銅・アルミブスバーのパンチとダイのクリアランス

クリアランスとは、パンチの刃とダイの刃の間の隙間のことである。単一の数値であり、誤りやすい。ブスバーにおいては、他のどの工具パラメーターよりも誤りが頻発する。公開されているほとんどのガイダンスは1-3mmの板金打抜きに記述されたものであり、ブスバーは6-20mmの柔らかく、延性があり、加工硬化する銅である。百分率は転用可能だが、結果は転用できない。

2つの慣用法が存在し、2倍の差がある。全クリアランスはダイ開口とパンチ寸法の差である。片側クリアランスはその半分であり、外周のいずれか1点における半径方向の隙間である。供給業者のチャートで「銅、20%」と記載され、工作所で10%で稼働している場合、同一の工具を説明している可能性がある。ある数値に用いられている慣用法を、他の何ものと比較する前に確立する必要がある。

切断面が示すもの

ブスバーの打抜き穴には4つのゾーンがあり、穴内面に現れ、スラグにも鏡像化される。これらを読み解くことは、利用可能な最も速い診断であり、コストはゼロである。

丸み付きはパンチ入口面にあり、材料が先に塑性変形して穴に引き込まれ、丸みのある縁を残す。丸み付きの深さは、クリアランス、工具の鈍さ、材料の柔らかさに応じて増加するため、それ自体は欠陥ではない。焼鈍した銅では常に観察できる。

焼付き面は丸み付きの下にある光沢帯であり、パンチ側面により穴壁面が摺抵した部分である。平滑で直線的であり、寸法上それが穴である。Dayton Laminaの工具ガイダンスでは、最適クリアランスは材料厚の約1/3の焼付き面を持つスラグと、それに連なる均一な破断面を生成すると説明しており、これはブスバーの受入基準としても機能する。

破断面は暗く粗い残りの部分である。破壊はパンチ刃からダイ刃へ向かって斜めに進むため、この角度はクリアランスによって決まる。破断面が直線的で均一かつ焼付き帯と連続している場合、2つの亀裂が合致したことを意味する。これが全体の目的である。

バリはパンチ出口面にある。材料の最後の ligament がせん断ではなく、伸長・破断している部分である。バリの高さは、クリアランス、刃の摩耗、柔らかさに応じて増加する。

2つの障害シグナルが重要である。二次せん断帯、すなわち壁面中途に2番目の焼付きリングが現れ、2つの間に段差がある場合、パンチからの亀裂とダイからの亀裂が同一平面上で合致せず、その間の材料が2回せん断されたことを示す。これはクリアランス不足の結果である。大きな丸み付きと、薄く不揃いなバリ、および非常に短い焼付き帯は、クリアランス過大の結果である。

各工具セットの新規スラグを保管し、材料、厚さ、クリアランスを記載してラベルを付ける必要がある。疑わしいスラグを既知の良好なスラグと比較すれば、15秒で_tool_の再研磨が必要かクリアランスが誤っているかについて、大部分の議論が決着する。

材料厚に対するクリアランス（片側）の百分率

計算式は以下の通りである。

c = k × t          (clearance per side, mm)
die opening = punch size + 2c

tは材料の板厚、kはクリアランス率です。銅ブスバーでは、kは片面5〜12%の範囲に収まります。5%を下回ると、二次剪断と熱損傷が発生する領域となります。板厚が大きいバーで12%を超えると、転がり（ロールオーバー）とスラグの管理が支配的になります。片面10%前後が一般的な作業値であり、ほとんどのツールメーカーが半硬質バーに対してこの値を採用しています。

配電盤で遭遇する板厚に対して計算した範囲は以下の通りです：

したがって、6 mm銅バーでは片面0.3〜0.7 mm、10 mm銅バーでは片面0.8〜1.2 mm程度が目安となります（範囲の上半分で計算）。薄板加工からの感覚では、パンチに対して型締りが非常に大きく見えるかもしれませんが、これは正しい値です。10 mm銅バーで片面10%のクリアランスを使用した場合、13 mmパンチに対する型締りは15 mmとなり、加工される穴は13 mmに近い寸法になります。这是因为ビシュバンドが穴の寸法を決定し、型が決定するからです。

公開されている表は、理由があってばらつきがあります。Conicのツールガイドでは、銅のクリアランス率としてサーボプレスおよび油圧プレスに対して0.20-0.25を総合値として提示しており、これは片面10-12.5%に相当します。また、板厚3.2 mmを超える場合は1.4倍にすることを注記しています。文字通りに解釈すると、厚い銅材では片面14-17%に達します。UniPunchは銅を半硬質に対して板厚の20%、硬質に対して25%とリストしており、これも総合値です。 Daytonのエンジニアド・クリアランスの知見（薄板スタンピングのもの）はさらに高くなります。このばらつきは不正確さによるものではなく、最適なクリアランスはツール寿命、最小ばり、寸法の繰返し精度のいずれを優先するかによって異なり、これら3つが同一のクリアランスで最大になることはないためです。

クリアランスが不足している場合

パンチによるひびとダイによるひびは、それぞれの刃先から発生し、互いに向かって伝播します。適切なクリアランスの場合、これらは同一面上にあり、連結します。クリアランスが不足している場合、互いにすれ違い、その間のリガメントを撕裂のような二次工程で破断する必要があります。これにより、二次剪断帯が形成され、穴の内面は粗く不規則になり、穴径はパンチ径に対して小さくなります。

ツールに対する影響は、部品に対する影響よりも深刻です。銅はスナップスルー後にパンチの側面に_SPRINGBACK_し、クリアランスが小さいと穴がパンチに挟まり、各ストロークが干渉締め付けとなり、返行程で強制的に引き抜く必要があります。ストリッピング力が増大し、側面が摩耗し、先端に摩擦熱が蓄積します。 Daytonの現場事例では、まさにこのメカニズムにより先端の後ろに変色が見られ、パンチの熱処理が損なわれ、刃先自体が摩耗する前に寿命が終わっています。深刻な場合には、先端が疲労して欠落します。

摩損の多くは、切断ストロークではなく、 withdraw 時に発生します。Daytonによると、これはパンチの総摩損の最大2/3に達し、穴が側面をどれほど強く grips するかに完全に依存します。銅でクリアランスを範囲の下限で使用することに対する最強の議論はここにあります。銅は柔らかく、プレスは決して音を上げません。しかし、ツールのコストセンターは音を上げます。

クリアランスが小さいと、最大荷重も上昇します。これは、破断よりも剪断の割合が増すためです。過剰な余裕のない機械では、作业で最も厚いバーを加工する際に、ラムが詰まる現実的な原因となります。

クリアランスが過大な場合

材料は切断する前にダイに向け_a 込まれます。ロールオーバーが増大し、ビシュバンドが短くなり、破断面が壁面の大部分を占め、ばりの高さが増します。穴はオーバーサイズとなり、そのエッジは直角ではなくなります。これは、穴がボルト締め面となる場合に重要です。

運転上の故障はスラグの引き上げです。クリアランスが広がると、スラグはパンチ穴に緩くなり、withdrawal時にパンチと一緒に上昇し、落下しません。これはバーの上に落下し、次の穴に押し込まれたり、ストリッパーに挟まれたりします。銅におけるそのメカニズムは油膜の接着と、反り上がったスラグとパンチ面の間に形成される真空です。鋼材作業で一般的な第3の原因である磁気接着は適用されません。

対策は機械的です：パンチ面にエジェクタピンをばねで押す方式、側面にベント穴を設ける方式、スラグを反らせて自身のばね返しで放出する剪断角を設ける方式、またはスラグが上昇できないように挟み込む短い切刃と、その後の狭いリリーフを持つ穴あけ型です。ストローク下死点でパンチの穴あけ型への侵入を約0.5-0.8 mmに制限すると効果的です。深い侵入は抜き時の真空を強めるためです。詳細と各対策の有効性はツール寿命と穴あたりコストに記載されています。

厚いバーの小穴

ブスバーには、薄板スタミングにはない幾何学的な問題があります。M12のクリアランス穴は13 mmまたは13.5 mmです。10 mmのバーでは穴径と板厚の比は約1.3、12 mmのバーでは約1.1です。これは短く深い穴であり、3 mmの板にある25 mmの穴と同じ挙動にはなりません。

径と板厚の比が約1.5を下回ると、スラグは曲げて破断しにくくなります。パンチ負荷が増し、光沢帯が長くなり、バリが大きくなり、穴は大きさ不足になります。Daytonのガイドラインでは、穴径が板厚の1.5倍を下回った段階で、公称クリアランスに片面1%を追加し、穴径と板厚が等しくなった場合は片面約4%を追加することです。12 mmの銅での13 mmの穴にこの補正を適用すると、これは必須です。このことが、6 mmでは完璧に機能するツールセットが、同じ公称パーセンテージで12 mmで不具合を起こす理由を説明します。

PASS Stanztechnikのツール寿命データは反対側からもそれを裏付けています：板材厚の1.5倍未満の切り欠きには0.6-0.8の減算係数を、1.0倍未満の切り欠きには0.3-0.5の減算係数を適用しています。厚いバーの小穴は、通常達成できるツール寿命の2分の1から3分の2のコストになります。

パンチ力と先端形状の影響

必要な力は、せん断される面積に材料のせん断強度を乗じたものです。F = 周長 × t × τ、または丸穴の場合はF = π × d × t × τです。計算例とせん断強度の参考データは関連記事のブスバー穴あけのパンチ能力算定にあり、ブスバー穴あけ力計算ツールで直接計算できます。

クリアランスと同様に、先端形状もこれに影響します。平坦な面のパンチは全周を一度に切断するため、全負荷がスパイクとして現れ、スナップスルーによる荷重除去は激しいものになります。パンチ面に剪断角を研削すると切断がずれ、ピークトンネルが減少しますが、厚いブスバーではマーケティングが示唆するほど減少しません。H. Weissの剪断係数チャートによると、1/4 in (6.35 mm)の素材において、1/16 in (1.6 mm)の剪断深さで係数は0.90、3/32 in (2.4 mm)で0.85、3/16 in (4.8 mm)で0.65です。厚い銅での浅い剪断角は10%の効果です。35%を達成するには、バー厚の約4分の3に近い剪断深さが必要で、それは長く脆い先端になります。

フラットは最高のピーク力、最も四角い穴、最も平らなスラグを生み出します。シングルシャーは、パンチ面全体に角度をつけて研削したもので、最大の力削減をもたらしますが、パンチを横方向に押します。短いブスバー用パンチではこの横方向の力はガイドとストリッパーにかかります。ルーフトップは中心線に対して対称で、横方向の力がバランスします。最小の穴以外には通常これが選択されます。穴あけにおいては、剪断角をパンチではなく穴あけ型につけます。角度を持つ部品は切断側を歪ませ、穴あけにおいてはスラグはスクラップであり、バーが製品となるためです。

アルミニウムは銅ではなく、6101は1350ではない

アルミニウムは2つの点を変化させます。せん断強度が大幅に低下し、ブスバーに使用されるグレード全体に均一に低下しません。

Soft 1xxx系列の伝導体グレードのせん断強度は 60–80 N/mm² 前後です。UniPunch では 1100-O が 62 N/mm²、1100-H14 が 76 N/mm² と記載されており、これは 1350-H111 バーの妥当な範囲です。合金化および熱処理されたバーは別材料です。6101-T6 の公表せん断強度は約 22 ksi、おおよそ 150 N/mm²、6061-T6 は 207 N/mm² と記載されています。「アルミニウム、80 N/mm²」でプレスやツールセットを選定し、実際に 6101-T6 バーが手渡された場合、必要な力はほぼ倍増します。トネージ計算前に合金とテンパーを確定する必要があります。

アルミニウムブスバーのクリアランスは、同じ厚さの銅に比べわずかに小さく、通常片面 8–10% 程度です。せん断強度が低く破壊が容易に伝播するためです。アルミニウムの問題は付着です。工具鋼に凝着し、パンチ側面に堆積して、次の穴数百分のりを削ります。コーティングは効果があり、PASS Stanztechnik は適切なコーティング对于するツール寿命係数として 2.0–4.0 を提示しています。汎用 TiN ではなくアルミニウム専用グレードを指します。潤滑の効果はさらに大きいです。PASS のシート潤滑なしでのデレーティング係数は 0.4–0.6 であり、アルミニウムブスバーのドライパンチングはコスト削減になりません。

銅のテンパーも同様に重要です。EN 13601 では、Cu-ETP バーは R220 軟質焼鈍（引張強度 220–260 N/mm²）、R240 半硬質（240–300）、R290 硬質（290–360）として供給されます。この差は大きく、あるテンパーに合わせたツールセットは別のテンパーでは最適ではありません。

図面におけるバリの指定

ほとんどのブスバー図面ではバリについて何も述べられておらず、検査工程で暗黙の基準に基づき部品が不合格となります。これを適切に記述する仕組みは ISO 13715「技術製品文書 — 形状未定義のエッジ — 指示および寸法付与」第3版（2017年）です。

この規格では、エッジ上に記号を配置し、その内部に符号と数値を記入します。符号の意味は以下の通りです：

• + は許容される余分な材料を示し、規格ではパスイングと呼ばれています。バリは外側パスイングの特殊ケースとして明確に定義されています。単一の正の値はもう一方の限界がゼロであることを意味し、アンダーカットは許容されません。
• − は必要な材料除去、すなわちアンダーカットを示します。単一の負の値はパスイングが許容されないことを意味し、バリは一切許容されず、エッジを面取りする必要があります。
• ± はいずれも許容され、サイズ値と組み合わせてのみ使用できます。

サイズは許容される最大偏差であり、符号の後に記述されます。上下限の両方を記述でき、重ね書きします。ISO 13715 ではパスイングまたはアンダーカットが許容される方向を示す規定もあり、これはブスバーにおいて最も重要な条項です。ボルト結合の接合面のバリと自由面のバリは別問題です。

ISO 13715 では何の数字を記述するかを定めていません。これはエッジの機能から導きます：

• ボルト結合面： バリは二つの接合導体の間に挟まり、它们を間隔を持たせて接触面積を減少させ、接合抵抗を上昇させます。IEC 61439 では外部導体接続端子の温度上昇限界を 70 K と定めており、接合抵抗は外観上の問題ではなく適合性の問題です。バリの側面を指定し、厳密に指定します。
• ボルトシャフトが通る穴内径： この部分のバリは組立を妨げ、ボルトを傷つける可能性があります。適度な管理で十分です。
• 絶縁障壁や空気距離に近いエッジ： IEC 60664-1 のクリアランスおよびクリープージュの問題です。鋭く突出したバリは局所的に電界強度を高めるためです。ここでは面取りを義務付けるという規格があると主張されることがありますが、すべての規格がそうとは限りません。エッジ処理は絶縁規定を満たすための手段であり、それ自体の要件ではありません。

長方形ブスバーのねじ接続の穴位置、サイズ、ベースデータを定めた DIN 43673-1 による穴パターンでは、バリの仕様はパターンと同じ図面に記載します。

パンチングだけでは保持できないほどの厳密な限界値がある場合は、クリアランスをこれ以上絞るのではなく、後工程が必要です。BND800-2 などのマシンによるブラシまたはベルトデバリング（厚さ 0.5–50 mm、幅 100–800 mm のバーを処理可能）が解決策となります。0.05 mm のバリをクリアランスを絞って追いかけることは、パンチ寿命と穴精度の両方を損ないます。

機械上での設定と検査

すき間は工具セットに属し、プレス機には属さないため、打抜き・剪断機ではパンチとダイの発注時に確定し、取付時に検証される。ラベルを信頼せず、パンチとダイを個別に測定し、すき間を計算する。面研削ではなく側面研削されたパンチの実寸は、刻印された寸法と一致しない。次に同心度を確認する。端面ごとの寸法値は、一周して同じでなければならない。公称すき間0.8 mmのパンチが中心から0.1 mmずれると、片側0.7 mm、反対側0.9 mmとなり、バリは明らかに非対称になる。マルチステーションタレットを備えた加工盤では±0.05 mmの位置決め精度が保証されており、ステーションのアライメントとタレットの清浄性がすき間チェーンを構成する。

バーの真直度に及ぼすこの局部塑性変形の影響は、加工後の平面度、真直度、ねじれで解説する。また、打抜き工程の概要では、孔が残りの加工経路内でどこに位置するかを説明する。