金型の割れ調査方法ついて

金型の割れについてアドバイスを頂きたく投稿します。

当社では、プレス金型で下記の条件で、家電部品の絞り加工を行っています。
形状は弁当箱のような感じで、金型は他社より購入しています。

条件
材料：アルミ5052　t0.6
絞りダイ材質：YXR3（DLCｺｰﾃｨﾝｸﾞ）及び超硬（ｺｰﾃｨﾝｸﾞ無し）
絞り工程：（荒絞り→成形絞り）
しごき量：10％

状況
成形絞りをYXR＋DLCで製作して、トライを行ったとこを100台程度でコーナー部に割れ。
同形状で材質を超硬にして２型製作しましたが、２型とも5000台程度でコーナー部割れ。
その後、絞り工程を３つに増やしましたが、YXR＋DLCは5000台程度でコーナー部割れ。
現在、絞り工程３つで材質を超硬で量産中ですが様子見です。

今後のためにも、割れる原因を調査したいのですが、割れる要因が多すぎて絞りこむことができません。
金型屋さんの経験上ではなく、理論と実験で解明していく必要があります。

案としては、プレス時の金型のひずみを測定して、材質・ｺｰﾃｨﾝｸﾞ・プレス条件の差異を確認しようとしてます。
（どこまでのひずみが許容できるかは不明ですが・・・）

いまいちいい案がです困っている状況です。
もし、なにかアドバイス等あればよろしくお願いします。

何かスゴイ大きさの金型のようですね。。。
気になるのは＜形状が弁当箱＞
正方形から離れるほどコーナに曲げ応力が生じやすくなり、補強も困難でしょう。

私は圧縮金型で苦労(というより投出)しました。
超硬を焼嵌リングで補強するには丸型。これが巨大なブロックを必要とする。
ケチろうと角にしてブロック焼嵌後にくり抜くと長辺の中央付近が撓んで隙間が出来ている。。。諦めて焼入鋼に戻った。

割れるような応力なのだから、なるだけコーナ近くに歪ゲージを張れば応力が測定出来るはずだが、一々造って試したのではラチが明かない。コンピュータのシミュレーション＝ＦＥＭの手法でしょう。

勉強の手間も費用もこのためだけに掛けるわけにいかないと思うので、外部ソース。
公的試験場、また最近では大学も外を向いているので、いずれかに相談されることをお奨めします。

●質問者からのお礼

回答ありがとうございます。

超硬に関してはノウハウも無く、金型屋さんのアドバイスに従って、
高価ですが割れないということで、購入していたのですが、
今回は割れてしまって問題になってます。
できれば、焼入れ鋼で進めていきたい状況です。

ひずみ測定用の金型を製作して、実測と同時進行でシミュレーション
と外部機関の活用も考えていこうと思います。

絞りダイのコーナー部からの割れとのことですが、YXRから超硬にして寿命が延びているのですから、靭性よりも強度が問題である可能性が高そうですね。

絞りダイの強度は、ホルダーの締め付けに依存するところが大ですが、ホルダーがちゃんと締め付けているかどうか？
割れた部分の破面を割り出して、割れ起点の位置とホルダーとの当たり具合を確認してみましょう。
絞りダイの上面まで、ホルダーがサポート出来ていない場合、強度的には弱くなります。ホルダー形状や、ホルダーの強度アップが出来ないですか？
ホルダーが使えない、もしくは効果が薄い場合は、絞りダイそのものの強度に依存することになります。

●質問者からのお礼

回答ありがとうございます。

ホルダーとダイの取付け状態は確認していなかったので参考になります。

ホルダーに関しては、超硬ダイは入れ子になっており、上面までありますが、
YXRは一体でバッキングプレートの上にダイが締め付けられている状態です。

YXRのほうは1度割れたあと、ダイ厚みを550mm→600mmに増したのですが、
再度5000台で細いクラックが入って割れています。

絞り金型の強度を測定する方法はご存知ないでしょうか？
今は、ダイのひずみ量を測って、ここまで変形しなければ割れない
というところまで、できれば調査したいと思っています。
（製品形状・プレス条件で大きく左右されるので「割れない」は難しいですが・・・）

▼回答者からの追記

YXR3であれば、焼入硬さ60HRCくらいにはなっているかと思います。高硬度の金型材は、常温では引張ひずみ変形には極めて僅かしか耐えられないので、予熱を行い、割れを防止しますが、これは当然やられていますよね。

肉厚を増したことで寿命が向上したのであれば、強度的な問題で割れが入っていると断定してもいいかと思います。
ホルダーはダイの強度を肉厚を大きくするより効果的に高めます。ホルダーによって加えられる圧縮応力によって、加工時に加わる引張応力を打ち消します。

コーナー部分は、応力集中によって、高い引張応力を受けます。
破壊限度に近い引張応力を繰り返し、受けることで疲労破壊的に割れが進行している可能性があります。

上面に近い部分は、ホルダーの補強も弱くなるので、ホルダーを使っていても、割れの起点になりがちです。
金型の構造が許すなら、ホルダーを上面より高くして、ダイを抱え込む範囲を大きくしたり、超硬のホルダーの絞め代にまだ余裕があるのであれば、より強く絞めることも効果があるかもしれません。

ダイのひずみ量を測定して限度を調査したいとのことですが、実型だと難しい様な気がしますね。

●質問者からのお礼

回答ありがとうございます。

YXR3は58HRC、超硬は74HRCですが、予熱とはプレス時に金型を温めることでしょうか？現在は冷間プレスです。通常は熱間プレスする鋼材でしょうか？

ホルダーに関してですが、サイズを変更せず、ホルダーの硬度を高めることは効果あるでしょうか？
また、YXR3はホルダーは無く、ダイ底面にバッキングプレートがあるだけです。ダイを入れ子にして、上面まで包み込むようにホルダーにした方が良いのでしょうか？
入れ子の側面（弁当箱形状の立ち壁）とホルダーに隙間ができそうで、逆に弱くなってしまうのでは？

何度も質問申し訳ありませんが、よろしくお願いします。
　

▼回答者からの追記

予熱というのは、金型を温めることですね。専用のヒータも市販されています。

鋼には、低温脆性、脆性-延性遷移温度というのがあって、温度の低いとことでの脆さあるものが、数十度〜百度くらいを超えたとこで、粘さが出てくるという特性があります。

金型で加工していると加工熱で自然に温まってきますが、割れが問題になる金型では、初期の金型が冷えている状態での大割れの危険を避けるために予熱を行います。

割れのポテンシャルは、低温脆性だけじゃないので、それだけで割れ対策になるわけではないですが、特に大割れが起きる金型ではやっておいた方がいいですね。

ホルダーは、焼き嵌めでの絞め代分だけ圧縮応力が加えられるのであって、直接的には、ホルダーの硬さとは関係ないですね。
どこまでの応力に耐えられるかは、硬さが効いてきますので、絞め代の調整と合わせれば、効果はあります。
ただ、ホルダーの強度限界を超えると、ホルダー自身が破断してしまいますから、ぎりぎりの応力まで掛けようとすれば、更に二重、三重のホルダーで補強する必要があったりするかもしれません。

恐らくYXR3は、ホルダーを使った方が良いでしょうが、隙間が開く様な絞まっていないホルダーでは、何の意味もありません。
絞め代は取ってやる必要があるでしょう。

●質問者からのお礼

度々の回答ありがとうございます。
金型の予熱については、大割れしている状況ではありませんが、
今後検討していきたいと思います。

超硬の金型ですが、型構造は変更せずに絞り工程を追加するなど、負荷を減らす対策のみで40万台を超えても割れなくなりました。
その対策が効いたのか、最初の超硬金型の製作状態に欠陥があった可能性もありそうです。
最初の超硬金型の状態を再度確認したい思います。

ミスミのプレス金型講座の中にヒントはありませんか？
一例を下記しておきます。

■参考URL

http://koza.misumi.jp/press/2002/11/113_4.html

●質問者からのお礼

回答ありがとうございます。
ミスミのHPは確認していますが、なかなか良いのがありません。
また、今回の割れは金型ダイの割れで、加工品の割れではありません。
説明不足で申し訳ありませんでした。