鍛造加工におけるプレスモーション制御

ホットスタンピング用逐次鍛造テーラードブランク

摩擦大

面圧大

板鍛造

クランクモーション

荷重振動

ストロークs/mm

圧縮

荷重

F/kN

0 0.5 1 1.5 2

50100150200250300

自動再潤滑をする荷重振動鍛造

除荷

潤滑剤侵入

すきま

金型：弾性回復金型：弾性変形凹形状

塑性変形

荷重振動による自動再潤滑

通電加熱

ダイス

パンチ

電極

鋼板

部分通電加熱法

超高張力鋼板の通電加熱 温・熱間せん断加工

• せん断面向上

• 穴抜き荷重大幅低減

• 穴抜き後残留応力無し

超強度部材のホットスタンピング

研究テーマ

1. 超高強度鋼部材のホットスタンピング2. 通電加熱スマートホットスタンピング3. 中・小型超高強度鋼部品の通電加熱ホットスタンピング4. 通電加熱を用いた高張力鋼板の温・熱間せん断加工5. ホットスタンピング用逐次鍛造テーラードブランク6. 高張力鋼板の冷間プレス成形における成形性向上7. 超強度鋼部材の冷間せん断加工8. メカニカルクリンチング，セルフピアスリベッティング，ヘミングによる

高張力鋼板の接合9. 超高張力鋼板・ステンレス鋼板のしごき加工における焼付き防止10.ヘテロ表面サーメットダイによるしごき限界向上11. 自動再潤滑を利用した荷重振動板鍛造12. 振動鍛造によるボンデフリー化13.板鍛造による局部増肉加工14. チタン合金板，熱処理型アルミニウム合金板のホットスタンピング15. 中空部材の熱間ガスフォーミング16. 内視鏡を用いたプレス成形の金型内変形挙動の観察

研究室メンバー

ホットスタンピングへの急速通電加熱の適用

加熱 搬送 成形

現行の熱間プレス成形

加熱・成形

型内に設置した電極にて通電

温度低下問題の低減酸化スケール低減

ダイクエンチによる強度向上

通電加熱を用いた熱間プレス成形

温度低下

酸化

鋼管の熱間ガスフォーミング

空気圧

通電加熱

電極

成形 + 焼入れ

アクスルビーム

アルミニウム合金管の熱間ガスフォーミング成形

電極

通電加熱空気圧

P小

熱間：延性大

熱間ガスフォーミングハイドロフォーミング

低速

高速

900700500300100

/ ºC

成形時間：1.7s

成形時間：0.4s

冷間

熱間低速熱間高速

ホットスタンピングにおける成形挙動，温度分布

チタン合金板の通電加熱ホットスタンピング

冷間，破断 通電加熱（T=900°C）酸化スケール小

塑性変形を利用した接合法

インターロックの形成接合前

パンチ

上板下板

ダイ

・下板でのインターロックの形成・板材の破断なし

接合要件

ダイ

パンチ

リベット

上板

下板

接合前 上板の貫通 下板の広がり

・上板の貫通

・インターロックの形成

・下板の破断なし

接合要件

メカニカルクリンチング

セルフピアスリベッティング

インターロック

インターロック板押え

高張力鋼板とアルミニウム合金板の接合

アルミニウム合金板と高張力鋼板の接合

板押え

豊橋技術科学大学 極限成形システム研究室

自動車，航空機を中心として極限を超える成形技術を目指して

－ハイテン，チタン，アルミ，マグネ－

板鍛造における“だれ”と “ひけ”の防止

振動あり 振動なし

段差付け

スプライン成形のボンデフリー化

熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング

一般の航空機部品の冷間プレス成形

O材 溶体化 低温保管 最終成形 人工時効予備成形

人工時効T4材 急速加熱ホットスタンピング

熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング

300μm1mm

焼付きによるわれ再潤滑

負圧

振動あり振動なし

溶接 圧延現状差厚テーラードブランク製造方法

材料メーカーから購入コスト : 大 ， フレキシビリティ : 小

プレス機

逐次鍛造

部品メーカーで製造可コスト : 小 ， フレキシビリティ : 大

圧縮部，t =1.0mm

非圧縮部，t=1.6mm

非圧縮部

圧縮部

2016 http://plast.me.tut.ac.jp/

穴あけ トリミング 通電加熱歯の打抜き・ダイクエンチ

ギア部品

中・小型超高強度鋼部品の通電加熱ホットスタンピング

(a)通電加熱 (b) 穴抜き・ 打抜き (c) はめ込み (d) 曲げ・ダイクエンチング

帯板

打抜きパンチ

電流

送り

曲げパンチ

軽量自動車部品の極限成形

鋼管の熱間ガスフォーミング

通電加熱

ギアの振動鍛造超高強度鋼部材のホットスタンピング

ダイクエンチ

ネットシェイプ

高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合

超高張力鋼板の冷間成形

成形 + 焼入れ

逐次接触パンチ

ダイ

ブランクα

角部成形

圧縮低減

成形終了

プレス成形部品

フランジ割れ板材端部で発生する引張応力による割れ

板材

せん断

曲げ

引張り

せん断切口面

フランジ割れ

伸びフランジ成形における割れの防止

従来の平坦パンチ

逐次接触パンチ W/W0=0.2，α=45o

13.7

18.0

JSC1180Y

逐次接触パンチによる超高張力鋼板のフランジ成形性の向上

難加工材のプレス成形における焼付きの防止

微小角部丸みを有するパンチによるダイクエンチ鋼板の冷間穴抜き加工

サーボプレス(150, 80tonf) 通電加熱用電源

精密万能試験機

疲労試験機（引張，曲げ）

レーザー顕微鏡

デジタルマイクロスコープ

デジタル光学顕微鏡

高速度カメラ デジタル表面粗さ測定器

３次元形状測定器

サーモグラフィー

硬さ試験機

超音波厚さ計

３Dプリンター

内視鏡

成形作業観察用ドローン

LS-DYNA

ANSYS

ABAQUS

DEFORM

通電加熱電源+クランク式サーボプレス

研究設備

電池ケース

ステンレス鋼

しごき加工

焼付き

電気自動車TiCNサーメット

0

10

20

30

焼付き

破断焼付き

良好

破断

しごき率

/%

5mm

ステンレス鋼容器のしごき加工における焼付きの防止

センターピラー

しわ

しわの発生

圧縮

縮みフランジ成形におけるしわの抑制

16.1 11.3

10.8 9.6

JSC1180Y

従来の平坦パンチ

逐次接触パンチ

ダイス

逐次接触パンチ逐次接触パンチ

ダイス

しごき率

[%]

ヘテロ表面の粗さ [µmRa]

0.1mm

ラッピングダイ, 0.02µmRa

0

2000 400 600 800ダイランド部の軸方向の位置 /µm

1

-1高さ

/µm0.1mm

ヘテロ表面ダイ, 0.05µmRa

-2

0

2000 400 600 800ダイランド部の軸方向の位置 /µm

高さ

/µm 1

-1潤滑剤

容器

dp

(SKD11)パンチ

c ダイ

φ34

30

補強リング

ヘテロ表面サーメットダイによるステンレス鋼容器のしごき加工限界の向上

(b) しごき加工限界（SUS４３０，塩素系プレス油）

ダイ

(a) ダイランド部の表面

潤滑剤保持

ダイ容器

観察部ダイ

第１実験室

通電加熱電源+直動式サーボプレス サーボパルサ疲労試験機平面曲げ疲労試験機

3次元形状測定機ファインスコープ

破断30

20

10

0

良好

0.200.10 0.15 0.250.05

焼付き

25

15

5

35

焼付き

ダイ

板材

i) 加工前

だれ

せん断面せん断面

iii) クラック発生ii) 加工初期

応力集中の緩和板材

クリアランス小

角部丸み

クラック

パンチ

破壊までの繰返回数

[×10

4]

0

20

40

60

80

試験片

2.52N・m

クランプホルダ

穴

0

4

8

12

16

20

24

遅れ破壊が生じ

た時間

[h]

丸みなし，

c=10%

R=0.3

mm

, c=

0.8

%

ii) 穴抜き加工された切口面の遅れ破壊性

iv) 穴抜き加工された切口面の疲労強度

c=10% c=0.8%丸みなし，R=0.3mm,

FL

FL<FR

FR

ii) 左側の力＜右側の力

パンチ

隙間可動ダイ

cL cR

cL>cR

i) 偏芯：左右のクリアランスが不均一

iii) ダイが動く

cL=cR

cL cR

iv) 左右のクリランスが均一

ダイホルダ

板材

ダイベース

左クリアランス 右クリアランス

+ =

自動調芯金型構造角部丸みを有するパンチと微小クリアランスによる穴抜き

ダイ中心とパンチ中

心の差

[µm]

0.2 0.4 0.60 0.8 1.0

6420-2

8

-4-6-8

パンチストローク [mm]

x方向

y方向

パンチ

可動ダイx

y

破断面

θ=0° 90° 180° 270° 0°

n= 1 せん断面

n= 5 せん断面破断面

n= 100破断面

i) 自動調芯

iii) 1.5GPa級鋼板の切口面，角部の丸みR=0.3mm，クリアランス比c=0.8%,