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解 説 6

ハイテン材成形のための成形機械の機能と留意点
アイダエンジニアリング㈱鈴木利彦＊!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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自動車部品に多用されてきているハイテン材

プレス機械の能力は拡大し、それに伴い、プレス（高張力鋼板）は、軽量化（低燃費化）競争の中機械のサイズも大きくなり工場設置面積を拡大さで選択される材料の 1 つである。ハイテン材は引せる要因ともなっている。

張り強度に優れるが材料硬度が高く、一般的には1 台のプレス機械にて、多工程で成形する場合伸びが少ない難加工材として知られている。最近には成形工程のレイアウトの関係により、偏心荷では鋼板メーカーによる材料改良も進む一方、合重となる場合が多い。このため、スライドの傾きわせてさらに高張力化（390 MPa〜590 MPa⇒980が比較的大きくなる傾向にあり、各行程の型合わMPa〜1，180 MPa）した材料を通常のプレス機械せも難しくなる。合わせて機械への負担も過大とで成形をする動きがある。ハイテン材が成形過程なる。さらにハイテン材は成形時のスプリングバで及ぼす影響について言及するとともに、プレスックが大きく、形状凍結させるためにより大きな機械を使用するに当たって勘所を紹介したい。

荷重を必要とすることからプレス機械への負担も大きくなっている。また、板厚の違う板材をつなプレス機械の構造特性ぎ合わせて使うテーラードブランクといわれる材料の成形もあるが、こちらも材料のつなぎ方が前

昨今、目立って張力値が上がってきているのが後方向であることが多い。この場合、プレス前後自動車の骨格系部品で、これらの部品の生産には方向の偏心荷重を受けやすいことや材料幅の関係生産効率のよいトランスファ加工が用いられるこもあり 4 ポイントのプレス機械が使用されることとが多い。トランスファ加工にはエリアの広い 2が多い。

ポイントや 4 ポイントのプレス機械を採用するこ

ハイテン材の成形には、これら成形荷重や振動とが多い（トランスファプレス加工は多工程部品の増大に対処するため、より高い剛性のプレス機を 1 台のプレス機械で成形する非常に生産性の高械の使用をお勧めしたい。

い加工方法である）。ハイテン材の成形は素材特一般的にプレス機械の剛性維持は①スライドの性により難加工であるため、プレス能力は増大す

傾き、②フレームの伸び、③スライド・ベッドのる傾向にある。また、成形工程数の増加、特定工たわみへの対処により確保される。

程への成形荷重の集中、ダイクッション圧力の増スライドの傾きは、高荷重の成形を行う工程を大、ブレークスルー時の振動増大などによる影響分離し、独立したプレス機械で成形することで改がある。その結果より大きな力が必要になるため善が可能である。フレームの伸びについては、ス
ライドの傾きが少なければ機械は平行に伸びるた＊（すずき としひこ）：営業本部 営業技術部 部長〒252−5181 神奈川県相模原市緑区大山町 2−10
TEL : 042−772−5271

48め、ダイハイトの追込み量により補正はできる。
スライド・ベッドのたわみは高荷重の成形工程をプ レ ス 技 術

特集 押さえておきたい ハイテン材成形の勘所◆◇◆

分散し、独立したプレス機械で成形すればエリアが狭い分、有利ではあるがこれが絶対的な解決とはならない。

支持構造の違いによるたわみ0.45

スライド

先に述べたトランスファ加工などに使用される
2 ポイントのプレス機械において、プレスの中央に集中荷重が加わる場合、ポイントピッチの中間に荷重が加わるため、スライドとベッドのたわみが大きくなる傾向にある。スライド側のたわみ形状となり、形状が相反する（図 1）ため、荷重が0.45状は上に凸状だが、ベッドのたわみ形状は下に凸
ボルスタ

大きくなればなるほど金型形状を対象材料に正しく転写することが難しくなる。これにより金型の図 1 スライド側のたわみ形状とベッド側のたわみ形状調整時間も多く必要となる。上記のような複数のさせることで追及できる。多行程の成形動作を 1

ポイントを有するプレス機械に対し、1 ポイント

スライドで成形するトランスファプレスに比べてのプレス機械は比較的エリアが小さく、ポイントよりサーボプレスの特徴を出すことが可能となる。

直下で荷重を受けるためスライド・ベッド双方ともたわみは少なくなる。また、たわみ形状はスライド・ベッドともに下に凸状となるため、金型形状を製品に正しく転写しやすいため金型の調整時間も抑制することができる。

材料が成形時にプレス機械におよぼす振動の違い材料の違いがプレス機械におよぼす影響を実機を使用して調査をした。以下に 1，500 kN ギャップフレーム（C フレーム）1 ポイントプレスを使

1 ポイントプレスの多工程化対応用し、材料の抜きテストを行った事例を紹介する（図 2）。

成形する材料サイズによりプレス機械の大きさ抜きテストに使用する材料は丸ブランクとした。

は変化するが、以下に紹介するのは当社の小型 1

プレス各部にセンサを取り付け、振動（加速度）

ポイントサーボプレスに注目し、タンデム化した測定をした結果を示す（グラフは上下動の一方方事例の特徴である。タンデム化により 1 工程ごと向の G を表示）。の加工となるため、各プレス機械のエリア中心にテスト材：SPCC

t : 2．
0 / 3．
2

荷重中心を持っていくことが可能となる。さらにSPFC 390t : 2．
0

トランスファ加工ラインでは絞り・曲げ・トリ

SPFC 980 Y

t : 2．
0

ム・抜き・コイニングなどの成形行程があるが、サーボプレスをタンデム化することで各行程で独60 spm での測定評価例立してそれぞれのモーションを組むことが可能となる。たとえば、成形工程におけるリンクモーシ

ハイテン 980 MPa 鋼板 t 2．
0 の抜きを行った際

ョンはインパクト速度低減により、しわ押さえ圧のコンロッド上部の加速度を測定した結果、ブレ力より安定させることができるスライドモーショークスルーによって発生する振動が 90 G 近く発生ンの特徴を出せる。また、低速加工から下死点停している。普通の軟鋼板 t 3．
2 とハイテン 390 MPa

止によるコイニング精度のアップ、リストライク

鋼板 t 2．
0 おいてほぼ同じような振動特性が現れ効果の向上、絞り加工などそれぞれの行程で必要た。ハイテン 980 MPa 鋼板 t 2．
0 の抜き加工は対となるワークの成形要素をスライドの動きを変化

象機の機械能力の許容範囲を超える結果となった。

第 53 巻 第 5 号（2015 年 5 月号）

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④⑥⑤

抜きテスト時の加圧能力

10090807060① ボルスタ上面② スライドプレート上面③ コンロッド上部④ フレーム上部⑤ Ｂケース（クランク軸受）⑥ ドライブユニット

板厚3.2

板厚2.0（ハイテン390MPa）
板厚2.0（ハイテン980MPa）0
測定位置

図2（B） 抜きテスト時の振動測定

図2（A） 測定箇所名称

数値は変わるが同金型条件の中で材料の引張り強スライド加速度
22G

NS1-2000（D）

板厚2.0

ドライブ
ユニット

測定箇所名称50
4030
201060spm

ボルス
タ
上面
サブプ
レート
上面
コン
ロッド
上部
フレー
ム
上部

①Bケース

②加速度（G）；合計

1：SPCC板厚2.0 ⇒ 232kN
2：SPCC板厚3.2 ⇒ 584kN
3：SPFC390 2.0 ⇒ 337kN
4：SPFC980 2.0 ⇒ 709kN③

さの違いで振動発生値が大きく変わる。これら材
料条件によって発生する振動の違いは機械フレームの寿命（疲労破壊）に影響する。

34.8G
174kN

フレーム形状の違いによる比較
C フレーム（ギャップ）1 ポイントプレスとフ加圧能力
949kN
スライド加速NC1-2000
（D）

41.8G

レーム形状がストレートサイドプレスとの比較を行ったデータを以下に示す。同一金型でフレームタイプの違う同一能力のプレスを用意して行った。
材料：1．
4 mm 980 MPa

ハイテン材料を使用

対象製品：シートサイドフレーム用部品材料
成形荷重：1，000 kN46.3G

図 3 より 2，000 kN プレス機械を使用したスラ236kNイドの加速度を測定した波形である。それぞれギャップフレームとストレートサイドフレームでの違いが読み取れる。型式 NS 1−2000 D はストレ加圧能力
992kN

図 3 2，000 kN のプレス機械を使用したスライドの加速度を測定した波系ートサイドフレームを、NC 1−2000 D はギャップフレームを採用している。計測結果よりブレークスルーによるスライドの挙動は下側への加速度は
NS 1 で 22 G を示し、NC 1 で 41．
8 G を示している。
※（両数値とも非常に高い値を示している。本実験では挙この抜きテストの結果からフレーム構造や型構動の違いを確認するという目的で行っている。この数

造（シャー角を付けるなど）により、発生する振動値で永続的にプレス加工できるということではない）

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プ レ ス 技 術

特集 押さえておきたい ハイテン材成形の勘所◆◇◆

B：静的構造Y軸-各方向での変形量
タイプ：各方向での変形量（Y軸）
単位：mm
全体座標系
時間：22014/10/15 17：17

B：静的構造Y軸-各方向での変形量
タイプ：各方向での変形量
（Y軸）
単位：mm
全体座標系
時間：22014/10/16 14：12

0 Max

0 Max−0.2−0.3−0.2−0.3−0.4−0.47009 Min−0.5−0.6−0.6−0.7−0.8−0.76036 Min−0.9−0.9−0.9−0.9

通常モデル

タンデムモデル図 4 通常モデル

図 5 タンデムモデル

小型 1 ポイントサーボの進化
当社では変化する成形対象の材料に対応して 1
ポイントタンデム用としてのプレス機械の開発を試みた。従来のプレス機械の骨格と溶接構造を見直し、さらにフレーム構造をバランスのよいシンメトリックデザインとした。通常モデルをタンデムで並べて使用することを考慮し、フレーム剛性も改良した設計とした。

写真 1 1，500 kN プレスのタンデム用サーボプレス

特徴は①フレーム応力集中緩和対応を行った通常モデルのフレーム図と静的構造を、②フレームの前後均等伸び

図 5 にタンデムモデルのフレーム図と静的構造③ジャーナル軸受の高剛性化を示す。

④タンデム設置用スライドギブ調整☆

☆

成形素材の変化による影響、それに対応するアである。

プローチについて述べた。素材対応からくる 1 ポ

NS 1−2000（D）
通常モデルとの比較

イントサーボプレス利用の可能性は高いと考える。
ただし、成形性の向上は望めるが生産性の向上は通常モデルの NS 1 を基準に考えたとベッドのライン同期制御技術、つまり搬送機の能力とサーたわみの剛性の実負荷による測定評価を行った。

ボプレスの制御に委ねられる部分もあることを追以下にプレスセンターへの集中荷重が 2000 kN

記したい。今回紹介したサーボプレスは小型であの場合の測定結果を示す。

るが、タンデム化により有効活用は見込める。

○ベッド前後方向

高さ変位

⇒1．
9 倍向上

○ベッド左右方向

高さ変位

⇒1．
6 倍向上

変化する経済情勢で工場設備を立ち上げるなか、生産量は現地情勢を見ながらでないとわからない

そのほかのフレーム各部の応力は全体的に見る場合が多い。生産数を見込みで設備するケースがと通常モデルの 1/3 程度に緩和されている。ギブ多いため、設備投資の回収が遅れることもある。

調整はタンデム化の際、左右方向に隣接するプレタンデム用 1 ポイントサーボプレスは必要なプ

ス機械との隙間を最小にするため、調整機構を通レス機械を後から増やすことも可能なので、最初常の左右から前側に変更した。の段階から生産量にあわせた設備を行い、後に追前述と同様な抜きテストは実施していないが、加設備としての自由度を出せるのも特徴である

たわみの比較において向上しており、成形時の挙（写真 1）。素材がおよぼす機械への影響を加味し、動は抑えられると考える。図 4 に有限要素解析

プレス機械をより上手に活用してほしい。

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