金型ではクリアランスを 大きくします。 エッジが 磨耗するとクラックの 発生がおくれて、クリアランスが 小さい場合と同様の現象 を生じるので、再研削を行います。
部分的に生じる 不規則ふきそく なバリ 部分的に 大きなパリを 発生して、せん断面に深いきずが 生じます。  ダイまたはパンチの 一部が損傷した場合に発生し、軟質金属では潤滑油 の不足による焼きつきが 原因となる場合もあります。  熱処理によるパンチ・ダイの 欠陥、かじり、あるいは、 ごみのかみ込 みなどが 原因 の場合もあります。 パンチ・ダイの 取付け時における“かじり”がないこと、 工作物や金型 に付着する、ごみがないようにする必要があります。  工作物材質に適した 潤滑油を 使用する必要があります。  切削加工によって、ダイ・パンチの 損傷部分を削除 したのち、ラッピングを 行なったり、 金型かながた の熱処理 をやり直す必要があります。
不均一 なバリ パンチ・ダイの 中心 のずれが考えられます。  型の組立不良、ブレス機械への取付不良。 打抜時の側応力によるパンチの 逃(にげ)、プレス 機械の精度不良。 プレス 能力不足 およびプレーキスルーなども 考えられます。 金型の組立てやブレス 機械への取付けを 正しくし、クリアランスが 均一になるようにします。  さん幅が小 さすぎたり、 工作物の挿入不良によりパンチに 側圧が加わらないようにします。  プレス機械のスライド面のすき間を少なくします。  金型のがたが大きいと、 打抜きの瞬間 、パンチが必要以上 にダイにくいこむプレーキスルーにより、 型の損傷とパリの発生が増加します。  プレス機械の能力 の70~80%以下 で使用することで解決する場合もあります。
除去 しにくいバリ クリアランスの過大 が原因です。  だれが大 きくせん断面 の割合が非常 に大きくなり、 中央にくぽみが生 じます。 クリアランスを 小さくします。  ダイの内側に放電被膜 のコーティングや 焼きなましを 行うコーキングを実施します。
コーナー部の大きなバリ コーナ部 はクリアランスが大 きくなりがちで、パンチも 摩耗しやすくなります。 製品設計で 許容される 限りのコーナRをつけます。  合せ型ではコーナ部分 で組合わせると鋭角 になるので 極力避けて下さい。  パンチはできるだけ 耐摩耗性のある 材質を 使って下さい。
バリ無しのせん断加工 はありえない

上記は、 最適なせん断のための 注意点です。 しかし、 大き過ぎるバリを 小さくする事は出来ますが、 最適なせん断を行っても、微細で危険なバリは必ず発生 します。
上記の対策 を行っても、バリは発生して、 バリに指を擦すりつければ 怪我をしてしまうのです。

せん断の途中で、この 図で示す理想的なクラックを 発生させる 事が出来るのであればバリは 発生しません。 しかし、 現実的には、それは 不可能です。  その理由はパンチやダイには、どんなに 鋭利にしようとしても、 少なからずコーナーRというものが存在します。  使用を重ねれば、摩耗によって刃先 は、さらに丸まってしまいます。 その 上、クラックは、刃先の先端からは発生しないからです。
なお、板金屋さんの世界では、バリと呼んでいますが、 塑性加工を勉強している 学者さん達は、バリとは 呼ばず“かえり”と呼ぶ事が多いようなのでご 注意 ください。

板金のせん断加工 の主役は、タレパン( NCTPP )ですが、タレパンで せん断加工を行えば、 全ての加工箇所 の裏面にバリが 発生し、指を擦りつければ怪我をします。

本等には、上下打抜き加工法 など、特殊なバリの出ない、せん断方法もあると書いてありますが、 これは、解決の方法にはなりません。 あまりにも 設備コストが掛り過ぎるために、ほとんどの 板金屋さんでは、用いる事ができないからです。

“ならば、レーザー 切断を行えばよい”という 方おられると 思いますが、こちらも、大きな差はありません。  レーザー切断で発生するピン角によって、 怪我をしてしまうケースもあり、レーザー 切断であっても、R面取り の指示をされる場合が急激に増加しています。

結局のところ、板金屋さんにとって、 バリ取り機は必需品です。

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