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機械加工とプレス加工の違い
- 機械加工とプレス加工はどのように異なるのでしょうか？
- テストピースの負荷に対する疲労強度を比較してみましょう。
- プレス加工品は高い寿命を持つ可能性があります。
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加工条件によって疲労強度が変化します。プレスでは加工硬化がありますので 型が痛んだり無理加工での亀裂がなければ、有利です。念のためコイニングを追加したりもします。 削りは加工硬化がないのと加工もへぼすることがあるので、ツール傷から応力集中することもあります。 したがって 現物を比較しないとどちらとはいえません。 設計は 加工品で確認して、生産品はプレスということも多いですね。 きちんとやれば 加工硬化や塗装焼付けの硬化も強度計算して軽量化に活用できますが、型がだめになるときは 全滅でした。
私はある板ばね材で、板厚方向に負荷がかかる設計をする（板厚と板幅がほぼ同一な形状の端子をプレスし、プレス面に最大応力がかかる変形をさせる使用をする）ことにたいして、品質上＝耐久上大丈夫だろうかと疑問を抱いていました。大窪さんと同様、特に破断面は微小クラックが多くかつ平坦でもないので亀裂発生基点となり早期破断するに違いないと考えたからです。 ところが実機の耐久試験では端子をﾜｲﾔｰｶｯﾄで製作した試作品（初期の少数試作ではﾌﾟﾚｽ金型を製作すると費用がかかるのでﾜｲﾔｰｶｯﾄで試作することが多い）より、ﾌﾟﾚｽ成型し断面の半分以上が破断面である量産品のほうが耐久性が伸びるという結果でした。 原因究明のために板材疲労試験機（両振り、最大負荷は±800、600、400MPa）に前記の 正方形断面の ﾜｲﾔｰｶｯﾄ素材（材料取りは圧延方向０度と90度、負荷方向は圧延面に最大負荷をかける場合とﾜｲﾔｶｯﾄ面に最大負荷をかける場合の両方）、ﾌﾟﾚｽ素材（材料取りは同様二方向、負荷方向は同様圧延面とﾌﾟﾚｽ面の両方）をかけて疲労特性を評価しました。 結果は前述次第、ﾜｲﾔｰｶｯﾄ素材が最も悪く、ﾌﾟﾚｽ素材は一桁耐久特性良好で、圧延面を曲げ方向にしても、ﾌﾟﾚｽ面を曲げ方向にしても耐久性は差がありませんでした。尚、材料取りはいずれも圧延方向0度がやや有利でした（加工法の影響のほうが圧倒的に大きい）。 加工硬化の影響が及んでいる幅については、プレスした断面を＃1000ｴﾒﾘｰ紙で少しづつ研磨して研磨面からｳﾞｨｯｶｰｽ硬度を測定し（板厚0.5mmの素材にたいして20g程度の低荷重だったと記憶します）、板厚相当まで研削除去するとその影響がなくなることを確認しました。ﾌﾟﾚｽ面に負荷がかかるほうに曲げる場合は、最大応力がかかる表面がより硬化していることで耐久性にはより有利に働くのだとおもいます。せん断面 破断面と分けて測定することは難しいとおもいますが、せん断面側のほうがより硬化の影響は高いものの破断面側も疲労寿命に影響しうるだけの影響は及んでいると思います。 私が試験したのは硬度HV150-280＝引張り強度レベル450-900MPaｸﾗｽのものです。大窪さんのご指摘のとおり、高質別材料の場合前期の加工硬化の影響は出にくくなるとおもいます。また加工部（両端や穴部等）に対して端子の幅が十分広いもの＝板厚の10倍以上＝のものも影響が出にくいと思います。試験はしませんでしたがﾌﾟﾚｽ材、ﾜｲﾔｰｶｯﾄ材をともに粒成長しない程度の温度で光輝軟化焼鈍をかけて加工硬化の影響を除いてから耐久試験を行えば負荷面形状の影響が出てﾌﾟﾚｽ材が劣位になるだろうとおもいます。 T.Oさんのご質問、 より正確には、加工硬化にともなう耐力値のUP→疲労特性のUPだと思います。
質問の回答ではありません。申し訳ありません。 明善松風さん の回答に驚いたので質問させてください。 プレスの場合、穴径が小さくなったり、精密せん断などの場合は破断面がほとんどなくなりますが、一般的な適正クリアランスでのせん断は破断面が2/3程度、材料硬度が高いと、その比率は大きくなると思うのですが、その場合でも（限度はあるとは思いますが）せん断面の硬化の影響を見ていれば良いということでしょうか？ 僕は、破断面は小さなクラックの集合体と考えています。 それを無視できる程、せん断は硬化することに、非常に驚いたので質問させていただきました。
プレス成型したもののほうが疲労特性に優れています。 プレス成型による加工硬化が起こることで、実質的に高質別（＝高加工率で耐力値が高い）の材料を使用していることになるからです。 以前板厚相当の幅をもつ（正方形断面ということです）棒状の疲労試験材を、一方はワイヤーカットで、一方はプレス成型で作成し評価したところ、プレス成型したもののほうが一桁（＝１０倍以上）耐久性能は優れていました。プレス成型でせん断したところから板厚相当の幅の部位までは加工硬化が起こるようです（従って私が行った試験の試験片は全ての部位に加工の影響が及んでいたことになります）。 御記載の内容では、試験片の穴の大きさや、穴と試験片の幅の関係はよくわかりませんが、両者の形状が同じである以上、ドリルで穿孔したものよりプレスで穴を開けたものの疲労特性が劣ることは考えられません。 先の御回答者の方は破断面の影響を書かれていますが、仮に破断面が板厚の50％くらいあるにしても、プレスによるせん断面の硬化の影響のほうが圧倒的に大きいので無視できます。
プレスは破断面がキタナイから、、、負け、、、
補足
どうもです。 製品形状は文章での説明が難しいので簡易的にテストピースとしています。 実際にはプレス品の方が明らかに高寿命の結果でした･･･。
お礼
回答有難う御座います。 プレス成型でせん断したところから板厚相当の幅の部位までは加工硬化が起こるとありますが、せん断面・破断面ともに加工硬化するということですか？ 硬さ：UP ⇒ 引張強度：UP ⇒ 疲労強度：UP との理解で良いでしょうか？ お手数ですが、再度宜しくお願い致します。