JP2011245525A - Method for press forming of metal plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は金属板をプレス成形する方法に係り、特に、成形荷重を低減してより深い加工を可能にする技術に関する。 The present invention relates to a method of press forming a metal plate, and more particularly to a technique that enables deeper processing by reducing a forming load.
近年、地球温暖化が国際的な問題となっており、CO2削減のため自動車業界では燃費向上の目的で軽量化が進められている。一方、近年の衝突安全基準は年々と厳しくなっており、そのような動向を先取りした安全な自動車を作るための研究が行なわれてきた。すなわち、軽量化と安全性という相反する目的を満たすため高張力鋼板の適用が増加してきている。たとえば、高張力鋼板を衝突形態やクラッシュ変形モードの制御のために考慮して適材適所に配置することにより、重量増加を最小限に抑えてきた。 In recent years, global warming has become an international issue, and weight reduction is being promoted in the automobile industry for the purpose of improving fuel efficiency in order to reduce CO 2 . On the other hand, collision safety standards in recent years have become stricter year by year, and research has been conducted to make safe cars that anticipate such trends. That is, the application of high-tensile steel sheets has been increasing in order to satisfy the conflicting purposes of weight reduction and safety. For example, the increase in weight has been minimized by arranging high-tensile steel plates at the right place in consideration of the impact mode and crash deformation mode.
しかしながら、高張力鋼板は、軟鋼材と比較して成形性が悪く、適用部品の種類や形状に制限を受けることが多い。より多くの部品に適用範囲を広げて自動車等の軽量化を図るため、高張力鋼板の深絞り成形の研究が行われている。たとえば、特許文献1には、パンチが金属板に最初に接触して成形が開始された後、パンチがウォータジェットローク終端に達して成形が完了するまでの間に、パンチを金属板から後退させる動作を少なくとも1回行うプレス成形方法が開示されている。この技術によれば、パンチを金属板から後退させることで金属板に潤滑油の油膜が再生され、潤滑効果の向上により、より深いプレス加工を行うことができる。
However, high-tensile steel sheets have poor formability compared to mild steel materials, and are often limited by the types and shapes of applicable parts. In order to expand the application range to more parts and reduce the weight of automobiles and the like, research on deep drawing of high-tensile steel sheets has been conducted. For example, in
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、パンチを後退させるために時間のロスが大きく、生産効率が低下するという問題があった。したがって、本発明は、生産効率を低下させることなくプレス成形性を向上させることができる金属板のプレス成形方法を提供することを目的としている。
However, the technique described in
本発明者等は、金属板をプレス成形する途中でパンチを停止するとどのような挙動が生じるかを調査した。その結果、パンチを停止するとパンチに作用する荷重が急激に低下し、再びパンチを移動させると停止前の荷重とほぼ同じ値まで回復することが判った。そして、パンチを停止させる動作により、限界絞り深さが伸びるという事実が判明した。その理由は、金属組織学的なものと考えられるが、詳細は定かではない。この場合、パンチと金属板とは常に密着しているから、特許文献1のように潤滑油の油膜の再生といったものではないことは確かであるが、成形性向上のメカニズムは今後の研究により明らかにされる。
The present inventors investigated what behavior occurs when the punch is stopped during press forming of the metal plate. As a result, it was found that when the punch was stopped, the load acting on the punch decreased rapidly, and when the punch was moved again, it recovered to almost the same value as the load before the stop. The fact that the limit drawing depth is extended by the operation of stopping the punch has been found out. The reason is considered to be metallographic, but the details are not clear. In this case, since the punch and the metal plate are always in close contact with each other, it is certain that the oil film of the lubricating oil is not regenerated as in
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、ダイとパンチで金属板を成形する金属板のプレス成形方法において、パンチが金属板に接触して該パンチのストローク終端に達するまでの間に、パンチを停止させ、所定時間経過後に金属板の成形を再開するという動作を、少なくとも1回行うことを特徴とする。 The present invention was made based on the above knowledge, and in the metal plate press forming method of forming a metal plate with a die and a punch, while the punch contacts the metal plate and reaches the stroke end of the punch, The operation of stopping the punch and restarting the forming of the metal plate after a lapse of a predetermined time is performed at least once.
本発明によれば、金属板のプレス成形性を向上させることができるとともに、パンチを寸時停止させるだけであるので生産性に与える影響が少ない。パンチを停止させる時間は任意であるが、本発明者等が引張試験にて検討したところ、引張を停止してから0.5秒の間に応力が急激に緩和されることが判明している。また、そのような応力の緩和現象は4秒間でほぼ完了することも判明した。よって、パンチの停止時間は0.5〜4秒の間が望ましい。 According to the present invention, the press formability of the metal plate can be improved, and the punch is only stopped for a short time, so the influence on productivity is small. The time for stopping the punch is arbitrary, but the present inventors have examined it by a tensile test, and it has been found that the stress is rapidly relieved within 0.5 seconds after stopping the tension. . It has also been found that such stress relaxation phenomenon is almost completed in 4 seconds. Therefore, the punch stop time is preferably between 0.5 and 4 seconds.
また、金属板が塑性変形を開始して歪み量が最大になるときにパンチを停止させることが望ましい。本発明者等の検討によれば、歪み量が小さいときと大きいときでは応力の緩和の割合にあまり差がないことが判明している。したがって、歪み量が大きいときの方が応力が大きいから、パンチの停止による緩和される応力の量が大きい。また、パンチを停止させる回数は1回以上であるが、複数回停止させる場合には、歪み量が最大のときに少なくとも1回はパンチを停止させることが望ましい。 It is also desirable to stop the punch when the metal plate starts plastic deformation and the amount of strain becomes maximum. According to the study by the present inventors, it has been found that there is not much difference in the rate of stress relaxation when the strain amount is small and large. Therefore, since the stress is larger when the strain amount is large, the amount of stress that is relieved by stopping the punch is large. Further, the number of times the punch is stopped is one or more times. However, when the punch is stopped a plurality of times, it is desirable to stop the punch at least once when the amount of distortion is maximum.
本発明では、パンチの停止を行うため、従来のクランクプレスではなくサーボプレスなどのようにプレスラムの停止と再起動を容易に行うことができるプレス装置を用いる。 In the present invention, in order to stop the punch, a press device that can easily stop and restart the press ram, such as a servo press instead of a conventional crank press, is used.
本発明によれば、生産効率を低下させることなく金属板のプレス成形性を向上させることができる等の効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain such an effect that the press formability of the metal plate can be improved without reducing the production efficiency.
図1に示す金型を用いて図2に示すブランクから深絞り成形により有底角筒状の製品を成形した。図1において符号10は例えばサーボプレスに固定されたダイであり、ダイ10には金属板Wを成形するための穴11が形成されている。ダイ10には、穴11に抜き差し自在に挿入されるパンチ20が対向配置されている。パンチ20は、ダイ10に対して接近離間可能なプレスラム21に取り付けられ、プレスラム21には、プレート22が取り付けられている。プレート22には、ブランク押さえ23がパンチ20の移動方向に摺動自在に支持されている。ブランク押さえ23とプレート22との間にはコイルバネ24が介装されている。
A bottomed rectangular tube-shaped product was molded from the blank shown in FIG. 2 by deep drawing using the mold shown in FIG. In FIG. 1,
上記のような金型では、プレスラム21をダイ10側(上方)へ移動させると、先ずブランク押さえ23が金属板Wに当接してこれを押さえ付ける。次いで、パンチ20が金属板Wに当接し、金属板Wを穴11の内側へ変形させる。そして、ブランク押さえ23で金属板Wを押さえ付けながら、パンチ20で金属板Wを深絞り成形する。なお、ブランク押さえ23は、プレスラム21の駆動源とは別の駆動源により移動させるように構成することもできる。
In the above-described mold, when the
パンチ20の下端部に歪ゲージを貼り付け、これにより成形荷重を測定する成形試験を行った。サーボプレスは、アイダエンジニアリング社 NC1 2500(D) 2500kNを用いた。このサーボプレスでは、NCサーボ機構によりプレスラム21の動きを自在にプログラミングできる。ブランク押さえ力は100kNとし、金属板Wとしては、表1に示す材料を用意した。成形試験では、成形深さを5mmずつ増やしてゆき、破断やネッキングを起さない成形限界深さを求めた。
A strain gauge was affixed to the lower end of the
絞り加工では、プレスラム21に2種類のモーションを用いた。図3(A)は、従来のクランクプレスのモーション(クランクモーション)を示し、時間に対して正弦波の軌跡を描く動作である。本実施例では、このクランクモーションでプレスラム21を動作させた。他のモーションは、図3(B)に示すように、成形中に一時的に動作を停止するプレスラム21の動作である(ステップモーション)。本実施例では、このステップモーションによってもプレスラム21を動作させた。
In the drawing process, two types of motion were used for the
本実施例で用いた材料はJAC440Wである。クランクモーションでは成形深さ65mmでコーナー部に割れが見られたが、ステップモーションで成形すると70mmまで割れることなく成形できた。このように、ステップモーションにて成形することで成形限界深さが増加することが確認された。この深絞り加工における成形荷重の変化を図4に示す。 The material used in this example is JAC440W. In the crank motion, cracks were found in the corner at a molding depth of 65 mm, but when molded with step motion, molding was possible up to 70 mm without cracking. Thus, it was confirmed that the forming limit depth increases by forming with step motion. FIG. 4 shows a change in the forming load in the deep drawing process.
図4に示すように、プレスラム21の各位置における成形荷重はクランクモーションもステップモーションもほぼ同じである。しかしながら、図5に示すように、ステップモーションの成形荷重の時間変化を見ると、成形途中で停止している間に成形荷重が低下していることが判る。プレスラム21が再び動き出すと、停止前の荷重とほぼ同じ値まで回復し、その後はクランクモーションでの加工とほぼ同じ荷重曲線を描く。なお、JAC590Yで同じ成形試験を行ったところ、クランクモーションでは50mmが成形限界だったものが、ステップモーションにより70mmまで成形できた。
As shown in FIG. 4, the molding load at each position of the
次に、上記の材料にて引張試験を行った。引張試験片は短冊形状とし、ロードセルの速度は低速と高速の2種類とした。また、引張試験の停止時間は10.0秒とし、停止箇所は低歪みと高歪みの2箇所とした。引張試験を低歪み域で停止した結果を図6、引張試験を高歪み域で停止した結果を図7に示す。これらの図から判るように、低歪み側での停止および高歪み側での停止において応力の低下、すなわち応力緩和現象が見られた。10.0秒間の停止により、荷重は、低歪み側では405MPaから390MPaへと3.6%低下し、高歪み側では482MPaから464MPaへと3.7%低下した。以上の結果から、低歪み域と高歪み域では、ほぼ同じ割合で荷重が下がることが判った。したがって、高歪み域での停止ほど緩和量の絶対値は大きくなる。 Next, a tensile test was performed on the above materials. The tensile test pieces were strip-shaped, and the load cell speed was two types, low speed and high speed. Moreover, the stop time of the tensile test was 10.0 seconds, and the stop points were two points of low strain and high strain. FIG. 6 shows the result of stopping the tensile test in the low strain region, and FIG. 7 shows the result of stopping the tensile test in the high strain region. As can be seen from these figures, a stress decrease, that is, a stress relaxation phenomenon, was observed at the stop on the low strain side and the stop on the high strain side. By stopping for 10.0 seconds, the load decreased 3.6% from 405 MPa to 390 MPa on the low strain side, and 3.7% from 482 MPa to 464 MPa on the high strain side. From the above results, it was found that the load decreased at substantially the same rate in the low strain region and the high strain region. Therefore, the absolute value of the relaxation amount becomes larger as the stop in the high strain region.
図8に停止直後からの応力緩和部分を拡大したグラフを示す。図8に示すように、応力緩和量は停止後の経過時間により変化し、特に停止直後の緩和量が非常に大きいことが判る。図9に単位時間当たりの応力緩和量を示す。図9に示すように、初期の0.5秒で緩和速度が30%に下がり、1.0秒では15%に下がる。このことは、緩和初期の1.0秒間の効果が大きいことを意味する。 FIG. 8 shows an enlarged graph of the stress relaxation portion immediately after stopping. As shown in FIG. 8, the amount of stress relaxation changes with the elapsed time after stopping, and it can be seen that the amount of relaxation immediately after stopping is particularly large. FIG. 9 shows the amount of stress relaxation per unit time. As shown in FIG. 9, the relaxation rate decreases to 30% in the initial 0.5 seconds, and decreases to 15% in 1.0 seconds. This means that the effect of 1.0 seconds at the beginning of relaxation is great.
なお、以上の応力緩和現象は歪み速度(ロードセルの速度)を変化させて高速とした場合も低速とした場合にも同様の現象として確認できた。また、表1に示す全ての材料で引張試験を行った結果、10.0秒間の停止で3〜4%の応力緩和が確認された。 The above stress relaxation phenomenon was confirmed as the same phenomenon when the strain rate (load cell speed) was changed to be high and low. Moreover, as a result of performing a tensile test with all the materials shown in Table 1, 3-4% stress relaxation was confirmed after stopping for 10.0 seconds.
さて、生産する上で加工時間は可能な限り短時間であることが理想である。そこで、応力緩和の効果が大きい停止時間1秒以下での限界点を見い出すために停止時間を0.1秒、0.3秒、0.5秒、1.0秒として成形試験を行った。その結果、1.0秒と0.5秒の停止時間では割れもネッキングもなく成形深さ70mmまで成形できた。停止時間を短くした0.3秒と0.1秒では、深さ70mmの成形でネッキングが見られ、停止せずにクランクモーションで成形すると成形深さが65mmの時点でワレが発生した。 Now, in production, it is ideal that the processing time is as short as possible. Therefore, in order to find a limit point at a stop time of 1 second or less where the effect of stress relaxation is large, a molding test was performed with stop times of 0.1 seconds, 0.3 seconds, 0.5 seconds, and 1.0 seconds. As a result, it was possible to mold up to a molding depth of 70 mm without cracking or necking at a stop time of 1.0 seconds and 0.5 seconds. At 0.3 seconds and 0.1 seconds when the stop time was shortened, necking was observed in molding with a depth of 70 mm, and cracking occurred at a molding depth of 65 mm when molding was performed with crank motion without stopping.
以上の結果から、ステップモーションによる成形性向上の効果は停止時間に依存することが判り、十分な効果を得るためには0.5秒以上停止させる必要があることが判った。0.5秒という停止時間は、生産性への影響を最小限にする最適な時間と考えられる。また、引張試験の結果より、鋼種や歪み速度によらず応力緩和が確認されていることから、ステップモーションによる成形性の向上は成形速度や鋼種によらず期待できる。 From the above results, it was found that the effect of improving the formability by the step motion depends on the stop time, and it was found that it was necessary to stop for 0.5 seconds or more in order to obtain a sufficient effect. A stop time of 0.5 seconds is considered the optimal time to minimize the impact on productivity. Moreover, since the stress relaxation was confirmed from the result of the tensile test regardless of the steel type and strain rate, the improvement of the formability by the step motion can be expected regardless of the forming speed and the steel type.
本発明の金属板のプレス成形方法は、生産効率を低下させることなく金属板のプレス成形性を向上させることができるので、自動車等におけるより多くの部品に高強度鋼板ないし超高張力鋼板を適用することが可能になり、車体の軽量化に大きく貢献できる。 The metal plate press forming method of the present invention can improve the press formability of the metal plate without lowering the production efficiency, so a high-strength steel plate or an ultra-high strength steel plate is applied to more parts in an automobile or the like. This can greatly contribute to the weight reduction of the vehicle body.
Claims (3)
前記パンチが前記金属板に接触して該パンチのストローク終端に達するまでの間に、前記パンチを停止させ、所定時間経過後に前記金属板の成形を再開するという動作を、少なくとも1回行うことを特徴とする金属板のプレス成形方法。 In the metal plate press forming method of forming a metal plate with a die and a punch,
The operation of stopping the punch between the time when the punch contacts the metal plate and the end of the stroke of the punch and restarting the forming of the metal plate after elapse of a predetermined time is performed at least once. A metal plate press forming method.
The said predetermined time is 0.5-1 second, The press molding method of the metal plate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
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