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豊橋技術科学大学 森 謙一郎
板鍛造技術の現状と将来展望
加熱：１ショットホットスタンピング
潤滑：荷重振動鍛造
工程設計：局部増肉
コスト低減：生産性向上
棒材
切削
焼入れ
板材
板成形
焼入れ
成形品
(a) 切削 (b) 板鍛造
切削から板鍛造への置換え
ネットシェイプ成形
サイベックコーポレーション
ビレット鍛造と板鍛造
(a) ビレット鍛造, 大きな形状変化
棒材
板材
(b) 板鍛造, 小さな形状変化
せん断 予成形 すえ込み 穴抜き 後方押出し ギア成形
打抜き 1段成形 2段成形 ギア成形
アイダ 中野
SPHE, 5 mm (a) 板成形 (b) 板鍛造
せん断，曲げ，絞り + すえ込み，押出し，しごき
板厚分布の制御あり
角部成形
板鍛造と板成形の違い
引張り変形 圧縮変形の付加
板厚分布の制御なし
板成形への鍛造の取込み
板鍛造の英語
M. Merklein, Erlangen-Nürnberg大学，ドイツ2012 CIPR keynote“Bulk forming of sheet metal” (sheet-bulk metal forming)
工具の動き
直進：すえ込み，鍛造，しごき，コイニング回転：フローフォーミング，揺動鍛造；逐次成形
板鍛造:plate forging (plate stamping)
板鍛造の問題
工程設計：所定の製品形状金型：焼付き，摩耗，割れ潤滑：加工荷重，焼付き
材料：軟鋼板，アルミニウム合金以外；高張力鋼板，ステンレス鋼板
加工荷重の増大
1. 1ショットホットスタンピング2. 荷重振動板鍛造3. 局部増肉
軽量材料の成形
超高張力鋼板(7.8) アルミニウム(2.7)，マグネ(1.8)，チタン(4.5)
100kg軽量：1km/l燃費向上電気自動車では非常に重要
超高強度鋼部材の1ショットホットスタンピング
豊橋技術科学大学 森謙一郎
1) ホットスタンピング
2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
センターピラー
サイドドアビーム
超高張力鋼板：1GPa以上
超高張力鋼板の自動車部材への適用高張力鋼板の冷間成形におけるスプリングバック及び低い成形性
大きなスプリングバック 低い延性
焼付き
1.2GPa以上の冷間プレスは困難
超高張力鋼板の高温引張特性
200 400 600 800
200
400
600
800
1000
0
50
100
150
0温度 /℃
引張
強さ
/M
Pa
伸び
/%
ホットスタンピング：成形荷重低下，スプリングバックなし，成形性向上
加熱 プレス成形板材 後加工
ホットスタンピング
下死点保持
トリミング，穴抜き
700 800 9000
100
200
300
400
500
600
素板
加熱温度 /℃
硬さ
/HV
20
硬さ測定部
金型急冷による焼入れ，1.5GPa級
ホットスタンピングにおけるダイクエンチによる硬さの上昇
ホットスタンピング
ホットスタンピング
フォルクスワーゲン パサート，骨格部材の16％が熱間プレス成形
フォルクスワーゲン，パサート
Audi A7 Sportback
アルミニウム板材アルミニウム鋳造材アルミニウム押出し材ホットスタンピング材冷間プレス成形材
ホンダN BOXのセンターピラー
ドイツ ベンテラー社におけるホットスタンピング成形品
カナダ マグナ社におけるホットスタンピング成形品
バンパーリーンフォースメント ダッシュロアクロスメンバー
ドアビーム ルーフリーンフォースメント
Aピラーリーンフォースメント
アイシン高丘におけるホットスタンピング成形品
豊田鉄工，ユニプレス，ワイテック，東プレ
世界鉄鋼協会/自動車分科会 FSV (FutureSteel Vehicle)次世代鋼製環境対応車
引張強さ /MPa
重量
/kg電気自動車骨格部材：190kg
1994-1998 1999-2002 2008-2011
成形荷重低下
スプリングバックなし
成形性増加
1.5GPa級成形品
ホットスタンピングの長所
加熱 プレス成形板材 後加工
高価な板材酸化防止材
強大な加熱炉長い加熱時間
油圧プレス１段成形
レーザ加工
超高張力鋼部品の通電加熱1ショットホットスタンピング
高額な設備低い生産性
大きな後加工コスト狭い適用範囲
適用範囲
自 動 車 の骨格部材
下死点保持
森 謙一郎（豊橋技科大）
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱
3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
加熱，成形
加熱 搬送 成形
温度低下酸化
炉加熱
通電加熱利点
小さい温度低下 プレス作業との同期 少ない酸化スケール 高い加熱効率
大型通電型内加熱を用いた温・熱間プレス成形
電極
通電加熱の映像 (ＳＰＦＣ980) 通電加熱とサーボプレスの連動
高速加熱・高速成形：酸化防止成形性の増加
通電電源 サーボプレス 通電電源 サーボプレス
電極
板押え
ダイ
ポンチ
素板
絶縁体
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
A
～ONOFF
変圧器
200V 60Hz
通電
プレス
(0.2秒)
3.5秒保持
通電電圧：10V板サイズ：130mm×20mm電極中心間距離：120mm
実験条件通電加熱ハット曲げ成形装置 980 ºCにおける通電加熱ハット曲げ成形
(a) 高温炉加熱
(b) 通電加熱
980 ºCにおける通電加熱ハット曲げ成形
1000
900
800
700
600
950
850
750
650
温度 /℃
長方形ブランク
台形ブランク
電極
矩形板材に応用が限定
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング
4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
高強度鋼部品の板鍛造
コイル材 板鍛造 焼入れ 高強度鋼部品
窒化，浸炭
ホットスタンピングとの結合
棒材
板材形状変化
アルミ，軟鋼
材料損失
削取り
塑性変形切削
板鍛造 成形荷重：大
ユタカ技研HPより
1ショットスタンピング
板材 曲げ
現状板鍛造
現状ホットスタンピング
窒化, 浸炭焼入れ 中・小型部品
プレス成形＋ レーザ切断炉加熱 ダイクエンチ 大型部品
穴抜き トリム
１ショットホットスタンピング
電流
急速通電加熱 １ショットプレス 中・小部品＋ダイクエンチ
多工程プレス成形
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化
5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
せん断・ダイクエンチを一体化した歯車のホットスタンピング
C Si Mn Cr Ti0.22 0.15 0.45 0.30 0.02 0.0035
焼入れ用鋼板N22CBB
電極押え
電極 カウンターパンチ
パンチ
板押え
ダイス
鋼板（120L×35W×3.0t
）
加熱温度T (°C)800,850,875,900
通電加熱 せん断 ダイクエンチ 成形品
(a)ダイス (b)パンチ
20.0
クリアランス比c1, 10
歯車の１ショットホットスタンピング金型
板押え
ダイス
電極押え
電極押え
板材
１ショットホットスタンピング
側面
歯面
T =900°C, t =3.0sにおける１ショットホットスタンピング加工された超高張力鋼ギア
(a) c = 10%
せん断面
破断面
せん断面
(b) c = 1%
だれ：大
正面だれ：小
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5
ビッ
カー
ス硬
さ/H
V2
x
0.5
歯先からの距離x /mm
800°C
850°C
T=900°C875°C
t = 3.0sにおける加熱温度がダイクエンチ後のビッカース硬さ分布に及ぼす影響
素板
素板
1.0 s2.0 s3.0 s
tu = 5.0 s
下死点保持時間がダイクエンチ後のビッカース硬さ分布に及ぼす影響(T=900°C)
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5歯先からの距離x /mm
0.5
ビッ
カー
ス硬
さ/H
V2
x
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化
6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
成形・せん断・ダイクエンチを一体化したエンジン取付部品のホットスタンピング
板押え
SUS420J2（110L×40W×3.0t）
銅電極
C Si Mn P S Ni Cr0.28 0.60 0.43 0.23 0.02 0.25 13.2
6
SUS420J2の主要組成
ダイス
曲げパンチ
板押え
トリムパンチ
抜きパンチ
板押え 通電加熱 板材搬送
9
5 90
1ショットホットスタンピング
銅電極
板押えトリムパンチ
板材
正面
側面
切口面
(a)c = 10%
(b)c = 3%
T=1100°Cにおける１ショットホットスタンピング加工されたエンジン取付部品
せん断面
破断面
せん断面
各種加熱温度におけるエンジン取付部品の切り口面
(a) 外周T=500°C 700°C 900°C 1100°C
1.0mm
せん断面
破断面
せん断面破断面
2次せん断面
(b) 丸穴T=500°C 700°C 900°C 1100°C
t = 3.0sにおける成形品中央部のビッカース硬さと加熱温度の関係
100
200
300
400
500
600
加熱温度 T /°C
ビッ
カー
ス硬
さ/H
V2
４ 計測点
素板
400 600 1200800 1000
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉
7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
材質 寸法 /mmスミクエンチ 140L
×54W×2.6t
自動車用シート部品寸法
82
2.6
3.15
33
増肉部
増肉量20%
局部増肉1ショットホットスタンピング
増肉・穴抜きパンチパンチ
板押え
下ダイス
トリム刃
プレート
カウンターパンチ
銅電極
電極押え
板材
局部増肉1ショットホットスタンピング金型
Φ19.7Φ25.71.
5
Φ19.55Φ15.55
増肉・穴抜きパンチ
板押え
Φ19.92Φ21.92
0.52
下ダイスカウンターパンチ
1ショットホットスタンピング
増肉・穴開けパンチ 電極押え
銅電極カウンターパンチ
プレート
板材
1ショットホットスタンピングされた自動車用シート部品
(a) 正面
(b) 側面
(c) 丸穴切口面
ホットスタンピングによるビード加工された自動車シート用部品
(c) B-B’断面
(b) 側面
2.65.2 34
(a) 正面
B’
B
10.5
ビード部の成形荷重とビッカース硬さ
0
50
100
150
200
熱間加工 冷間加工
19kN
165kN
成形
荷重
/kN
成形
品ビ
ッカ
ース
硬さ
/HV
20
300
400
500
100
200
0
450HV
230HV
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断
8) 温・熱間スプライン成形
パンチ突出し量1.5mm
抜残し機構を取り入れた成形金型
傾斜部ダイス穴Ø6mm
水平部ボタンダイØ6mm
平端パンチØ6mm
傾斜パンチØ6mm
上型
下型
傾斜部角度10°
1.5mm
成形とクリアランスなし熱間抜残し加工
成形金型
電極 電極
試験片
搬送装置
通電加熱850℃，3.3s
搬送2s
成形抜残し加工
1s下死点保持
5s
成形品形状
(b)傾斜部パンチ側
（a）水平部パンチ側
（a）水平部ダイス側
(b)傾斜部ダイス側抜残し率 α=15%
ピンによる抜取り加工後の切口面と切口断面
（a）水平部表面断面
表面断面
（b）傾斜部
（a）水平部
（b）傾斜部
だれ
せん断面
破断面
だれ
せん断面
破断面
かえり
1) ホットスタンピング2) 急速通電加熱3) 1ショットホットスタンピング4) せん断とダイクエンチの一体化5) 成形，せん断，ダイクエンチの一体化6) 局部増肉7) 抜残しせん断8) 温・熱間スプライン成形
歯形ドラムの温・熱間スプライン成形
歯形ドラム
板鍛造の適用トランスミッション
軟鋼 → 超高張力鋼
1000
900
800
700
600
950
850
750
650
温度 /℃
長方形ブランク
台形ブランク
電極
断面積一定
円筒の通電加熱法
円筒銅電極
通電
絞り・しごき加工
スプライン成形領域
円筒端部からの給電による通電加熱
パンチ
ダイス
加熱直前
加圧 加圧
円筒容器銅電極
通電加熱を用いた成形プロセス
電極形状
電極
円筒容器 通電加熱 上電極
角部温度低下の抑制
下電極（a） パンチ （b） ダイス
φ33.0
141
φ26.0
R2
φ93.0
548
φ35.0φ28.0
スプライン成形実験に用いたパンチ・ダイス形状
通電加熱を用いたスプライン成形
（a） 冷間成形 （b） 温間成形
成形された歯形ドラム
角部：630℃中央部：640℃
角部中央部6
割れ
1ショットホットスタンピングの特徴
現状ホットスタンピング
板鍛造 １ショットホットスタンピング
部品サイズ 大型 小型 中・小型生産性 低 中（焼入れ
を含む）高
レーザ切断 有 無 無設備 大型 中型 小型成形荷重 小 大 小成形工程数 1工程 多工程 1-2工程焼入れ工程 無 有 無肉厚変化 小 小 大
1) 板材の急速通電加熱：通電加熱によって，焼入れ可能な900℃に数秒で加熱でき，加熱効率が高く酸化スケールがほとんど発生しなく，サイクルタイムが短縮でき，設備もコンパクトになる．2) 成形・せん断・焼入れの1ショット化：板材では温度が急速に低下するため，成形・せん断・焼入れを１ショット化して焼入れ直前までの温度低下を防止するともに，通電加熱が適用できる矩形板材が使用できる．3) レーザ切断と焼入れ工程の省略：1ショットの中にせん断加工を含み，プレスの下死点保持によってダイクエンチをして焼入れを行って焼入れ工程を省略し，せん断加工をため後工程であるレーザ切断も省略でき，製造コストを低減できる．4) 大きな肉厚変化：板材を加熱して軟化させるため，板厚方向の大圧下が可能になる．5) 成形品の高精度化：下死点保持によってスプリングバックを防止し，しかも焼入れひずみをなくして高精度な部品を成形できる．
1ショットホットスタンピングの特徴
バルク材 板材
プレス加工
焼入れ焼入れ
切削
生産性：高コスト：低
摩擦大
荷重大板の圧縮
機能部品→精度
つぶしだれ
切削 板鍛造
平面度
摩擦を低減する荷重振動板鍛造 サーボプレスを用いた荷重振動鍛造
ACサーボプレス フリーモーション
サーボモータ
クランク
クランク式サーボプレス
成形途中における除荷
クランク
振動
時間
スラ
イド
位置
Die
Punch Die cushion
Sheet
Press slide
Detaching die cushion Detaching punch
Developed Method
Fracture
再潤滑
JFE
成形途中に工具から板材を外すことによる深絞り性の向上
振動プレス成形：摩擦の低減
JFE
高張力鋼板成形限界の向上
(a) 通常 (b) 振動
目 次
• 荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工
⌀10mm
2.0mm
潤滑剤:水溶性プレス油
素材:アルミ合金板A5052-H34
圧縮工具
変位計
圧縮試験機
荷重 F
s素材
35
35
荷重振動圧縮に用いた素材と工具形状
ストローク s
α×Fi
0
荷重
F
F1
F2
Fi
Fn
Ff
最大荷重：Ff =80～325kN
荷重振動回数：n =0～30
除荷率 ：α=0～90%
実験条件
素材
金型
荷重振動圧縮における荷重振動の経路
0
50
100
150
200
250
0.5 1 1.5ストローク s [mm]
荷重
F[k
N]
振動α=75%, n =4
ΔF振動なし
圧縮率54.2%
圧縮率65.6%
15.4 mm
18.2 mm
荷重振動圧縮における荷重-ストローク曲線，Ff =200kN
0
5
10
15
20
25
30
25 50 75 100除荷率 α [%]
荷重
低減
率∆F
/Fi [%
]
0 s
F
ΔFFi
n =4 ， Ff=200kNにおける荷重低減率と除荷率の関係
0
50
100
150
200
250
50 55 60 65 70最終圧縮率 rf [%]
最終
荷重
F f[k
N] 振動なし
振動α=50%, n=4
振動α=75%, n=4103
50%低減
各種の条件における最終荷重と圧縮率の関係
0
10
20
30
40
50
50 55 60 65
中央
と端
部の
板厚
差∆t
[μm
]
振動なし 振動α=50%, n=4
振動α=75%, n=4
t c t e∆t=tc-te
荷重低減による平坦度向上
最終圧縮率 rf [%]端部拡大図
素材
圧縮工具
素材
圧縮工具
α =75%, n=4, Ff =200kN
ストローク
荷重
有限要素シミュレーションによる変形挙動
腐食実験による隙間の発生の確認
素材
潤滑剤
(b) 潤滑剤除去
腐食液
3%水酸化ナトリウム
(d) 荷重除荷 + 10分保持(c) 再負荷 + 腐食液滴下
(a) 圧縮
(a)
(b)
(c)
(d)
工具
50 % 75% 90%
α =0 % 25 % 腐食=再潤滑部分
腐食液によって腐食された板材表面
5mm
0
20
40
60
80
100
25 50 75 100除荷率 α [%]
素材
の接
触面
積率
[%]
実験計算
素材面積素材面積－腐食面積
接触面積率 =
途中除荷時の素材の接触面積率と除荷率の関係
金型素材 潤滑剤
除荷時
負荷時
素材：塑性変形凸形状
面圧
金型：弾性変形凹形状
α=75%除荷
金型：弾性回復
すきま
潤滑剤浸入
荷重振動による自動再潤滑のメカニズム
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6ストローク [mm]
平均
摩擦
係数
振動なし
振動 α =75%
加工中の摩擦係数の変化 （Ff=200kN）
0.5 1 1.50
0.5
1
1.5
2
時間 [s]
スラ
イド
位置
[mm
]
0.15mm
0.23mm振動
振動なし
サーボプレスを用いた荷重振動圧縮に用いたスライドモーション
振動モーション平均除荷率70～80％，除荷回数６回
素材
圧縮工具
サーボプレスを用いた荷重振動圧縮
荷重振動なし
荷重振動あり
ストローク s [mm]
圧縮
荷重
F[k
N]
0 0.5 1 1.5 2
50
100
150
200
250
300
rf=70%における振動モーションとクランクモーションの荷重 －ストローク曲線
0
50
100
150
200
250
300
350
62 64 66 68 70 72 74 76 78最終圧縮率 r [%]
最大
荷重
F f[k
N]
荷重振動なし
荷重振動あり
40%低減
サーボプレスによる最大荷重と最終圧縮率の関係
SPCCSUS430
A5052
振動なし 振動あり
圧縮率 r [%]
1
2
3
40 60 8030 50 700
平均
接触
面圧
[GP
a]
(a) SKD11 (b) 超硬
圧縮率 r [%]
1
2
3
040 60 80705030
平均
接触
面圧
[GP
a]
各素板における荷重振動ありとなしにおける
平均接触面圧と圧縮率の関係
SUS 430素板の荷重振動ありなしにおける
平均接触面圧と圧縮率の関係
平均
接触
面圧
[GP
a]
圧縮率 r [%]
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0 20 40 60 80 100
57% 72%
78% 85%
SKD11限界
超硬限界
振動なし
超硬
SKD11振動あり
振動あり
振動なし
目 次
• 荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工
A1050ビレットの圧縮
振動あり振動なし
⌀10mm
10mm
A1050ビレット→焼付きやすい
ビレットの圧縮における焼付き低減
振動なし
振動あり
素材外形
(d)振動あり
(a) 振動なし
後方押出しへの荷重振動の適用
4.2
11.3
押出し比：2.9
コンテナ
パンチ
φ17
φ21
s
4
2
φ16.3
素材
0.45μmRa
0.2μmRa
Ff =240kN，∆s=0.1mm
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 25 50 75 100除荷率 α [%]
表面
粗さ
Ra
[μm
]
表面粗さ測定方向
素材内壁表面粗さと除荷率の関係
圧縮板ビレットA5052-O
下ピン
⌀ 10 4013
35
□ 105
ダイス
5 t
荷重振動
予備圧縮 フランジ成形
s
工具寸法
43
荷重振動鍛造による軸端部フランジ成形方法
α×Fi
0
F1
F2
Ff
Fi
β×t0s1 s2 si
最大荷重 ：Ff =150 - 300kN除荷率 ：α =0 - 100%振動間隔圧縮率：β =20 - 50%
実験条件
荷重
F
ストローク s
(t0-si-1)×β
フランジ成形に用いた荷重振動経路
荷重-ストローク曲線と成形された軸部品
振動なし 振動ありα =100%, β =20%
くぼみ
22.0 mm 24.2 mm
200
150
100
50
250
300
421
350
30ストローク s [mm]
成形
荷重
F[k
N]
振動ありα = 100 %β = 20 %
振動なし
くぼみ深さ0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 25 50 75 100除荷率 α [%]
くぼ
み深
さh
[mm]
h
β = 20%, Ff = 300 kNにおけるくぼみ深さに及ぼす除荷率の影響
目 次
• 荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工
潤滑剤浸漬荷重振動による段差付け加工
試験片：ステンレス合金 SUS430 潤滑剤：水溶性プレス油
荷重振動回数：n=0,10回除荷率 ：α=0,90%
パンチ
素材 粘土
潤滑剤
3
圧縮板超硬
ダイス
⌀14
粘土
⌀10 圧縮率 r = 素材厚さ－フランジ厚さ素材厚さ
段差つけ加工における 荷重振動ありとなしの
荷重ーストローク曲線(r =63%)
荷重
[ｋN
]
0
ストローク [mm]
50
100
150
200
250
300
0.5 1.0 1.5 2
振動なし
振動あり
塗布浸漬
段差付け加工における平均接触面圧フランジ圧縮率の関係
0.5
1.0
1.5
2.0
平均
接触
面圧
[GP
a]
0 25 50フランジ圧縮率 r [%]
75
振動なし
塗布浸漬
振動あり
塗布浸漬
r = 62%における段差付け加工後の断面
振動なし
塗布浸漬
振動あり 2 mm
段差付け加工における底部ひけ深さとフランジ圧縮率の関係
h 1
底部
ひけ
深さ
h 1[m
m]
0.2
0.4
0.5
25 50 75フランジ圧縮率 r [%]
0
0.3
0.1
振動なし
塗布浸漬
振動あり
塗布浸漬
55% 62%
r = 65 %における凸部だれおよび凸部側壁表面粗さ潤滑および振動条件の影響
h2
0
0.2
0.6
0.4
h 2[m
m]
(a) 凸部だれ
塗布塗布浸漬
振 動 振動なし0
2.0
4.0
6.0
8.0
表面
粗さ
[μm
Ra]
(b) 凸部側壁表面あらさ
塗布塗布浸漬
振 動 振動なし
有限要素シミュレーションによる除荷時の金型と素材の接触面圧
1500135012001050900750600450300150
0
接触面圧[MPa]0.20.10.0
接触面圧[MPa]
除荷前 除荷 除荷前 除荷
潤滑剤浸漬による凸部側壁および角部の再潤滑
角：摩擦大
新生面：大
(a) 浸漬 (b) 塗布
潤滑剤不足
ま と め
荷重振動鍛造
• 自動的に素材を再潤滑
• 金型の弾性回復時に素材との間に生じた隙間に潤滑剤が浸入
成形荷重大低減板の圧縮 荷重1/2• 金型破損防止• 型材質低グレード化• プレス機小容量化
寸法精度向上• 平面度• だれ• へこみ
表面性状向上• 粗さ• 焼付き防止
1段
2段
3段
5段
4段
多段プレス成形
角部
ホイール強度は角部肉厚に大きく影響される
ホイールディスクの多段プレス成形
角部肉厚は3段以降は変化しない
ディスク
リム
スチールホイール
1) ホイールディスクのプレス増肉成形
2) 軸対称局部増肉テーラードブランク3) 角筒容器用局部増肉テーラードブランク
円錐パンチによる底角の増肉成形
外側パンチ内側パンチ
ダイ
平坦パンチ ダイ ダイ
平坦パンチ
1段目 2段目 3段目(a)従来法
底角相当部
底角相当部
内側パンチ
外側パンチ
しわ押え
底角
円錐パンチ
円錐パンチダイ
ダイ
しわ押え
大きな圧縮
(b)円錐パンチを用いた底角の増肉成形1段目 2段目 3段目
フランジ付き容器の底角とフランジ角の増肉プレス成形パラメータ
パンチ
ダイ
(b) 2段目
s2
パンチ
ダイ
しわ押え
(a) 1段目
s1
1段目ストローク：s12段目ストローク：s2
カウンターパンチ突出し量：h
パラメータ
カウンターパンチ外側パンチ
外側ダイ
内側ダイ
(c) 3段目
hブランク
(b) h :大
h:大h:小
カウンターパンチ h
3段目
カウンターパンチ突出し量h の影響
(a) h :小
材料:大 材料:小
底角が増肉大 フランジ角が増肉大
フランジ付き容器の底角とフランジ角の増肉プレス成形条件
R4
φ49.4
φ46.4
R7
25°R5パンチ
ダイ
(b) 2段目
φ64.6R7
R5
R425°
φ58.6
パンチ
ダイ
しわ押えブランク
(a) 1段目
1.2
φ120
R2φ53.7
R2R3
R3.4
R4.3
φ60.5
カウンターパンチ
外側パンチ
外側ダイ
内側ダイ(c) 3段目
ブランクの機械的特性
材質 SPCC
引張強さ /MPa 342
変形抵抗 /MPa σ = 612ε0.22
実成形の1/3.5モデル
s1 =22mm, s2 =19mm, h =10mmにおける増肉プレス成形された成形品断面形状
1段目
2段目
3段目
3段増肉プレス成形できる範囲
(a)23
2段目
スト
ロー
クs 2
/mm
カウンターパンチの突出し量 h /mm18
19
20
21
9 10 11 12 13
フランジ角部座屈
中間部座屈
良好
9.4% 6.7%
7.7% 7.1% 5.6%
8.1% 底角平均増肉率
10.5% 13.8%
10.3% 16.5% 26.4%
10.7%フランジ角平均増肉率
底角
フランジ角
中間部
s1 =23mm, s2 =20mm, h =10mmにおける肉厚分布
-10
-5
0
5
10
15
0 10 20 30 40 50 60
フランジ角
中心からの上面に沿った距離 x /mm
肉厚
変化
率/%
底角 中間部
x
増肉あり
増肉なし
素板
底角
フランジ角
中間部
4段目
5段目
パンチしわ押え
ダイ
R2 φ90
R5R2.4
パンチしわ押え
ダイφ92.8
R2R5
φ90
5
4・5段目成形条件
容器の曲げ剛性評価
5段成形後のフランジ付容器
車軸
リム フランジ付容器
ホイールに作用するモーメント
曲げモーメント
剛性率に及ぼす成形条件の影響
増肉なし
剛性
率/k
N・m
m-1
s1 =22mm, s2 =20mm,h =8mm
s1 =23mm, s2 =20mm,h =10mm
0.8
1.6
0
2.4
平均
増肉
率/%
5
10
0
-5
剛性率
底角増肉率
フランジ角増肉率15
荷重 F剛性率＝
変位 x[kN/mm]
F
容器φ36
φ93 x42
曲げ剛性試験 0.009 0.012 0.0150
5
10
15
初期板厚と初期直径の比
内側角部の平均肉厚変化率
軟鋼
590MPa
内側
角部
の平
均肉
厚変
化率
/%
薄いと増肉しにくい
1) ホイールディスクのプレス増肉成形2) 軸対称局部増肉テーラードブランク
3) 角筒容器用局部増肉テーラードブランク
取付け面角部
肉厚減少：強度低下
局部増肉ブランク
肉厚増加：強度向上
多段プレス成形1段目
4段目
5段目
2段目
3段目
ディスク厚さ一定ブランク
肉厚分布制御による絞り部品の軽量化
ブランクの厚さ増加：部品重量の増加，材料費増加
軽量化，材料費低下
角部10%増肉：疲労強度2.6倍
取付け面角部の肉厚が強度に大きな影響
肉厚小：強度低
局部増肉テーラードブランクのプレス成形
局部増肉ブランク
厚さ一定ブランク成形
肉厚大：強度高
増肉
溶接
生産性：低材料歩留り：低
厚 薄
異った板厚・鋼種
センターピラー
溶接
局部増肉ブランク
溶接テーラードブランク
圧延テーラードブランク
1次元板厚分布
溶接なし，塑性加工による肉厚分布
塑性加工を用いた新しいテーラードブランクの製造法
アーヘン工大Mubea
しわ押え
ダイス 固定
パンチ
ブランク
(a)絞り成形
(b)圧縮成形
パンチ
しわ押えブランク
ダイス
肉厚増加
：取付け面角部相当部
板鍛造によるテーラードブランクの成形法
1.4
φ36
5
取付け面角部
ディスク
テーラードブランク
φ90
5φ36
目的形状
φ68
(b) 2段目（圧縮）
パンチ
しわ押え
ダイス
R8 ダイス
(a) 1段目（絞り）
R4
R4
φ38パンチ
しわ押え
φ120
s 1
高張力鋼板引張強さ：575MPa
3 3
6.5mm～9.5mm
テーラードブランクの板鍛造条件
増肉
素板
パンチ
しわ押え ダイ
テーラードブランクの板鍛造の有限シミュレーション
パンチ
板押えダイ
(a) 1段目（絞り） (b) 2段目（圧縮）
相当部
2 4 6 8 10
50
100
150
200
02段目ストローク /mm
荷重
/kN
ダイ
パンチしわ押え
2段目の成形荷重の変化
実験
計算
0 2 4 6 8 10 12-5
0
5
10
15
s1=7.5mms1=8.5mm
s1=9.5mm
2段目における内側角相当部の平均肉厚の変化
2段目ストローク /mm
内側
角相
当部
の平
均肉
厚変
化率
/%
(a) s1=8.5mm (b) s1=9.5mm
49o 55o
1段目成形後のブランク形状
内側角相当部
0 10 20 30 40 50 60-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
中心からの距離 / mm
肉厚
変化
率/ %
2段目(圧縮)
1段目(絞り)
内側角相当部
8%増肉
テーラードブランクの肉厚分布の実験結果(s1=8.5mm)
6 7 8 9 100
2
4
6
8
10
ストローク s1 / mm
角部
相当
部肉
厚変
化率/ %
8.5
最適
角部相当部肉厚変化率に及ぼす1段目のストロークの影響
φ94.1
φ94.1
(b)テーラードブランク
(a)厚さ一定ブランク
21.0
21.9
0 10 20 30 40 50 60-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
中心からの距離 / mm
肉厚
変化
率/ %
取付け面角部
テーラード
厚さ一定
10%増肉
5%増肉10%増肉
5%増肉
(8%増肉)
ディスクの肉厚分布の実験結果
1) ホイールディスクのプレス増肉成形2) 軸対称局部増肉テーラードブランク3) 角筒容器用局部増肉テーラードブランク
角筒容器深絞り
流入量:少
引張り
減肉：大
ブランク
絞り
均一肉厚 減肉する角部相当部
局部増肉テーラードブランク
絞り
角部増肉強度低下割れ
深絞り容器深絞り容器
板鍛造された局部増肉テーラードブランクの角筒容器深絞り加工
増肉目標
(b) １回目圧縮
(a) １回目曲げ
増肉
増肉目標
パンチ
ダイス
パンチ
ダイス
ホルダー
しわ押え
板押え
圧縮
角筒用局部増肉テーラードブランクの板鍛造法
増肉90°回転
(c) 90°回転後2回目曲げ
(d) 角筒用局部増肉テーラードブランク
圧縮後
2重増肉
増肉角筒容器角部相当
角筒用局部増肉テーラードブランクの板鍛造法
(a) 目標容器1540
40
s 1 パンチ
ダイス46
35.8
s 1=6～8
(b) １回目曲げ用金型
28
50
板押えダイス
パンチ板押え
ホルダー
72
増肉目標
A1070
(c) １回目圧縮用金型
1.5
角筒用局部増肉テーラードブランクの板鍛造法
z
ソフト：LS-DYNA（陽解法）
ブランク：ソリッド要素，金型：剛体，1/4モデル変形抵抗：σ=166ε0.27MPa（A1070）, 板厚1.5mm
ダイス
パンチ
局部増肉の有限要素シミュレーションの条件
0.20
相当ひずみ
0.600.40
1.60
1.00
1.80
0.80
1.201.40パンチ
ダイス
z
0.00
2.00
s1=8.0mmにおける１回目曲げ時の変形挙動
0.20
相当ひずみ
0.600.40
1.60
1.00
1.80
0.80
1.201.40
パンチ
ダイス
板押え板押え
ホルダー
z
0.00
2.00
s1=8.0mmにおける１回目圧縮時の変形挙動
0.20
相当ひずみ
0.600.40
1.60
1.00
1.80
0.80
1.201.40
zパンチ
ダイス
0.00
2.00
s1=8.0mmにおける2回目曲げ時の変形挙動
0.00
相当ひずみ
0.600.40
1.60
1.00
2.00
0.80
1.201.40
スペーサー
パンチ
板押え板押え
26×24×t0.6
ホルダーz
ダイス
0.20
1.80
s1=8.0mmにおける2回目圧縮時の変形挙動
(a) 曲げ (b) 圧縮
s1=8.0mmにおける実験により得られた1回目の曲げおよび圧縮後の板材
0 10 20 30 40-10
0
10
20
肉厚
変化
率/%
中心からの距離 /mm0 10 20 30 40-10
0
10
20
肉厚
変化
率/%
中心からの距離 /mm
(a) 実験 (b) 計算
増肉目標増肉目標
10 20 30 400
10
20
30
40
50
10 20 30 400
10
20
30
40
50
s1 /mm8.07.06.0
s1 /mm8.07.06.0
曲げ
1回目の曲げおよび圧縮後の板材の肉厚分布
肉厚
変化
率/%
s1 /mm8.07.06.0
圧縮
肉厚
変化
率/%
中心からの距離 /mm中心からの距離 /mm
0 2 4 6 8 10
10
20
荷重/kN
0 2 4 6 8 10
10
20
荷重/kN
１回目圧縮ストローク量s1 /mm
6.0
7.0
s1=8.0mms1 /mm6.07.08.0
板1回目曲げおよび圧縮における荷重ーストローク曲線
(a) 曲げ (b) 圧縮
１回目圧縮ストローク量s1 /mm
s1=8.0mmにおける実験により得られた2回目の曲げおよび圧縮後の板材
(a) 曲げ (b) 圧縮
20
y
xs1 /mm8.07.06.0
(b) 実験
増肉
10 20 30 40
1020304050607080
0
肉厚
変化
率/%
中心からの距離 /mm
1020304050607080
肉厚
変化
率/%
10 20 30 400中心からの距離 /mm
目標部増肉目標部
s1 /mm8.07.06.0
(a) 計算
2回目圧縮後の板材の肉厚分布
(b) ビッカース硬さ HV0.1
0 10 20 30x /mm
10
20
30
y /mm
40
40
1回目増肉部
2回目増肉部
2重増肉部
30
0
40
6050
1020
80
0 10 20 30x /mm
10
20
30
y /mm
40
40
1回目増肉部
2回目増肉部
2重増肉部
45
30
5055
3540
(a) 肉厚変化率 /%
70
s1=8.0mmにおける2回目圧縮後の板材の肉厚・硬さ分布
0 10 20 30x /mm
10
20
30
y/m
m
40
40
/MPa･mm
200
200
250250250
200
200300350
400
1回目増肉部
2回目
増肉
部
s1=8.0mmにおける2回目圧縮後の板材の強度分布
強度＝変形抵抗×板厚，変形抵抗＝(9.8/3)×硬さ40
パンチ
43.4
ダイス
ブランク
L
角筒容器の深絞り加工おける金型
0.200.00
0.600.40
1.60
1.00
2.001.80
0.80
1.201.40
相当ひずみ 相当ひずみ
(b) 局部増肉ブランク(a) 均一肉厚ブランク
0.200.00
0.600.40
1.60
1.00
2.001.80
0.80
1.201.40
角筒容器の深絞り加工の有限要素シミュレーション
(c) L=87.4mm (絞り高さ29mm相当)
(b) L=85.0mm (絞り高さ28.3mm)
(a) L=80.0mm (絞り高さ25.2mm)
局部増肉ブランク
割れ
(b) L=80mm(絞り高さ23.8mm相当)(a) L=75mm(絞り高さ21.3mm)均一肉厚ブランク
割れ
絞り高さ
角筒容器の限界絞り高さ
0 10 20 30 40 50-40-30-20-10010203040
60
中心からの距離 /mm
肉厚
変化
率/%
角端部
局部増肉ブランク
均一肉厚ブランク
0 10 20 30 40 50-40-30-20-10010203040
60
中心からの距離 /mm
肉厚
変化
率/%
角端部
局部増肉ブランク
均一肉厚ブランク
(b) 実験(a) 計算
50 50
L=75mmにおける角筒容器の対角方向肉厚分布
角部
0 10 20 30 40-40-30-20-1001020304050
中心からの距離 /mm
肉厚
変化
率/% １回目 増
肉
均一肉厚ブランク
0 10 20 30 40-40-30-20-1001020304050
中心からの距離 /mm
肉厚
変化
率/%
(b) 実験(a) 計算
２回目増肉
角部
２回目増肉１回目増肉
均一肉厚ブランク
測定箇所
１回目増肉部
L=75mmにおける角筒容器の対辺方向肉厚分布
