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深絞り加工は、パンチの機械的作用により、板金ブランクを成形ダイに放射状に引き込む板金成形プロセスです。 [ 1 ]これは、材料を保持しながら形状を変化させるプロセスです。引き抜かれた部品の深さがその直径を超える場合、このプロセスは「深絞り」と呼ばれます。これは、部品を一連のダイを通して再度引き抜くことによって実現されます。
フランジ領域（ダイショルダー領域の板金）は、材料保持特性により、半径方向の引抜き応力と接線方向の圧縮応力を受けます。これらの圧縮応力（周方向応力）により、フランジのしわ（一次のしわ）が発生します。しわは、ブランクホルダーを使用することで防止できます。ブランクホルダーの機能は、ダイ半径への材料の流れを制御することです。深絞りプレス、特に航空宇宙産業や医療産業では、比類のない精度と精密さが求められます。シートハイドロフォーミングプレスは、複雑な絞り加工を行います。ベッドサイズ、トン数、ストローク、速度などは、特定の絞り成形用途に合わせて調整できます。
全体の絞り荷重は、理想的な成形荷重と、フランジ領域の接触領域における摩擦、曲げ力、およびダイ半径における曲げ戻し力を補償するための追加成分から構成されます。成形荷重は、パンチ半径から絞り加工された部品壁を通して変形領域（板金フランジ）に伝達されます。パンチと接触している絞り加工された部品壁では、周方向のひずみはゼロとなり、平面ひずみ状態に達します。実際には、ひずみ状態はほとんどの場合、近似的に平面であるにすぎません。部品壁に作用する引張力により、壁の薄肉化が顕著になり、部品壁の厚さが不均一になります。つまり、部品壁がパンチとの接触を失う点、すなわちパンチ半径で部品壁の厚さが最も低くなります。
最も薄い部分の厚さが、変形領域に伝達できる最大応力を決定します。材料の体積が一定であるため、フランジが厚くなり、ブランクホルダとの接触は表面全体ではなく外側境界で発生します。パンチからブランクに安全に伝達できる最大応力は、最大ブランクサイズ（回転対称ブランクの場合は初期ブランク直径）に制限を設けます。材料の成形性の指標は、限界絞り比（LDR）であり、フランジなしでカップに安全に絞り込むことができる最大ブランク直径とパンチ直径の比として定義されます。複雑な部品のLDRの決定は困難であるため、近似が可能な重要な領域について部品を検査します。激しい深絞り加工中、材料は加工硬化するため、材料の元の弾性を回復するために、部品を制御雰囲気オーブンで焼きなましする必要がある場合があります。
この金属成形プロセスの商業用途では、直線部分と半径を持つ複雑な形状が用いられることが多い。このような場合、深絞り（半径方向の引張と接線方向の圧縮）とストレッチアンドベンド（直線部分に沿った）の要素を区別するために、スタンピングという用語が用いられる。深絞りは、プレス内で常に他の成形技術と併用される。これらの他の成形方法には以下が含まれる：[ 2 ]
部品全体に複数の直径部を作るために、部品の一部に深絞り加工を施すことがよくあります（深絞り加工線の画像を参照）。この加工方法は、より多くの原材料を必要とする旋削加工に比べてコスト削減につながる代替手段として一般的に用いられています。
深絞り加工される部品の列は「深絞りライン」と呼ばれます。深絞りラインを構成する部品の数は、プレス機に備えられた「ステーション」の数によって決まります。機械式プレス機の場合、これは上部シャフト上のカムの数によって決まります。
高精度な量産においては、アイレットプレスとも呼ばれるトランスファープレスの使用が常に推奨されます。このタイプのプレスは、従来のプログレッシブプレスと比較して、部品が「フィンガー」と呼ばれる機構によって金型間を移動するという利点があります。フィンガーは部品を移動させるだけでなく、加工中に部品をガイドする役割も果たします。これにより、部品を極めて深い位置まで、かつ極めて厳しい公差で成形することが可能になります。
その他の種類のプレス機: [ 3 ]
ブランクホルダーゾーンの摩擦条件は、深絞り加工の成功に不可欠です。実験的およびデータ駆動型の研究により、潤滑剤圧力と接触圧力が摩擦係数と深絞り鋼板の表面品質に大きく影響することが示されています。[ 4 ]
深絞り加工は、従来型深絞り加工と非従来型深絞り加工に分類されます。非従来型深絞り加工の主な目的は、加工の成形限界を拡大することです。非従来型加工の例としては、水力機械式深絞り加工、ハイドロフォーム加工、アクアドロー加工、ゲラン加工、マーフォーム加工、油圧式深絞り加工などが挙げられます。
例えば、マーフォームプロセスは、ゴムパッド成形技術の原理を利用して動作します。垂直または傾斜した壁を持つ深い凹みのある部品を成形できます。このタイプの成形では、金型リグは、従来の金型セットの金型と同様に、ゴムパッドを一方のツールハーフとして、もう一方のソリッドツールハーフを使用して、部品を最終形状に成形します。金型は鋳造軽合金で作られ、ゴムパッドは成形する部品の1.5～2倍の厚さです。マーフォームでは、単動プレスに金型クッションとブランクホルダーが装備されています。ブランクはブランクホルダーによってゴムパッドに押し付けられ、パンチは従来の深絞り加工と同様に作用します。これは複動装置です。最初にラムがスライドダウンし、次にブランクホルダーが移動します。この機能により、しわのない深絞り加工（横寸法の30～40%）を行うことができます。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
深絞り加工の工業用途としては、自動車の車体や構造部品、航空機部品、調理器具、家電製品などが挙げられる。複雑な部品は通常、単一の成形プレスで順送金型を使用するか、プレスラインを使用して成形される。
柔らかい材料は変形しやすく、そのため引き伸ばしに必要な力も少なくて済みます。以下は、一般的に使用される材料の引き伸ばし力と圧縮率の関係を示した表です。
パンチとダイは通常工具鋼で作られますが、それほど過酷でない用途では、より安価な（ただし柔らかい）炭素鋼が使用されることもあります。高い耐摩耗性と耐擦傷性が求められる場合は、超硬合金が使用されることもよくあります。 合金鋼は通常、部品を押し出すエジェクタシステムと、耐久性と耐熱性に優れたブランクホルダーに使用されます。[ 11 ]
潤滑剤は、加工材料とパンチおよびダイとの間の摩擦を低減するために使用されます。また、加工物をパンチから取り外す際にも役立ちます。絞り加工で使用される潤滑剤の例としては、高強度エマルジョン、リン酸塩、鉛白、ワックスフィルムなどがあります。潤滑剤と併用して加工物の両面にプラスチックフィルムを貼ると、加工物の表面が滑らかになります。