金属は熱を加えると膨張し、冷めると収縮を行います。この現象については以前このサイトでもご紹介しました。

https://r.goope.jp/matobaseisakusyo/info/6611344

レーザ切断も熱を利用しているためにどうしても熱影響を受けてしまいます。たまに「レーザ切断ではどのくらいの精度で加工することが出来ますか？」というお問い合わせをいただくことがあります。まず工作機械で求められているような±0.01などのような精度は出せません。

例えば上図の外形は同じ大きさですが、右側は多くの穴加工を行ってから外周を切ることになります。外周を切断する前に穴加工を行っている際に蓄積した熱の影響をうけて材料自体も熱くなっています。そのため切断後しばらくすると、左側の製品に比べて右側の製品は小さくなります。また左側の製品でも一定の大きさの材料から1個取る場合と、多くの数を加工する場合でも材料の温まり方が違ってくるので、最後のほうになるにつれ、熱影響をうけることになり、厳密なことを言うと寸法は最初のものに比べて小さくなる傾向が出てきます。

また形状によっても熱の影響を大きく受けます。細長い形状についてもレーザ加工は実は苦手ですし、同じ形状でも切断方向によっても歪み方が異なります。第23巻第6月号にちょうどいい熱ひずみの説明がありました。

突起の幅が板厚の10倍以上の場合はさほど問題にはなりませんが、2から3倍以下の場合は大きく影響してきます。

レーザ切断のみで高精度を出そうとすると、何回かテスト加工を行ってどれくらい正規の寸法からずれているのかを確認してから切断する必要があります。

ただ、前工程である程度の大きさにレーザ切断を行って加工しておき、その後で機械加工を行うことで、最初から機械加工を行うよりもコストダウンができるというやり方もあるみたいです。

https://youtu.be/8Y-yJwa3KVQ?si=rueycOi4IRiLLm54&t=523

またレーザ切断による熱歪をうまく利用したのがアマダさんが紹介されているソフトジョイントです。

https://www.youtube.com/watch?v=gWsk_FaDJr8

熱の影響をどれだけ抑えるか、どう利用するかなどがレーザ加工業者の腕の見せ所ということになります。

材料を任意の幅に切断するときにはシャーリングと言う機械を使います。

詳しくはアマダさんの「板金基礎講座 第4回シャーリング加工」をご参照ください。

https://www.sheetmetal.amada.co.jp/column/course/basis04/

そこからちょっと写真を拝借してシャーリングはこんな機械です。

簡単な構造を示すと下記のようになります。

任意の長さにバックゲージを移動させると、下刃（ダイ）の右端からバックゲージまでの長さの製品幅を切断することが出来ます。

この工程にも「てこの原理」がかかわっています。

この図は材料に上刃（パンチ）が当たった瞬間を模式化したものです。

板を切断しようとするパンチの刃の部分（図の左側）が力点、ダイの刃先部分（図の右側）が支点になります。

これによって、支点を中心に回転し、この支点よりも左側の材料は浮き上がろうとしますので、ダイ状の材料には作用点が存在することになります。

実際は材料が浮き上がらないように板押さえがしっかり抑え込みますので、パンチ、ダイの刃先が材料に食い込み切断することが出来ます。

この時、クリアランスが狭いとパンチには大きな力が必要となりますし、広いとそれよりは小さい力で切断することが可能ということになります。

この時のクリアランスの設定は、材質や板厚によってせん断する力は異なりますので、この切断加工において大変重要なものになります。

この設定を間違えると、金型の破損と言った問題や、製品の切断面の品質問題などに大きな影響が出てきます。

詳細は先に紹介したアマダさんの「板金基礎講座 第4回シャーリング加工」やIPROSさんのサイト「せん断加工とは？プレス加工の基礎知識6」、アイアール技術者研究所「せん断かこうとは？切断面の状態、クリアランスなど基礎知識を早わかり解説！」をご覧いただけたらと思います。

せん断加工とは？プレス加工の基礎知識6

https://marketing.ipros.jp/contents/basics/basic-press-working6/

せん断加工とは？切断面の状態、クリアランスなど基礎知識を早わかり解説！

https://engineer-education.com/production-engineering-13_shearing-basic/