(57)【要約】【課題】ブランクに限界絞り比近くの角筒深絞り加工を施す際、金型条件等を考慮しつつ、成形速度を早くして生産性を高めた金属板の角筒深絞り加工方法を提供する。【解決手段】ダイスとブランクホルダーにより固定された被加工金属板にパンチを押し込んで角筒深絞り加工する際に、コーナー部をカットしたブランクを用い、ダイスとブランクホルダーの間の直辺部に、当該直辺部フランジ材料の流入抑制作用を有するビードが無い条件のもとでは、加工初期ではパンチ押込み速度を速く、パンチの押込み位置が２／３×成形高さの位置に達する以前の時点で、パンチ押込み速度を加工初期の速度よりも遅くする。【選択図】図４
2009090318.tif 000002
【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金属板にパンチを押し込んで角筒深絞り加工する際に、コーナー部をカットしたブランクを用い、ダイスとブランクホルダーの間のブランク直辺部にビード無しの条件で、加工初期ではパンチ押込み速度を速く、パンチの押込み位置が２／３×成形高さの位置に達する以前の時点で、パンチ押込み速度を加工初期の速度よりも遅くすることを特徴とする金属板の角筒深絞り加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り加工時の加工中期以降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角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、メカプレスに対して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（例えば非特許文献１参照）。
さらに最近では、例えば特許文献１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】
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。
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、スライドの正転、逆転、停止、速度切替え等を、任意に行うことができる。また、打抜き時の加工速度を遅くすることによって騒音の低減や、型寿命の向上なども期待できる。
【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、すなわち生産性良く絞り加工を行うに当って、どのスライド位置での成形速度を早くすることが有効である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、角筒における限界絞り比近くのブランクサイズで角筒深絞り加工を施す際、金型条件等を考慮しつつ、成形速度を早くして生産性を高めた金属板の角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】
本発明の金属板の角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金属板にパンチを押し込んで角筒深絞り加工する際に、コーナー部をカットしたブランクを用い、ダイスとブランクホルダーの間のブランク直辺部にビード無しの条件で、加工初期ではパンチ押込み速度を速く、パンチの押込み位置が２／３×成形高さの位置に達する以前の時点で、パンチ押込み速度を加工初期の速度よりも遅くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明方法では、壁割れのおそれがない領域では加工速度を速く、壁割れが発生しやすい領域においては加工速度を遅くして、生産性の低下を招くことなく成形性を向上させている。
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、ブランクに角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。
一般的に四角形のブランクに角筒深絞り加工を施すとき、パンチ肩部での割れの発生を防止するためにコーナー部をカットした板材をブランク材とすることがあるが、コーナーカット量が大きくなると、コーナー部と直辺部のフランジ材料の流入差が大きくなって壁割れが発生し易くなる場合がある。そこでコーナー部と直辺部のフランジ材料の流入差を小さくするために、直辺部にビードを設けて直辺部の材料流入を抑制する方法がとられることがある。しかし、ビードを設けた場合、製品にする前にビード部分を後からカットしなければならず、その分材料コスト上昇の一因となる。このため、材料コスト上昇を避けるためにビードを設けずに加工を行うような場合には、壁割れを防止するためにコーナーカット量を細かく管理してコーナー部と直辺部のフランジ材料の流入バランスを調整しているのが実情となっている。
【００１１】
また、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、局部的に歪みが集中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、四角形のブランクのコーナーカット量が適切でないために、コーナー部と直辺部のフランジ材料の流入差が大きくなって壁割れが発生し易い条件で、かつダイスとブランクホルダーの間のブランク直辺部に当該直辺部フランジ材料の流入抑制作用を有するビードを設けない条件のもとで、絞り成形性に影響の大きい領域のみで成形速度を遅くし、絞り成形性には関係ない領域での成形速度を速くすることを検討した。
検討の結果、コーナー部をカットした四角形のブランクにビードが無いために壁割れが発生し易くなった角筒深絞り加工条件下においては、加工初期の加工速度を速くし、加工終期の加工速度を遅くすることで壁割れの発生が抑制され、生産性が確保できることがわかった。
以下に、その詳細を説明する。
【００１２】
一般的に角筒深絞り加工は、図１に示す通り、所定の縦横長さと所定のコーナー半径及び肩半径を有するダイス１と、所定の縦横長さと所定のコーナー半径及び肩半径を有するパンチ２を用い、板厚ｔのブランク３を板押え４でダイス１に押圧した状態で、パンチ２をダイス１に押し込むことによって成形している。
ところで、深絞り加工時における代表的な割れは、パンチ肩部での割れである。通常、パンチ肩部の破断耐力と縮みフランジ部の絞り抵抗力の大小関係によって割れが発生するかどうかが決まってくる。一般的に、パンチ肩部の破断耐力が縮みフランジ部の絞り抵抗力よりも大きい場合は割れずに加工でき、縮みフランジ部の絞り抵抗力がパンチ肩部の破断耐力よりも大きい場合はパンチ肩部で割れが発生する。
四角形ブランクを角筒深絞り加工する際にも円筒絞り加工と同様にパンチのサイズに比べてサイズの大きいブランクを用いてより深く絞ろうとするほど、パンチ肩部に割れが生じやすくなる。
【００１３】
しかし、ダイスの肩半径が被加工金属板の板厚に比べて比較的に小さく、また、パンチの肩半径がダイスの肩半径に比べて十分に大きい場合、深く絞ろうとすると深絞り中期から後期にかけてパンチ肩部ではなく壁部に割れが発生することがある。パンチの肩半径が十分に大きい場合には、パンチ肩部でのひずみの集中が起こり難いために、加工初期でのパンチ肩部での割れが発生し難くなっていると推測される。
一方、コーナー部の材料は縮みフランジ変形を受けながらダイスキャビティ内へ流入し、壁に入ってからは平面歪みに近い引張変形を受ける。
【００１４】
ダイスの肩半径がパンチの肩半径に対して十分に小さく、かつ被加工金属板の板厚に比べて比較的小さく、さらにブランクサイズが大きい場合、コーナー部ではフランジの縮み変形やダイス肩部での曲げ・曲げ戻し変形が大きくなるため、加工中期以降にフランジがダイスキャビティ内へ流入し、コーナー部の縦壁部となる部位の材料が大きなダメージを受け、破断耐力が低下する。すなわち、ダイスの肩半径が被加工金属板の板厚に対して十分に小さい状態で深絞り加工を行った場合、加工中期から後期にかけてコーナー部の絞り縦壁部に割れが発生しやすくなる。
【００１５】
前記した通り、コーナーカットを施した四角形ブランクを角筒深絞り加工する際には、コーナー部と直辺部のフランジ材料の流入差が大きくなって壁割れが発生し易くなる。
そこで、予備実験として、図２に見られるような、正四角形のパンチを用い正四角形のブランクにビード無しの角筒深絞り加工を、板厚０．８ｍｍの鋼板を試験材とし、ブランクサイズ及びコーナーカット量を種々変えて行ってみた。なお、パンチサイズは１００×１００ｍｍ、コーナーＲ１０ｍｍとした。そして、１４０ｋＮのしわ押え力を付与し、比較的速い速度である２００ｍｍ／秒なるスライド速度で加工を行った。
その結果、図３に見られるような結果が得られた。図３中、ＯＫは成形可能、αはパンチ肩破断、ＷＢは壁割れであったことを示す。
【００１６】
ブランクサイズが２００×２００ｍｍの場合、コーナーカット量が５０ｍｍを超え８０ｍｍ未満で壁割れが発生している。コーナーカット量が５０ｍｍを超え８０ｍｍ未満の範囲では、直辺部に比べてコーナー部のフランジの流入が遅れて壁割れが発生したと推測される。コーナーカット量が５０ｍｍ以下であったり、８０ｍｍ以上であれば壁割れを発生させることなく、角筒深絞り成形が可能である。ブランクサイズが２００×２００ｍｍの場合、８０ｍｍ以上となるようにコーナーカットするとコーナー部での材料不足となり壁割れが発生する前に成形が終了するため、所望の成形高さが得られなくなる。
また、ブランクサイズが２５０×２５０ｍｍの場合、コーナーカット量が２５ｍｍを超えると、壁割れが発生している。なお、ブランクサイズが２５０×２５０ｍｍを超えるとパンチ肩で割れが発生している。
【００１７】
ここで、コーナーカット及びその量と壁割れ発生との関係について考察しておく。
直辺部のフランジは加工中にダイスとしわ押えの間で摺動しながらダイスキャビティへ向かって移動する。一方、コーナー部のフランジは加工中にダイスとしわ押えの間でダイスキャビティへ向かって移動する際に縮みフランジ変形を伴う。この縮みフランジ変形は大きな変形抵抗が発生し、コーナー部のフランジ材料がダイスキャビティ内へ流入するのを阻害する。
コーナーカットが無い場合、コーナー直近の直辺部のフランジ材料が流入する際に、同時にコーナー部のフランジ材料を引込む効果があり、その結果、コーナー部の流入抵抗が減って加工中期以降での壁割れが発生し難くなる。一方、コーナーカットすることによりコーナー部直近の直辺部の材料が存在しなくなり、直辺部のフランジ材料が流入する際のコーナー部のフランジ材料を引込む効果が得られなくなる。その結果、コーナーカット量が所定量以上になると、直辺部とコーナー部とのフランジ流入の差が大きくなってコーナーの縦壁部に大きなせん断力が生じて壁割れが発生することとなるものと考えられる。
【００１８】
四角形ブランクにフランジ材料の流入抑制作用を有するビードを設けず、しかもコーナーカット量が適切でないために壁割れが発生し易くなった角筒深絞り加工条件下においては、成形速度（加工速度）が速いと歪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集中し割れが発生しやすい。また変形による加工発熱が大きくなり、被加工材料の破断耐力が一段と低下することになって、壁割れが発生しやすくなる。
このような壁割れは、加工速度を遅くすることにより抑えることができる。すなわち、加工速度を遅くすることにより歪みの局部的な集中を避け、かつ加工発熱を抑え、その結果として被加工材料の破断耐力の低下が抑制され、壁割れの発生が抑制される。
【００１９】
加工速度を遅くするタイミングの設定の詳細は実施例の記載に譲るが、本発明では、図４に示すように、パンチの押込み位置Ｈが遅くとも２／３×成形高さに達する以前の時点とする。
加工初期における成形速度は、２００ｍｍ／秒程度とすることが好ましい。また、加工速度を遅くした際の成形速度は１０ｍｍ／秒程度とすることが好ましい。加工初期における成形速度を、２００ｍｍ／秒程度と速くすることにより、１ストロークの加工時間全体もメカプレス法と同程度となり、遜色のない生産性を確保することができる。
【実施例】
【００２０】
実施例１；
供試材として、板厚０．８ｍｍのＳＵＳ３０４焼鈍鋼板を用いた。
金型には、パンチサイズ：１００×１００ｍｍ、ダイスサイズ：１０２．５×１０２．５ｍｍであって、コーナーＲは１０ｍｍとしたものを用いた。なお、パンチ及びダイスの肩Ｒはそれぞれ１０ｍｍ、５ｍｍとした。
そして、２００〜２７０ｍｍ四方のブランクに、適宜サイズのコーナーカットを施し、１４０ｋＮのしわ押え力を付与して成形高さ６５ｍｍまでの角筒深絞り加工を、スライド速度を２００ｍｍ／秒と１０ｍｍ／秒とで途中に変更する態様で行った。
この内、可変モーションＡは加工前半を速く加工後半を遅くしたものであり、可変モーションＢは加工前半を遅く加工後半を速くしたものである。なお、変更の時点は成形高さ６５ｍｍの２／３高さに相当する４３ｍｍとした。
【００２１】
各深絞り加工を行ったときの割れの発生状況を観察し、ブランクサイズ及びコーナーカット量と割れ発生の関係を調査し、表１，２として整理した。
なお、表１，２中、何の問題なく成形できたものを○で、パンチ肩部に破断が起きたものをαで、そして壁に割れが発生したものをＷで示している。
表１，２に示す結果からもわかるように、可変モーションＢ、すなわち加工前半を遅く加工後半を速くした場合に壁割れが発生しやすく、可変モーションＡ、すなわち加工前半を速く加工後半を遅くした場合に壁割れが発生し難くなっている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
実施例２；
実施例１と同じ供試材と金型を用い、２００〜２７０ｍｍ四方のブランクに、適宜サイズのコーナーカットを施し、１４０ｋＮのしわ押え力を付与して成形高さ６５ｍｍまでの角筒深絞り加工を、スライド速度を２００ｍｍ／秒と１０ｍｍ／秒とで途中に変更する態様で行った。
この内、可変モーションＣは加工前半を速く加工後半を遅くしたもので、切替えの時点は成形高さ６５ｍｍの１／２高さにしたものであり、可変モーションＤは加工前半を速く加工後半を遅くしたもので、切替えの時点は成形高さ６５ｍｍの３／４高さにしたものである。
そして、実施例１と同じ評価を行った。その結果を表３，４に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
【表４】
2009090318.tif 000006
【００２７】
表３，４に示す結果からもわかるように、可変モーションＤ、すなわち切替えの時点は成形高さ６５ｍｍの３／４高さにした場合に比べて、可変モーションＣ、すなわち切替えの時点は成形高さ６５ｍｍの１／２高さにした場合の方が、壁割れが発生し難くなっている。
実施例１，２の結果を併せると、加工初期ではパンチ押込み速度を速く、加工後期では加工初期の速度よりも遅くする切り替えのタイミングを、図４に示すように、パンチの押込み位置Ｈｃが成形高さＨｐに対してその２／３の高さ位置に達する以前の時点とする必要があることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】深絞り加工に用いた金型を表した図
【図２】予備試験に用いたブランク形状とパンチ形状の関係を示す図
【図３】ブランクサイズ及びコーナーカット量と成形性の関係を示す図
【図４】深絞り加工の成形過程を表した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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