張り出し加工の仕組みと種類

張り出し加工とは

1枚の板材から筒状・容器状の立体を作り出す張り出し加工は、絞り加工とよく似た加工に見えます。両者の違いはどこにあるのでしょうか。

絞り加工は、素材の外周部をダイの穴の中へ引き込むことによって圧縮して任意の形状を形成する技法です。このとき、ブランクの外周は大きく変化します。反対に張り出し加工では、ブランクの外周を変化させることなく素材を伸ばし、伸びた部分を使用して立体形状を形成する技法です。表裏で凹凸関係になった模様を刻印するエンボス加工などは、張り出し加工に含まれます。

張出し加工の仕組み

張り出し加工とは、どのようなメカニズムによって成り立つ加工なのでしょうか。その仕組みを見ていきましょう。

張り出し加工は、ブランクの面積を部分的に薄めることで余剰の表面積を作り出し、その表面積を用いて立体形状を形成する技術です。金型が接する部分だけを引き延ばすことで、加工の前後でブランクの外周に変形を生じさせないことがポイントとなります。実際には金型が接する部分の周囲からも素材の引き込みが生じ、面精度を低める原因となる場合があります。

加工においては、一度のプレスで製品形状に仕上げることができない場合は、まず必要な表面積を得るために大まかな張り出しを行い、そこから数度に分けて形を整えて最終製品形状へと仕上げることが一般的です。また、実際の製品では張り出し加工単体で製品となる場合は少なく、多くの製品では絞り加工と組み合わせるなどして複合的に加工を行って、最終製品へと仕上げられていきます。たとえば、ブランクから半球状の製品をつくる場合、半球の頂点付近は張り出し成形の原理で形作られますが、半球の端部はブランク外周の引き込みが発生し絞り加工の原理で形成されるなどです。

張出し加工の種類

張り出し加工にはいくつかの技法が存在しますが、そのなかでも代表的なものをご紹介いたします。

最も一般的な技法で、パンチを用いてブランクを押し、張り出しを形成する方法です。金属にはそれぞれ張り出し加工における加工限界があり、板厚の極端な減少を生じると割れなどの製品欠陥につながるおそれがあるため、機械の設計は慎重に行います。

パンチでブランクを押すパンチ張り出し成形に対し、パンチを使用せずに液圧を用いてブランクを押しだすものが液圧張り出し成形です。パンチを用いた張り出しでは、どうしてもブランクとパンチの接地面の各部にかかる圧力に偏りが生じがちですが、液圧張り出し成形では液圧がかかっている部分全体に均一な圧力がかかるので、張り出し部分の板厚が均一となります。

機械以外でも張り出し加工を行うことは可能です。板材にハンマーなどの工具を用いて手作業で変形を加える手板金加工でも、張り出し加工の技法が活用できます。

張り出し加工のポイント

張り出し加工は、割れやひずみなどを引き起こしやすい加工です。割れやひずみを避けるために、加工時には以下のポイントに注意する必要があります。

まず、パンチで素材に圧を与えるときは、一度の加圧で大きな変形を加えないようにしましょう。一度に大きく圧を加えると、素材の破断の原因となります。複数回に分けて少しずつ目的の形状に近づけることが重要です。次に、局部的に圧をかけ過ぎないようにしましょう。素材となる金属の厚みを薄くして表面積を引き延ばすことで張り出し部分を得る張り出し加工では、局部的な加圧によって板厚が部分的に減少し、製品の割れや強度の極端な低下を引き起こしがちです。最後に、加工硬化により加工がしづらくなる場合は、焼きなましの工程を加えるようにしましょう。