高張張力鋼板
板のプレレス加工
工におけ る焼付き
き判断基基準の開開発
岐阜阜大学 工学学部助助教 吉川泰泰晴（平 成 22 年度奨奨励研究助成
成 AF-20100032）
板，焼付き，角角筒絞り
キーワード ：高張力鋼板

１．研究の目的と背景

表 1 に実験条条件を示す．実実験にはコマツ
ツ産機製サー

近年，自 動車業界ではは地球環境保護護の観点から， 地

ボプ
プレス H1F1100 を用いた．ダダイは SKD11
1 に焼入れ焼球温暖化対策策としての CO
O2 排出量削減をを図るために，エ戻ししを行い，対辺
辺 35 mm，R77.6 の貫通穴をを設け，ダインジン効率のの改善，動力伝伝達の効率化，車両重量の低低減

肩 R は R5 とした
た．また，表面面を粗さ Ra = 0.04 μm 程など，さまざざまな取り組み
みがなされていいる．一方，衝衝突度にに仕上げた．ダダイ高さ L を 110，15，20 mm
m の 3 種類

安全性，走行行安定性の確保
保の観点からはは，車体剛性のの向としした．パンチはは SKD11 材をを使用し，対辺 30 mm，R5上に対する取取り組みがなさされている．車
車両重量の低減減ととしし，パンチ肩 R を R5 とした
た．供試圧延材
材には，高張車体剛性の向向上という相反反する要求を満満足するため， 高力鋼
鋼板 SPFC590 を用い，板厚厚 t = 2.6 mm，54 mm 角

張力鋼板に代代表される高強強度鋼板の適用用が推進されてていの正正方形の隅を丸丸めた形状としした．焼付きのの発生を促進る．しかし，高張力鋼板のの成形には高いい成形力が必要要とするるために，パンンチとダイとののクリアランス
スを 2.5 mmなることから
ら，金型と材料料の接触圧力がが高くなる．ししたとしし，公称約 4 %の同時しごき%
き加工を伴う絞絞り加工としがって，潤滑滑剤が接触界面面に介在しにくくくなり，焼付付きた．供試材には，潤滑油はパララフィン系鉱油
油 P460 を用やかじりが生生じやすくなる
る．この焼付き
きやかじりは製製品

い，加工前にブラランク表面に刷刷毛塗りした．しわ押え圧表面品位の低低下を招く．そ
そのため，焼付付き現象に関連連し力をを 0 MPa，6 MPa
M の 2 種類類とした．

た研究が行わ
われている 1)~4)．

焼付きの生成成，成長過程をを調査するためめに，加工回

本研究は プレス加工ににおける焼付きき発生機構・条条件

数にによる金型，ワワークピース表表面の様子を観観察した．今を明らかにしし，焼付きを抑抑制するためのの金型設計基準準を後，焼付き発生位位置などの整理理のため，金型型およびワー作り出すこととを目標としてている．本報ででは，角筒絞りり型

クピピースの各部位位を図 2 のよううに定義した．の摩擦試験をを行い，有限要要素解析を用いいて焼付き発生生位置における力力学的状況を調調査する．

表1

実実験条件

Workpiiece

SPFC5990((Tensilestrengthh 625 MPa)

擦試験用金型型を使用した．角筒絞り型摩摩擦試験では， ダ

Punch

SKD11イ形状やしわわ押え圧力などどの成形条件のの影響を調査でできDie

SKD11２．実験方法
法
本研究で は，高張力鋼鋼板を例としたた角筒絞り型のの摩Clearancce, C

2.5 mmmSliding disttance, L

10, 15, 20 mm

Blank holding pressure, P

0 and 6 MPaMLubricaant

P460(1500×10-6 m 2/ss at 25 °C)

Temperaature

Room Temperature

る．図 1 に角角筒絞り型摩擦擦試験の原理図
図を示す．供試
試圧
延板をブランンクホルダー上上面に載せ，ブブランクホルダ
ダーによるしわ押押え圧力を加ええながらダイをを降下させて供供試
圧延板に絞りり加工を施すもものである．

図 1 角筒絞り試験の金型構
構成概略図

図 2 各部部位の名称

ー 231 ー

３．実験結果果8

図 3 にダイ高さ L = 200 mm，しわ押え圧力 6 MPaaで6加工したダイ
イおよびワーククピースの焼付付き状況の外観
観写

4付近に焼付ききが発生していいることがわかかる．ワークピ
ピー

2スではダイにに対応して直辺辺部が焼付き，直辺部には全全体的に金属光沢沢が見られた．図 4 にワーククピース表面ににお高さ /µmµ真を示す．ダダイではダイ肩肩 R 部から離れれた直辺部の出出口

ける光沢部とと焼付き部の拡拡大写真を示す
す．図 5 に光沢沢部

0-2-4と焼付き部のの断面曲線を示示す．これらのの結果から，光光沢-6部では平滑なな表面に部分的的に深さ 1 μmm 程度の縦傷がが入-8っていることとがわかる．一
一方，焼付き部部では，大きくく表0200

面が荒れて±±6 μm 程度の凹凸が見られた．

400600

8000

1000

8000

1000

距離 /µm
測定距
(a) 光
光沢部

86

図3ダイとワーークピース上の焼付き状況

高さ /µmµ420-2-4-6-80200

400

600

測定距
距離 /µm(b) 焼付付き部付き部の断面曲曲線
図 5 光沢部と焼付に
図 6 に各ダイ高さ L = 10，15，20 mm における，し押え圧力 0 MP
Pa，6 MPa で加加工回数ごとののダイとワー
わ押
クピ
ピースの外観写
写真を示す．いいずれの成形条条件においても，わずか数回のの加工で焼付ききが発生していいる．ダイ表面のの焼付き位置かから判断するとと，焼付きはダ
ダイ肩 R 部から離離れた直辺部のの出口付近で発発生し，ダイ入入口方向へ拡大しした．ワークピ
ピースでは直辺辺部の下端面かからカップ底面方方向へ数 mm の範囲で焼付きのきが発生していいる．加工回数のの増加に伴いカカップ底面側へへ成長した．ダダイ高さ L が長くくなるに従い，ダイへの焼付付きの成長は速速くなった．
しわ押え圧力が大きくなる
ると，すべてののダイにおいて焼焼付きが軽減さされた．すべりり距離、しわ押押え圧力を変化ささせても焼付ききの発生位置おおよび焼付き範範囲の拡大過程にには変化は認めめられなかった
た．
以上のように，角筒絞り型型の摩擦試験ででは，ダイおよびびワークピース
ス上の特定の位位置に焼き付ききを発生させるこことができ，そその拡大過程ににも特徴があるることを確認した
た．
図4

光沢部と焼焼付き部の表面面拡大写真

ー 232 ー

４．解析方法
前章で示した通り，角筒絞絞り型摩擦試験
験では焼付き発生生部位に特徴がが見出せるのでであるが，焼付付き発生部位と焼焼付きが発生ししていない部位
位の力学的特徴徴の差異を調査すする必要があ る．そこで商商用有限要素 解析コード
DEF
FORM 3D による解析を行 った．解析モデ
デルとして角筒をを 4 分割した 1/41 モデルを対対象に等温軸対対称解析とした．ダイを弾性体体，パンチとブブランクホルダ
ダーを剛体とした
た．被加工材はは弾塑性体としし，応力‐ひずずみの関係はσ = 1000 ε0.25 としした．金型とワワークピース間間の摩擦係数はμ = 0.06 とした
た．
本報では，金金型表面におけける力学状況をを調査するためにに DEFORM 3D のポイント トラッキング機能を用い，各点点のデータを収収集，整理した
た．なお，測定定範囲はダイ
肩 R 部の開始点かから，ダイ高さ 20 mm の加工工面とした．
直辺辺部上の測定点
点間隔は 0.5 mmm，R 部上はは R 中心から10 度毎に測定点を度を設けた．ダイ
イ表面上の曲辺辺部，直辺部，(a) L = 10 mm

ダイ
イ肩 R 部の 3 領域の領
3 次元デデータを，平面面的に扱うためにに各面を展開しして整理した．
ダイ表面上の一点に着目しし，加工中そのの点における面圧圧の推移をみた
たのは図 7 であある．ダイと被被加工材が接してている間は顕著著な面圧の増加加が見られる．
本解析では，焼付付き挙動に関連連すると思われれる指標としてて，その点が最もも大きい面圧をを受けた「最大大面圧値」と，ある一定以上のの面圧が発生すする範囲の成 形品とダイととの摩擦距離（以以降，すべり距距離と呼ぶ）をを調査した． ただし，解析た精度度に起因するばばらつきがあるるため，面圧がが 60 MPa を超ええた状態で摺動動している距離離をすべり距離離とした．各
評価
価位置で最大面面圧値とすべりり距離を測定しし，その分布図をを作成した．
(b) L = 15 mm600
最最大値500

面圧 /MPa400
300200

すべり距離1000010203040ーク /mm
ストロー

圧履歴と調査指指標（データはは任意点）
図 7 面圧５．解析結果図 8 にしわ押え圧力が 0 M
MPa と 6 MPa
a の面圧最大(c) L = 20 mm
けるダイとワーークピースの焼焼付
図 6 各ダイ高さ L におけ
きの様様子(N：加工工回数）

値のの分布図を示す
す．どちらの結結果においてもも，ダイ肩 R部ににおいて高い値値を示している
ることがわかるる．これは板ー 233 ー

成形の一般的的な挙動としてて理解できるもものである．最最大
面圧値の分布布では，焼付きき発生位置の特特異性を見出すすことが難しいこことがわかる．図 9 にしわ押押え圧力が 0 M
MPaと 6 MPa のすすべり距離の分分布図を示す．
．焼付き発生位位置
では，焼付ききが発生しなかかった位置と比比較して，すべべり距離が長くななっており，すすべり距離の分分布図が焼付きき発生位置を特徴徴づけているこことがわかる．焼付き位置でであるダイ出口付付近の直辺部ででは，曲辺部かからの材料の流流れ込みにより，しわが生成ししやすい位置でで，肉厚が大ききくなりやすく，しごきが厳ししい状況になるる．したがってて比較的長く金型型とワークピーースが摺動するると考えられる
る．
以上より ，面圧の最大大値の分布よりも，すべり距距離(aa) しわ押え圧
圧力：0 MPaaの分布の方がが，ダイ表面上上の焼付き発生生位置の分布とと位置関係が類似似していることとがわかった．そのため，焼焼付きの発生位置置を判断する指指標の一つとしして，すべり距距離が関連していいると考えられれる．

(b)(しわ押え圧
圧力：6 MPa
図 9 すべり距離離の分布図

６．結言(a) しわ押
押え圧力：0 MPa
M

本研究では，高張力鋼板のの焼付き判断基基準の開発のためめに角筒絞り型型の摩擦試験をを行った．そのの結果，角筒絞りり摩擦試験によより，ダイおよよびワークピーース上の特定の位位置に焼き付ききを発生させるることができ，その拡大過程ににも特徴があるることを確認しした．また，有有限要素解析を用用いて調査した
た結果，すべりり距離の分布はは，ダイ表面上のの焼付き発生位位置の分布と位位置関係が類似似していた．

謝辞

行するにあたりり，財団法人天天田金属加工
本研究を遂行機械
械技術振興財団団に研究助成ををいただきましした．ここに謝意意を表します．

参考文
文献(b) しわ押
押え圧力：6 MPaM
図8

最大面面圧値の分布図
図1)

田寛之，薛徳州州，林启権，岡岡村政明：塑
王志剛，窪田性と加工，477-549（2006） ，988-992．

2)

V.N. Wijayath
hunga and D. C. Webb，J. Mater. Proc.
Technol., 172 (2006), pp.1399-145.

3)

S. Kataoka, M.
M Murakawa, T
T. Aizawa and H. Ike，Surf.
Coat. Technol., 177-178 (20004), pp.582-590
0.

4)ー 234 ー

K. P. Rao and J. J. Wei，Weaar, 249 (2001), pp.85-92.