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深穴の押出し加工（張力負荷押出し加工）$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$の技術動向と進展$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
村井映介$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
解説②㈱ニチダイ

冷間鍛造は自動車部品の加工に幅広く利用され＊5 以下のものである。ている。シャフト系の部品も冷間鍛造で成形され冷間鍛造で深穴を成形する場合、多くは前方あているが、長尺の中空部品の場合には中心部の深るいは後方押出しにより成形されているが、成形穴をガンドリルなどによる切削で加工しているの荷重の増大によるパンチの座屈により、細長比がが現状である。冷間鍛造で深穴が成形できれば生5 以上のものはほとんど実施されていない。パン産性、歩留りなどで有利であるが、成形荷重の増チの座屈を防止するために取られている対策とし大によるパンチの座屈等の問題でほとんど行われては下記のようなものがあげられる。ていない。近年はグローバル化にともなう海外展①金型のクリアランスをつめる開などにより設備のコンパクト化が求められてい②穴入れ前にへそを入れるなどパンチのセンタリングを行う（図 2（1））

る。当社では、切削設備の省略で全体設備のコンパクト化が可能な冷間鍛造による中空化成形は必③スリーブなどによりパンチをガイドする（図2（2））要な技術になると考え、開発に取組んでいる。
本稿では、中空成形についての当社の現状と課題を示し、現在行っている開発に関して紹介する。

④多段ベア設ける（図 2（2））
これらの対策を講じても成形でできる穴の深さに限界がある。

当社の現状と中空成形の技術課題

図 3 は当社で行った後方押出しの最大 L/D の

図 1 は当社に受注のあった中空関係部品につ試験結果（材質：SCM 415）である。穴の細長比

いて、穴の細長比（長さ L／直径 D）と工程数のは 17、断面減少率は 50％ である。最終段階でパ関係をまとめたものである。1 工程および 2 工程ンチに座屈が発生し、穴が振れている。図 4 はでの最大の細長比は約 5 であり、3 工程の場合にオイラーの式で計算した座屈荷重と図 3 に示したは最大で 7 まで実施した例があるが、ほとんどが鍛造品を成形した際の荷重を比較したものである。
細長比約 9．
7 で座屈荷重に達している。オイラー＊（むらい えいすけ）：技術部 開発課 主任〒610−0201 京都府綴喜郡宇治田原町禅定寺塩谷 14
TEL : 0774−88−6318 FAX : 0774−88−6320の計算結果からわかるが、穴の細長比が高くなるにつれ、座屈荷重は低くなっている。このことか
ら深穴成形のためには成形荷重の低減が必要である。

8.0
φD7.0

補助張力押出しL/D

6.05.0荷重を低減される方法として、篠崎・L

細長比

4.03.02.0

ンチ圧力を低減させる方法を提案してい1.0る1）。この方法は素材にフランジを設け0.0012
工程数34

図 1 穴の細長比と工程数の関係（当社受注の中空関係アイテム）

2

工藤は押出された部分に張力を加えてパて、素材を宙釣り状態として、押出し部に張力を発生させるものである（図 5）。
しかし、宙釣りのままでは張力が引張り
プ レ ス 技 術

■ 特集 ■「温故知新」技術で広げる冷間鍛造強さを超えてしまうため、背圧を負荷ガイドさせる必要がある。

穴入れ前のへそ入れ
パンチ

当社は背圧を負荷させながら補助張力押出しの試験を行った。図 6 は SCM
415 を使用し、断面減少率 50％ で行多段ベアった試験結果である。
（a）は背圧 499
MPa の結果であり、穴底から完全に破断してい る。
（b）は 624 MPa で 行った結果であり、破断には至っていないが、内面に割れの発生が認められた。
（c）は 749 MPa で行った結果である（1）穴入れ前のへそ入れが、内面に割れの発生はなかった。

（2）スリーブによるパンチガイドと多段ベア

内面に割れの発生しなかった背圧

図 2 パンチ座屈防止の対策

749 MPa では側壁に発生する張力はφ7.1（＝D）

引張強さ以下となったが、内面に割れが発生した
背圧 624 MPa では引張強さを超えた。この結果から内面の割れを防止するには側壁の張力が引張強さ以下になるように背圧を設定する必要があることが明らかになった。しかし、背圧が高すぎるつながってしまうため、設定は非常に重要である。
図 7 は後方押出しと補助張力押出しで成形荷重を比較したものである。図の後方押出しは図 3、127（＝L）とパンチ面圧の増加につながり、パンチの座屈に補助張力押出しは図 6（c）の成形荷重ある。これ
ら成形荷重とオイラーの式で計算した座屈荷重とパンチ座屈発生比較すると、後方押出しでは穴の細長比約 9．
7、補助張力押出しでは約 11 で座屈荷重に達してい（L/D=17）る。図 8 は同軸度を比較したものであるが、両者ともに成形荷重が座屈荷重に達したあたりで同φ10.10

穴の細長比
84

図 3 後方押出し
12164,000
後方押出し（従来工法）

パンチ面圧/MPa

3,500

パンチ3,000

中空成形品

2,500
2,000

素材を引っ掛ける側壁が引張られる（補助張力）

ダイ

1,500
1,000

0

荷重低減で座屈防止

座屈荷重（オイラー式）（一端固定、一端回転端）

500

ノックアウト（背圧負荷）
0204060
穴深さ80100120/mm

図 4 成形荷重
第 52 巻 第 7 号（2014 年 7 月号）

図 5 補助張力押出し

3φ7.1（＝D）

0

穴の細長比
8412164,000
後方押出し（従来工法）

パンチ面圧 /MPa110（＝L）

3,500
3,000
2,500
2,000

補助張力押出し

1,500
1,000

座屈荷重（オイラー式）（一端固定、一端回転端）

500
φ10.1
（背圧：499MPa）（a）破断（背圧：624MPa）（背圧：749MPa）（b）内面割れ（c）破断なし

0020406080
穴深さ /mm100120

図 7 成形荷重

図 6 補助張力押出し

0

穴の細長比
8412160.350.3/mm

0.25
後方押出し（従来工法）

同軸度

0.20.15

補助張力押出し0.10.050020406080
穴深さ /mm100120

素材

穴入れと抜きを 1 工程で実施
穴入れと抜き後にスプライン成形

図 8 同軸度

図 9 実用部品に適用した事例

軸度が急激に悪化している。急激に悪化する以前高いため、潤滑切れを起こしやすく、焼付きなどは穴深さに関係なく同軸度は安定した値を示してが発生しやすい状態となる。この他にも量産化におり、後方押出しで 0．
04、補助張力押出しでは向けてはいくつかの課題があり、これらの課題は0．
01〜0．
02 となり穴の精度が向上している。

解決しなければならない。

これらの結果から断面減少率 50％ の補助張力☆

☆

押出しでは穴の細長比約 11 までは穴深さに関係

中空成形についての当社の現状と課題を示し、なく穴の精度は安定すると考えられることから、補助張力押出しを用いた深穴成形についての開発

細長比 8 の実用アイテムの成形を試みた。図 9を紹介した。現状においてもいくつかの課題があはその事例であり円柱素材からフランジを成形しり、今後もこれらの課題を解決するために開発をた後、深穴成形と抜きを 1 工程で行い、最終工程進めていく予定である。昨今、グローバル化にとでスプラインを成形している。

もなう海外展開による設備等のコンパクト化が求められることから、これらの開発は非常に重要で課題
補助張力押出しで深穴成形時の荷重を低減できることが明らかになり、穴の精度向上につながった。しかしながら、深穴成形では表面積拡大率が4あると考えている。
参考文献
1）篠崎・工藤：塑性と加工，14−151（1973），629−636．

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