JP2009279591A - アルミニウム合金板材のプレス成形方法 - Google Patents

アルミニウム合金板材のプレス成形方法 Download PDF

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Yoichi Ueno
洋一 上野
Katsumi Koyama
克己 小山
Nobuhito Ishikawa
宣仁 石川
Mikio Otaka
幹雄 大高
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Furukawa-Sky Aluminum Corp
古河スカイ株式会社
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Abstract

【課題】アルミニウム合金板材の絞り成形において、パンチ肩部での割れや括れ、フランジ部でのしわの発生を防止し、成形限界を向上できるプレス成形方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金板材を、スライドに取り付けられたダイとクッションパッドに接続されたブランクホルダーとで狭持してしわ押さえ荷重を付与しながら、ダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとボルスタ上に設置されているパンチとでプレス成形を行う工程において、成形開始時のしわ押さえ荷重は破断危険部でのひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重Fの1.4〜1.9倍を付加し、パンチ荷重が破断荷重の93%〜98%に達するとパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させ、成形終了時のしわ押さえ荷重をFの60%以下とし、且つパンチ荷重を破断荷重の70%以下にすることを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、アルミニウム合金板材のプレス成形方法に係わり、特にプレス成形時のパンチ荷重及びしわ押さえ荷重を制御することによって成形限界を向上できるプレス成形方法に関する。
プレス成形において、しわ押さえ荷重を変化させる成形方法に関しては種々の発明が開示されており、例えば特許文献1には、絞り成形時のしわ押さえ荷重を、成形開始時点から下死点までの成形全行程の中の幾つかの領域に応じて変化させ、成形初期から中期では高くしてしわの発生と成長を抑える一方、成形後期では適正な値に減圧することで割れの発生を防ぐ方法が開示されている。
また、特許文献2には、アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔の成形方法において、破断危険部の垂直方向面圧/ラミネートアルミ箔の破断強度の比を一定の範囲内で一定値に維持しながら、パンチ荷重をある一定の範囲内になるようにしわ押さえ面圧を制御することによって、成形限界を向上させ、しわの発生を防ぐ方法が開示されている。
更に、特許文献3には、ポンチとダイスで金属板を挟圧するプレス成形方法において、前記ポンチが前記金属板に最初に接触し成形が開始された後、前記ポンチがストローク終端に到達して成形が完了するまでの間に、プレス成形機に設置した荷重検出器により検出された信号に基づき、プレス成形荷重が所定の値になった場合に、前記金属板から前記ポンチを一旦離し、前記ポンチと前記ダイスを用いて、再度金属板を成形することを特徴とする金属板のプレス成形方法が開示されており、それにより金属板に割れが発生する成形限界を向上できることが開示されている。
特開平9−38728公報 特開2003−48027公報 特開2008−23534公報
特許文献1ではしわ押さえ荷重を制御することによって割れ、しわの発生を抑制する発明が開示されているが、絞り成形時のしわ押さえ荷重を、成形開始時点から下死点までの成形全行程の中の幾つかの領域に応じて変化させているのみであって、パンチ荷重に応じてしわ押さえ荷重を制御するという思想に関しては示されていないので、しわや割れ等の成形不良を抑制しつつAl合金板等の成形性に劣る金属板を絞り深さのより深い複雑形状に高精度に成形するには不十分である。
また、特許文献2は、アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔の成形に係るものであるが、そのようなラミネートアルミ箔は、成形性の低い防錆油が潤滑剤となっている自動車部品等のアルミニウム合金板材とはその成形性が大きく異なるので、後者のようなアルミニウム合金板材の成形に対して必ずしもその技術を直ちに適用できる訳ではない。
更に、特許文献2には、破断危険部の垂直方向面圧/ラミネートアルミ箔の破断強度の比を一定の範囲内で一定値に維持することが述べられているが、実際に破断危険部の垂直方向面圧を測定する方法は示されていない。
また、特許文献3では、プレス成形荷重が所定の値になった場合に金属板からポンチを一旦離すという工程を導入する必要が有り、工程が複雑化し生産性が低下する。
本発明は、アルミニウム合金板材の絞り成形において、成形性の低い防錆油を潤滑剤として用いた場合でも、破断危険部であるパンチ肩部での割れ及び括れ、並びにフランジ部でのしわの発生を防止し、成形限界を向上できるプレス成形方法を提供するものである。
すなわち、本発明は、
(1) アルミニウム合金板材をスライドに取り付けられたダイとクッションパッドに接続されたブランクホルダーとで狭持してしわ押さえ荷重を発生させ、しわ押さえ荷重を付与しながらダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとボルスタ上に設置されているパンチとでプレス成形を行う工程において、成形開始時は破断危険部でのひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重Fの1.4〜1.9倍のしわ押さえ荷重を付加し、パンチ荷重が破断荷重の93%〜98%に達するとパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させることを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法、
(2) 成形終了時のしわ押さえ荷重をFの60%以下、且つパンチ荷重を破断荷重の70%以下にすることを特徴とする(1)に記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法、
(3) 成形終了時のしわ押さえ荷重をFの30%以上にすることを特徴とする(1)又は(2)のいずれかに記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法、
(4) 金型とアルミニウム合金板材との潤滑剤として防錆油を使用していることを特徴とする(1) 乃至(3)のいずれかに記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法、
(5) しわ押さえ荷重を制御する手段がサーボダイクッションであるプレス機械を使用することを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のプレス成形方法、
(6) アルミニウム合金板材が破断伸び20%以上、引張強度200MPa以上である5000系もしくは6000系アルミニウム合金であることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法、
である。
ここで、「破断危険部でのひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重F」について説明する。破断危険部とは、アルミニウム合金板材の絞り成形において破断の危険性が最も高い部位のことであり、円筒絞り成形ではパンチ肩部である。また、「ひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重」は、対象とする材質及び寸法からなるアルミニウム合金板材について、常法により予め測定しておく必要が有る。例えば、円筒絞り成形では、対象とする材質及び寸法からなる円形素材アルミニウム合金板(ブランク)を所望の寸法のパンチ径で一定のしわ押さえ荷重で絞り成形し、パンチ肩部での割れ及び括れを発生することなくひずみが成形限界を超えないときの最大しわ押さえ荷重として求めることが出来る。
本発明方法により、成形中のパンチ荷重の範囲をより厳密に制御し、パンチ荷重がその範囲内に収まるようにしわ押さえ荷重を制御することによって、パンチ肩部での括れおよびフランジ部でのしわを発生させることなく、成形高さを向上することができた。
筆者らは、アルミニウム合金板材のプレス絞り成形につき検討した結果、単にしわ押さえ荷重だけを制御しても、パンチ肩部においての括れやフランジ部でのしわを防止することは困難であることが分かった。絞り成形においてパンチ荷重が破断荷重に到達するとパンチ肩部で破断する。そこでプレス成形工程においてしわ押さえ荷重だけでなく、パンチ荷重をも厳密に制御する必要がある。本発明では破断荷重に対してパンチ荷重を制御するので、パンチ下部にロードセルを設ける等してパンチ荷重を計測できるようにして、事前に破断荷重を計測する必要がある。
成形開始時のしわ押さえ荷重はFの1.4〜1.9倍を付加するように制御する。成形開始時のしわ押さえ荷重はFの1.4倍以下であると、途中からしわ押さえ荷重を低下させるとフランジ部でしわが発生する。フランジ部でのしわ抑制の観点から言えば、成形開始時のしわ押さえ荷重をFの1.5倍以上にしておくことが特に好ましい。成形開始時のしわ押さえ荷重はFの1.9倍以上であると、途中からしわ押さえ荷重を低下してもパンチ肩部で括れが発生する。パンチ肩部での括れ防止の観点から言えば、成形開始時のしわ押さえ荷重をFの1.7倍以下にしておくことが特に好ましい。
パンチ荷重が破断荷重の93%〜98%に達するとパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させるように制御する。パンチ荷重が破断荷重の93%未満で、しわ押さえ荷重を低下させるとしわが発生し、またパンチ荷重が破断加重の98%以上ではしわ押さえ荷重を低下させてもパンチ肩部で括れが発生する可能性がある。図1ではしわ押さえ荷重を階段状に低下させているが、直線状に低下させても同様の効果が得られる。また、絞り抜け以外の、フランジ部に材料が残る絞り成形においては成形の進行に伴い、フランジ部変形抵抗が増加し、それを受けるパンチ荷重も増加するのでパンチ荷重が確実に低下するようにしわ押さえ荷重を低下させることが必要である。
成形終了時のしわ押さえ荷重はFの60%以下、且つパンチ荷重は破断荷重の70%以下に制御することが好ましい。成形終了時のパンチ荷重を破断荷重の70%以下にすることによりパンチ肩部での括れ発生を抑止することができるが、これは、多くの場合、成形終了時のしわ押さえ荷重をFの60%以下まで低下させることにより実現できる。しかし、成形終了時のしわ押さえ荷重を低くし過ぎるとフランジ部でしわが発生してくる可能性があるので、成形終了時のパンチ荷重が破断荷重の70%を超えてしまわない限りにおいては、成形終了時のしわ押さえ荷重はFの30%以上にすることが好ましい。
しわ押さえ荷重はサーボダイクッションにて制御することが好ましい。自動車部品のプレス成形に用いられるプレス機械にはリンクプレス或いはリンク機構をサーボモーターで制御するサーボプレスが用いられているが、それらのプレス機械は成形速度が速く、応答性能に優れた電気的なしわ押さえ荷重制御が必要となる。
本発明例として図1に示す成形方法でプレス成形を行った。
表1に、用いたアルミニウム合金板材の特性を示す。板厚1mmの6000系アルミニウム合金を用いた。
プレス機械はリンク機構をサーボモーターで制御するリンクサーボプレスで、サーボダイクッションを附設しており成形中の速度としわ押さえ荷重を制御できる。サーボダイクッションの機構を図2に示す。リニアスケール20でスライドの位置を検出し、圧力センサ10で油圧室内の圧力を検出し、パルスコーダ17からのパルス信号を制御部18にフィードバックして、制御部18がサーボモーター11を制御することによって、クッションピン5を介して成形中のしわ押さえ荷重を制御できる。
成形試験では短辺150mm、長辺300mmの長方形状の角筒絞り金型で絞り成形を行った。パンチの下部にロードセルを設置し、絞り成形中のパンチ荷重を計測した。
同アルミニウム合金板材の形状は短辺280mm、長辺は420mmでコーナーをカットした。アルミニウム合金板材の両面に動粘度16.5cSt/40℃の防錆油を塗布した。
コーナーのパンチ肩部での合否の判定については、標点距離10mmのサークルをマーキングして、サークルの最大主ひずみが成形限界の0.22以上である場合を「くびれが発生して不合格」とした。サークルをマーキングしたコーナーのパンチ肩部の外観を図3に示す。フランジ部でのしわの判定には、コーナーのフランジ部を研磨紙(粒度:1000番)で擦って、フランジ部の端部からダイ肩部までしわの縞模様が明瞭に確認できた場合を「しわ発生」と判定した。また、図4に示すようにコーナーのフランジ部の断面形状を板材端部から50mmに亘って測定し、その区間の曲率分布を図5に示すように求め、その曲率の周期性からも「しわ発生」を判定した。
成形高さは36mmで、同アルミニウム合金板材において破断危険部でのひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重Fは150kNであった。但し、しわ押さえ荷重150kNではフランジ部でしわが発生している。また、しわ押さえ荷重350kNで絞り成形を行おうとするとパンチ肩部で割れが発生した。その時の破断荷重は122kNであった。
プレス成形の試験結果を表2に示す。以下、これについて説明する。
本発明の実施例1として、初期のしわ押さえ荷重を250kN(即ち、Fの1.67倍)にして、パンチ荷重が破断荷重の94%(即ち、P1/Pbreak=94%)に達したところからパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させ、最終のしわ押さえ荷重を50kN(即ち、Fの33%)にした。成形終了時のパンチ荷重は破断荷重の65%(即ち、P2/Pbreak=65%)にした。
本発明の実施例2として、初期のしわ押さえ荷重を250kN(即ち、Fの1.67倍)にして、パンチ荷重が破断荷重の93%(即ち、P1/Pbreak=93%)に達したところからパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させ、最終のしわ押さえ荷重を75kN(即ち、Fの50%)にした。成形終了時のパンチ荷重は破断荷重の68%(即ち、P2/Pbreak=68%)にした。
上記実施例1及び実施例2の場合には、パンチ肩部での括れを抑制し、尚且つフランジ部でのしわの発生も抑制することができた。図5に実施例1のコーナーのフランジ部の曲率分布を示しているが、曲率の周期性は明瞭ではない。
比較例(1)として、成形中のしわ押さえ荷重を150kN(即ち、Fの1.00倍)の一定にした場合を検討したが、フランジ部でしわが発生していた。
比較例(2)として、成形中のしわ押さえ荷重を175kN(即ち、Fの1.16倍)の一定にした場合を検討したが、フランジ部でしわが発生しつつ、パンチ肩部でも括れが発生していた。また、図5に比較例(2)のコーナーのフランジ部の曲率分布を示しているが、曲率の周期性が明瞭になっており、曲率の山と谷がしわの山と谷に対応している。
比較例(3)として、成形中のしわ押さえ荷重を200kN(即ち、Fの1.33倍)の一定にした場合を検討したが、パンチ肩部で括れが発生していた。
よって、しわ押さえ荷重を一定のままで絞り成形を行おうとしても、括れやしわの発生を抑えることができない。
また、比較例(4)として、初期のしわ押さえ荷重を250kN(即ち、Fの1.67倍)として、パンチ荷重が破断荷重の92%に達するとそこからパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させ、最終のしわ押さえ荷重を50kN(即ち、Fの33%)、成形終了時のパンチ荷重を破断荷重の65%とした場合は、フランジ部でしわが発生した。
比較例(5)として、初期のしわ押さえ荷重を250kN(即ち、Fの1.67倍)として、パンチ荷重が破断荷重の93%に達するとそこからパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させ、最終のしわ押さえ荷重を100kN(即ち、Fの67%)、成形終了時のパンチ荷重を破断荷重の74%とした場合は、パンチ肩部で括れが発生した。
本発明に係るしわ押さえ荷重とパンチ荷重の制御例を示すグラフ 実施例のプレス成形に用いたプレス機械の概要構成を示す模式図 コーナーのパンチ肩部の外観 コーナーのフランジ部の外観 測定した断面形状の曲率分布
符号の説明
1...スライド、2...ダイ、3...材料(ブランクシート)、4...ブランクホルダー、5...クッションピン、6...パンチ、7...ボルスタ、8...クッションパッド、9...油圧室、10...圧力センサ、11...サーボモーター、12...ボールナット、13...ボールねじ、14...大プーリー、15...タイミングベルト、16...小プーリー、17...パルスコーダ、18...制御部、19...記憶部、20...リニアスケール

Claims (6)

  1. アルミニウム合金板材をスライドに取り付けられたダイとクッションパッドに接続されたブランクホルダーとで狭持してしわ押さえ荷重を発生させ、しわ押さえ荷重を付与しながらダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとボルスタ上に設置されているパンチとでプレス成形を行う工程において、成形開始時は破断危険部でのひずみが成形限界を超えない最大しわ押さえ荷重Fの1.4〜1.9倍のしわ押さえ荷重を付加し、パンチ荷重が破断荷重の93%〜98%に達するとパンチ荷重を常に低下させるようにしわ抑え荷重を低下させることを特徴とするアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
  2. 成形終了時のしわ押さえ荷重をFの60%以下、且つパンチ荷重を破断荷重の70%以下にすることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
  3. 成形終了時のしわ押さえ荷重をFの30%以上にすることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかの項に記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
  4. 金型とアルミニウム合金板材との潤滑剤として防錆油を使用していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかの項に記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
  5. しわ押さえ荷重を制御する手段がサーボダイクッションであるプレス機械を使用することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかの項に記載のプレス成形方法。
  6. アルミニウム合金板材が破断伸び20%以上、引張強度200MPa以上である5000系もしくは6000系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの項に記載のアルミニウム合金板材のプレス成形方法。
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CN104785601A (zh) * 2015-04-22 2015-07-22 湖南大学 一种板料冲压方法

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