2009年11月12日
第7回首都圏北部4大学
新技術説明会

難加工材の高精度・低荷重プレス加工技術

茨城大学 大学院 理工学研究科
応用粒子線科学専攻
講師 西野創一郎
nishinos@hcs.ibaraki.ac.jp
http://www.appl-beam.ibaraki.ac.jp/nishino/index.html

【講演内容とポイント】
１．自動車の軽量化における高張力鋼板（ハイテン）の役割⇒ なぜ，難加工材であるハイテンを使用するのか？
２．高張力鋼板のプレス成形技術⇒ フォーム成形の有効性とは？
（深絞り：ドロー成形との比較）
３．マグネシウム合金の曲げ加工技術⇒ マグネシウム合金の曲げ加工における注意点は？

鋼板の高強度化（ハイテン化）によって生じる問題○成形不具合が頻出
・割れ（破壊），シワ（座屈），シャクレ（反り）・形状精度不良（スプリングバック）
・型カジリ
・加工騒音
○加工荷重が増大○従来の加工法・設備が使えない
スプリングバック

形状不良

軟鋼

高張力鋼
（ハイテン）

プレス加工法の変化：ドロー（絞り）成形からフォーム成形へパンチダイ

ダイ
しわ押さえ
パッド

パンチ

クッションピン・従来の加工法
・素材外周を固定
中央部を金型で成形（深絞り加工）・高強度材料では不具合頻出

クッションピン・高強度材料の成形に最適
・中央部固定，外周部を自由な状態にして成形（成形し易い）
・基本は曲げ加工

鋼板の高強度化に対応したフォーム成形法
・低荷重で加工（省エネ）
・既存の設備で対応（低コスト）

使用テスト金型と成形々状
フォーム２工程成形

フォーム１工程成形

ドロー（絞り）成形

1)第1フォーム

（成形形状）
50mm
100mm50mm2)第2フォーム

50mm（成形形状）
50mm（成形形状）（成形形状）

試験片形状150 mm
30 mm

ロール方向

供試材の機械的特性値
Single Phase Dual Phase Single Phase
JAC270F
JSC590T
JAC590RIFTRIPPH
Tensile stress[MPa]280644594
Yield stress[MPa]126415460
Elongation[%]554027

JSC590Y
DP637
413
32

Dual Phase
JSC780T JSC780Y JSC980Y JSC1180Y
TRIP
DP
DP
DP
793
806
1009
1220
440
430
693
1081
31241612

各成形方式による成形々状
フォーム２工程成形品

フォーム１工程成形品

ドロー成形品JAC590R

JAC590R

JAC590R

JSC1180Y

JSC1180Y

JSC1180Y

反り反り反り成形方式による成形々状の相違

ドロー（絞り）成形
フォーム1工程成形
フォーム2工程成形

JSC780Y

ドロー（絞り）成形
フォーム1工程成形
フォーム2工程成形

JSC1180Y

加工荷重測定0

プレス加工荷重＝

押し込み量[mm]
押し込み量[mm]

クッション圧－

押し込み荷重[kgf][kgf]
押し込み荷重押し込み荷重[kgf][kgf]
押し込み荷重

インストロン万能試験機

押し込み荷重[kgf][kgf]
押し込み荷重

供試材の加工荷重

0
押し込み量
[mm]0

押し込み量[mm]JSC1180Yでの加工荷重
40
Two stage forming
One stage forming
Draw forming

Working Load ［kN］

30201000102030

Amount of punch indentation ［mm］

4050

フォーム２工程の成形プロセス

・第1フォーム

・第2フォーム
押し込み量2mm

押し込み量20mm

押し込み量30mm

曲げ成形

押込み量 10 20 30 40 45 [mm] (JAC590R)

フォーム１工程の成形プロセス

押し込み量10mm

押し込み量20mm

押し込み量30mm

曲げ戻し成形

押込み量 10 20 30 40 45 [mm] (JAC590R)

ドロー（絞り）の成形プロセス

押込み量10mm

曲げ戻し成形エリア

押込み量30mm

結論
高張力鋼板（ハイテン）のプレス成形では○フォーム成形法を活用することにより「高精度（形状凍結性が良好）」かつ「低荷重」で成形できる○形状凍結性を良くするには成形時に素材に曲戻し変形を与えないことが重要（加工ひずみの少ない成形法の選択）○素材や製品形状で成形法の使い分けが必要（フォーム成形とドロー成形）

マグネシウム合金の冷間プレス成形における問題点

室温では底面すべり面が板面に対して平行に配列する強い集合組織を形成し，塑性変形能が劣る（板厚減少を伴う変形が困難）
0.25 mm

0.5 mm

冷間加工において素材の集合組織の影響が大きい機械的性質および試験片形状○以下の6種類の，市販圧延材で試験を行なった

AZ-31
A

B

CDE

F

0.6208282

1.0

引張強さ ／MPa0.58260302

189332

1.2224356

1.5252319

1.6196332

破断伸び ／%

2222233.5

259.419

平均結晶粒径 ／μm

204.48.16.89.2

板厚 ／mm
0.2% 耐力／MPa○試験片形状：150[mm]×30[mm] で試験片を製作
150 mm30 mm

Roll Direction(0°)

金型形状

V曲げ
W=3090°
R2R190°underR

W=302加工限界評価 V曲げ（パンチ先端 R2）45
B (t=0.6)
F (t=1.6)40

曲げ半径 R / t

35

白抜きプロット：破壊白抜きプロット：破壊30252015
1050204060

80

曲がり角度 /°

100120曲げ加工限界評価

Rmin/tRmin

曲がり角/°A (t=0.58)

11.2

6.5

99

B (t=0.6)

7.5

4.5

97

C (t=1.0)

6.0

6.0

99

D (t=1.2)

8.3

10.0

121

E (t=1.5)

10.7

16.0

138

F (t=1.6)

7.8

12.5

123

割れが発生したV曲げで曲げ加工限界を設定
割れ発生直前時をRｍｉｎ/tに設定する
同じAZ31でも加工限界は板厚によってバラついているRmin/t (加工限界) と底面集合組織の関連性は?

X線回折による底面集合組織測定○測定面

室温での加工性に大きく影響する
底面すべり面の測定を行なった｛0001｝

○測定結果

AB

CD

EF

板厚/mm

0.58

0.6

1.0

1.2

1.5

1.6

最大強度/cpm

8.1

3.9

2.2

2.7

5.3

2.5

強度1では集合組織が存在しないランダムな状態を表す

底面集合組織測定結果と加工限界(V曲げ，パンチ先端 R2)

最小曲げ半径 Rmim/t

12108

A (t=0.58)
B (t=0.6)
C (t=1.0)
D (t=1.2)
E (t=1.5)
F (t=1.6)

64012345678

最大回折強度/cpm○集合組織が多く含まれている板材ほどRmin/t （加工限界）は大きくなる

910

結論
マグネシウム合金の冷間プレス成形では○素材の集合組織の状態を統一することが重要→ 製造プロセス（圧下率，熱処理など）に依存→ 量産時にロットやメーカーによって成形性がばらつく○成形性評価の指標として機械的性質だけではなく「集合組織」も考慮する（その他の問題点：腐食，クリープ，疲労，衝撃吸収性など）

最後に材料（特性）を活かす（生かす）加工法を！
○材料は殺せない！
○材料が持っている特性を利用した無理のない成形法を活用進化する勇気を！
○変化に柔軟に対応（変革）

皆様のお役にたてれば幸いです
御清聴ありがとうございました