JP2021122839A - プレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明の一態様に係るプレス成形品の製造方法は、底面部と前記底面部から突出する側壁部とを有するプレス成形品を成形する際に、第一の型と第二の型とにより前記側壁部の一部または全部をしごき加工するプレス成形品の製造方法であって、前記第一の型は、前記側壁部となる部分の第一の成形面に接する第一の型面を有し、前記第二の型は、前記側壁部となる部分の第二の成形面に接する第二の型面を有し、前記第一の型面を前記第一の成形面に対して前記底面部から離間する向きに相対移動させるとともに、前記第二の型面を前記第二の成型面に対して前記底面部に近接する向きに相対移動させて、前記第一の型面と前記第二の型面とによって前記側壁部となる部分を熱間でしごき加工する際に、前記第一の型面と前記第一の成形面との摩擦係数μ1と、前記第二の型面と前記第二の成形面との摩擦係数μ2とが以下の式(1)の関係を満たす。
μ1<μ2 ・・・・・式(1)
この方法によれば、第一の型面を第一成形面に対して底面部から離間する向きに、第二の型面を第二成形面に対して底面部に近接する向きに相対移動させることで、第一の型面と第二の型面との間にある側壁部となる部分は、熱間でしごき加工される。この際、第一の成形面には、第一の型面が接しており底面部から離間する向きに摩擦力が生じる。また、第二の成形面には、第二の型面が接しており底面部に近接する向きに摩擦力が生じる。このため、しごき加工時に、側壁部と底面部との接続部分には、第一の型面による底面部から離間する向きに作用する摩擦力と、第二の型面による底面部に近接する向きに作用する摩擦力との合力が作用する。ここで、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることで、側壁部と底面部との接続部分とに作用する第一の型面及び第二の型面による摩擦力の合力を、引張力であってより小さくすることができ、または、圧縮力とすることができる。このため、熱間でのしごき加工時における底面部に対する側壁部の破断、割れを抑制することができる。
この方法によれば、熱間加工における熱間加工温度で、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることで、熱間でのしごき加工において、底面部に対する側壁部の破断、割れをより確実に抑制することができる。
この方法によれば、第一の潤滑剤により、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることができる。
この方法によれば、第二の潤滑剤により、第二の型面と第二の成形面との間の摺動状態を良好なものとしつつ、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることができる。
この方法によれば、第一のコーティング層により、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることができる。
この方法によれば、第二のコーティング層により、第二の型面と第二の成形面との間の摺動状態を良好なものとしつつ、第一の型面と第一の成形面との摩擦係数μ1を第二の型面と第二の成形面との摩擦係数μ2よりも小さくすることができる。
この方法によれば、第二の型と押え型とによって底面部を挟んで押さえた状態で、第一の型と第二の型とによって、側壁部と底面部との破断や割れを抑制しつつ側壁部となる部分をしごき加工することができる。
この方法によれば、第一の成形面と対応する直線状の第一の型面によって、第一の成形面を広い範囲にわたって押さえてしごき加工をすることで、第一の成形面を精度良く成形しつつ、広い範囲にわたって押さえることによって生じる摩擦力の影響を最小限に抑えることができる。
以下、本発明に係る第1の実施形態について図1から図10を参照して説明する。図1は、本実施形態のプレス成形品の製造方法で製造されるプレス成形品の例を示している。図1に示すように、プレス成形品10は、カップ形状に形成されており、円板状の底面部11と、底面部11の周縁から突出する円筒状の側壁部12とを備える。このようなプレス成形品10は、例えば、底面部11を軸部材に取り付け、側壁部12が他部品と係合または摩擦により接続される動力伝達部材として用いられる。なお、他部品へ動力を伝達するために、側壁部12に周方向に沿って複数の凸部を設けた歯車形状とするようにしても良い。このようなプレス成形品10は、例えば、図2に示す円板状の鋼材20から、本実施形態のプレス成形品10の製造方法を用いた熱間の板鍛造によって成形される。すなわち、鋼材20の中心L20を含む円形状の中心部21がプレス成形品10における底面部11となり、中心部21の外周に位置する円環状の環状部22が塑性変形することでプレス成形品10における側壁部12となる。側壁部12を形成する際には肉厚を減少させるしごき加工が施される。また、プレス成形品10の側壁部12において、外周面12aが本実施形態のプレス成形品10の製造方法を用いて成形される第一の成形面に相当し、内周面12bが同方法を用いて成形される第二の成形面に相当する。なお、特に断りの無い限り、本実施形態では、プレス成形品10の中心軸L10に沿う方向を上下方向Xとし、底面部11が下側、側壁部12が上側に配置され、底面部11から側壁部12が上向きに延びるようにプレス成形品10及び対応する加工装置が配置されているものとして説明する。
μ1<μ2 ・・・・・式(1)
式(1)の関係を満たすための第一の潤滑剤、第二の潤滑剤の具体例については後述する実施例で示すが、上記式(1)を満たす限り潤滑剤の種類は限定されない。
F=Fc+Fd−Fp ・・・・・式(2)
したがって、肩部13には上記軸方向力Fに応じた軸方向応力σpが生じている。上記しごき加工において肩部13で破断や割れが生じないようにするためには、軸方向応力σpが、鋼材20の破断応力を超えないようにする必要がある。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図8は、本発明の第2の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図9は、15%のしごき率における解析結果を示している。解析方法としては有限要素法を用いた。鋼材20としては非めっきの1.5GPa級ホットスタンプ用鋼板、直径126mm、板厚4.0mmとした。ダイス(第一の型)31において、第一の型面31aの内径はしごき率15%の場合は86.8mm、しごき率30%の場合は85.6mmとした。また、パンチ(第二の型)32において、第二の型面32bの外径は80mm、第二の型面32bと押圧面32aとの間のR部の半径を5mmとした。鋼材20の中心部21をパンチ32と押え型33とで挟み込むクランプ力は98kNとした。鋼材20の加工開始時の温度を900℃とし、ダイスの移動速度を13mm/sとした。加工時の冷却速度は200℃/sであった。図9に示すように、このような条件の下、実施例1では、ダイス31と鋼材20との摩擦係数μ1を0.25、パンチ32と鋼材20との摩擦係数μ2を0.5とし、しごき率15%となるまでしごき加工を行った。また、比較例1−1、比較例1−2では、同様のしごき率15%として摩擦係数μ1、μ2を変更して式(1)を満たさないものとした。具体的には、比較例1−1では、摩擦係数μ1、μ2をそれぞれ0.5、0.25、また、比較例1−2では、摩擦係数μ1、μ2をそれぞれ0.6、0.25として、摩擦係数μ1を摩擦係数μ2に対して大きくした。図9に示すとおり、実施例1では、しごき率15%で側壁部12を成形し、側壁部12の長さを39.38mmに成形することができた。なお、図中に示すコンターは加工完了後における温度分布を示している。一方、比較例1−1、1−2では、しごき率15%に至るまでに、部位Aで示すとおり、破断・割れに至る部分が示された。
図10は、30%のしごき率における解析結果を示している。解析方法としては実施例1同様に有限要素法を用いた。その他、解析条件については実施例1と同様である。図10に示すように、実施例2では、ダイス(第一の型)31と鋼材20との摩擦係数μ1を0.25、パンチ(第二の型)32と鋼材20との摩擦係数μ2を0.5とし、しごき率30%となるまでしごき加工を行った。また、比較例2−1、比較例2−2では、同様のしごき率30%として摩擦係数μ1、μ2を変更して式(1)を満たさないものとした。具体的には、比較例2−1では、摩擦係数μ1、μ2をそれぞれ0.25、0.25と同じ値とし、また、比較例1−2では、摩擦係数μ1、μ2をそれぞれ0.6、0.25として、μ2に対してμ1を大きくした。図10に示すとおり、実施例2では、しごき率30%で側壁部12を成形し、側壁部12の長さを43.79mmに成形することができた。なお、図中に示すコンターは加工完了後における温度分布を示している。一方、比較例2−1、2−2では、しごき率15%に至るまでに、部位Aで示すとおり、破断・割れに至る部分が示された。
表1は、15%、30%、50%の3種類のしごき率における熱間円筒しごき試験を実施した結果を示している。本熱間円筒しごき試験では、予め冷間深絞り成形にて製作したカップ部品を用いた。当該カップ部品の側壁部12の内径は80mm、側壁部12の板厚は4mmとした。そして、当該カップ部品に対して、素材温度850℃、ダイスの移動速度13mm/sで、しごき率15%、30%及び50%のしごき加工を施した。供試材には、1.5GPa級ホットスタンプ用鋼板を用い、摩擦条件による成形可否を評価した。実施例3−1、3−2、3−3では、ダイス(第一の型)31の第一の型面31aと側壁部12の外周面12aとなる面22aとの摩擦係数μ1、及び、パンチ(第二の型)32の第二の型面32bと側壁部12の内周面12bとなる面22bとの摩擦係数μ2について、摩擦係数μ1を摩擦係数μ2よりも小さくして式(1)を満たすようにした。一方、比較例3−1では摩擦係数μ1を摩擦係数μ2よりも大きくして式(1)を満たさないようにした。また、比較例3―2では、摩擦係数μ1、μ2が略等しくなるようにした。そして、実施例3−1及び比較例3−1ではしごき率を15%、実施例3−2及び比較例3−2ではしごき率30%、実施例3−3ではしごき率を50%として試験を行った。結果を表1に示す。
表2は、しごき率30%における熱間円筒しごき試験を実施した結果を示している。本熱間円筒しごき試験でも、実施例3同様に予め冷間深絞り成形にて製作したカップ部品を用いた。当該カップ部品の側壁部12の内径は80mm、側壁部12の板厚は4mmとした。そして、当該カップ部品に対して、素材温度850℃、ダイスの移動速度13mm/sで、しごき率15%及び30%のしごき加工を施した。供試材には、1.5GPa級ホットスタンプ用鋼板を用い、潤滑条件による成形可否を評価した。潤滑剤に、上記潤滑剤1(大同化学工業株式会社製の白色系非乾燥型潤滑剤(300HVS))及び潤滑剤2(大同化学工業株式会社製の白色系乾燥型潤滑剤(E−25))を用いた。すなわち、実施例4−1では、ダイス(第一の型)31の第一の型面31aに塗布する第一の潤滑剤に潤滑剤1を適用し、パンチ(第二の型)32の第二の型面32bは潤滑剤無しとした。これにより、ダイス(第一の型)31の第一の型面31aと側壁部12の外周面12aとなる面22aとの摩擦係数μ1、及び、パンチ(第二の型)32の第二の型面32bと側壁部12の内周面12bとなる面22bとの摩擦係数μ2について、摩擦係数μ1を摩擦係数μ2よりも小さくして式(1)を満たすようにした。また、実施例4−2では、ダイス(第一の型)31の第一の型面31aに塗布する第一の潤滑剤に潤滑剤1を、パンチ(第二の型)32の第二の型面32bに塗布する第二の潤滑剤に潤滑剤2を適用し、摩擦係数μ1を摩擦係数μ2よりも小さくして式(1)を満たすようにした。結果を表2に示す。
表3は、30%のしごき率における熱間円筒しごき試験を実施した結果を示している。本熱間円筒しごき試験でも実施例3同様に、予め冷間深絞り成形にて製作したカップ部品を用いた。当該カップ部品の側壁部12の内径は80mm、側壁部12の板厚は4mmとした。そして、当該カップ部品に対して、素材温度850℃、ダイスの移動速度13mm/sで、しごき率30%のしごき加工を施した。供試材には、1.5GPa級ホットスタンプ用鋼板を用い、コーティング層による成形可否を評価した。実施例5−1では、ダイス(第一の型)41には第一のコーティング層としてCrNを主成分とするコーティング層を設け、パンチ(第二の型)51には第二のコーティング層を設けなかった。また、実施例5−2では、ダイス41には第一のコーティング層としてTiNを主成分とするコーティング層を設け、パンチ51には第二のコーティング層を設けなかった。また、実施例5−3では、ダイス41には第一のコーティング層としてCrNを主成分とするコーティング層を設け、パンチ51には第二のコーティング層としてTiNを主成分とするコーティング層を設けた。これらコーティング層の組み合わせによって実施例5−1、5−2、5−3いずれにおいても式(1)を満たすようにした。結果を表3に示す。
11 底面部
12 側壁部
12a 外周面
12b 内周面
20 鋼材
21 中心部
22 環状部
22a 外周面となる面(第一の成形面)
22b 内周面となる面(第二の成形面)
31、41 ダイス(第一の型)
31b 直線部
32、51 パンチ(第二の型)
33 押え型
42 型本体
52 型本体
43 第一のコーティング層
53 第二のコーティング層
Claims (8)
- 底面部と前記底面部から突出する側壁部とを有するプレス成形品を成形する際に、第一の型と第二の型とにより前記側壁部の一部または全部をしごき加工するプレス成形品の製造方法であって、
前記第一の型は、前記側壁部となる部分の第一の成形面に接する第一の型面を有し、
前記第二の型は、前記側壁部となる部分の第二の成形面に接する第二の型面を有し、
前記第一の型面を前記第一の成形面に対して前記底面部から離間する向きに相対移動させるとともに、前記第二の型面を前記第二の成型面に対して前記底面部に近接する向きに相対移動させて、前記第一の型面と前記第二の型面とによって前記側壁部となる部分を熱間でしごき加工する際に、前記第一の型面と前記第一の成形面との摩擦係数μ1と、前記第二の型面と前記第二の成形面との摩擦係数μ2とが以下の式(1)の関係を満たすプレス成形品の製造方法。
μ1<μ2 ・・・・・式(1) - 前記側壁部の成形は熱間加工によって実施され、
前記摩擦係数μ1及び前記摩擦係数μ2は、前記熱間加工における熱間加工温度での摩擦係数である請求項1に記載のプレス成形品の製造方法。 - 前記第一の型面と前記第一の成形面との間に第一の潤滑剤を介在させる請求項1または請求項2に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記第二の型面と前記第二の成形面との間に、前記第一の潤滑剤とは異なる種類の第二の潤滑剤を介在させる請求項3に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記第一の型は、型本体と、型本体の表面に配された第一のコーティング層とを有し、前記第一のコーティング層の表面によって前記第一の型面が構成されて前記摩擦係数μ2よりも低い摩擦係数μ1を付与している請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記第二の型は、型本体と、型本体の表面に配された第二のコーティング層とを有し、前記第二のコーティング層の表面によって前記第二の型面が構成されて前記摩擦係数μ1よりも高い摩擦係数μ2を付与している請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記第二の型とともに前記底面部を挟んで押える押え型を有する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記第一の型面は、前記第一の成形面と対応して直線状に形成されている請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のプレス成形品の製造方法。
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WO2023119633A1 (ja) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 | 国立大学法人大阪大学 | 積層成形材及びその製造方法 |
-
2020
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