JP2003088922A - 金属材料の温度傾斜塑性加工方法 - Google Patents
金属材料の温度傾斜塑性加工方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属材料の種類、加工方法に応じ、最適な加
工条件下での塑性加工を行なえる金属材料の塑性加工方
法の提案。 【解決手段】 被加工材である金属材料を熱勾配制御に
よって温度傾斜を生ぜしめた状態で塑性加工することを
特徴とする。
工条件下での塑性加工を行なえる金属材料の塑性加工方
法の提案。 【解決手段】 被加工材である金属材料を熱勾配制御に
よって温度傾斜を生ぜしめた状態で塑性加工することを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄系及び非鉄系金
属及びクラッド材などの各種金属材料について、従来に
ない優れた加工精度で、低速・高速を問わずに各種の塑
性加工を施すことができる金属材料の温度傾斜塑性加工
方法に関する。
属及びクラッド材などの各種金属材料について、従来に
ない優れた加工精度で、低速・高速を問わずに各種の塑
性加工を施すことができる金属材料の温度傾斜塑性加工
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属材料について深絞り加工など
の塑性加工を行う場合、メカニカルプレスや油圧プレス
を用いて室温において加工されている。また、圧延や引
抜き加工が熱間（再結晶温度以上）や、冷間（室温近
傍）で行われていることから、工具や被加工材を加熱し
たりして、加工性を少しでも向上させることを意図した
温間加工等が提案されている。
の塑性加工を行う場合、メカニカルプレスや油圧プレス
を用いて室温において加工されている。また、圧延や引
抜き加工が熱間（再結晶温度以上）や、冷間（室温近
傍）で行われていることから、工具や被加工材を加熱し
たりして、加工性を少しでも向上させることを意図した
温間加工等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、何れ
も、被加工材である金属材料の種類、或いは、塑性加工
の種類に応じた最適な加工条件での塑性加工を施せるも
のではなく、優れた加工性を実現できる塑性加工方法は
存在しなかった。そこで、金属素材及び塑性加工の種類
に応じた最適な加工条件で塑性加工を施せ、その加工性
に優れた加工方法の提案が望まれていた。
も、被加工材である金属材料の種類、或いは、塑性加工
の種類に応じた最適な加工条件での塑性加工を施せるも
のではなく、優れた加工性を実現できる塑性加工方法は
存在しなかった。そこで、金属素材及び塑性加工の種類
に応じた最適な加工条件で塑性加工を施せ、その加工性
に優れた加工方法の提案が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等はかかる要望
に応えるべく鋭意検討の結果、熱勾配制御をすること
で、金属材料に温度傾斜（温度傾斜ゼロの場合も含む）
を与えることにより、被加工物である金属材料の種類と
その加工の種類に応じた、最適な加工条件で塑性加工を
行うことができることを知見した。本発明の金属材料の
温度傾斜塑性加工方法は、かかる知見に基づきなされた
もので、請求項１に記載の通り、被加工材である金属材
料を熱勾配制御によって温度傾斜を生ぜしめた状態で塑
性加工することを特徴とする。また、請求項２記載の金
属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１記載の金属
材料の温度傾斜塑性加工方法において、前記金属材料
は、軟鋼、高張力鋼、表面処理鋼、潤滑鋼板、ステンレ
ス鋼、耐熱鋼、マルエージング鋼、鋳鉄、鋳鋼などの鉄
鋼材料；アルミニウム（合金）、チタニウム（合金）、
マグネシウム（合金）などの軽金属材料；銅、銅合金
（黄銅、真鍮、青銅など）、ニッケル、ニッケル合金
（洋白、パーマロイ、アンバー合金、４２アロイな
ど）、超合金（Ａ２８６、鉄系、ニッケル系、コバルト
系）などの特殊材料；鉄／アルミニウム（合金）、ステ
ンレス鋼／鉄、アルミニウム（合金）／ステンレス鋼な
どのクラッド材であることを特徴とする。また、請求項
３記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１
または２記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法におい
て、前記塑性加工は、絞り、穴拡げ／バーリング、液圧
成形（バルジ加工、対向液圧成形）、しごき（しごき絞
りを含む）、口絞り、つば出し、しまりばめ、形状凍結
加工、張出し、曲げ、打ち抜き（精密打ち抜きを含
む）、２次／複次加工（リストライキング、ストレッチ
ング、フランジング、カール、トリム）、回転成形（ス
ピンニング、へら絞り、転造）、液圧パイプ曲げ、フレ
ア（拡管）加工、鍛造、かしめ（コーキング）、シエー
ビング／スエージング、コイニング、ポンチング、ヘッ
ダー加工、据込み、はぜ折り、はぜつぶし、リベッティ
ング、ホーニング、ピアス、バレルなどの各種塑性加
工、成形、造形など及びそれらの複数行程加工、並び
に、それらの２つ以上の組み合わせ複合加工であること
を特徴とする。また、請求項４記載の金属材料の温度傾
斜塑性加工方法は、請求項１乃至３の何れかに記載の金
属材料の温度傾斜塑性加工方法において、熱勾配による
傾斜温度の範囲を−２０℃から融点の１／１５〜１／３
の温度域、−２０℃から再結晶温度〜その１／５の間の
温度域、−２０℃から加工誘起マルテンサイト変態の生
ずる温度域、或いは、−２０℃から超塑性が生ずる温度
域の何れかから選択することを特徴とする。また、請求
項５記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項
１乃至４の何れかに記載の金属材料の温度傾斜塑性加工
方法において、熱勾配制御を、熱制御の速応性を考慮
したペルチェ熱電素子の使用、異方性を考慮したすべ
り線場法の適用、生産性を考慮した下死点近傍におけ
るストローク速度の降下及び制御（停止／保持を含
む）、フランジ面積を考慮した加工中のクッション圧
力の動的制御の何れか、若しくは、２つ以上を利用して
行うことを特徴とする。また、請求項６記載の金属材料
の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１乃至５の何れかに
記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法において、低速
（例えば低速油圧プレス；単発加工）から高速（例えば
高速油圧／クランクプレス／サーボ制御リンクモーショ
ンプレスや鍛造／ナックルプレス；トランスファー加工
や順送加工）まで可能な熱制御によって被加工材に温度
傾斜を与えることを特徴とする。また、請求項７記載の
金属材料の温度傾斜性塑性加工方法は、請求項１乃至６
の何れかに記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法にお
いて、前記熱勾配制御を、熱制御装置：シーズヒータ
加熱、流動油による加熱、ペルチェ熱電素子による加
熱、赤外線輻射による加熱；冷凍機での冷凍液循環によ
る冷却（水冷却を含む）、ペルチェ熱電素子による冷
却、液体窒素噴射による冷却、金型・工具の製作：断
熱に配慮した熱制御／温度傾斜を効率よく実現するため
の金型・工具の材質、設計仕様、製作、使用、プレス
機・装置：リンクモーション、油圧／電気サーボ駆動な
どを利用した下死点（及びその近傍での）寸動動作・停
止／保持を含む高精度ストローク制御可能な装置及び／
又は絞りなどでのクッション圧の稼働中動的制御を可能
ならしめ、かつ熱／温度制御性に優れたプレス機・装置
を用いて行うことを特徴とする。
に応えるべく鋭意検討の結果、熱勾配制御をすること
で、金属材料に温度傾斜（温度傾斜ゼロの場合も含む）
を与えることにより、被加工物である金属材料の種類と
その加工の種類に応じた、最適な加工条件で塑性加工を
行うことができることを知見した。本発明の金属材料の
温度傾斜塑性加工方法は、かかる知見に基づきなされた
もので、請求項１に記載の通り、被加工材である金属材
料を熱勾配制御によって温度傾斜を生ぜしめた状態で塑
性加工することを特徴とする。また、請求項２記載の金
属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１記載の金属
材料の温度傾斜塑性加工方法において、前記金属材料
は、軟鋼、高張力鋼、表面処理鋼、潤滑鋼板、ステンレ
ス鋼、耐熱鋼、マルエージング鋼、鋳鉄、鋳鋼などの鉄
鋼材料；アルミニウム（合金）、チタニウム（合金）、
マグネシウム（合金）などの軽金属材料；銅、銅合金
（黄銅、真鍮、青銅など）、ニッケル、ニッケル合金
（洋白、パーマロイ、アンバー合金、４２アロイな
ど）、超合金（Ａ２８６、鉄系、ニッケル系、コバルト
系）などの特殊材料；鉄／アルミニウム（合金）、ステ
ンレス鋼／鉄、アルミニウム（合金）／ステンレス鋼な
どのクラッド材であることを特徴とする。また、請求項
３記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１
または２記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法におい
て、前記塑性加工は、絞り、穴拡げ／バーリング、液圧
成形（バルジ加工、対向液圧成形）、しごき（しごき絞
りを含む）、口絞り、つば出し、しまりばめ、形状凍結
加工、張出し、曲げ、打ち抜き（精密打ち抜きを含
む）、２次／複次加工（リストライキング、ストレッチ
ング、フランジング、カール、トリム）、回転成形（ス
ピンニング、へら絞り、転造）、液圧パイプ曲げ、フレ
ア（拡管）加工、鍛造、かしめ（コーキング）、シエー
ビング／スエージング、コイニング、ポンチング、ヘッ
ダー加工、据込み、はぜ折り、はぜつぶし、リベッティ
ング、ホーニング、ピアス、バレルなどの各種塑性加
工、成形、造形など及びそれらの複数行程加工、並び
に、それらの２つ以上の組み合わせ複合加工であること
を特徴とする。また、請求項４記載の金属材料の温度傾
斜塑性加工方法は、請求項１乃至３の何れかに記載の金
属材料の温度傾斜塑性加工方法において、熱勾配による
傾斜温度の範囲を−２０℃から融点の１／１５〜１／３
の温度域、−２０℃から再結晶温度〜その１／５の間の
温度域、−２０℃から加工誘起マルテンサイト変態の生
ずる温度域、或いは、−２０℃から超塑性が生ずる温度
域の何れかから選択することを特徴とする。また、請求
項５記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法は、請求項
１乃至４の何れかに記載の金属材料の温度傾斜塑性加工
方法において、熱勾配制御を、熱制御の速応性を考慮
したペルチェ熱電素子の使用、異方性を考慮したすべ
り線場法の適用、生産性を考慮した下死点近傍におけ
るストローク速度の降下及び制御（停止／保持を含
む）、フランジ面積を考慮した加工中のクッション圧
力の動的制御の何れか、若しくは、２つ以上を利用して
行うことを特徴とする。また、請求項６記載の金属材料
の温度傾斜塑性加工方法は、請求項１乃至５の何れかに
記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法において、低速
（例えば低速油圧プレス；単発加工）から高速（例えば
高速油圧／クランクプレス／サーボ制御リンクモーショ
ンプレスや鍛造／ナックルプレス；トランスファー加工
や順送加工）まで可能な熱制御によって被加工材に温度
傾斜を与えることを特徴とする。また、請求項７記載の
金属材料の温度傾斜性塑性加工方法は、請求項１乃至６
の何れかに記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法にお
いて、前記熱勾配制御を、熱制御装置：シーズヒータ
加熱、流動油による加熱、ペルチェ熱電素子による加
熱、赤外線輻射による加熱；冷凍機での冷凍液循環によ
る冷却（水冷却を含む）、ペルチェ熱電素子による冷
却、液体窒素噴射による冷却、金型・工具の製作：断
熱に配慮した熱制御／温度傾斜を効率よく実現するため
の金型・工具の材質、設計仕様、製作、使用、プレス
機・装置：リンクモーション、油圧／電気サーボ駆動な
どを利用した下死点（及びその近傍での）寸動動作・停
止／保持を含む高精度ストローク制御可能な装置及び／
又は絞りなどでのクッション圧の稼働中動的制御を可能
ならしめ、かつ熱／温度制御性に優れたプレス機・装置
を用いて行うことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の、塑性加工方法では、金
属材料の熱勾配制御によって被加工材に温度傾斜を生ぜ
しめるものであり、場合によっては傾斜ゼロも含むもの
であるが、この最適温度傾斜は、予め、金型工具（ダイ
ス、しわ押さえ、ポンチなど）及び材料（材種、板厚、
形状、寸法）、プレスストローク速度に応じて、絞り、
液圧、バーリングなどで典型例としてみられるように、
高／低温側の適正温度を決めて、トライによって両者間
のプレス成形の温度傾斜が大略リニアな変化がもたらさ
れるように、熱制御条件を設定しておくものである。そ
のために、場合によって成形過程における動的制御を行
う。熱制御の具体的方法としては、シーズヒータ、油な
どの液体貫流加熱、ペルチェ素子の利用、赤外線輻射に
よる加熱、冷却液の貫流、液体窒素噴射などを適宜組み
合わせ選択する。
属材料の熱勾配制御によって被加工材に温度傾斜を生ぜ
しめるものであり、場合によっては傾斜ゼロも含むもの
であるが、この最適温度傾斜は、予め、金型工具（ダイ
ス、しわ押さえ、ポンチなど）及び材料（材種、板厚、
形状、寸法）、プレスストローク速度に応じて、絞り、
液圧、バーリングなどで典型例としてみられるように、
高／低温側の適正温度を決めて、トライによって両者間
のプレス成形の温度傾斜が大略リニアな変化がもたらさ
れるように、熱制御条件を設定しておくものである。そ
のために、場合によって成形過程における動的制御を行
う。熱制御の具体的方法としては、シーズヒータ、油な
どの液体貫流加熱、ペルチェ素子の利用、赤外線輻射に
よる加熱、冷却液の貫流、液体窒素噴射などを適宜組み
合わせ選択する。
【０００６】本発明の塑性加工方法における温度傾斜に
は、或る一定の最適温度での加工、即ち、温度傾斜ゼロ
の場合も含み、張出し、曲げ、鍛造、回転成形などが典
型であるが、これらの過程では、熱勾配制御を行うこと
は物理的に困難であり、変形挙動から考えてその必要は
小さい。ただし、張出しについては、ゼロを超える温度
傾斜を持たせた方がよい場合もあり得る。しかして、慣
用法（室温成形）に対して、室温より高温の熱制御を、
材料、製品形状に応じて行うことで成形性を著しく向上
させ得ることを知見したもので、従来、この種の塑性加
工に材料に応じた熱／温度制御を講じた例はない。
は、或る一定の最適温度での加工、即ち、温度傾斜ゼロ
の場合も含み、張出し、曲げ、鍛造、回転成形などが典
型であるが、これらの過程では、熱勾配制御を行うこと
は物理的に困難であり、変形挙動から考えてその必要は
小さい。ただし、張出しについては、ゼロを超える温度
傾斜を持たせた方がよい場合もあり得る。しかして、慣
用法（室温成形）に対して、室温より高温の熱制御を、
材料、製品形状に応じて行うことで成形性を著しく向上
させ得ることを知見したもので、従来、この種の塑性加
工に材料に応じた熱／温度制御を講じた例はない。
【０００７】適正条件の確認は、上述のように所要製品
を得るための材料、及び、金型工具のプレス（加工）機
による事前の条件設定（勿論、電熱計算を援用して効率
化を図る）によって行い、実際の生産はこの設定条件で
行う。このような事前トライは従来行っている方法であ
り、本願発明がマンパワー／コストパフォーマンスに特
段の負荷をかけることはない。
を得るための材料、及び、金型工具のプレス（加工）機
による事前の条件設定（勿論、電熱計算を援用して効率
化を図る）によって行い、実際の生産はこの設定条件で
行う。このような事前トライは従来行っている方法であ
り、本願発明がマンパワー／コストパフォーマンスに特
段の負荷をかけることはない。
【０００８】本願発明の金属材料の温度傾斜塑性加工方
法においては、塑性加工方法の種類によってゼロ以外の
温度傾斜が有る場合と温度傾斜がゼロの場合があること
は前述の通りであるが、具体的には、絞り、穴拡げ／バ
ーリング、液圧成形（バルジ加工、対向液圧成形）、し
ごき（しごき絞りを含む）、口絞り、つば出し、しまり
ばめ、形状凍結加工などがゼロ以外の温度傾斜が有り、
また、張出し、曲げ、打ち抜き（精密打ち抜きを含
む）、２次／複次加工（リストライキング、ストレッチ
ング、フランジング、カール、トリム）、回転成形（ス
ピンニング、へら絞り、転造）、液圧パイプ曲げ、フレ
ア（拡管）加工、鍛造、かしめ（コーキング）、シエー
ビング／スエージング、コイニング、ポンチング、ヘッ
ダー加工、据込み、はぜ折り、はぜつぶし、リベッティ
ング、ホーニング、ピアス、バレルなどが、温度傾斜が
ゼロの典型である。但し、前記張出しは前述の通り温度
傾斜を設けた方がよい場合もある。
法においては、塑性加工方法の種類によってゼロ以外の
温度傾斜が有る場合と温度傾斜がゼロの場合があること
は前述の通りであるが、具体的には、絞り、穴拡げ／バ
ーリング、液圧成形（バルジ加工、対向液圧成形）、し
ごき（しごき絞りを含む）、口絞り、つば出し、しまり
ばめ、形状凍結加工などがゼロ以外の温度傾斜が有り、
また、張出し、曲げ、打ち抜き（精密打ち抜きを含
む）、２次／複次加工（リストライキング、ストレッチ
ング、フランジング、カール、トリム）、回転成形（ス
ピンニング、へら絞り、転造）、液圧パイプ曲げ、フレ
ア（拡管）加工、鍛造、かしめ（コーキング）、シエー
ビング／スエージング、コイニング、ポンチング、ヘッ
ダー加工、据込み、はぜ折り、はぜつぶし、リベッティ
ング、ホーニング、ピアス、バレルなどが、温度傾斜が
ゼロの典型である。但し、前記張出しは前述の通り温度
傾斜を設けた方がよい場合もある。
【０００９】加工時の温度範囲を前記の通り、−２０℃
から融点の１／１５〜１／３の温度領域とするのが好ま
しく、これは、材料種により、これ以上の高温になる
と、金型工具の酸化、材料の過度の軟化による不均一変
形、強度低下、潤滑剤の性能劣化、作業環境の悪化をも
たらすからである。また、−２０℃から再結晶温度〜そ
の１／５間の温度領域が好ましいのは、この温度を越え
ると結晶粒の粗大化による製品の肌荒れを生じ、また、
結晶回転による成形性の劣化をきたすからである。ま
た、−２０℃から加工誘起マルテンサイト変態の生じる
温度領域が好ましいのは、オーステナイト鋼では、特
に、この現象によって成形性を向上させることができ、
この温度域より高温になると効果がなくなるからであ
る。また、−２０℃から超塑性が生じる温度領域が好ま
しのは、材料によって超塑性が生ずれば、延性が格段に
向上することから、成形性も向上し、この温度域より高
温になると、この有効な現象を使えなくなり、成形性は
劣化するからである。
から融点の１／１５〜１／３の温度領域とするのが好ま
しく、これは、材料種により、これ以上の高温になる
と、金型工具の酸化、材料の過度の軟化による不均一変
形、強度低下、潤滑剤の性能劣化、作業環境の悪化をも
たらすからである。また、−２０℃から再結晶温度〜そ
の１／５間の温度領域が好ましいのは、この温度を越え
ると結晶粒の粗大化による製品の肌荒れを生じ、また、
結晶回転による成形性の劣化をきたすからである。ま
た、−２０℃から加工誘起マルテンサイト変態の生じる
温度領域が好ましいのは、オーステナイト鋼では、特
に、この現象によって成形性を向上させることができ、
この温度域より高温になると効果がなくなるからであ
る。また、−２０℃から超塑性が生じる温度領域が好ま
しのは、材料によって超塑性が生ずれば、延性が格段に
向上することから、成形性も向上し、この温度域より高
温になると、この有効な現象を使えなくなり、成形性は
劣化するからである。
【００１０】前記熱勾配制御のために、熱制御の速応性
を考え、ペルチェ素子の使用が考えられるが、素子を工
具表面に設けたり、場合によって埋め込み、予備試験に
よる指針に従って自動的に電流量を変化させることによ
って温度傾斜（ゼロを含む）制御を行うものである。
を考え、ペルチェ素子の使用が考えられるが、素子を工
具表面に設けたり、場合によって埋め込み、予備試験に
よる指針に従って自動的に電流量を変化させることによ
って温度傾斜（ゼロを含む）制御を行うものである。
【００１１】また、本願発明は異方性を考慮したすべり
線場法の適用をも適宜含むものである。すべり線場法は
塑性力学上の既知の手法ではあるが、本願の趣旨に取り
込むことにより、一層の成形性の向上と工程の適性化を
図ることができる。具体的には計算と、材料による一般
的な異方性及び絞り率とから、素板（ブランク）の適正
形状寸法と工程を仮決めして、トライアンドエラーによ
り最適化する。
線場法の適用をも適宜含むものである。すべり線場法は
塑性力学上の既知の手法ではあるが、本願の趣旨に取り
込むことにより、一層の成形性の向上と工程の適性化を
図ることができる。具体的には計算と、材料による一般
的な異方性及び絞り率とから、素板（ブランク）の適正
形状寸法と工程を仮決めして、トライアンドエラーによ
り最適化する。
【００１２】また、生産性を考慮して、下死点（及びそ
の近傍）におけるストローク速度の降下（停止／保持を
含む）及び制御をも行うものである。一般にいわれてい
る本事項を本願方法に取り入れることによって一層の成
形性及び形状凍結性の向上を図ることができる。具体的
には、市販され始めたサーボ機構によるリンクモーショ
ン型のプレス機械を使用する。
の近傍）におけるストローク速度の降下（停止／保持を
含む）及び制御をも行うものである。一般にいわれてい
る本事項を本願方法に取り入れることによって一層の成
形性及び形状凍結性の向上を図ることができる。具体的
には、市販され始めたサーボ機構によるリンクモーショ
ン型のプレス機械を使用する。
【００１３】また、フランジ面積を考慮してクッション
圧力の動的制御を行うこともできるが、これも理屈の上
からは合理的で望ましい成型条件ということができ、本
願に取り入れることにより、一層の成形性の向上が図ら
れることになる。具体的には、この動的制御を可能にし
たハード設備は未だ実現していないが、実用機が現実化
した際には使用することとする。
圧力の動的制御を行うこともできるが、これも理屈の上
からは合理的で望ましい成型条件ということができ、本
願に取り入れることにより、一層の成形性の向上が図ら
れることになる。具体的には、この動的制御を可能にし
たハード設備は未だ実現していないが、実用機が現実化
した際には使用することとする。
【００１４】
【実施例】次ぎに、添付図面に従って、本発明の実施例
につき説明する。 （実施例１）図１は深絞り加工の場合の、本発明温度傾
斜塑性加工方法の実施の一例として、絞り深さｈの深絞
り加工を行う場合の加工工程説明図であって、ダイス温
度Ｔｄから、ポンチ温度Ｔｐの温度範囲で図示のように
温度傾斜を持たせるようにして塑性加工を行った。本実
施例では、被加工材料としてＪＩＳ―ＳＵＳ３１０Ｓオ
ーステナイトステンレス鋼の５ｍｍ厚のものを用い、ダ
イス温度Ｔｄ＝110℃、ポンチ温度Ｔｐ＝−５℃として
温度傾斜を設けるようにした。この場合の温度傾斜は、
シーズヒータによる電流制御と、ペルチェ素子による電
流制御によりもたらした。尚、Ｔｄ、Ｔｐは可変で、適
正条件は１つとは限らない。
につき説明する。 （実施例１）図１は深絞り加工の場合の、本発明温度傾
斜塑性加工方法の実施の一例として、絞り深さｈの深絞
り加工を行う場合の加工工程説明図であって、ダイス温
度Ｔｄから、ポンチ温度Ｔｐの温度範囲で図示のように
温度傾斜を持たせるようにして塑性加工を行った。本実
施例では、被加工材料としてＪＩＳ―ＳＵＳ３１０Ｓオ
ーステナイトステンレス鋼の５ｍｍ厚のものを用い、ダ
イス温度Ｔｄ＝110℃、ポンチ温度Ｔｐ＝−５℃として
温度傾斜を設けるようにした。この場合の温度傾斜は、
シーズヒータによる電流制御と、ペルチェ素子による電
流制御によりもたらした。尚、Ｔｄ、Ｔｐは可変で、適
正条件は１つとは限らない。
【００１５】（実施例２）図２は対向液圧成形の場合
の、本発明温度傾斜塑性加工方法の実施の一例として、
深さｈの対向液圧加工を行う場合の加工工程説明図であ
って、ダイス温度Ｔｄから、ポンチ温度Ｔｐの温度範囲
で図示のように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工
を行った。本実施例では、被加工材料としてアルミニウ
ム及び亜鉛含有マグネシウム合金の０．５ｍｍ厚のもの
を用い、ダイス温度Ｔｄ＝２５０℃、ポンチ温度Ｔｐ及
び液体（水）温度＝１０℃として温度傾斜を設けるよう
にした。この場合の温度傾斜は、シーズヒータと冷凍機
によりもたらした。尚、本実施例の場合も実施例１の場
合と同様に、Ｔｄ、Ｔｐは可変で、適正条件は１つとは
限らない。
の、本発明温度傾斜塑性加工方法の実施の一例として、
深さｈの対向液圧加工を行う場合の加工工程説明図であ
って、ダイス温度Ｔｄから、ポンチ温度Ｔｐの温度範囲
で図示のように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工
を行った。本実施例では、被加工材料としてアルミニウ
ム及び亜鉛含有マグネシウム合金の０．５ｍｍ厚のもの
を用い、ダイス温度Ｔｄ＝２５０℃、ポンチ温度Ｔｐ及
び液体（水）温度＝１０℃として温度傾斜を設けるよう
にした。この場合の温度傾斜は、シーズヒータと冷凍機
によりもたらした。尚、本実施例の場合も実施例１の場
合と同様に、Ｔｄ、Ｔｐは可変で、適正条件は１つとは
限らない。
【００１６】（実施例３）図３はバーリング加工の場合
の、本発明温度傾斜塑性加工方法の実施の一例として、
被加工材である純チタニウムを、直径ａの孔を、直径ｂ
までバーリング加工する場合の加工工程説明図であっ
て、温度Ｔ１から、温度Ｔ２の温度範囲で実線で示した
ように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工を行っ
た。また、更に被加工材の種類を純アルミニウムに替
え、温度Ｔ１’から、温度Ｔ２’の温度範囲で二点鎖線
で示したように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工
を行った。本実施例では、被加工材料は両者とも板厚１
ｍｍで、Ｔ１＝８℃、Ｔ２＝９５℃、Ｔ１’＝１８０
℃、Ｔ２’＝１５℃とした。この場合の温度傾斜は熱油
の貫流と液体窒素の噴射冷却によりもたらした。このよ
うに、被加工材の材種によって、逆傾斜の場合もあるの
は、バーリング加工のような伸びフランジ変形能の温度
傾斜性が材種によってが逆転傾向をもつからである。
の、本発明温度傾斜塑性加工方法の実施の一例として、
被加工材である純チタニウムを、直径ａの孔を、直径ｂ
までバーリング加工する場合の加工工程説明図であっ
て、温度Ｔ１から、温度Ｔ２の温度範囲で実線で示した
ように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工を行っ
た。また、更に被加工材の種類を純アルミニウムに替
え、温度Ｔ１’から、温度Ｔ２’の温度範囲で二点鎖線
で示したように温度傾斜を持たせるようにして塑性加工
を行った。本実施例では、被加工材料は両者とも板厚１
ｍｍで、Ｔ１＝８℃、Ｔ２＝９５℃、Ｔ１’＝１８０
℃、Ｔ２’＝１５℃とした。この場合の温度傾斜は熱油
の貫流と液体窒素の噴射冷却によりもたらした。このよ
うに、被加工材の材種によって、逆傾斜の場合もあるの
は、バーリング加工のような伸びフランジ変形能の温度
傾斜性が材種によってが逆転傾向をもつからである。
【００１７】（実施例４）図４は本発明温度傾斜塑性加
工方法の実施の一例として、張出し加工の場合の加工工
程図を示すもので、室温より高い温度で一定温度で行う
ことにより、優れた加工精度での塑性加工を行うことが
できた。本実施例の場合、被加工材料は、４４０ＭＰａ
級熱延高張力鋼板の３．２ｍｍ厚を用い、張出し温度Ｔ
０＝７５℃とした。この場合の温度傾斜ゼロはペルチェ
素子によりもたらした。図示のように、材種により、ま
た、室温ＴＲＴの値により、Ｔ０＞ＴＲＴの場合も、Ｔ
０＜ＴＲＴの場合もあり得る。また、張出し加工につい
ては、前述したように、傾斜温度を持たせた方がよい場
合もあり得る。
工方法の実施の一例として、張出し加工の場合の加工工
程図を示すもので、室温より高い温度で一定温度で行う
ことにより、優れた加工精度での塑性加工を行うことが
できた。本実施例の場合、被加工材料は、４４０ＭＰａ
級熱延高張力鋼板の３．２ｍｍ厚を用い、張出し温度Ｔ
０＝７５℃とした。この場合の温度傾斜ゼロはペルチェ
素子によりもたらした。図示のように、材種により、ま
た、室温ＴＲＴの値により、Ｔ０＞ＴＲＴの場合も、Ｔ
０＜ＴＲＴの場合もあり得る。また、張出し加工につい
ては、前述したように、傾斜温度を持たせた方がよい場
合もあり得る。
【００１８】（実施例５）図５は本発明温度傾斜塑性加
工方法の実施の一例として、曲げ加工の場合の加工工程
図を示すもので、室温より高い温度で一定温度で行うこ
とにより、優れた加工精度での塑性加工を行うことがで
きた。本実施例の場合、被加工材料として超合金Ａ２８
６の板圧２．０ｍｍを用い、曲げ加工温度Ｔ０＝６０℃
とした。この場合の温度傾斜ゼロは赤外線輻射によりも
たらした。本実施例では、サーボ・リンク機構によって
曲げストローク速度を制御し、下死点で５秒間保持した
ことと相俟って、スプリングバック量（形状凍結性）を
通常曲げ加工の１／３にできた。
工方法の実施の一例として、曲げ加工の場合の加工工程
図を示すもので、室温より高い温度で一定温度で行うこ
とにより、優れた加工精度での塑性加工を行うことがで
きた。本実施例の場合、被加工材料として超合金Ａ２８
６の板圧２．０ｍｍを用い、曲げ加工温度Ｔ０＝６０℃
とした。この場合の温度傾斜ゼロは赤外線輻射によりも
たらした。本実施例では、サーボ・リンク機構によって
曲げストローク速度を制御し、下死点で５秒間保持した
ことと相俟って、スプリングバック量（形状凍結性）を
通常曲げ加工の１／３にできた。
【００１９】図６は実施例１の塑性加工方法を、同じ金
属素材を用いて室温（２０℃）成形した場合と、温間
（９０℃）成形した場合との、絞り深さの限界値を相対
的に評価したもので、図から明らかなように、本発明の
場合、室温成形の場合の３倍、温間成形の場合の１．５
倍の深さの深絞りが可能となることが確認できた。
属素材を用いて室温（２０℃）成形した場合と、温間
（９０℃）成形した場合との、絞り深さの限界値を相対
的に評価したもので、図から明らかなように、本発明の
場合、室温成形の場合の３倍、温間成形の場合の１．５
倍の深さの深絞りが可能となることが確認できた。
【００２０】また、図７は、実施例４の場合の塑性加工
方法を、室温（２０℃）成形した場合の張り出し高さの
限界値を相対的に評価したもので、図から明らかなよう
に、本発明の場合、室温成形の場合の２倍の高さの張り
出し加工が可能となることが確認できた。
方法を、室温（２０℃）成形した場合の張り出し高さの
限界値を相対的に評価したもので、図から明らかなよう
に、本発明の場合、室温成形の場合の２倍の高さの張り
出し加工が可能となることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】このように、本発明によれば、金属材料
の塑性加工において、金属材料の種類、加工方法に応
じ、最適な加工条件下での加工を行なうことができる。
の塑性加工において、金属材料の種類、加工方法に応
じ、最適な加工条件下での加工を行なうことができる。
【図１】 本発明加工方法（絞り成形）の一実施例の加
工工程を示す説明線図
工工程を示す説明線図
【図２】 本発明加工方法（対向液圧成形）の一実施例
の加工工程を示す説明線図
の加工工程を示す説明線図
【図３】 本発明加工方法（バーリング）の一実施例の
加工工程を示す説明線図
加工工程を示す説明線図
【図４】 本発明加工方法（張出し成形）の一実施例の
加工工程を示す説明線図
加工工程を示す説明線図
【図５】 本発明加工方法（曲げ成形）の一実施例の加
工工程を示す説明線図
工工程を示す説明線図
【図６】 本発明加工方法（絞り成形）と従来例の加工
方法の加工性を比較するための特性線図
方法の加工性を比較するための特性線図
【図７】 本発明加工方法（張出し成形）と従来例の加
工方法の加工性を比較するための特性線図
工方法の加工性を比較するための特性線図
Claims (7)
- 【請求項１】 被加工材である金属材料を熱勾配制御に
よって温度傾斜を生ぜしめた状態で塑性加工することを
特徴とする金属材料の温度傾斜塑性加工方法。 - 【請求項２】 前記金属材料は、軟鋼、高張力鋼、表面
処理鋼、潤滑鋼板、ステンレス鋼、耐熱鋼、マルエージ
ング鋼、鋳鉄、鋳鋼などの鉄鋼材料；アルミニウム（合
金）、チタニウム（合金）、マグネシウム（合金）など
の軽金属材料；銅、銅合金（黄銅、真鍮、青銅など）、
ニッケル、ニッケル合金（洋白、パーマロイ、アンバー
合金、４２アロイなど）、超合金（Ａ２８６、鉄系、ニ
ッケル系、コバルト系）などの特殊材料；鉄／アルミニ
ウム（合金）、ステンレス鋼／鉄、アルミニウム（合
金）／ステンレス鋼などのクラッド材であることを特徴
とする請求項１記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方
法。 - 【請求項３】 前記塑性加工は、絞り、穴拡げ／バーリ
ング、液圧成形（バルジ加工、対向液圧成形）、しごき
（しごき絞りを含む）、口絞り、つば出し、しまりば
め、形状凍結加工、張出し、曲げ、打ち抜き（精密打ち
抜きを含む）、２次／複次加工（リストライキング、ス
トレッチング、フランジング、カール、トリム）、回転
成形（スピンニング、へら絞り、転造）、液圧パイプ曲
げ、フレア（拡管）加工、鍛造、かしめ（コーキン
グ）、シエービング／スエージング、コイニング、ポン
チング、ヘッダー加工、据込み、はぜ折り、はぜつぶ
し、リベッティング、ホーニング、ピアス、バレルなど
の各種塑性加工、成形、造形など及びそれらの複数行程
加工、並びに、それらの２つ以上の組み合わせ複合加工
であることを特徴とする請求項１または２記載の金属材
料の温度傾斜塑性加工方法。 - 【請求項４】 熱勾配による傾斜温度の範囲を−２０℃
から融点の１／１５〜１／３の温度域、−２０℃から再
結晶温度〜その１／５の間の温度域、−２０℃から加工
誘起マルテンサイト変態の生ずる温度域、或いは、−２
０℃から超塑性が生ずる温度域の何れかから選択するこ
とを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金属材
料の温度傾斜塑性加工方法。 - 【請求項５】 熱勾配制御を、熱制御の速応性を考慮
したペルチェ熱電素子の使用、異方性を考慮したすべ
り線場法の適用、生産性を考慮した下死点近傍におけ
るストローク速度の降下及び制御（停止／保持を含
む）、フランジ面積を考慮した加工中のクッション圧
力の動的制御の何れか、若しくは、２つ以上を利用して
行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の
金属材料の温度傾斜塑性加工方法。 - 【請求項６】 低速（例えば低速油圧プレス；単発加
工）から高速（例えば高速油圧／クランクプレス／サー
ボ制御リンクモーションプレスや鍛造／ナックルプレ
ス；トランスファー加工や順送加工）まで可能な熱制御
によって被加工材に温度傾斜を与えることを特徴とする
請求項１乃至５の何れかに記載の金属材料の温度傾斜性
塑性加工方法。 - 【請求項７】 前記熱勾配制御を、熱制御装置：シー
ズヒータ加熱、流動油による加熱、ペルチェ熱電素子に
よる加熱、赤外線輻射による加熱；冷凍機での冷凍液循
環による冷却（水冷却を含む）、ペルチェ熱電素子によ
る冷却、液体窒素噴射による冷却、金型・工具の製
作：断熱に配慮した熱制御／温度傾斜を効率よく実現す
るための金型・工具の材質、設計仕様、製作、使用、
プレス機・装置：リンクモーション、油圧／電気サーボ
駆動などを利用した下死点（及びその近傍での）寸動動
作・停止／保持を含む高精度ストローク制御可能な装置
及び／又は絞りなどでのクッション圧の稼働中動的制御
を可能ならしめ、かつ熱／温度制御性に優れたプレス機
・装置を用いて行うことを特徴とする請求項１乃至６の
何れかに記載の金属材料の温度傾斜塑性加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282461A JP2003088922A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 金属材料の温度傾斜塑性加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282461A JP2003088922A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 金属材料の温度傾斜塑性加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003088922A true JP2003088922A (ja) | 2003-03-25 |
Family
ID=19106107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001282461A Withdrawn JP2003088922A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 金属材料の温度傾斜塑性加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003088922A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006205173A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Osaka Industrial Promotion Organization | マグネシウム系材料加工製品およびその製造方法 |
| JP2008246555A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Kobe Steel Ltd | プレス成形用ブランクおよびプレス成形方法 |
| JP2013006216A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Shenzhen Futaihong Precision Industrial Co Ltd | アルミニウム又はアルミニウム合金の鍛造方法 |
| WO2013115401A1 (ja) | 2012-02-02 | 2013-08-08 | しのはらプレスサービス株式会社 | 超伝導加速空洞の純ニオブ製エンドグループ部品の製造方法 |
| JP2015020208A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-02-02 | しのはらプレスサービス株式会社 | 金属材料の融合プレス加工方法 |
-
2001
- 2001-09-17 JP JP2001282461A patent/JP2003088922A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006205173A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Osaka Industrial Promotion Organization | マグネシウム系材料加工製品およびその製造方法 |
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| WO2013115401A1 (ja) | 2012-02-02 | 2013-08-08 | しのはらプレスサービス株式会社 | 超伝導加速空洞の純ニオブ製エンドグループ部品の製造方法 |
| EP2810722A1 (en) * | 2012-02-02 | 2014-12-10 | Shinohara Press Service Co., Ltd. | Method for manufacturing pure niobium end group component of superconducting acceleration cavity |
| EP2810722A4 (en) * | 2012-02-02 | 2015-02-25 | Shinohara Press Service Co Ltd | METHOD FOR MANUFACTURING PURE NIOBIUM END GROUP COMPONENT OF SUPERCONDUCTING ACCELERATION CAVITY |
| JPWO2013115401A1 (ja) * | 2012-02-02 | 2015-05-11 | しのはらプレスサービス株式会社 | 超伝導加速空洞の純ニオブ製エンドグループ部品の製造方法 |
| US9502631B2 (en) | 2012-02-02 | 2016-11-22 | Shinohara Press Service Co., Ltd. | Method of manufacturing end-group components with pure niobium material for superconducting accelerator cavity |
| JP2015020208A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-02-02 | しのはらプレスサービス株式会社 | 金属材料の融合プレス加工方法 |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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