要 素 解 説 1

板鍛造を高度化する
プレス機械と成形技術
アイダエンジニアリング㈱下間隆志＊

近年のモノづくりにおいては、グローバルに高とされるエッジや差厚など付加価値のある形状を精度化や高付加価値化が求められる。開発拠点と得る方法である。図 1 に示すように、板金成形のしての日本国内においては、なおさら高いレベル代表的な工法である打抜き、絞り、曲げ、バーリが求められ、それらに対応できる金型工法の開発

ングに冷間鍛造の代表的な工法である据込み、しが急務となってきている。これらを実現するため

ごき、押出し工法を取入れる技術である。のひとつの手段として、高強度、高精度、高付加板金と鍛造の代表的な工法における標準的な成価値形状の成形に適する板鍛造技術があるが、板形応力を図 2 に示す。板鍛造工法では、適応す鍛造技術における精度の安定性やネットシェイプる工法や変形度から、成形応力は通常の板金成形化を実現するためには、金型を搭載するプレス機の約 3 倍になり、冷間鍛造との中間に位置する。

械側にも高精度、高剛性が求められる。本稿では、また、板金成形に鍛造技術を組み合わせることで板鍛造技術の基本的な考え方や代表的な工法の活成形限界が向上し、高精度で複雑形状の成形が可用事例、また、板鍛造技術に最適と考えるプレス能となる。図 3 に板金成形、冷間鍛造それぞれ機械を紹介する。の特徴をまとめる。板金成形は引張り応力場での成形が多いため、加工限界は被加工材の引張り強板鍛造工法の概要

S10C

2,500

in Sheet Metal）とも呼ばれ、板金成形に塑性流動を積極的に活用し、板金成形では成形が難しい＊（しもま たかし）
：開発本部 成形技術センター
技術課 課長〒252−5191 相模原市緑区根小屋 1752

板金成形

FCF 工法

打抜き（FB 含む）
絞り

FCF

曲げ24

しごき
押出し

図 1 板鍛造（FCF）工法

冷間鍛造

2,000

1,500
FCF工法

1,000

500

冷間鍛造据込み

レイアウト

材料に作用する応力（MPa）

板鍛造工法は FCF 工法（Flow Control Forming

0せん
断絞り

リス
トライク

自由
据
込
み半密閉
据
込
み

押出し密閉
据
込
みシートメタル成形

図 2 板金と鍛造の代表的な工法の成形応力
プ レ ス 技 術

◆◇◆

板金成形

冷間鍛造

成形状態

成形状態

引張り

圧縮応力

せん断応力

静水圧効果

低い成形応力高い成形応力特集 板鍛造を高度化する要素技術

FCF 工法の成形応力
1,000〜1,500MPa が基本
板金成形と冷間鍛造の中間の成形応力

写真 1 フィールドコア
図 3 板金成形と冷間鍛造の特徴さで決まり、低い成形応力で多工程の成形が特徴である。一方、冷間鍛造は圧縮応力場での成形がほとんどで、加工限界が金型強度で決まることが絞り、しごき、サイジングの複合成形事例多く、高い成形応力で少工程の成形が特徴である。

写真 1 の製品例は電磁クラッチのフィールド

これら 2 つの複合成形である板鍛造工法は、それコアで、材質 SPHC、板厚 5 mm のドーナツ形状

ぞれの利点を生かすことで新たな技術への展開がのブランクから 1 ストロークで単動絞り、しごき、期待できる工法である。

サイジングの複合成形により成形される。この製品の最大の特徴は、内外の絞り縦壁先端部を断面板鍛造工法により得られる代表的な製品形状

減少率 66％ のしごき成形により板厚 5 mm から1．
7 mm に減少させている。

板鍛造工法より得られる代表的な製品形状を図

図 5 に金型構造を示す。成形過程としてはまず、4 に示す。大別してエッジ形状、差厚および段差ダイのアプローチテーパ部で絞り加工を行い、ダ形状、局部形状の 3 つに分類できる。これらの形イのストレート部でしごき成形、そして最後に下状は従来では切削、焼結、鋳造、射出成形、鍛造死点で製品底部をサイジングする。絞り成形は同などにより加工されていたが、板鍛造に工法転換

軸度などの精度の高い製品を成形するのに最適なできれば精度、強度、工程数、生産性、ネットシ工法のため、鍛造工法の前工程の成形として活用

ェイプ化など、いずれかの面で優位性が発揮でき、することにより製品の高精度化が可能となる。

大幅なコストダウンに繋がると考えられる。

A：エッジ形状

本工法では、成形時の摩擦抵抗を減らすため金C：局部形状B：差厚および段差形状

図 4 板鍛造工法の代表的な製品形状
第 55 巻 第 2 号（2017 年 2 月号）

25

金型構造
マンドレル
焼きばめダイ

パンチ

絞り
しごき
サイジング

写真 2 据込み絞りカップ部を据込み、底厚を薄くした後に絞り加工を行う。
この工法を応用して絞り R 部をエッジ形状にす成形前成形後ることも可能である。

後方押出しと抜きの複合成形事例
図 5 金型構造

写真 3 の製品例はピストンピンで、材質 SCM
415、ピン外径がφ30 mm、内径穴はφ12．
5 mm、製品高さは 75 mm である。φ12．
5 mm 穴開けの成形過程としては、まずスラグの外形をダイで拘束し、φ12．
5 mm の穴をパンチで成形する。成形の初期段階ではせん断抵抗よりも後方押出しの変形抵抗が低いため、材料は上方へ流動する。パンチが内径穴φ12．
5 mm の約 1．
5 倍の高さまで進行すると、後方押出しよりせん断抵抗の方が低写真 3 ピストンピンくなり打抜きに変わり成形が進行し完了する。後方押出しの影響により、製品高さはスラグの高さ

型には表面処理、被加工材にはボンデ処理が必要より高くなり、スクラップはスラグの高さより短となる。また高変形なしごき加工を行うため、ダくなる。金型構造については打抜きではなく、鍛イは鍛造金型の特徴である焼きばめ構造を採用し造の後方押出し成形と同じ設計基準が必要となる。ている。

また、φ12．
5 mm のパンチは細長く強度が弱いため、パンチ寿命を考えた場合、パンチのガイド据込みと絞りを活用した成形事例
写真 2 の製品例は据込みと絞りを活用して成方法を工夫する必要がある。

局部成形

形したカップである。カップ成形においてカップ底厚よりカップ縦壁の板厚が薄いカップの場合は、成形の方法としては、製品全体に応力を作用さ絞り、しごきの複合成形が有効であるが、写真 2

せる全体成形と必要個所のみ部分的に応力を作用のようなカップ底厚よりカップ縦壁の板厚が厚いさせる局部成形という概念がある。全体成形の場

いカップの場合は、据込みと絞りを活用した成形合は成形面積が大きくなるため、成形荷重は高く法が有効である。成形過程としてはまずカップ底なる。一方、局部成形の場合は成形面積が小さく、

26

プ レ ス 技 術

◆◇◆

特集 板鍛造を高度化する要素技術

成形応力が高くても成形荷重は比較的低

座ぐり穴

溝形状

ピアス

バーリング

くなる。このため、プレス設備の制約が少なく、ボス、面取り、座ぐり、溝など捨て穴の形状の成形に活用され、適応範囲は広局部据込み

図 6 座ぐり成形の工程レイアウト

い。

コンロッドレス
中央 1 ポイント

図 6 に座ぐり成形の工程レイアウトを示す。まず、最初に座ぐり部を成形する時に潰した余肉を吸収するスペースを確保するために捨て穴を開ける。次に局部据込みによる座ぐり成形を行い、最後に穴部のピアスを行い 3 工程で完了する。

スライドギャップ
球面座シュ−

さらに穴部をバーリングすることにより溝形状を成形することもできる。このよ0

うに局部成形を活用することにより、低い成形荷重で高変形な形状を得ることができる。

高精度、高剛性プレス
高剛性フレ−ム

板鍛造工法では、金型クリアランスの狭い精密抜きや成形応力が高い鍛造工法

図 7 UL プレス構造図を採用するため、プレス機械においては高精度でいる。さらに、プレス全高については圧力能力が高剛性なプレス機械が求められる。当社ではこれ同じ従来機と比較し、30％ 減（当社比）となりら板鍛造工法に最適な UL プレスをラインナップ非常にコンパクトである。また、成形荷重を受けしている。開発コンセプトを「金型精度より高いるフレームはリング状の 1 枚板を前後に配置した精度の成形マシン」として、製品精度の向上、金一体構造を基本として、加工時のプレスの伸びと型寿命の延長、高い汎用性を極限まで追求し、開関係する縦剛性だけでなく、大きな偏心荷重を受発したプレス機械である。UL プレスは成形時のけたときのスライドの横ズレ防止に寄与する横剛動的精度、剛性にこだわり開発された。以下の 3性を高めた高剛性フレームを採用している。

つの特徴により、一般のプレス機械と比較して製品精度や金型寿命に明確な差が現れる。
①スライドギャップ

0

UL プレスによる成形性向上例

クリアランス②コンロッドレス中央 1 ポイント機構

写真 4 は UL プレスの精度、剛性の有利さを示③高剛性一体フレーム
図 7 に UL プレスの構造を示す。スライドガイド部に球面座形状のシュー（4 カ所×2）を配置してゼロクリアランスでスライドをガイドしている。これにより、ボルスタ上面に対するスライド上下運動時の直角度は JIS 特級をしのぐ数ミクロンメーターを達成している。また、クランクプレスでは不可欠とされていたコンロッドがないので、これまで避けられなかった熱変位によるコンロッド伸縮もなくなり、プレス下死点精度にも優れて
第 55 巻 第 2 号（2017 年 2 月号）

写真 4 デモ用サンプル

27

座グリ部

UL-6000
1,900kN
荷重センター
600kN
座ぐり
平面矯正

エンボス部

0.050
プレスセンター

0.040

400kN
全せん断抜き

90tf
エンポス

0.030
0.020

0.035

0.04

0.010
415

70

452
760

0.01

0.005

0.000
UL

従来機

図 9 座グリ深さ、エンボス高さのばらつき

図 8 金型配置図

わらず 100％ のせん断面を確保している。このこすためのデモンストレーション用サンプルである。とから UL プレスは動的精度に優れ、スライドの（材 質 SPCC、板 厚 2．
6 mm）圧 力 能 力 6，000 kN

暴れがほとんどないことがわかる。の UL プレスに金型を図 8 のように意図的に左にずらして取り付け、偏心荷重が掛かるようにし、板鍛造技術の今後加工時には金型ダイセットのガイドポストは取り外している。加工工程は、座ぐり、エンボス、仕自動車業界では、EV 車や燃料電池車などの普上げ抜きのプログレッシブ成形で、成形荷重セン及に向け開発が活発に進められている。燃費向上

ターは、プレスセンターより左に 452 mm、1，900のための部品軽量化や、コストダウンのための部

kN である。まず、座ぐり深さの左右差は図 9 に品数削減などの観点から、板鍛造技術は有効な手示すように、従来機（圧力能力 2，500 kN の 2 ポ段として今後も期待できる工法ではないかと考えイント機）では 0．
035 mm であるのに対し、UL−る。板鍛造技術のさらなる革新を目指すことを約6000 においては 0．
005 mm と少なく、偏心荷重束し本稿を終える。

による UL プレスのスライドの傾きが従来機と比べ、いかに小さいかがわかる。また、UL プレスのサンプルでの外周トリムの切断面は、ガイドポストを取り外した上での偏心荷重の加工にもかか28

プ レ ス 技 術