ここでは、せん断に関係する要素と、その要素が及ぼす影響について説明しています。
これらの図表は、主として、下記の文献より引用させていただきました。
前田貞三 機械工作法②塑性加工 S47.11第1版 誠文堂新光社
プレス加工データ編集委員会編 プレス加工データブック S55.1第1版 日刊工業
塑性加工研究会 プレス便覧 S35.2.第2版 丸善
木本徹男 スリット加工の理論と実際 H5.5.第1版（非売品）
その他、私が実験した結果などをあわせて紹介しています。
（注）ここにあげた書籍のほとんどは絶版し入手困難なようです。
クリアランス
上左の図は、 せん断する板厚が変わった時のクリアランスとせん断仕事量の関係のイメージを示しています。
せん断仕事量は、上右図のように、せん断荷重の大きさとせん断工程を示した「せん断図」に囲まれる面積で、「せん断を開始してから、それが完了するまでに消費するエネルギー」という意味合いです。
これは、最大せん断荷重と板厚の積で計算します。
また、 材質に伴う補正係数は、鋼板で0.4程度で、低炭素の軟鋼では0.6程度 … となっており、刃物の負担を考えると、ねばい材料のほうが刃物への負担が大きいといえます。
さらに、ここでは、板厚等の条件が変われば、それぞれに仕事量が最小になるクリアランスがあることが示されています。
シャー（せん断機）側からみると、せん断時の仕事量が小さければ、シャーへの負担が小さくなって刃物が長持ちするということになります。
だから、 刃物に対する負担を小さくすればいいのですが、最も刃物への負荷の少ないクリアランスの状態で最良のせん断面が得られる場合は少ないので、このことは、一つの基本的な考え方として覚えておくといいでしょう。
近年は特に、切断面の性状（良し悪し）が重要です。
一般的には、 これに対応するためにクリアランスを小さくとる傾向があって、これは、刃物寿命を短くしていると考えていいかもしれません。
もっともこれは一つの実験例です。
通常の切断では、板押さえ、シャー角、板支え、運動精度 … などの要素が加わって条件が変化します。
そのために、 ここに示されるクリアランス％が適正（適当）であるとは言えません。
多くのせん断に関する試験の多くは、ポンチダイスによる試験結果によるものです。
それもあって、シヤー刃によるせん断とは異なることもでてきます。
ここでは、クリアランスは何％であればいいか … などは示していません。
重要なことは、クリアランスの取り方で刃物負荷や切断面が変化しますので、せん断面を見て、クリアランスを決めるという考え方をするのが正しい調整の仕方と言えます。
特に、 サイドトリマー丸刃や高速のシャーでは、 静的に測定したクリアランスの値に対して、稼働中は、クリアランスは大きくなった状態で切断が進行していますので、それを見極める必要があります。
もしも、正確にシャー側でのクリアランス調整をしたとしても、良いせん断面が得られていないのであれば、クリアランスの取り方を変えることが必要になります。
切断面性状
一般的に、せん断面が良好かどうかは、だれやカエリが小さく、切り口が滑らかで直角に近いという状態を言います。
そして、せん断面のだれやカエリの量は、クリアランスが広くなると大きくなるのは直感的にもわかります。
ここでは、せん断面の比率が急変するところがあることが示されています。
クリアランスが小さくなるにつれて、せん断面比率が高く（せん断面の割合が多く）なります。
そして、2次せん断面（2回切りの状態）が発生してくるかもしれません。
この場合も、クリアランスを設定してから板を切るというのではなく、常に切断面の状態を見てクリアランスを調整しなければいけません。
しかし、シャーユーザーの多くは、クリアランスを小さくとることでせん断面比率が増して、それによって見かけの 「せん断面角度」や「見栄え」が良くなると考える傾向があって、そのために、小さめのクリアランスに設定することを好まれる傾向があります。
ただ、せん断面比率が増すことは、せん断中に刃物と切断材の接触時間が増えるので、刃物に対する 負荷がふえて摩耗が増加して寿命が低下することにつながるおそれがあります。
せん断過程
この図はしばしば、ポンチ・ダイスの例で説明されるものです。
ここでは、ポンチダイスに 替えて（丸穴を抜くような 閉区間のせん断ではなく） 「直刃によるせん断」の過程として説明しています。
通常の直刃によるせん断では、板押さえなどで固定された被切断材に可動刃（上刃）が下降し → 板に 接触して（図1：接触初期）→ 食い込んで行って （図2：食い込み始め） → ついにはクラックを生じて（図3：クラック発生）→ 破断し（図4）→ さらに 上刃が下降し（図5：破断）→ 完全にせん断が終わってから上刃が上昇する（図6：引き上げ） … というのが一連の 「せん断過程」になります。
ここで、図の被切断材の右側を切り離す場合を想定して、左側を「固定側」、右側を 「切り離し側」とすれば、固定側の せん断面は「上刃」が 食い込んだために生じた せん断面です（これを「上刃せん断面」という言い方をします）。
そして反対に、 切り離される側は「下刃によるせん断面」と表現できます。
この時、両側の切断面を見比べると、ちょうど反転したような外観になるはずです。
しかし一般的には、 固定側は「板押さえ」や鋼板自体の自重があって 「安定している」状態で切断が進みますが、それに対して、切り離される側は「板の支え」がないことや、上刃のシャー角があるので、切断中に 上刃によって押されながらせん断が進み、モーメントが加わって、 板に「ねじれ（ツイスト）」などが生じるような運動をします。
このために、上刃せん断面と 下刃せん断面には若干の違いが生じています。
このように、両側の2つのせん断面を見ることで様々なせん断情報が得られるますから、せん断面性状に問題があれば、両方のせん断面を見て対策を考えるのがいいでしょう。
（通常の説明においては、上刃及び上刃せん断面で説明されることが多いので、断りがなければ、以下については、それで説明しているものと考えてください。 また、丸刃では、この直刃の場合 とは若干異なりますが、ここでは、説明しません）
せん断エネルギー
先にも説明しましたが、せん断エネルギーは、せん断工程におけるせん断荷重の積分量で、すなわち、せん断線図に示される面積の 大きさであらわされています。
「 剪断エネルギー」と「せん断仕事量」も同じと考えていいでしょう。
この図でも、剪断エネルギーは、①ねばい材料のほうが大きい ②クリアランスが適正でないと、それが 大きくなる … ということになります。
せん断エネルギーを多く必要とする場合には、そのすべてがせん断に費やされないで、発熱が多くなったり、刃物に余分な負荷がかかることになります。
これは、刃物にとっては好ましくありません。
図のように、打ち抜き荷重はクリアランスの多少にかかわらず、その最高値はほとんど 変わっていません。
つまり、このデータはポンチダイスの実験値ですから、直刃の場合には、板押さえなどの 要因が加わりますので、これと同等ではないことに注意しないといけません。
直刃については、残念ながら、適当な資料がありません。
ただ、直刃などのせん断においても、クリアランスが極端に小さい場合は、 上図やクリアランスのところの図で見てもわかるように、せん断荷重が大きくなっていると思われます。
直刃での適当な実験結果が見当たりませんが、 ポンチダイスの場合には、円周の切れ刃部分に同方向の力が均等に加わります。
ところが、直刃の場合には、シャー角があり、切り離される側は板押さえで固定されないので、モーメント力が加わりながら切断が進行します。
この時、被切断材は曲がってせん断されたり、斜め切りになったりして、「見かけの板厚」が厚くなっているのと同等になっていると考えるといいでしょう。
つまり、それによって、余分なせん断力が必要になっていることも想像できます。
さらに、切り離れる側の品物の挙動や機械精度の問題から、刃物の逃げ力が大きくなると、側方力が異常に上昇します。
そして、それに伴って、せん断力が増大します。
その様子は、刃物の顕微鏡組織試験や微小硬さ試験の結果から確認できます。
これらも、文献などで公表されたものがありませんが、刃物の寿命に影響するものですので、注意しておく必要があります。
同様に、例えば、軟質材を切断したときには、通例では、刃物側面の摩耗が非常に大きく、刃物側面のダメージが増大します。
これは、 摩耗が増えると、せん断に要するエネルギーが大きくなるという結果です。
シャーの場合は、ポンチダイスの抜き型ように閉塞面での場合と違って、 切断中の側方力は大きいと考えていますので、側方力（またはせん断エネルギー）を小さくするようにすることで、刃物寿命を延ばすことができると考えられます。
この図で見ると、刃先が摩耗して丸くなって摩耗してくると、クリアランスが広くなったと同じ効果となるので、「ダレ」が大きくなります。
そしてまた、刃物が摩耗しているので、被切断材に食い込み始めるまでに時間を 要するなどの理由から、せん断エネルギーが増えると考えていいでしょう。
ここでは示されていませんが、当然、摩耗に伴って、切り口の様子は変わっているでしょう。
この図も、上図と同様の内容が示されています。
つまり、刃先が摩耗してくると、必要な せん断エネルギーが増えてきます。
そうなると、 せん断中の発熱量も増加しますので、摩耗が促進されるなどの悪影響が増加することになることを示唆しています。
せん断速度
せん断する速度が速くなると、刃物の寿命が短くなることを体感できることが多いと思います。
上図でも、せん断速度とともにせん断荷重が上昇していることがわかります。
切断する材質や厚さ、さらに、せん断速度でせん断荷重が変化していることをわかります。
クランクプレスによる直刃では、工程間で刃物が動く速度が変わります。
だから、この図のような速度の影響をとらえるのは難しいのですが、イメージとして、速度が上昇すれば、刃物のダメージが増大すると見ればいいでしょう。
特に長尺のクランクシャーでは、切り終わりに比べて切り始めの速度が速くなっていますので、切り始め側の欠けや異常摩耗等に影響する要素の一つになっているのかもしれません。
丸刃の場合では、ライン速度が上昇すると、欠けや摩耗が急に増大する例はたくさんあります。
このような刃物に対しては、じん性の高い鋼種、耐熱性に優れる鋼種が必要になります。
そうなると、耐摩耗性が低い鋼種を使用しなければならないので、別の対策ンも考えないといけなくなります。
側方力
側方力の影響については重要なのですが、適当な図表が少ないようです。
上図では、せん断線図でのせん断荷重の大きさやクリアランスで、側方力が変化しています。
また、側方力のせん断力に対する比率（F/P）は、せん断が進むにつれて増大していることが示されています。
その比率は、当初は10％程度のものが左図では40％以上に、右図では50％以上になっています。
例えば40％としても、せん断力（パワー）が３０トンのシャーでは、12トンの力で刃物を押し付けていることになりますので、無視できないものです。
側方力はせん断力に関係した力とされています。
せん断力に対する摩擦力として説明されていることもあります。
また、一般的には、せん断力の1/3程度として見積もられることも多くあります。
しかし、近年では、切断面の性状をよくする必要性から、クリアランスを小さめにとる傾向が強いために、 刃物の側面が押し付けられることによる側方力が刃先の摩耗や刃物側面に起点を持つ欠けや割れの原因になっている可能性も高くなっています。
シャー角
この図は、シャー角を５度から９度に変えた時のクリアランスとせん断力について示したものです。
通常では、20％を超えて クリアランスを設定することは稀ですので、通常範囲においては、シャー角を大きくとるとせん断荷重は小さくなると言えます。
しかし、 せん断面を改良するために、クリアランスを小さくすると、 せん断荷重は増大しますから、ここでも、クリアランスの設定は重要だといえます。
この図でも、切り口の性状を考えていないことに留意する必要があります。
通常の鋼板切断用のシャーで設計されたシャー角は、 板の曲りを押さえる必要があるために、この試験結果よりも小さな値に設定されているのが通例です。
このために、クリアランスが小さ過ぎると、定常せん断力の値が増加しています。
つまり、クリアランスを小さくすることで、シャーに負荷をかけていることもあります。
シャーによるせん断では、板を切り始めると、刃物のクリアランスが広がるような力が働きます。
このために、切りはじめの部分のせん断力は定常せん断力よりも高い場合が発生してしまうことも想定されます。
切り始め部分で刃欠けがおきやすいという例を聞くことがありますが、これは、シャーのガタが多くなってきて、シャーの剛性が十分でない場合にこの傾向が顕著です。
シヤーの精度が原因で、刃欠けが発生しやすくなるということもいえます。
