板金の穴開け: レーザー切断機ですか、それともパンチングマシンですか?

図 1. 穴あけに関して言えば、パンチングマシンは、短時間で多数の穴をあけられる能力で依然として際立っています。

過去 30 年間で金属製造、特に板金の穴加工に関しては多くの変化がありました。 1990 年代には、CO2 レーザー切断機の登場によって会話の性質が変わるまでは、パンチングマシンが唯一の手段でした。

2000 年代までに、レーザー切断技術が普及する準備が整いました。 21 世紀初頭、特にプレスやプレスブレーキでしか複製できない板金ブランクや形状に多数の穴を開ける場合、パンチングマシンは依然としてファブショップにとって競争力のある選択肢でした。

2010 年代にファイバーレーザー切断技術が登場するまで、長年の製造業者は穴加工へのアプローチを再度考え直す必要がありました。これらの固体レーザーは、CO2 レーザーが時代遅れに見えるほどの速度で薄い金属板を突き破る可能性があります。

現在、ファイバーレーザーの出力は 20 kW に達し、この技術が最初に登場したときにはほとんどの人が予想しなかった速度で、より厚い材料を切断できるようになりました。金属製造会社が技術の進歩に追いつくために努力しているため、レーザーの売上は今後数年間で加速するペースで成長すると予想されます。しかし、穴を開ける場合、パンチングマシンはどうなるでしょうか?

もちろん、パンチングは今でもその役割を果たしています。多用途です。ショップは、別の機械に移動することなく、ルーバーやエンボスなどのフォームを作成できます。また、パンチングマシンは、一般にファイバーレーザー切断機よりも安価です。

しかし、パンチングマシンは、小さな穴を安定して迅速に作成する必要がある用途での穴加工の主力製品として依然として優れています (図 1 を参照)。このようなタイプの用途では、パンチングが穴を作成する最も経済的な方法である可能性があります。

たとえば、穴あきスクリーンの製造を考えてみましょう。クラスターツールは通常、1 つのツールで複数のパンチを使用できるため、これらの穴パターンのパンチに使用され、1 回のヒットで作成される穴の数を最大化します (図 2 を参照)。 1 つのパンチに 234 ものピンがあり、たった 1 回のストロークでこれだけの数の穴を開けることを想像してみてください。完了しました。

さまざまなパンチのデザインとクラスター領域も用意されており、パンチの選択肢が豊富にあります。たとえば、六角形のツールを使用して角度のある穴のパターンを作成し、画面に視覚的な面白さを加えることができます。

クラスターパンチの場合、パンチングマシンは用途に必要な量のパンチ力を提供できなければならないことに注意してください。推奨される最大パンチ力は、プレス能力の 75% を超えてはなりません。次の式を使用して、必要なパンチ力を見積もることができます。

直線切断長さ x 材料の厚さ x せん断強度 = トン抜き力

図 2. クラスターパンチは、1 ストロークで穴を開ける効果的な方法です。これは 234 ピンの完全ガイド付きクラスターセットです。

切断の直線長は、穴の周囲にクラスター内のパンチの数を掛けたものに等しくなります。丸穴の穴の周囲は直径の 3.14 倍です。六角形などの形状の穴の周囲の長さは、辺の長さの合計です。

多数の穴が開いたシートに穴を開ける場合、穴が開いた領域にかかる力と応力により、シートは上向きに反ろうとします (図 3 を参照)。このシナリオでは、カールを抑えるのに役立つドーム型ダイを使用できます。これはどのように作動しますか？凹面形状のストリッパーはストロークとともに下方に移動し、実際にドーム型ダイの上でシートを下方に曲げます。これにより、パンチに伴う上向きのカールが抑制されます。

シートを平らに保ちながら均一性を高めるために、パンチパターンを変更して、すべてのパンチ穴が 1 つの領域に集中するのを避けることができます (図 4 を参照)。パターンを繰り返すことにより、同じストローク数で領域を穴で埋めることができますが、穴パターンを完成させるために 1 つの領域に極度の圧力を加える必要はありません。

材料に穴あけが困難な場合や、パンチが何度も繰り返し使用される用途では、完全にガイドされたクラスターパンチが非常に役立ちます。この状況では、ストリッパーはストロークの全長にわたって材料をダイにクランプし、物理的に可能な限り先端近くでパンチをサポートできるようにします。このタイプのサポートがないと、特にパンチが材料の厚さよりも狭い作業では、パンチは横方向の力に対して脆弱になり、先端が曲がってしまう可能性があります。このようにパンチを酷使すると、ダイを削るほど大きく曲がり、両方のツールが損傷します。 (経験則として、材料の厚さの 2.5 倍より細いストリップを決してかじってはいけません。)

場合によっては、限られた数の穴だけが必要な場合もありますが、穴は非常に高品質でなければなりません。そこでパンチングマシンが活躍できるのです。

たとえば、ねじ穴が必要な場合を考えてみましょう。このようなアプリケーションでは、エラーが発生する余地はほとんどありません。通常、パンチを使用して穴を開ける場合、材料の破壊が生じる穴の底部まで側面は非常に真っ直ぐになります。破壊により、穴の底は穴の他の部分よりも少し大きくなります。パンチとシェービングはそのダイナミクスを変化させ、非常に正確な結果を生み出すことができます。この工具の組み合わせを使用すると、パンチは最終的な穴のサイズよりわずかに小さくなります。穴が開けられた後、前のパンチ操作で残った壁を、より狭いクリアランスで別の少し大きなパンチを使用して削り取ります。その結果、穴全体に真っ直ぐな壁が形成され、タッピングが行われるときにねじがかみ合う機会がさらに多くなります。

これらの穴を開ける場合は、パンチと材料の厚さの比率に関連するいくつかのガイドラインに注意する必要があります。

ガイドなしツーリング用

完全ガイド付きツーリング向け

これらのガイドラインをパンチ動作にどのように適用しますか? たとえば、厚さ 0.078 インチのアルミニウムを打ち抜く場合、非ガイドツールを使用して 0.059 インチ以上の穴を開ける必要があります。ガイド付きツールを使用する場合、パンチ穴は 0.39 インチより小さくてはなりません。

図 3. 上のシートは、打ち抜きプロセス中に金属板に対処するための手順が講じられなかった場合に、金属板がどの程度カールするかを示しています。

また、これらの穴がどこに開けられるのかにも注意する必要があります。間違った場所に穴があると、近くの穴や形状が歪む可能性があります。一般に、穴間の材料の厚さの 2 倍、穴とシートの端の間の材料の厚さの 2 倍が必要です。

もう 1 つ注意してください: パンチとダイの間の位置が適切であり、打ち抜かれる材料の種類と厚さに応じて適切なダイクリアランスが選択されている場合、結果は許容範囲内であるはずです。そして、工具は乱用された場合よりも長持ちします。

パンチングマシンは現代の製造工場において正当な位置を占めています。数秒以内に多数の穴をあけることができ、レーザーでは複製が難しい許容度の高い穴を提供できます。

しかし、それで終わりではありません。この機械は、小さな部品を効率的に加工するのに適しています。最終ブランクがスケルトンから分離されると、それらはパンチングマシンのシュートに送られるか、スクラップビンに集められます。パーツがレーザー切断機のベッド上にあるときにスケルトンに取り付けられていない場合、パーツがスラットから落ち、レーザー切断プロセスから発生するレーザースパッタや破片にさらされる可能性があります。

現在、高出力ファイバーレーザー切断機に注目が集まっていますが、パンチングマシンも同様に進歩しています。前世代のテクノロジーよりも高速にシートを処理し、ラム速度も速いため、1 分間に実行できるパンチのヒット数が増加します。一部のマシンでは、1 分あたり 1,350 ストロークの速度でパンチを行うことができます。

しかし、速度に関する議論は会話の一部にすぎません。スループットを重視する場合、パンチングマシンに勝るものはありません。形成、書き込み、タップが可能で、他の下流プロセスを回避するのに役立ちます。パンチングマシンに関して言えば、これがすべてです。

図 4. このようなパンチパターンは、ジョブを完了するために必要なすべての穴を開けながら、シートを平らに保つのに役立ちます。