軽量自動車構造部品用のパンチングインサートの性能を理解する

Aug 18, 2023

z1b / iStock / ゲッティイメージズプラス

輸送業界では車両重量と全体的な原材料消費量の両方を削減する傾向にあるため、より多くの製造サプライヤーが軽量材料、特にアルミニウム合金をプレス加工しています。 これらのメーカーにとって、これらの材料に使用するパンチングインサートの性能を理解することは重要です。

パンチングインサートのエッジにかかる負荷は通常、スタンピング作業中に最も高く、せん断されたシートの流動応力を大幅に超えるため、これらの工具はスタンピング金型の他の部分よりも多くの摩耗を受ける可能性があります。 また、工具の摩耗により、プレス部品のエッジにバリが発生したり、スタンピング シートの粒子がスタンピング ダイの表面に広がったり、せん断されたエッジが伸びたプレス部品のエッジ割れが発生したりすることがあります。

メーカーは、起こり得る故障モードを理解し、スタンピング生産でうまく機能し、パンチングインサートの劣化を最小限に抑える金型の材料と表面処理の組み合わせを特定する必要があります。

オークランド大学先端製造・材料センターの研究者は最近、軽量の自動車構造部品に通常使用されるアルミニウム合金シート AA5754 のスタンピングにおけるパンチングインサートの挙動を調査しました。 彼らは、コーティングされていない M2 インサートを、Ionbond 42 (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H)、ZrN、Tetrabond Plus (ta-C)、および Tetrabond (ta-C) でコーティングされた M2 インサートと比較しました。 この研究では、せん断と引き伸ばし曲げ操作の両方を含む U ベンド スタンピング プロセスを採用し、研究者がパンチングと成形インサートのパフォーマンスを研究できるようにしました。

U ベンドクーポンのスタンピングに使用される順送金型の設計を図 1 に示し、「アルミニウムシートスタンピングにおけるかじりの開始の検出」で説明しています。 コイル材料が順送金型を通過する間に、周囲の一部がコイル材料から連続的に打ち抜かれます。 次に、絞りインサートを使用してエッジの最後の部分を切断し、U ベンド部分を形成しました。

M2 工具鋼から製造されたパンチングインサートを使用して、周囲の 4 つの異なる領域を切断しました。 このアプローチでは、4 つの異なるパンチングインサート構成が同時に研究され、右側または左側の位置に基づいて LH-out、LH-in、RH-in、RH-out と名付けられました。

パンチ表面に起こる変化を理解するために、研究者らは、Bruker モデル ContourGT-K 光学式非接触プロファイリング システムを使用して、テストの前後でインサートの粗さを測定しました。 測定値は Bruker Vision64 ソフトウェアで処理されました。 粗さは、図 2 の式を使用して、表面の算術平均と比較した各点の高さの差の絶対値である Sa 値として計算されました。

試験後、目に見える磨耗が見られる領域の表面粗さを測定しました。 粗さは、調査した各インサートを使用して打ち抜かれた部品の総数と相関する、打ち抜きインサートの最も粗い領域について報告されました。

インサートは、右差し、右差し、左差し、および左差しのグループに分けてテストされました。 図 3 は、テストの組み合わせと、これらのインサートを使用して製造された部品の数のリストを示しています。

インサート 1 ～ 4 は、50,000 個の U 曲げ部品のスタンピングに使用されました。 表面粗さはコーティングされたインサートで観察されましたが、コーティングされていないインサートでは 4 倍以上増加しました。 50,000 個の部品を打ち抜いた後のパンチングインサート 1 ～ 4 のパンチの両側からの画像を図 4 に示します。 コーティングされていないインサートにはかじり形成の兆候が見られます。

図 1. これは、U ボンドクーポンをスタンプするために使用される順送ダイの概略図です。

インサート 5 (ZrN) は、わずか 9,000 個の部品のスタンプに使用されました。 粗さは大幅に増加し、両面に顕著なかじりの兆候が見られました。 インサート 6 ～ 8 (Tetrabond Plus、Tetrabond、および Ionbond 42) はそれぞれ 150,000 個の部品のスタンピングに使用されました。 それらは、50,000 個の部品のスタンピングに使用されたコーティングされていないパンチよりも粗さの増加が低かった。 図 5 は、スタンピング後のパンチングインサート 5 ～ 8 を各パンチの両側から示しています。