FCF 工法の紹介および成形事例

井村隆昭

Takaaki Imura

アイダエンジニアリング㈱FCF 工法の概要

い製造法としてのネットシェイプ化が求められている。
従来技術の延長線上では、さらなるネットシェイプ化

金属材料からの素形材製作の技術としてプレス機械の達成は困難となっている。そこで、両技術の特徴にによる塑性加工は重要な技術である。しかし、その技注目し、利点を相互に活かす技術として、主に厚板材

術は、板素材より剪断、絞り、曲げなどの剪断、引張を用いて複雑形伏の部品を高精度で成形する工法をり応力主体での板金成形技術と、ビレット素材より、FCF（Flow Control Froming in sheet Metal） とし据込み（つぶし）、押出しなどの圧縮応力主体の鍛造て当社では提案している。

成形技術に二分化して進歩してきた。従来より一部のユーザーにおいては両者の技術を融合した成形が行われていたが、各製品に限定されており、成形技術としての展開はなかった。

FCF 工法の基本的な考え方
FCF 工法は、板金成形の基本である打抜き、絞り、曲げなどの剪断、引張り応力主体での成形に、ビレッ近年になり、高精度・高付加価値化と省資源、省エト素材より、据込み（つぶし）、押出しなどの圧縮応ネルギー、軽量化などを達成するための環境にやさし力主体の鍛造成形工法を取り入れることで構成される。
すなわち荷重の低い、剪断、引張り応力場での多工程成形により大きな形状を作製し、静水圧効果により板金成形の特徴・成形状態
引張り、剪断応力場
・成形限界
被加工材の引張強さ（剪断強さ）・低応力で多工程成形

冷間鍛造の特徴・成形状態
圧縮応力場、静水圧効果
・成形限界
金型強度
・高応力で少成形工程

成形限界の高い圧縮応力場で材料を塑性流動させ、成形を行うことである（図 1）。
結果として、従来の板金成形では困難であった高い寸法精度、差厚・段差や歯形のような高付加価値形状の成形が可能になる。工程レイアウトにおいては材料の塑性流動についての視点が重要となる。
代表的な成形事例と対象形状を図 2 に示す。

図 1 板金成形と冷間鍛造成形の比較

また金型においては、圧縮応力場での成形はその成

井村 隆昭：開発本部成形技術センター 副センター長 〒229−1134 神奈川県相模原市下九沢 1662 TEL（042）771−9971

０１８

特集

世界をリードするプレス型技術

A：エッジ形状
B：差厚および段差形状

C：局部形状図2
FCF 工法での代表的製品事例と形状

パンチ
ダイス
小さいクリアランス
パンチ

製品

素材

パンチ
ダイ

ダイ剪断面

切れ刃部 R

スクラップ

図3
各打抜き工法

成形開始

成形完了（a）拘束打抜き

形限界が金型強度を上回る場合もあるため、金型の構（b）据込み剪断（c）仕上げ抜き

グがあるが、これは材料の除去により破断面を剪断面造、部品形状については、強度（耐圧強度、曲げ強度、 に変える工法である。
剛性など）に注意する必要がある。

打抜き加工の事例

絞り成形の事例
大きなサイズのカップ形状の製品は、鍛造工法では打抜き加工において全剪断面を得る工法は、ファイ非常に大きな設備能力を必要とする。一方、絞り加工

ンブランキング、拘束打抜き、据込み剪断、仕上げ抜

は、板材を用いることにより小さな能力の設備で成形きがある。これらは、いずれも剪断成形中に材料に各することができる工法である。したがって絞り加工は、種の方法により圧縮応力場を発生させることで破断面FCF 工法では、カップ形状の前素材成形の工法としの発生を抑制して全剪断面の打抜きを行う工法である。 て有効に活用すべき工法である。
図3の（a）に拘束打抜きの、（b）に据込み剪断の、また、板材を素材とすることにより、当然カップの（c）に仕上げ抜きのそれぞれの簡単な型構造例と事例側壁部の偏肉の少ない高精度のカップ状素材を得るこを示す。とができることも注目すべき点である。

そのほかに全剪断面を得る工法としてはシェービン

厚板材からカップ形状の製品を得るための工法の一型技術

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簡便法による成形限界
t/D0×100≧2

パンチダイ
絞りアプローチ
・円錐形状
・なぎなた形 R 形状図4単動絞り成形

複動成形（端面圧縮絞り）

しごき

単動絞り
据込み歯形成形（押出し／しごき）

図5単動絞り成形よりの展開
2122

圧縮絞り
2324

ボス増肉
（縦圧縮）

（b）

図6
ボス成形事例（圧縮絞り）（a）

例を図 4 に示す。この場合、単純な金型構造でしわ押さえが不要な単動絞りで成形を行っている。

加価値形状の成形が可能になる。
そのほかの FCF 工法での絞り加工の応用としては、

このカップ状素材に対して、しごき、端面圧縮絞り、 フランジ部（平面部）へのボスの成形に用いられる圧押出し、据込みなどの鍛造を基本としたさまざまな塑性加工法と組み合わせて、図 5 に示す高精度・高付０２０縮絞り工法がある。
図（6 a）に圧縮絞りを基本としたボス成形の概略レ

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773322241a1a1124054a4b1a474710116128

図7複動成形事例（a）

イアウトを示す。製品ボス部の体積を確保するために、第 1 絞りにおいて大きく絞り、以降の工程で、圧縮絞りにより中央の絞り部径を小さくすることによりボ（b）

（c）

全体据込み

8

成形面積が大製品全体を成形成形荷重が大ス部の体積を確保する。その後ボス部に縦方向の圧縮成形を行うことで、ボス部肉厚の増加と絞りコーナーR 部のエッジ成形を行っている。図 （6 b）に成形事例

局部据込みを示す。

一部分を成形必要部分のみ成形

押出し成形の事例

比較的少ない荷重で必要な板厚変化が可能

絞り成形により成形された底付きカップ、フランジ付きカップおよびパイプ状素材の縦壁に板厚差を設け

図 8 全体据込みと局部据込みる工法としては押出し成形が有力な手段である。板厚製品内径部の空間の発生を防止することが可能となり、差の少ない場合は、しごき加工により成形部近傍以外内径部および底部の変形がない寸法精度の良い成形がを非拘束で成形することが可能であるが、大きな板厚できる。

差を得るためには成形部以外も拘束して押出し成形をその他の複動成形の工法としては、押出し部端面の行う必要がある。そのために金型としては、可動ダイ均一化やダレの抑制などを目的とした背圧成形や成形スや可動マンドレルを使用する複動成形が多用される。 時のパンチに作用する応力を軽減する張力付加押出し複動成形での押出し事例として、底付きカップの縦がある。

壁部に対して押出し成形を行った事例について説明す

局部成形の事例る（図 （7 a））。
底付きカップの上端面を押して縦壁部の押出し成形

据込み成形は、鍛造成形の基本の工法であり成形時を行った場合、図 （7 b）のように内径部の変形を抑えの金型に作用する面圧も鍛造成形の中では少なく利用るマンドレルを固定方式とすると、押出しによる縦壁価値が高い。ただし、製品全体において板厚を薄くす部の前方への塑性流動によりマンドレルと製品内径部るような全体据込み加工を行った場合は、成形の面積に空間が発生して、内径部と底部に変形が生じ、所定が大きくなるために必然的に成形荷重も高くなり必要の寸法および形状が維持できない。

なプレス能力も大きくなる。したがって、FCF 工法

図（7 c）のように上下の金型において、マンドレルにおいては、座ぐりや溝形状に代表される局部的な板とカウンターパンチを可動にしてそれぞれにクッショ厚差や形状差を設けるための局部据込みが多用されるン力を作用させることにより、成形時のマンドレルと（図 8）。

型技術

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ピアス

ピアス

局部据込み

バーリング

座ぐり成形
溝成形
（a）

半抜き

半抜き

図9
溝成形事例

（b）

カップの底面・内径部の段差成形
特徴：工程数の削減
成形荷重の低減
振れ精度の向上

冷間鍛造

FCF 工法工

工

程 ：丸棒切断→スラグづくり→焼きなまし・ボンデ→鍛造（3 工程）
歩留まり ：98%
成形荷重 ：380tf
T. I. R. ：0.1〜0.2mm

程 ：板材剪断→潤滑→FCF 工法（5 工程）
歩留まり ：75%（3 個取り）
成形荷重 ：250tf
T. I. R. ：0.02〜0.08mm

局部据込み（局部成形）では、成形部分の面積が小さいために成形荷重も小さくなるので、コンパクトな設備で従来では切削などの後加工を必要とした高付加価値形状の成形が可能となる。

図 10
絞り加工と据込み加工の複合成形

程での半抜きでの凹部の成形後に、反対側から再度半抜きを行うことにより成形できる。

絞り加工への据込み成形の適用事例

図（9 a）
は、局部据込みを用いた基本的な溝成形の図 10 は従来工法と FCF 工法の対比を示す。従来レイアウトである。捨て穴打抜き（次工程での局部据は冷間鍛造にて丸棒の切断から焼きなましボンデ処理

込み時の材料の流動部分の確保）、局部据込み、打抜→スラグづくり→焼きなまし・ボンデ処理→鍛造 3

きの座ぐり成形後に内径打抜き部にバーリングを行う工程で成形されていた。FCF 工法に転換することで、ことにより溝成形を行っている。このレイアウトでは板材のブランク材から、単動絞り成形を第 1 工程と溝成形にバーリングを用いているために、溝部内径側して 5 工程で成形が可能となった。単動絞りにて成の縦壁の肉厚は薄肉のものに限定される。溝部が内径形したカップの底部の据込み成形により、底部の材料側から離れている場合、すなわち溝部内径側の縦壁部を絞りコーナー部や中央部に流動させてコーナー部のの肉厚が厚い場合には、図 （9 b）に示すような第 1 工エッジ成形と中央部のボス成形を行っている。また板０２２

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世界をリードするプレス型技術

集中荷重はプレスに直接伝達
鍛造金型の基本構造

応力伝達範囲≦片側 20〜30°

スライド

応力伝達範囲の内側にバッキングプレートがある
精度保持と受圧部品の分離構造

ハードプレート

図 11金型構造

応力伝達範囲の下は穴
大きなたわみ片側 20〜30°

ボルスタ材を使用することにより製品内外径振れ精度の向上といため、金型のガイド方法、固定方法および成形部以成形荷重の低減を達成している。

外には逃げを設けるなどの工夫が必要である。

FCF 工法の金型構造

金型構造としては、図 11 に示すように冷間鍛造の金型構造を参考にして、応力伝達範囲を考慮し成形部FCF 工法では、据込み（つぶし）、押出しなどの成直下の空間などは極力小さくして、剛性の高い金型構

形面圧が高い工法を用いるために金型の強度、剛性に造とすることが高精度化、精度の安定、金型寿命の向は注意が必要である。

上につながる。

ダイスにおいては、金型のサイズがダイスの耐圧強☆

度と相関関係があるため、そのサイズを大きくすることなくダイスの耐圧強度を上げる方法として、ダイス

これからの日本のモノづくりにおいては、従来の効を製品に接する部分のインサートとその外側の締め付率優先から環境重視への転換が求められている。そのけリングに分割し、インサートと締め付けリング間に中で塑性加工は、ネットシェイプ化を含んだ EFM

予圧縮のための締めしろを設けて焼きバメを行い、ダ（Emission Free Manufacturing）への発展を行わな

イスの耐圧強度を大きくする焼きバメ構造が用いられければならない。

ることが多い。図 7 や図 10 のような成形のダイスには焼きバメ構造のダイスを用いている。
金型材料としては、高耐圧強度、高弾性係数、低熱膨張率の特徴を持つ超硬合金が製品精度や量産時の安定性のために活用したい材料である。超硬合金と一般的な金型材料である SKD 11 や SKH 51 とを比較す
ると、前者は弾性係数で 2 倍、熱膨張率で 1／2 となっているため、成形時の荷重変動や温度上昇による製近年のプレス機械の高度化（サーボプレス／超高精度・高剛性プレス）により、従来の板金成形技術に材料流動の視点を加えた FCF 工法はその適用範囲の拡大に大きな注目を集めている。
参 考 文 献１）中野隆志：素形材 2006、12、pp．63−68
２）中野隆志：塑性と加工、47−551（2006−12）
、pp．
8−12

品厚さや径の変化が後者に対し少ないために有利である。ただし超硬合金は、引張り応力や曲げ応力には弱型技術

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