鋼材とパンチング工具：強度・耐久性・性能の関係
不屈の工具鋼特性
工具鋼は通常合金よりもはるかにタフでなければなりません。硬く、耐摩耗性・耐衝撃性に優れ、摩耗を防ぐよう設計されています。マシンダイスとパンチは、当然ながらワークピース合金よりも大幅に硬く、その軟らかい金属を何らかの意味で変形させる必要があるからです。では、この鋼材は実際どれほどタフなのでしょうか。結論から言えば、不屈の剛性を備えています。
特殊熱処理炉で鋼を超剛性材料に変えることは難しくありません。炭素（最大約1%）が可鍛性鉄質物質と結合し、バナジウムやクロムなどのエキゾチックな添加元素がさらに工具鋼を強化します。この合金ファミリーの頂点にあるタングステンカーバイド製パンチとドリルビットは、機械的応力を完全に跳ね返します。衝撃、摩耗、その他あらゆる材料を損なう力にさらされても、この合金製工具はチップせず、ビジネスエンドが鈍ることもありません。
三軸方向の耐性を実証
エネルギッシュなパンチング動作をスローモーションで見ると、ハンマーが落ちる瞬間にビジネスエンドがいかに苦痛を受けるかがわかります。高張力鋼が運動エネルギーを前方へ伝達します。パンチの鈍った後端は摩耗作用で酷使され、テーパー状の前端がワークピース表面に打ち込まれます。この動作が繰り返されても、工具は鈍らず変形しません。鋼材の固有のせん断強度がパンチの破断を防ぎます。衝撃のパワーに耐えるのは耐摩耗性という特性です。つまり、この工具鋼には衝撃靭性が備わっています。同様に、ドリルビットは回転しながら内側へ切削しますが、競合する応力も切削ドリルを変形させません。
もし工具鋼が完全に剛体なら、すべての運動エネルギーが工具をより速く通過するはずです。しかし、冶金学はそう単純ではありません。工具エッジがあまりに剛体だと脆くなります。ドリルビット、ダイス、パンチの寿命は、鋼基材がこの過度に剛体な状態のままでは著しく損なわれます。この望ましくない材料特性を避けるため、母材は炭素と前述のエキゾチック金属で合金化されます。さらに、工具は対照的な方法で焼入れ・焼き戻しされます。水、油、空気、熱など、熱処理サイクルがすでに強化された工具エッジをさらに増強します。
製造プロセス