板鍛造

サーボプレスを用いた摩擦を低減する荷重振動鍛造

豊橋技術科学大学 前野 智美

摩擦大

荷重大薄板の圧縮

板鍛造

板鍛造成形の問題点

厚板材に複雑な板厚分布を成形

サイベックコーポレーションHP

段差加工つぶし

段差

機能部品→精度

つぶしだれ

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

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

ToMoタイプライターテキストサーボプレスを用いた摩擦を低減する荷重振動鍛造　　　　　豊橋技術科学大学　前野智美

ToMoタイプライターテキスト板材断面を複雑に成形する板鍛造においては摩擦の影響が大きく金型面圧などが問題となっている。この板鍛造においてサーボプレスを用いて成形中の荷重を振動させることによって、摩擦を低減させる荷重振動鍛造について紹介する。この加工では成形中に圧縮荷重の一部を除荷することで潤滑液を板材の外周部分に自動的に再潤滑させる。圧縮荷重は荷重振動によって顕著に低減し、圧縮された板材の板厚は大きく減少した。アルミニウム合金板の圧縮において荷重低減のメカニズムを調査し、フランジ成形やステンレス合金板の板鍛造に適用して荷重低減と形状精度を向上した例について紹介する。

⌀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

3535

荷重振動すえ込み加工実験に用いた素材と工具形状

ストローク s

×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 ：=0~90%

実験条件

素材

金型

すえ込み加工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/kN

振動=75%, n=4

F振動なし

圧縮率54.2%

圧縮率65.6%

15.4 mm

18.2 mm

荷重振動すえ込み加工における荷重-ストローク曲線，Ff =200kN

0

50

100

150

200

250

50 55 60 65 70最終圧縮率 rf /%

最終

荷重

F f/kN

振動なし

振動=50%, n=4

振動=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/ m

振動なし 振動=50%, n=4

振動=75%, n=4

t c t et=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

=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

75% 90% =0%

腐食部

5mm

(b) 除荷，10分放置(a) 負荷，腐食液注入

腐食液注入

3%NaOH(a)

(b)

腐食実験による隙間の発生の確認

0

20

40

60

80

100

25 50 75 100除荷率 /%

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

=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

平均

摩擦

係数

振動なし（Ff=200kN）

振動 α=75%

加工中の摩擦係数の変化

0.5 1 1.50

0.5

1

1.5

2

時間 /sec

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振動モーションすえ込み実験

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すえ込み実験

荷重振動なし

荷重振動あり

ストローク s/mm

圧縮

荷重

F/kN

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/kN

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

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

ビレットの圧縮

振動あり振動なし

⌀10mm10

mm

ビレットの圧縮における焼付き低減

振動なし

振動あり

(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

5

上ダイス

上ピン

下ダイス

下ピン

1510

30

素材

ストロークs

荷重振動

加工前 予備成形 フランジ成形

素材: A5056アルミ合金丸棒⌀10mm

55mm

荷重振動フランジ成形実験に用いた素材と工具形状

22.8mm

25.2mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60 70 80最終直径拡大率 rd /%

最大

荷重

Ff/kN

振動なし振動あり=100%

37%低減

rd =d – d0

d0

dd0

最大荷重と最終直径拡大率の関係

47.0

d= 21.6

46.5

24.8

振動なし 振動あり =100%, =20%

軸中間部にフランジ成形された軸部品（α =0, 100%, β =20% Ff=200kN）

10 20 30 40直径拡大率 rd / %

軸長

さ増

加量

l/m

m

0

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

50 60 70 80

1.50

1.75

振動なし

=100%, =20%

軸長さ増加量と直径拡大率の関係

負荷条件

=100%, Ff=200kN175kN→0kN

素材

下ダイス

上ダイス

上ダイス側

下ダイス側

腐食実験結果

75m

79m

荷重振動による除荷によって生じる素材-工具間の隙間

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

0

FfFn

Fi

×Fi

s1 si sfパンチストローク s

荷重

F段差付け加工に用いた工具と荷重負荷方法

ダイス

圧縮板

⌀10 ⌀14 3

荷重振動回数：n=0~10回除荷率 ：α=0~90%

試験片：SUS430 (173HV5)潤滑剤：水溶性プレス油

振動なし

振動ありとなしにおける素材断面

振動ありα=90%,n=10

くぼみ

だれ

1mm

0.1mm

焼付き

焼付き

0 25 50 75フランジ圧縮率 r /%

0.5

1.0

1.5

2.0

平均

接触

面圧

/GP

a

SUS430 振動なし

SPCC α=90%,n=10SPCC 振動なしSUS430 α=90%,n=10

フランジ圧縮率 r = t 0– tt0

振動ありとなしにおける

平均接触面圧とフランジ部圧縮率の関係

接触面t 0 t

くぼ

み深

さh 1

/mm

0.2

0.4

0.6

25 50 75フランジ圧縮率 r /%

h 1

0

振動ありとなしにおける底部くぼみ深さとフランジ圧縮率の関係

振動なし

振動あり

0

0.2

0.4

0.6

25 50 75

凸部

だれ

高さ

h 2/m

m

フランジ圧縮率r /%

h 2

振動ありとなしにおける凸部だれ高さとフランジ圧縮率の関係

振動なし

α=90%,n=10

0 25 50 75フランジ圧縮率r /%

0.05

0.1

0.15

0.2

凸部

側壁

そり

h 3/m

m

振動なし

振動ありとなしにおける凸部側壁凹みとフランジ圧縮率の関係

h3α=90%,n=10

5mm 1 mm 5mm 1 mm

r =62%, 振動ありとなしにおけるフランジ底部焼付きに及ぼす荷重振動の影響

振動なし焼付き

α=90%,n=10

r =62%, 振動ありとなしにおける荷重振動の影響

0

0.5

1.0

1.5

2.0

平均

接触

面圧

/GP

a

SPCC（98HV）

SUS430（173HV）

なし

振動

くぼ

み深

さ/m

m

0

0.1

0.2

0.3

SPCCSUS430

なし

振動

0

0.05

0.1

0.15

側壁

反り

/mm

SPCCSUS430

なし

振動

0

2.0

4.0

6.0

凸部

表面

粗さ

/μm

Ra

SPCCSUS430

なし

振動

測定箇所

振動ありとなしにおける内壁傾斜角度とフランジ圧縮率の関係

α=90%,n=10

振動なし

5 mm

5

10

15

20

内壁

傾斜

角度β

/°

振動なし

α=90%,n=10

0 25 50 75フランジ圧縮率r /%

25β