深絞りプレス
深絞りプレスは、平板材（ブランク）をパンチとダイの間で塑性流動させ、底付き円筒や角筒、容器形状へ三次元成形する塑性加工である。板厚減少を最小化しつつ大きな面内流動を与える点が特徴で、容器、家電筐体、自動車燃料タンク、調理器具、飲料缶などで広く用いられる。成否はブランクホルダ力（BHF）、潤滑、材料異方性、絞り比（LDR: Limiting Drawing Ratio）、金型逃げおよび肩Ｒの設計、クッション制御、しわ・破断の抑制に左右される。単発絞りに加え再絞りやアイアニングと組み合わせることで高い寸法精度と薄肉化を両立する。
原理と構成要素
深絞りプレスでは、パンチ先端Ｒとダイ肩Ｒが材料の塑性流動と板厚変化を規定する。周辺はブランクホルダで拘束され、フランジ部の波打ち（しわ）を抑えながら材料をダイ内へ送り込む。BHFが低すぎるとしわ、高すぎると絞り込み抵抗が増し破断に至るため、板厚t、材料強度、パンチ径、潤滑条件に応じた最適化が必要である。一般に低炭素鋼ではLDRがおよそ1.8〜2.2の範囲で設計されることが多い。
絞り比と成形限界
絞り比は「初期ブランク直径/パンチ径」で定義し、許容上限がLDRである。LDR向上には、肩Ｒの適正化、低摩擦潤滑、材料の均一性確保、段付き（多工程）絞りの採用が有効である。再絞りでは各工程の径縮小率を抑え、累積で目標形状へ到達させる。
工程フロー
代表的な工程は、ブランキング→第一絞り→再絞り→トリミング→フランジ成形→穴明け/口元加工→洗浄→検査で構成される。容器用途では絞り後にアイアニングを追加し、胴部をさらに薄肉化して重量低減と剛性の両立を図る。
ブランクホルダ力と潤滑管理
- 可変BHF制御：行程位置に応じてBHFをプログラム制御し、初期送込み促進と終盤の破断抑制を両立する。
- 潤滑：油性・水溶性・固体皮膜（MoS2など）を部位で使い分け、摩擦係数を安定化。
- 耳（イアリング）対策：異方性を考慮したブランク取り（角度調整）でトリム代最小化。
多段絞りとアイアニング
深筒や高アスペクト形状では再絞りを用いる。各段の径縮小率は過大にせず、肩Ｒ・潤滑を工程ごと最適化する。DI缶では絞り後のアイアニングにより胴部厚さを均一・薄肉化し、底部は必要な厚みを確保する。
材料特性と評価指標
低炭素鋼（SPCC/SPCD）、ステンレス（SUS304）、アルミニウム合金などが用いられる。板材の加工硬化指数n値が高いほどひずみ分散性が良く、r値（塑性異方性）が高いほど板厚減少が抑えられ絞り性が向上する。成形限界線図（FLD）やカップ試験で限界を見極め、LDR設計や工程数を決める。
異方性と耳の発生
圧延による異方性は耳高さ分布として現れる。ブランク回転角の最適化、材料ロット管理、焼鈍条件の安定化、耳取りトリムの最小化設計が歩留まりを左右する。
設備と金型
深絞りプレスには油圧プレス、サーボプレス、メカニカルプレスが用いられる。油圧は荷重・速度制御の自由度が高く深絞りに適し、サーボは速度プロファイルとBHFの協調制御によりしわ・破断の窓を拡大できる。金型はパンチ・ダイ・ブランクホルダ・クッションピンから構成され、焼入れ鋼や超硬、コーティングで耐摩耗性を確保する。
クッション・センサ統合
ダイクッションは窒素ガススプリングや油圧で実装され、荷重センサ、ストレインゲージ、行程センサ、板厚センサを統合しインライン品質監視を行う。荷重波形の異常検知は金型保全にも有効である。
工程設計の要点
- 肩Ｒ・クリアランス：材料と板厚に適合したＲ/クリアランスで流動抵抗と板厚減少を両立。
- 取り代設計：トリム代・耳取り代を最小化し歩留まり向上。
- ブランク形状：円形を基本とするが、耳抑制のため楕円/花弁状を選ぶ場合もある。
- 速度プロファイル：初期は低速で送り込みを安定化、後半は最適速度でサイクル短縮。
図面化と公差
機能面から必要最小の公差を設定し、口元・底面・胴部で幾何特性（円筒度、平面度、真円度）を分ける。リバースエンジニアリング時は三次元測定と板厚マッピングで再現性を高める。
不良モードと対策
- しわ：BHF不足、肩Ｒ過大、潤滑不均一。対策はBHF増、肩Ｒ最適化、潤滑改善。
- 破断：BHF過大、材料欠陥、肩Ｒ不足、局所ひずみ集中。対策はBHF低減、Ｒ拡大、材料見直し。
- 板厚減少過多：流動経路の見直し、パンチ先端Ｒ修正、アイアニング条件再設定。
- 耳：r値異方性に起因。ブランク回転、材料変更、工程後トリム最適化。
CAEとデジタル活用
成形シミュレーション（CAE）はLDR見積り、板厚分布、しわ・破断予測に有効で、金型設計前の試作回数削減に寄与する。材料モデルはn値・r値・ヤング率・降伏関数を反映し、潤滑境界条件も実機相当へ近づける。実機データと波形同期したデジタルツインにより、段取り短縮や安定稼働のウィンドウを定量化できる。
適用例と生産性
自動車のハウジング類、電機のシールドケース、調理器具、DI缶などで高い生産性を示す。自動化は搬送（トランスファ）や金型内センサ、クイックチェンジにより段取りを短縮し、サーボ制御と組み合わせて良否判定をリアルタイム化する。総合最適では材料歩留まり、サイクルタイム、工具寿命、外観品質のバランスを重視する。
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