コンピュータ支援設計（CAD） 金属加工の精度向上に役立つという点で、これは非常に素晴らしい技術です。しかし、実は精密金属プレス加工にも同じ問題がいくつか存在します。これらの問題を解決する一つの方法は、設計プロセスの早い段階で金属プレス加工エンジニアと協力することです。
金属プレス加工は精密ですが、限界もあります。材料の厚さ、硬度、結晶配向は、最終製品に大きな影響を与える可能性があります。一般的に加工される材料には、鉄金属、非鉄金属、ステンレス鋼などがあります。メーカーが適切な材料を選択することで、エンジニアは材料がニーズを満たし、割れなどの問題が発生しないことを保証できます。
金属プレス加工の仕組みを理解すれば、ミスを防ぐことができます。これにより、多額の費用を節約し、よりスムーズな生産プロセスを実現できます。
目次
金属プレス加工とは何ですか?
金属プレス加工は多用途な製造方法である平らな金属板を複雑な部品に加工する機械加工です。特殊な工具と金型を用いて、平らな金属板を所望の形状に成形する工業プロセスです。
金属プレス加工では、平らな金属板をプレス機に挿入します。金属はコイル状またはブランク状です。金型と金型を備えたプレス機は、金属を必要な形状に成形します。金属プレス加工で使用される技術には、パンチング、曲げ、エンボス加工、ブランキング、フランジング、コイニングなどがあります。
製造業における金属プレス加工の利点
金属プレス加工にはいくつかの利点があるこれらには、大量生産におけるコスト効率、部品品質の一貫性、そして厳しい公差で複雑な形状を製造できる能力が含まれます。この製造方法は、自動車、航空宇宙、電子機器、医療機器製造など、多くの業界で不可欠です。これらの業界では精密金属部品が求められるからです。
金属プレス加工の設計基準
金属プレス加工では、コイルまたは金属板をプレスし、特定の形状に切断します。プレス加工には、パンチング、ブランキング、エンボス加工、順送型プレスなど、様々な成形方法が含まれます。ワークピースの複雑さに応じて、これらの方法は個別に、または組み合わせて使用されます。最良の結果を得るには、エンジニアは以下の手順に従う必要があります。 金属打ち抜きデザインの詳細.
スロットと穴
金属プレス加工では、パンチと呼ばれる鋼製の工具を用いて金属に穴やスロットを形成します。この工程では、パンチが金属板または帯状の金属をダイの穴に押し込みます。材料がパンチの力に屈し始めると、切断され、せん断されます。最終的に、材料は完全に切断され、パンチとダイのエッジが接合する部分で破断します。
この方法では、上面は滑らかで下面はテーパー状の穴が形成され、材料の切断部分にバリが残ります。この工程の仕組み上、スロットと穴は完全にまっすぐではありません。追加の加工工程を加えることで、スロットと穴の壁面を均一にすることは可能ですが、二次加工はコストを増加させます。
最小直径
最小直径の設計基準は、選択した材料によって異なります。アルミニウムなどの延性材料の場合、穴の最小直径は材料厚さの1.2倍以上である必要があります。ステンレス鋼合金などの引張強度の高い材料の場合、最小直径は材料厚さの2倍が推奨されます。
さらに、溝幅は材料の厚さの1.5倍以上である必要があります。より小さな直径の溝も使用できますが、高価な特殊加工や工具が必要になります。これにより、部品のコストが増加し、工具の損傷の可能性も高まります。
エッジからの距離
溝や穴はエッジに近づけても構いませんが、エッジから材料の厚さの2倍以上離す必要があります。そうしないと、穴とエッジの間の材料が外側に膨らんでしまう可能性があります。穴がエッジに近すぎると、プレス加工中に膨らんだり変形したりする可能性があります。これらの形状は再加工や他の工程が必要になり、コストが高くなります。
ベンドからの距離
幅または厚さが0.100インチ未満の穴またはスロットは、材料の厚さ（MTの2倍）と形状半径の少なくとも2倍の間隔で開けてください。これより大きい穴またはスロットの場合は、最小間隔は材料の厚さの2.5倍と形状半径の2倍にする必要があります。穴とスロットを推奨標準よりも近づけると、歪み、膨張、または伸びが発生する可能性があります。
曲げと成形
順送金型プレス加工の最終段階では、曲げ加工などの成形特性がしばしば見られます。曲げ加工において、材料の結晶方向は重要な要素です。材料の結晶方向が曲げ加工の方向と一致すると、特にステンレス鋼合金や焼き入れ材などの高強度材料では、割れが発生しやすくなります。曲げ加工を設計する際には、最良の結果を得るために材料の結晶方向を考慮し、図面に結晶方向を示す必要があります。
曲げ高さ
曲げ加工を正しく行うには、十分な材料量を確保することが不可欠です。曲げ加工を正しく行うために十分な材料量を確保する一つの方法は、最小曲げ高さの規格に従うことです。曲げ加工の推奨高さは、材料厚さの2.5倍に曲げ半径を加えた値です。これより低い曲げ高さも可能ですが、追加の加工が必要になります。
端に近づく
エッジ付近の曲げ形状では、材料オフセットを大きくするか、曲げ部にリリースカットを設ける必要があります。そうしないと、曲げ部の両側で材料が裂ける可能性があります。材料オフセットを大きくする場合、オフセットは少なくとも曲げ半径と同じにする必要があります。あるいは、設計者は曲げ領域の近くに溝を作成することもできます。溝の幅は材料厚さの2倍以上、長さは曲げ半径と材料厚さの合計にする必要があります。
変形や膨らみを防ぐ
逃げ溝は、厚い材料を曲げる際に発生する変形や膨らみを防ぐのにも役立ちます。厚い材料は曲げる量が少ないほど、膨らみが発生しやすくなります。曲げの両側に逃げ溝を設けることで、膨らみを軽減できます。膨らみが許容されない領域には、図面上にマーキングで注意喚起することをお勧めします。
寸法と許容差
打ち抜き加工、ミシン目加工、スタンプ加工の場合、寸法は切断面から測定する必要があります。内寸は切断方向の最短部から測定し、外寸は最長部から測定します。重要な形状において、エッジの破損やテーパー加工が許容できない場合は、二次加工によって直線エッジを実現できます。ただし、これによりプロジェクトコストが増加します。
成形フィーチャについては、設計者は常にフィーチャ内部の寸法を記入する必要があります。成形部品の外側の端部にフィーチャを配置する場合は、曲げの角度公差（通常±1度）と曲げ部の距離を考慮する必要があります。フィーチャに複数の曲げが含まれる場合は、公差の重なりを考慮して計算する必要があります。
材料の選択とその影響
精密金属プレス加工の分野では、 材料の選択は非常に重要である金属を選ぶだけでは十分ではありません。プレス加工工程におけるその役割と最終製品の要件を理解することも必要です。材料の特性は結果に大きな影響を与える可能性があるため、様々な金属の役割を理解し、専門家のアドバイスを受けることが重要です。
さまざまな金属の役割
金属プレス加工は、鉄鋼、非鉄金属、ステンレス鋼、アルミニウムなど、幅広い種類の金属を加工できます。金属の種類によって特性が異なるため、望ましい結果を得るには、これらの微妙な違いを理解することが重要です。
金属の特性とスタンピング結果への影響:
- 金属の硬度は、スタンピング工程でどれだけ簡単に成形できるかに影響します。
- 木目の方向は最終製品の強度に影響します。
- 金属の厚さも成形のしやすさに影響します。
精密金属加工に使用できる材料は多岐にわたります。以下は、最も一般的に使用される材料の一部です。
- 鉄および非鉄金属鉄金属と非鉄金属。金属の種類によってそれぞれ利点があります。例えば、鉄金属は磁性が強く、非鉄金属は錆びたり腐食したりしにくいです。
- ステンレス鋼: 強度があり、錆びにくいことで知られています。
- アルミニウム: 非常に軽くて形作りやすいため、複雑な模様を作るのに最適です。
- チタンおよび貴金属これらの金属は強度があり、酸化や腐食に強いことで知られています。
- プレメッキ金属およびポリエステルフィルム: スタンプされた部品に追加の保護または特定の特性を与えます。
- ワイヤー: 柔軟性が求められる特定のタスクによく使用されます。
材料選択に関する専門家のガイダンス
適切な金属加工材料を選択するだけでは十分ではありません。専門家のアドバイスは、材料が設計と製造のニーズを満たすことを確認するために非常に役立ちます。
金属プレス加工エンジニアに相談することの重要性:
- エンジニアの専門知識は、設計目標と製造上の課題を結び付けるのに役立ちます。
- スタンピング工程中に材料がどのように反応するかについての情報を提供し、品質や実用性を犠牲にすることなく最終製品がお客様のニーズを満たすことを保証します。
特定の材料や代替品で起こりうる問題:
- 金属には様々な種類があり、その中にはプレス加工時に割れやすいものもあります。
- 脆すぎる材料は、高い柔軟性が求められる設計には適さない場合があります。このような場合、金属プレス加工エンジニアは、設計のニーズにより適した代替材料を提案することができます。
- エンジニアの専門知識は、企業がコストの増大や生産の遅延につながるミスを回避するのに役立ちます。これにより、製品の設計から加工までのプロセスがよりスムーズになります。
金属プレス加工の神話を暴く
金属プレス加工は多用途で効率的なプロセスですしかし、必ずしも正しく認識されているわけではありません。よくある誤解が、誤った判断や最良の結果の獲得を阻む原因となることがあります。これらの誤解を解消することで、金属プレス加工プロジェクトをよりスムーズかつ正確に進めることができます。
他の材料やプロセスの置き換え
金属加工は他の素材や手法に取って代わることができると多くの人が考えています。見た目が美しいからこそそう思うかもしれませんが、実際はそれほど複雑ではありません。
人工部品や鋳造部品の代わりに金属プレス加工を使用すると、いくつかの問題が発生します。金属プレス加工は正確で高速ですが、すべての問題を解決する最善の方法ではありません。成形と鋳造にはそれぞれ独自の利点があり、それらをプレス加工に直接置き換えることは困難な場合があります。例えば、プラスチックで成形された複雑な部品を金属プレス加工に簡単に置き換えることは難しい場合があります。これは、材料の性質と製造方法の違いによるものです。
実例を見れば、問題の複雑さが分かります。例えば、あるメーカーがプラスチックで成形された部品の金属バージョンを製造したいとします。プラスチック成形では複雑なパターンを簡単に作ることができますが、金属プレス加工ではコストがかかります。複数の金型が必要になるため、生産時間とコストが増加します。したがって、金属加工は他のすべての加工方法の代替にはなりません。
主要な問題の解決
金属のプレス加工には高い精度が求められます。しかし、明確さが欠けていたり、重要な点が最終段階で変更されたりすると、問題が発生する可能性があります。
重要な問題は最初から明確にしておく必要があります。金属プレス部品を設計する際には、重要な寸法をできるだけ早期に特定することが重要です。これらの寸法は、部品の加工性と適合性に大きく影響します。これらの寸法を事前に決定することで、金属プレス加工業者は製造方法と金型が要件を満たしていることを保証できます。その結果、ユーザーの要件を満たす部品を製造できます。
金型の開発後、あるいは製造後に重要な寸法を変更すると、コストが高額になる可能性があります。こうした変更には金型の修正が必要となり、作業の遅延につながる可能性があります。例えば、部品の設計が確定し、 ツール 作られました。
しかし、品質部門がさらに重要な寸法を追加した場合、金型の変更が必要になる可能性があります。このような変更はコストの増加や生産時間の延長につながる可能性があります。これは、最初から明確なコミュニケーションと綿密な計画がいかに重要であるかを示しています。
設計における精度と許容範囲
金属プレス加工において精度を達成するには、設計者の要件と実際の製造工程との綿密なバランスが必要です。完成品の良好な動作とコスト削減を実現するには、設計プロセスで使用される公差の詳細と工具を理解することが重要です。
コンピュータ支援設計の役割
コンピュータ支援設計（CAD）は、私たちの設計と製造の方法を大きく変えました。しかし、その限界と、それが引き起こす可能性のある問題を理解することも重要です。
CAD設計は時に過度に制約的になり、CADソフトウェアの精度を設計者が誤解してしまうことがあります。コンピュータ上では非常に厳しい公差を持つ部品を作成することは可能ですが、実際に同じ精度で金属プレス加工品を製造または機械加工することは困難でコストもかかります。例えば、CADは小数点以下の桁数を自動的に設定することがあります。これはコンピュータ上ではうまくいくかもしれませんが、大量生産には適していません。
金属加工工程においては、現実的かつ費用対効果の高い基準を再現することが重要です。完璧を目指すのは良いことですが、設計目標と現実のバランスを見つけることも重要です。許容差が厳しすぎると、生産コストが増加し、最終製品の価値は上がりません。
設計段階で金属プレス加工の専門家に相談することで、CAD設計の精度が向上します。これにより、製造プロセスがスムーズになり、コストを抑えながら製品が基準を満たすことが保証されます。
安全で効果的なエッジを設計する
金属プレス部品の側面とエッジは、その動作と安全性に非常に重要な役割を果たします。これらの部品の製造には細心の注意が必要です。最終的には、人身の安全を脅かすことなく、部品が本来の機能を果たすことを保証することが重要です。
鋭利な側面やエッジを解決しようとすると、問題が発生します。鋭利な側面やエッジは危険を伴う場合があります。これは特に、部品の組み立て時や初めて部品を使用する際に顕著です。さらに、過度に鋭利な形状は、プレス加工時に問題を引き起こす可能性があります。例えば、金型の摩耗が早まったり、エラーが発生する可能性が高まったりします。
より安全で効果的な設計ソリューションを実現します。設計者は「鋭利なエッジをすべて取り除く」という単純な指示を出すのではなく、部品の動作に基づいて、どの部分に特定のエッジ条件が必要なのかを明確に示す必要があります。
例えば、ある角の鋭利さが他の部品を切断したり摩耗させたりする可能性がある場合、その部分に丸みのあるエッジを設定するのが最適です。金属プレス加工の専門家に相談することで、安全性、実用性、そして製造の容易さを兼ね備えた最適なエッジ設計を見つけることができます。
製造のための設計 (DFM) のサポート
製造性を考慮した設計（DFM）は、設計に対する積極的なアプローチです。製品の有用性と美観を確保するだけでなく、製造がシンプルで低コストであることを保証します。設計プロセスの早い段階で製造上の課題と機会を考慮することで、DFMは製品の質を高め、市場投入までの期間を短縮し、コストを削減するのに役立ちます。
包括的なDFMレビュー
設計プロセスの可能な限り早い段階で、製造上の潜在的な問題や機会を特定するには、徹底的なDFMチェックを実施する必要があります。このチェックにより、製品を迅速かつコスト効率よく製造するための最適な計画を確実に実現できます。
徹底した DFM レビュー プロセスには、次の手順が含まれます。
- 顧客要件のレビュー: 部品の用途、耐用年数、その他の要件があるかどうかを確認します。
- 従わなければならない規則と法律: 設計が組織に適用される規則や標準に準拠していることを確認します。
- 材料とその機能を評価する: 部品の用途や製造方法に応じて適切な材料を選択します。
- ツール既存のツールとマシンを使用して、計画を迅速かつ簡単に完了できることを確認します。
- 最終組立と梱包のニーズ: 部品が製品全体にどのように組み立てられるか、輸送や梱包に関してどのような制限があるかを検討します。
メーカーと金属プレス加工会社の連携の重要性：
- 両者が協力することで、デザインの目標と制限を両者が理解できるようになります。
- 金属プレス加工会社は、デザインの制作方法に関する有用な情報を提供できます。
- 一方、メーカーは機能面や美観面でのニーズを明確にすることができます。
- この共同作業のアプローチにより、より良いデザインの選択が可能になります。これにより、デザイン面での変更が減り、生産プロセスがスムーズになります。
プロトタイピングの役割
プロトタイプの作成はDFMプロセスの重要な部分です。これは、企業が量産に入る前に設計が機能することをテストし、確認できるためです。
プロトタイプを作成するタイミングと理由:
- デザインが現実世界でどのように機能するかについて疑問がある場合、プロトタイプはそれらの解決に役立ちます。
- 複雑なデザインや革新的なデザインの場合、プロトタイプによって予期していなかった問題や機会が明らかになることがあります。
- プロトタイプを使用すると、大量生産する前に市場が新製品にどのように反応するかを確認することもできます。
シミュレーション ソフトウェアを使用して計画が実行可能かどうかを確認する利点:
- シミュレーションソフトウェアは、さまざまな状況で設計がどのように機能するかを示すモデルを作成できます。これにより、弱点や改善の余地のある領域を見つけることができます。
- 設計者は、生産プロセスをシミュレーションすることで、計画プロセスの早い段階で生産上の問題を特定し、解決することができます。
- シミュレーションソフトウェアを使用すると、実際のプロトタイプを作成する必要性が減り、時間とコストを節約できます。しかし、実際の検証が必要な場合は、シミュレーションとプロトタイピングを連携させることもできます。最終的には、設計がどのように機能するかを包括的に把握できるようになります。
まとめると
設計段階で金属プレス加工の細部まで理解することで、生産プロセスの効率化につながります。これにより、時間、コスト、そしてリソースの節約につながります。革新的なアイデアを実現し、実現するためには、専門家との連携とアドバイスが不可欠です。
Yonglihao Machineryは高品質の 金属プレス加工サービスヨーロッパと米国全土のパートナーと連携し、お客様のあらゆるニーズに最適なソリューションをご提供いたします。
よくある質問
金属プレス加工ではどのような材料が一般的に使用されますか?
金属プレス加工によく使用される材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、炭素鋼などがあります。それぞれ独自の特性と用途に応じて選ばれます。
材料の厚さは金属打ち抜き加工にどのような影響を与えますか?
金属プレス加工において、材料の厚さは工具、金型設計、そして製造プロセス全体に影響を与えるため、非常に重要です。材料が厚い場合は、より堅牢な工具と、より高いトン数のプレスが必要になる場合があります。
金属打ち抜き加工における穴やスロットの設計で重要な考慮事項は何ですか?
穴やスロットを設計する際には、サイズ、形状、位置を考慮してください。これにより、選択した材料とプレス加工工程との適合性が確保されます。材料の歪みを防ぐため、最小穴サイズと間隔のガイドラインに従う必要があります。
金属打ち抜き加工工程中に材料の歪みを防ぐにはどうすればよいですか?
材料の歪みを防ぐには、材料の選択、部品設計、工具などの要素を考慮する必要があります。製造性を考慮した適切な設計と適切な材料厚さの維持は、歪みを最小限に抑えるのに役立ちます。
金属プレス加工設計における曲げ半径の重要性は何ですか?
金属プレス加工において、曲げ半径は部品の構造的完全性と外観に影響を与えるため、非常に重要です。適切な曲げ半径は、ひび割れを防ぎ、滑らかな仕上がりを実現します。
金属プレス設計でコスト削減を実現するにはどうすればよいでしょうか?
コスト削減は、材料使用量の最適化、部品設計の簡素化、そして最も効率的な製造プロセスの選択によって実現できます。製造性を考慮した設計の原則は、生産コストの削減に役立ちます。