(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスとブランクホルダーにより固定された被加工材料にパンチを押し込んで円筒深絞り加工する際に、パンチが材料に触れる直前に成形速度を遅くし、ダイスとブランクホルダーで挟み込まれているフランジ部分が移動しない初期の張出しが完了しダイスとブランクホルダーで挟み込まれているフランジ部の材料がダイスキャビティに流入し始めた後に成形速度を速くすることを特徴とする金属板の円筒深絞り加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り加工初期の成形速度を遅くして深絞り成形性を向上させた金属板の円筒深絞り加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板厚の薄い金属板素材から、円筒，角筒，半球状等、継目のない有底形状の容器を製造する方法として、パンチ，ダイス又はこれに代わる冶具を用いて深絞り加工する方法が多用されている。
深絞り加工方法ではプレス装置が用いられ、加工対象の薄板ブランクをプレス機械のダイス上にブランクホルダーで固定し、ブランクホルダーにしわ押え力を加えながらパンチを下降，上昇させることにより、ブランクをパンチ形状に変形させるものである。
そして、プレス機械のプレス方式としては、従来、油圧プレスとメカプレスの二方式が採用されている。
【０００３】
油圧プレスは低速成形が可能であるため深絞り加工に適しているが、生産性が低い。これに対して、メカプレスは加工速度が速いため生産性に優れるという利点がある。その反面、加工速度が速いと加工対象の材料に割れが生じやすくなるという難点がある。このため、メカプレスに深絞り加工性を向上させるために、リンク機構を付設して絞り成形中の加工速度を遅くしたリンクモーションプレスも使用されている（例えば特許文献１参照）。
さらに最近では、例えば特許文献２に見られるように、駆動源にＡＣサーボモータを用いてスライドモーションを任意に設定可能なサーボプレスも使用されている。
【非特許文献１】中田裕康著，「プレスの理論と実際」，（株）コロナ社，1973年2月20日，p.171
【特許文献１】特開２００２−２６３７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、メカプレスの代表的なものにクランク機構を用いたクランクモーションプレスがある。クランクモーションプレスでの成形速度、すなわちダイス又はパンチを着脱可能に取り付けたスライドの移動速度、通称スライド速度は、機構上スライドの移動長さの中間付近が最も速い。そして、下死点に近づくにつれて遅くなり、下死点では速度はゼロとなる。したがって、深絞り加工を行おうとすると、下死点より高い位置から深絞り加工が開始されるため、加工初期のスライド速度が速くなって加工割れが生じやすくなる。
【０００５】
クランク機構に対して、機械的に特定の範囲だけ理想的な速度にできる機構がリンク機構である。このリンク機構を使って、スライド速度を高速から低速へと、滑らかに変化させて加工にあった速度で加工を行い、加工後は高速に上昇させるリンクモーションプレスがある。
リンクモーションプレスは、プレス加工の速度依存性を利用して絞り性を向上させたり、成形性を向上させたりすることができる。しかし、リンクモーションプレスのスライドの変位，速度変化などの特性は、通常リンクの構造や寸法割合などによって決定されている。このため、通常スライドモーションは１パターンのみで、様々な深さの絞り加工に対して全てに対応するには限界がある。
【０００６】
メカプレスに対して、最近、使用頻度が高くなっているサーボプレスは、駆動源にＡＣサーボモータを用いているため、スライドモーションを任意に設定することができる。また、打抜き時の加工速度を遅くすることによる騒音の低減や、型寿命の向上なども期待できる。
これまで、絞り加工では加工中のスライド速度は遅い方が良いとされており、リンクモーションなどでも下死点まで、すなわち絞り加工が終了するまでスライド速度が遅く、下死点を過ぎてからスライド速度が速くなるモーションとなっていた。
【０００７】
サーボプレスでは、スライドモーションを任意に設定することができるものの、実際にはどのスライド位置が絞り加工性に影響を及ぼすかについて把握できていなかったため、絞り加工に対してサーボプレスの特性を活かしきれていなかった。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ブランクに円筒深絞り加工を施す際、パンチが材料に触れる直前に成形速度を遅くし、初期の張出しが完了しフランジ外周が流入し始めた段階で成形速度を上げることにより、生産性を高めた金属板の円筒深絞り加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の金属板の円筒深絞り加工方法は、その目的を達成するため、ダイスとブランクホルダーにより固定された被加工材料にパンチを押し込んで深絞り加工する際に、パンチが材料に触れる直前に成形速度を遅くし、ダイスとブランクホルダーで挟み込まれているフランジ部分が移動しない初期の張出しが完了しダイスとブランクホルダーで挟み込まれているフランジ部の材料がダイスキャビティに流入し始めた後に成形速度を速くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明方法により、サーボプレスを用いて油圧プレス並みの加工性を有し、メカプレス以上の生産性で加工を行うことが可能となり、結果的に作業コストの低減化に資することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者等は、ブランクに円筒深絞り加工を施す際に生産性を高めることができるプレス法について検討した。
一般に絞り加工時の成形速度が速くなると、歪みが周囲に伝播するよりも先に変形が進行するため、局部的に歪みが発生して割れに到る場合が多い。単に絞り加工中の成形速度を遅くするだけでは、油圧プレスと同様、生産性が悪くなる。
そこで、絞り成形性に影響を及ぼさない領域で、成形速度を速くすることを検討した。
検討の結果、パンチが材料に触れる直前に成形速度を遅くし、初期の張出しが完了しフランジ外周の材料流入が始まった段階で成形速度を上げることにより、生産性を低下させずに深絞り成形性が向上することがわかった。
以下に、その詳細を説明する。
【００１１】
ダイス２とパンチ３を備えたプレス装置でブランク１に円筒深絞り加工を行う際、加工されるブランク側からみると、当該深絞り加工は図１に示されるような４段階に分けることができる。
すなわち、（ａ）の絞り前段階では、材料となるブランク１がブランクホルダー４上にセットされている状態。（ｂ）の絞り極初期段階では、ダイス２が下降してきてブランク１に接触し、その後ブランク１を介してブランクホルダー４を押下げ、ブランク１がパンチ３に接触してパンチ３頭部の部分の成形が行われる。この段階では、ブランク１の外周径は変化しない。言い換えると、ダイス２とブランクホルダー４で挟み込まれているフランジ部分は移動せず、パンチ頭部に接触している部分の材料が、風船を膨らませるかのごとく張出されて成形される。
フランジ部が流入せずに、パンチ頭部の張出し成形が行われるのは以下の理由による。
【００１２】
フランジ部は、しわの発生を防止する目的でダイス２とブランクホルダー４の間でしわ押え力をかけて挟まれている。フランジ部の材料は、パンチ頭部の材料がパンチ３によって押し上げられることにより（図１の場合は、ダイス２が下降してくる。）、ダイキャビティに引き込まれることになる。このとき、フランジ部にはしわ押え力が加えられているため、フランジ部を流入させるためには、パンチ３が「縮みフランジに要する変形力」＋「ダイス−フランジホルダー間を移動する摺動抵抗力（しわ押え力も考慮した力）」以上の力でパンチ頭部の材料を押し上げる必要がある。
【００１３】
パンチ頭部が材料に接触してパンチ頭部の材料を押し上げる際、パンチ頭部の材料強度が弱いため、始めに材料がパンチ頭部の形状にフィットする形に塑性変形し（ｂ）、当該部位の材料が加工硬化してくると歪がフランジ部まで伝播し、遅れてフランジ部の材料を引き込むことになる（ｃ）。
フランジ部が動き出す瞬間は摩擦抵抗が大きい（最大静止摩擦力が作用）ため、特に大きな力を必要とする。このとき、スライド速度が速いと、歪みが伝播するよりも先に変形が進行するために局部的に歪みが集中し加工割れが発生しやすい。
【００１４】
一般に、速いスライド速度で絞り加工を開始すると、パンチ肩部の材料がくびれる、いわゆるショックラインが発生する。このくびれが大きい場合には絞り途中にこの部位から割れが発生することがある。
一旦、フランジ部が動き出した後は、比較的小さな力でもフランジ部がダイキャビティに流入することが可能になる。このため、（ｃ）の段階以降ではスライド速度を速くしても成形性にはほとんど影響しない。
【００１５】
通常、メカプレスではクランクモーションもリンクモーションも絞り始め段階ではスライド速度が速く、下死点に向かうにつれてスライド速度が遅くなっている。
これに対して、本発明は、逆に金型が材料に触れる直前に成形速度を遅くして、フランジ部の材料がダイスキャビティに流入し始めた後に成形速度を速くすることにより、生産性を低下させずに深絞り加工性を向上することができたものである。
【実施例】
【００１６】
供試材として、表１に示す成分組成と表２に示す機械的特性を有する板厚０．８ｍｍの冷延焼鈍板を用いた。
金型には、パンチ径：φ１５０ｍｍ、ダイス径：φ１５２ｍｍ、ダイＲ：３ｍｍ、パンチＲ：１０ｍｍのものを用いた。
３１０ｍｍ□でその角部をカットした正八角形の前記供試材からなるブランクに、成形高さ１３０ｍｍの円筒深絞り加工を、スライド速度を種々変更して行った。そして、しわが発生しない下限のしわ押さえ力と破断の発生しない上限のしわ押さえ力の範囲、いわゆる成形可能範囲を求めた。なお、成形可能範囲は広いほど金型、材料、プレス機などに起因する変動要因による不具合の発生を回避できるため、量産プレスでの安定性に優れるものとして評価できる。
【００１７】
0004822790.tif 000002
【００１８】
0004822790.tif 000003
【００１９】
成形モーションとして、（１）メカプレスモーション，（２）油圧プレスモーション，（３）ソフトタッチモーション１及び（４）ソフトタッチモーション２の４つのパターンで円筒深絞り加工を行った。なお、各成形モーションとも１サイクルに要する時間は全て同じ８秒とした。
各成形モーションでの時間に応じたスライド位置を図２に示している。
絞り初期のスライド速度は、（１）のメカプレスモーションが最も速く、次に（２）の油圧プレスモーション、最も遅いのが（３）のソフトタッチモーション１と（４）のソフトタッチモーション２である。（３）のソフトタッチモーション１は、絞り極初期のスライド速度は遅いものの、フランジ部が動き出すよりも早くスライド速度を上げるモーションであり、（４）のソフトタッチモーション２は、フランジ部が動き出した後にスライド速度を上げるモーションである。
なお、本実施例のソフトタッチモーション２では、絞り開始後、パンチ径１５０ｍｍ×０．２５＝３７．５ｍｍの高さ分絞った後にスライド速度を上げている。また図中の１３０ｍｍが、最終的な絞り高さである。
【００２０】
試験結果を表３に示す。
絞り初期のスライド速度が最も速いメカプレスモーションで円筒深絞り加工を行ったところ、しわが発生するところまでしわ押さえ力を下げても割れの発生は防止できず、成形可能なしわ押さえ範囲は存在しなかった。メカプレスモーションに次いでスライド速度の速い油圧プレスモーションで円筒深絞り加工を行ったところ、しわ押さえ力が５０〜７０ｋＮの範囲でしわも割れもなく加工できたことから成形可能範囲は２０ｋＮとなった。絞り初期のスライド速度が遅いソフトタッチモーションにおいて、フランジ部が動き出すよりも早くスライドモーションを上げるソフトタッチモーション１，ソフトタッチモーション１改では、成形可能範囲は油圧プレスモーションと同じ２０ｋＮであった。
これに対して、フランジ部が動き出した後にスライド速度を上げるソフトタッチモーション２，ソフトタッチモーション２改では、両者ともしわ押さえ力が５０〜１３０ｋＮの範囲でしわも割れもなく加工できたことから成形可能範囲は８０ｋＮで油圧プレスモーションの４倍もあり、絞り成形性に優れることがわかった。
【００２１】
0004822790.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】深絞り加工を段階に分けて説明する図
【図２】深絞り加工時の各成形パターンでのスライド速度を説明する図
【符号の説明】
【００２３】
１：ブランク      ２：ダイス      ３：パンチ      ４：ブランクホルダー      
【図１】
0004822790.tif 000005
【図２】
0004822790.tif 000006