(57)【要約】【課題】  アルミニウム合金板材の絞り成形において、成形性向上及び生産性向上の両面から見て加工速度を上昇させることが強く望まれているにも拘らず、割れ、しわといった成形不良の発生の問題から現実には絞り加工速度は余り上げられないでいるのが実情である。【解決手段】  スライドは上死点から下死点までの全ストロークを一定の速度で下降させるのではなく、上型ダイとワークとが当接する時のスライドとクッションパッドの相対速度は低くすることにより、クッションパッドに接続されたブランクホルダーと前記上型ダイとでワークの一部を狭持することによるワークしわ押え力を確実に発生させるようにすると共に、前記当接後は前記スライドの下降速度を高めることにより、ワークの下方位置に固定された下型パンチと前記上型ダイとで行なうワークの絞り成形の加工速度を高めるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーと前記上型ダイとでワークの一部を狭持することによりワークしわ押え力を発生させた後、前記スライド及び前記クッションパッドを同時に下降させることによりワークしわ押え力を保持しつつワークの下方位置に固定された下型パンチと前記上型ダイとでワークの絞り成形加工を行なうアルミニウム合金板材のプレス成形方法において、前記上型ダイとワークとが当接する時のスライド下降速度Ａよりも、前記スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度Ｂを高くしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
【請求項２】
請求項１において、上型ダイとワークとが当接する時のスライド下降速度Ａに対する、スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度Ｂの最大値Ｂｍの比Ｒ＝Ｂｍ／Ａを１．２以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
【請求項３】
請求項２において、Ｒを１．７以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
【請求項４】
請求項１において、Ｒを３．０以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
【請求項５】
請求項1のアルミニウム合金板材が破断伸び20%以上、引張強さ200MPa以上である5000系もしくは6000系アルミニウム合金板材であることを特徴とする成形パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形方法及びその成形パネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費削減のために車体の軽量化が進められている。その対策の一つとして、従来、軟鋼板等のプレス絞り成形パネルが用いられていた自動車ボディシートに、より軽量なアルミニウム合金板材のプレス絞り成形パネルを用いることが行われている。しかし、アルミニウム合金板材は、軟鋼板と比べるとプレス絞り成形性が劣り、自動車ボディシートの中でも複雑な形状を有する部位や深い側壁を有する部位を一体成形することができず、アルミニウム合金板材の適用には制約があった。このことから、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形性を向上させる加工方法の開発が強く望まれている。
【０００３】
図１には摩擦磨耗や潤滑の分野でよく知られたストライベック線図を示す（下記非特許文献１）。横軸は潤滑油の粘度ηと摺動面の相対速度Ｖの積を面圧Ｐで割った値である。この線図においてＡからＤの領域では、相対速度Ｖを速くすることで摩擦係数μを小さくすることができる。一般的にプレス成形における潤滑状態は、境界潤滑から混合潤滑の領域にあると言われている。
【０００４】
そして、プレス成形において、ダイやブランクホルダーとワーク間の摩擦係数を低減することは、成形性を向上させる手段としてきわめて有効である。これらのことからプレス成形において、加工速度を上昇させることが、成形性を向上させる有効な手段として期待される。
【０００５】
また、加工速度を上昇させることは、生産性を向上させる点からも望ましいことである。
【０００６】
上記した理由から、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形加工において加工速度を上昇させることが強く望まれている。本発明は、この目的を達成するためになされたものであるが、結果的にいうと、後述するようにプレス成形装置の中でも特にサーボプレス機に大きく着目するところとなった。サーボプレス機に関する各種特許文献や非特許文献としては、下記特許文献１〜４及び非特許文献２などが有る。
【特許文献１】特開平１０−２７７７９７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１２２９９７号公報
【特許文献４】特開２００６−２５５７８７号公報
【非特許文献１】『潤滑の物理化学』桜井俊男、幸書房、１９７４年、ｐ．１９
【非特許文献２】『塑性と加工』第４７巻、第５４６号、２００６年、ｐ．１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した通り、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形加工において、加工速度を上昇させることが強く望まれている。
ところが一方で、絞り加工速度を上昇させると、割れ、しわといった成形不良が発生し易くなってしまう場合が多い。
【０００８】
そこで、アルミニウム合金板材の絞り成形において、前述のように成形性向上及び生産性向上の両面から見ると加工速度を上昇させることが強く望まれているにも拘らず、割れ、しわといった成形不良の発生の問題から現実には絞り加工速度は余り上げられないでいるのが実情である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記の課題を解決して、割れ、しわといった成形不良の発生を抑制しつつアルミニウム合金板材の絞り加工速度を上昇させる方法について検討した。
絞り加工速度の上昇に伴い割れ、しわといった成形不良が発生し易くなってしまう原因につき本発明者らは鋭意検討を進めた結果、次のようなメカニズムであることが分かった。即ち、ワークの絞り成形の際にスライドが高速で下降してきて上型ダイとブランクホルダー上に載置されたワークとがそのまま高速で接すると、スライドの押圧力がブランクホルダー、クッションピンを介して一気にクッションパッドに伝達されるところとなり、このときには大重量のスライドとクッションパッドが衝突するような状態となりクッションパッドに瞬間的に大きな衝撃荷重が作用することから、しわ押さえ荷重は所定の目標値に対して大きく変動してしまうためである。
【００１０】
上記衝撃荷重を小さくするためには、上型ダイとワークとが当接する時の、スライドとクッションパッドの相対速度を低く（ソフトタッチ）することが考えられる。
しかし、スライド下降速度を低くしたままでは、前記した絞り成形性向上が図れないばかりでなく、ストローク数が減少し、生産性が低下することになる。
【００１１】
そこで、好ましいのは、上型ダイとワークとが当接する時のスライドとクッションパッドの相対速度は低くすることにより、衝撃荷重を小さく（ソフトタッチ）してクッションパッドに接続されたブランクホルダーと前記上型ダイとでワークの一部を狭持することによるワークしわ押え力を確実に発生させるようにすると共に、前記当接後は前記スライドの下降速度を高めることにより、前記当接後前記スライドと同じ速度で下降させるクッションパッドに接続されたブランクホルダーと前記上型ダイとでワークの一部を狭持することによるワークしわ押え力を保持しつつ、ワークの下方位置に固定された下型パンチと前記上型ダイとで行なうワークの絞り成形の加工速度を高めるようにすることである。即ち、スライドは上死点から下死点までの全ストロークを一定の速度で下降させるのではなく、上型ダイとワークとが当接する時にはスライドをゆっくり下降させ、下型パンチと前記上型ダイとでワークの絞り成形加工を行なう時にはスライドの下降速度を高めるようにすることが好ましいことに想到して本発明を完成するに到ったものである。
【００１２】
即ち、本願の第１発明は、上型ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーと前記上型ダイとでワークの一部を狭持することによりワークしわ押え力を発生させた後、前記スライド及び前記クッションパッドを同時に下降させることによりワークしわ押え力を保持しつつワークの下方位置に固定された下型パンチと前記上型ダイとでワークの絞り成形加工を行なうアルミニウム合金板材のプレス成形方法において、前記上型ダイとワークとが当接する時のスライド下降速度Ａよりも、前記スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度Ｂを高くしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法である。
【００１３】
第２発明は、上記第１発明において、上型ダイとワークとが当接する時のスライド下降速度Ａに対する、スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度Ｂの最大値Ｂｍの比Ｒ＝Ｂｍ／Ａを１．２以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法である。
第３発明は、上記第２発明において、Ｒを１．７以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法である。
第４発明は、上記第３発明において、Ｒを３．０以上にしたことを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法である。
また、第５発明は、上記第１発明のアルミニウム合金板材が破断伸び20%以上、引張強さ200MPa以上である5000系もしくは6000系アルミニウム合金板材であることを特徴とする成形パネルである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形において、割れ、しわといった不良の発生は抑止しながら、成形加工性を高めることが出来ると共に、加工速度を上昇させることから生産性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１発明乃至第５発明を具体的に実現するためには、加圧条件を所望の通りに制御し得るプレスを用いるようにすればよい。これには、スライド下降速度を制御するためにスライド駆動機構に駆動モータやフライホイールやクラッチブレーキを備えた機械式プレスを用いることが出来る。しかし、それらは概して構造が大層複雑になってしまうと共に、加圧条件を所望の通りに制御することも困難である場合が多い。
【００１６】
そこで、本発明者らは多面的な見地から検討を進めた結果、スライド駆動機構にサーボモータを使用するサーボプレスを用いるようにすることが上記目的を達成するために極めて有効な手段であることを見出した。サーボプレスでは、フライホイールやクラッチブレーキの使用を避けられると共に、加圧条件を容易に所望の通りに制御し得る点に注目したものである（前記特許文献１、前記特許文献２）。
【００１７】
本発明の実施の態様について、さらに詳説する。
例えば前記特許文献４には、スライドとクッションパッドの昇降動作を制御して衝撃荷重を緩和する方法が提案されている。具体的には、スライドを上死点から下降させ、上型とワークとが当接するかまたは近接したときにスライドを停止させ、スライドを停止させた状態を維持しつつクッションパッドを徐々に上昇させることにより、スライドとクッションパッドの相対速度を略ゼロにして当接させる方法である。
【００１８】
図２は単動プレスの構成を示す模式図である（特許文献４の図５）。
プレス機械においては、上部に位置するスライドと下部に位置するボルスタとが互いに対向するように設けられる。スライドは上方のクラウンに内蔵されたスライド駆動機構から動力を受けて昇降動作をする。スライドの下部には上型ダイが取り付けられる。一方、ボルスタはベッドの上部に固定されており、ボルスタの上部には下型パンチが取り付けられる。ボルスタ及び下型パンチには上下方向に貫通する複数の孔が設けられ、この孔にはクッションピンが挿通される。クッションピンの上端は下型パンチの凹部分に設けられたブランクホルダーの下部に当接し、クッションピンの下端はベッド内に設けられたダイクッションのクッションパッドに当接する。ベッドの内壁面間にはビームが設けられ、ビームでダイクッションが支持される。
【００１９】
プレス加工の際にはブランクホルダー上にワーク（加工対象：ブランクシート）が載置される。スライドと共に上型ダイが下降すると、上型ダイの凸部とワークが当接する。そして上型ダイの凸部とブランクホルダーとでワークが狭持されて、しわ押さえがなされる。さらにスライド及び上型ダイが下降すると、ワークは上型ダイと下型パンチによって、絞り成形がなされる。この際、クッションパッド、クッションピン、及びブランクホルダーは一体となって上方への付勢力を発生させつつ下降する。
【００２０】
前記特許文献１及び前記特許文献２によれば、サーボプレスを用いることでスライドモーションを自由に制御でき、多工程加工や複合加工により生産性の向上や成形性の改善が期待できることが示されている。また前記特許文献３では、絞り加工とピアス加工の複合加工により加工時間を短縮できることが提案されている。さらに絞り加工終了後に、下死点からスライドを再上昇、下降する間にピアス加工を行うことで、設備負荷を軽減できることが紹介されている。前記非特許文献２では、スライドモーション制御により、鋼板の成形性が向上したことが紹介されている。
【００２１】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
図３には、サーボプレスを用いて本発明を実施したときのスライドモーションを、縦軸をスライド位置、横軸を時間として模式図で表わした。なお、同図には、本発明によらずにクランクプレスを用いて普通にプレスしたときのスライドモーションも、参考のために示してある。
【００２２】
図３において、上死点ａからｂ点までのスライド下降開始域での下降速度は、プレス仕様に応じて設定することができるが、速いほど生産性向上効果が大きい。
【００２３】
減速開始点ｂからスライド下降速度を低下させ始めて、ダイとブランクホルダーが当接する点ｃに到った時には所定の下降速度にまで低下するように制御する。本発明者らが検討した結果、上型ダイとワークとが当接する時のスライドとクッションパッドの望ましい相対速度Ａは、クッションパッドに接続されたブランクホルダーの重量やしわ押え荷重により最適値が存在し、一義的には定まらない。例えば、３０００ｋＮのプレスで、重量が２００Kgのブランクホルダーを使用し、しわ押え荷重７５ｋＮの場合、１００ｍ／ｓ以下の速度が適当である。相対速度が１００mm/s以上であると、前記上型ダイとブランクホルダーとでワークの一部を狭持直後に、しわ押え荷重が大きく変動し不安定になり、絞り加工で割れやしわなどの不具合が発生する。望ましくは８０ｍｍ／ｓ以下である。
【００２４】
相対速度の下限値については、生産性に影響がない範囲で遅くすることが望ましい。本発明によれば、前記上型ダイとブランクホルダーとでワークの一部を狭持直後に、絞り成形を開始することが可能である。しかし、スライドを減速させてダイとワークを当接させることで、しわ押え荷重の衝撃的な上昇や大きな荷重変動は抑制できるものの、しわ押え荷重の変動を瞬時にゼロにすることは不可能である。そこで、上型ダイとブランクホルダーとでワークの一部を狭持直後から絞り開始までの間に、必要によりタイムラグ（ｃ点からｄ点）を設けることが望ましい。この区間において、しわ押え荷重の変動をさらに抑制することが可能である。
【００２５】
次にしわ押え工程後に前記スライドと前記クッションパッドを同時に下降させて前記上型ダイと前記下型パンチとでワークを絞り成形する。この絞り成形工程（ｄ点からｅ点）でのスライドとクッションパッドの下降速度、すなわち絞り成形速度は１００ｍｍ／ｓ以上、望ましくは１５０ｍｍ／ｓ以上とすることが効果的である。ここで、絞り成形速度とは絞り工程中の最大速度Ｂｍをいう。
【００２６】
本発明者らが鋭意実験検討した結果、アルミニウム合金板の絞り成形においては、成形速度を速くすることで、成形性が向上することを確認した。絞り成形においては、割れや擦り傷の発生を防止するため、一般的に潤滑油が使用される。前述したように成形速度を速くすると、潤滑油を使用したときの工具とワークの摩擦係数の低減効果により潤滑性が改善され、絞り成形性が向上すると考えられる。１００ｍｍ／ｓ未満では潤滑性の向上効果が小さく、アルミニウム合金板材の成形限界を拡大させる効果が少ない。
【００２７】
本発明者らは、加圧能力３０００ｋＮのサーボプレス（商品名：コマツ ハイブリッドＡＣサーボプレスＨ２Ｆ）により最適条件を実験検討したが、最適な減速条件や成形速度については、使用するプレスの能力、金型条件等により変わるため、個々の条件により最適化が必要である。速度設定の目安としては、上型ダイとワークが当接するときの速度についてはプレス能力と金型条件により、しわ押え力の変動が生じない最高速度に設定することが望ましく、それには数回のトライアンドエラーが必要となる。
【００２８】
絞り成形時の速度上昇については、上型ダイとクッションパッドが当接するときの速度に対してわずかな上昇でも効果はあるが、使用するプレス機械の能力に応じた、できるだけ速い速度とすることが望ましい。具体的には、上型ダイとワークとが当接する時のスライド下降速度Ａに対する、スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度Ｂの最大値Ｂｍの比Ｒ＝Ｂｍ／Ａを１．２以上とすることが望ましい。好ましくはＲを１．７以上、さらに好ましくはＲを３．０以上とすることで、上型ダイとワークの当接直後のしわ押え力の変動を抑え、絞り成形性の向上も効果的に実現させることができる。
【００２９】
Ｂｍの最大値は大きい程効果があるが、現状のプレス機械では数百ｍｍ／ｓ程度が限界である。Ｒを大きくする程、上型ダイとワークとが当接した後、スライドを加速する（スライドと前記クッションパッドを同時に下降させる時のスライド下降速度を所望の値にまで高める）のに多大のパワーを必要とするようになってしまうので、Ｒの値は個々の加工対象に応じて必要最小限の程度に留めることが現実的である。
【００３０】
戻り工程（下死点ｅから上死点ｆ）に関しては、随意に制御すればよいが、プレス速度の最高値に設定することで、生産性の向上が図れる。
【００３１】
アルミニウム合金に関しては、成形性および強度の点で５０００系、もしくは６０００系が適当である。
５０００系アルミニウム合金板は強度が高く、成形性が良好なことから様々な用途に用いられている。６０００系アルミニウム合金板は、５０００系に比べ若干成形性は劣るが、塗装焼付け時に強度が上昇する特性を有しており、近年フード等の自動車用パネルとして採用されている。いずれも鋼板に比べ成形性が劣ることから、改善が望まれている。良好な成形性を確保するためには、２０％以上の破断伸びと２００ＭＰａ以上の引張強さが必要である。破断伸びが２０％未満では、高い張出し性が要求される成形の場合、割れが発生しやすくなる。深絞り性が要求される成形では、引張強さが高いことが有利であり、２００ＭＰａ未満では割れが発生しやすくなる。従ってより高い成形性が求められる場合には、２０％以上の破断伸びと２００ＭＰａ以上の引張強さが必要である。
【実施例】
【００３２】
次に本発明の実施例について説明する。
板厚１ｍｍのＪＩＳ５１８２−Ｏ材を用い、サーボプレスにより１５０ｍｍ×３００ｍｍ×深さ４５ｍｍの角筒成形を実施した。（参考までに、ＪＩＳ５１８２−Ｏ材のＴＳ（引張強さ）、ＹＳ（耐力）、ＥＬ（伸び）を表１に示す。）
【００３３】
【表１】
2009113054.tif 000003
【００３４】
クランクプレスモードでは最高速度８０ｍｍ／ｓ、１５０ｍｍ／ｓ、可変速モードでは、スライドの初期降下速度６００ｍｍ／ｓ、減速時の下降速度８０ｍｍ／ｓソフトタッチ有り、絞り成形時の最高速度は８０ｍｍ／ｓ（Ｒ＝１．０）、１５０ｍｍ／ｓ（Ｒ＝０．５３）、２００ｍｍ／ｓ（Ｒ＝０．４０）の３条件とした、潤滑油は自動車材用市販防錆油Ｒ３０３Ｐを用いた。
【００３５】
結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2009113054.tif 000004
【００３７】
最高速度８０ｍｍ／ｓで、しわ押え荷重を変更して成形したところ、しわ押え荷重５０ｋＮでは、クランクプレスモードでも、可変速モードでも成形可能であった。しわ押え荷重７５ｋＮ、１００ｋＮではいずれの条件においてもパンチコーナー部で割れが発生した。
絞り成形時の最高速度を１５０ｍｍ／ｓ（Ｒ＝０．５３）とした場合、しわ押え荷重７５ｋＮでソフトタッチ有りの可変速モードでは成形可能であった。一方クランクプレスモードでは、割れは発生しなかったもののパンチコーナー部にくびれが発生した。さらに最高速度を２００ｍｍ／ｓ（Ｒ＝０．４０）まで上げた可変速モードによる成形ではしわ押え荷重１００ｋＮでも成形可能であった。
【００３８】
板厚1ｍｍのＡＡ６０２２−Ｔ４材を用いて同様の角筒成形を実施した。（参考までに、ＡＡ６０２２−Ｔ４材のＴＳ（引張強さ）、ＹＳ（耐力）、ＥＬ（伸び）を表１に示す。）
結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
最高速度１５０ｍｍ／ｓでは、しわ押え荷重５０ｋＮの場合はクランクプレスモードでも、可変速モード（Ｒ＝０．５０）でも成形可能であった。クランクプレスモードの場合、しわ押え荷重７５ｋＮ、１００ｋＮではパンチコーナー部で割れが発生した。可変速モード（Ｒ＝０．５０）の場合は、しわ押え荷重１００ｋＮでは割れが発生したものの、７５ｋＮではくびれ発生に留まった。最高速度を３００ｍｍ／ｓ（Ｒ＝０．２５）まで上げた可変速モードによる成形ではしわ押え荷重７５ｋＮまで成形可能、１００ｋＮではくびれが発生したが、クランクプレスモードに比べ改善が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】摩擦磨耗や潤滑の分野で知られているストライベック線図
【図２】単動プレスの構成を示す模式図
【図３】サーボプレスを用いて本発明を実施したときのスライドモーションを表わす模式図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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