プレスでの打抜き時の熱について

Question

初めて質問します。
現在SUS304L 6?厚をプレス金型にて打抜きトライをしています。
そこで教えていただきたいのですが、

１．非常に熱が発生しますが、プレス打抜き時の熱の発生メカニズムについて教えてください。なぜ熱がでるのでしょうか？

２．いい加工油がみつかっていません。加工油はどのようなものがいいのでしょうか？破断面の要求があり、クリアランスはきつめ設定です。

質問の仕方に不備があるかもしれませんが、先輩方のご指導をお願いいたします。

Accepted Answer

どの程度の熱が発生するか、試算してみましょう。

参考URLの例題を参考にして、
仮に、□152mm の SUS304L 板から、外径φ125、内径φ75の丸ワッシャー
を総抜型で抜く場合のせん断力は、
　外径部分　　6 mm Ｘ（125 mm Ｘπ）Ｘ 55 kgf/mm2 ＝ 129590 kgf
　内径部分　　6 mm Ｘ（ 75 mm Ｘπ）Ｘ 55 kgf/mm2 ＝  77754 kgf

総抜型なので 129590 kgf＋ 77754 kgf＝ 207344 kgf 
これを、ニュートンの単位に直すと、
せん断力：　207344 kgf×9.8 m/s2 ＝ 203197 N ＝ 2031 kN

せん断の過程において、せん断力が発生するのは、パンチが板厚の1/2程度
まで進入区間とすると、先に計算したせん断力と、その間の移動距離との
積が、機械的なエネルギーとなります。

機械的エネルギー：せん断力×移動距離
　　　　　　　　＝ 2031 kN × 1/2 × 6 mm ＝ 6093 Nm ＝ 6093 J

もとの材料の質量は、
　15.2 cm × 15.2 cm × 0.6 cm × 7.93 g/cm3 ＝ 1099 g
この材料の熱容量は、
　1099 g × 0.59 　J／(g・K)）＝ 648.4 J/K

先に計算した機械的エネルギーは、最終的には熱エネルギーに形が変わり、
材料の温度上昇という結果をもたらします。

加えられた熱エネルギー ÷ 熱容量 ＝温度上昇 の関係がありますから、

6093 J ÷  648.4 J/K ＝ 9.4 K 程の温度上昇があると計算できます。

なお、上記の温度上昇の値は、せん断の過程が終わって、切断部で発生した
熱が、材料全体に伝搬した後の平均温度上昇であって、せん断直後の切断
部の温度上昇は、上記の値よりも遙かに高い値となるものと想定されます。

上記計算は、現象を単純化してありますし、代入した数値も一般に知られて
いる値ですので、実際の状況を適切に反映できているか不明です。従って
得られた数値が、現実のものと異なっている可能性があることをご理解く
ださるようにお願いします。

Answer

> 発熱の理屈がわかりました。
であるなら、速やかに評価して閉じましょうよ。

Answer

SUS304Lは、比較的硬く粘りがある材質です。

材料をせん断カットする場合、せん断力で塑性変形させ、破断させカットします。

これは、引張試験の応力・歪み線図に似ています。

塑性変形する場合に、粒子が滑り発熱します。

これは、冷間鍛造(冷鍛)で、発熱することと同じです。

また、針金を工具無しで切断する場合に、針金をへの字逆への字と連続変形させ、加工硬化で

切断させますが、その時に切断面は発熱していますとも同じです。

加工油に関しては、原則使用不可なので、冷却システムを組み込むにて対処していました。

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