JP2021122839A - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】底面部と側壁部とを有するプレス成形品を成形するに際して、底面部に対する側壁部の破断、割れを抑制することが可能なプレス成形品の製造方法を提供する。【解決手段】プレス成形品１０の製造方法は、第一の型３１は側壁部１２となる部分の第一の成形面２２ａに接する第一の型面３１ａを有し、第二の型３２は側壁部１２となる部分の第二の成形面２２ｂに接する第二の型面３２ｂ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、第一の型面３１ａと第二の型面３２ｂとによって側壁部１２となる部分を熱間でしごき加工する際に、第一の型面３１ａと第一の成形面２２ａとの摩擦係数μ１と第二の型面３２ｂと第二の成形面２２ｂ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）【選択図】図４

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関する。

鋼板などの金属材料からなる板材から成形品を製造する加工方法として板鍛造がある。板鍛造は、通常の板金プレスの中に局所的に鍛造を取り入れて肉厚を制御する方法である。肉厚を制御する方法としては、すえ込み、押出し、しごきなどの加工方法がある。しごき加工を伴う板鍛造では、板材の板厚よりも狭く設定されたパンチとダイスの間に板材を挟み込む。そして、パンチに対してダイスを板厚に直交する方向に移動させることで、板材を板厚方向に圧縮変形させつつ、板厚に直交する方向に引張変形させるように塑性加工を行う。この際、板材には、板厚に直交する方向に変形することに対して変形抵抗が生じるとともに、パンチ及びダイスそれぞれと板材とが接する面との間に摩擦抵抗が生じ、これら変形抵抗及び摩擦抵抗による応力が発生する。しごき加工時における変形抵抗及び摩擦抵抗による応力が板材の破断応力以上になってしまうと割れや破断に至ってしまう。このため、板鍛造を用いて板材を成形するに際しては、割れや破断に至らないような応力となるように制御することが求められている。

例えば、特許文献１では、熱間プレス法によってプレス成形品を製造するに際して、成形中におけるパンチ及びダイスと鋼板との間の摩擦係数を０．３以下とする点が開示されている。このようにパンチ及びダイスと鋼板との間の摩擦係数を制御することで、成形時に破断や割れなどを発生させることなく熱間プレス法によってプレス成形品を製造することが可能であるとされている。

特開２０１３−１７６８０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術であったとしても、パンチ及びダイスと鋼板との間に発生した摩擦抵抗に応じた応力が生じてしまう。このため、変形抵抗が破断や割れが生じないような程度となるように加工力を抑制する必要があり、さらなる成形限界の向上が求められている。特に、特許文献１のような熱間加工においては、熱間温度において板材の破断応力が低下するため、さらなる成形限界の向上が求められている。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、底面部と側壁部とを有するプレス成形品を成形するに際して、底面部に対する側壁部の破断、割れを抑制することが可能なプレス成形品の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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ものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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ものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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ものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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を付与しているものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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を付与しているものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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ものとしても良い。
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。

また、上記プレス成形品の製造方法において、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ものとしても良い。
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。

本発明によれば、底面部と側壁部とを有するプレス成形品を成形するに際して、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。

第１の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を示す断面図である。 図１に示すプレス成形品を製造するための鋼材を示す平面図である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法を説明するフロー図である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法を用いてプレス成形品を製造するための加工装置である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法を説明する手順図である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法において、鋼材に対して作用する力の成分を説明する説明図である。 摩擦係数と摺動距離との関係を評価したグラフである。 第２の実施形態のプレス成形品の製造方法を用いてプレス成形品を製造するための加工装置である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法でプレス成形品を製造する際の応力状態を有限要素法で解析した実施例１の結果を示す解析図である。 第１の実施形態のプレス成形品の製造方法でプレス成形品を製造する際の応力状態を有限要素法で解析した実施例２の結果を示す解析図である。

（第１の実施形態）
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。

次に、本実施形態のプレス成形品１０の製造方法の詳細について説明する。図３は、本実施形態のプレス成形品１０の製造方法の詳細を説明するフロー図である。図３に示すように、本実施形態のプレス成形品１０の製造方法は、鋼材２０をＡｃ３変態点以上の温度まで加熱させる加熱工程Ｓ１と、Ａｃ３変態以上の温度となっている鋼材２０に加工を行う加工工程Ｓ２とを備える。加熱工程Ｓ１では、加熱時オーステナイト変態完了温度であるＡｃ３変態点以上となる温度まで鋼材２０を加熱することで、鋼材２０は、オーステナイト相となる。

図４は、加工工程Ｓ２で用いられる加工装置の一例を示している。図４に示すように、加工装置３０は、ダイス（第一の型）３１と、ダイス３１とともに鋼材２０の環状部２２を挟み込むパンチ（第二の型）３２と、ダイス３１とともに鋼材２０の中心部２１を挟み込む押え型３３とを備えている。ダイス３１は、プレス成形品１０における側壁部１２の外周面１２ａと対応して円周面状に形成された第一の型面３１ａを有する筒状の部材である。図４に示すように、プレス成形品１０の中心軸Ｌ１０を含む断面において、第一の型面３１ａは、側壁部１２の外周面１２ａと対応して直線状に形成された直線部３１ｂと、直線部３１ｂの上端から上方へと延びるに従って拡径し上方に開口する導入部３１ｃとを有する。パンチ３２は、底面部１１の形状と対応する円形状に形成された下面である押圧面３２ａと、押圧面３２ａの周縁から上方に延びる円周面であり側壁部１２の内周面１２ｂと対応した第二の型面３２ｂとを有する。ダイス３１の第一の型面３１ａにおける直線部３１ｂの内径とパンチ３２の第二の型面３２ｂの外径との差が、プレス成形品１０の側壁部１２の厚さｔ１２に相当する。また、押え型３３は、パンチ３２の押圧面３２ａとともに、プレス成形品１０における底面部１１となる中心部２１を挟み込む支持面３３ａを有する。

ダイス３１の第一の型面３１ａには第一の潤滑剤が塗布されている。また、パンチ３２の第二の型面３２ｂには第二の潤滑剤が塗布されている。これら、第一の潤滑剤及び第二の潤滑剤による潤滑効果により、ダイス３１の第一の型面３１ａと鋼材２０の環状部２２において側壁部１２の外周面１２ａとなる面２２ａとの摩擦係数μ１、及び、パンチ３２の第二の型面３２ｂと鋼材２０の環状部２２において側壁部１２の内周面１２ｂとなる面２２ｂとの摩擦係数μ２が制御されている。具体的には、第一の潤滑剤及び第二の潤滑剤により、摩擦係数μ１及び摩擦係数μ２が、それぞれ潤滑油がない状態と比較して低減されつつ、摩擦係数μ１と摩擦係数μ２との間には式（１）のような関係が満たされている。
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。

図５は、加工工程Ｓ２で行われる加工の詳細を示している。図５（ａ）に示すとおり、鋼材２０は、まず中心部２１が押え型３３の支持面３３ａ上に、環状部２２が押え型３３からはみ出すようにして配置される（ステップＳ２１）。また、鋼材２０は、押え型３３に支持された下面と反対側となる上面がパンチ３２の押圧面３２ａで押えられることでパンチ３２と押え型３３との間に挟み込まれる。この段階でダイス３１は、鋼材２０の環状部２２の下方となる位置で押え型３３の外周に配されている。次に、ダイス３１を上方に移動させてしごき加工を行う（ステップＳ２２）。ダイス３１が上方に移動すると、鋼材２０の環状部２２の下面がダイス３１に当接する。さらにダイス３１が上方に移動すると、図５（ｂ）に示すように、鋼材２０の環状部２２は、中心部２１に対して折れ曲がり、第一の型面３１ａの導入部３１ｃの傾斜に従って案内される。さらにダイス３１が上方に移動すると、図５（ｃ）に示すように、第一の型面３１ａの直線部３１ｂと第二の型面３２ｂの一部が相対するようになる。第一の型面３１ａの直線部３１ｂと第二の型面３２ｂとの離間寸法は、鋼材２０の厚さｔ２０よりも小さく設定されている。このため、鋼材２０は第一の型面３１ａの直線部３１ｂと第二の型面３２ｂとにより、環状部２２の板厚方向に圧縮塑性変形しながら、環状部２２の板厚方向と直交する上下方向Ｘに引張塑性変形するしごき加工が施される。そして、図５（ｄ）に示すように、環状部２２が上下方向Ｘに引張塑性変形して側壁部１２として求められる長さＬ１２となるまで第一の型面３１ａを移動させる。この際、鋼材２０の環状部２２は、加工工程Ｓ２前よりも加工工程Ｓ２による圧縮塑性変形量分だけ板厚方向の寸法が小さくなっている。加工工程Ｓ２前の環状部２２の板厚方向の寸法に対する加工工程Ｓ２実施後の板厚方向における圧縮塑性変形量の比の百分率のことをしごき率という。環状部２２がプレス成形品１０における側壁部１２として、所定の長さＬ１２となるように形成された後も、ダイス３１、パンチ３２及び押え型３３が鋼材２０に接した状態を維持して、所定の冷却速度で冷却する（ステップＳ２３）。そして、鋼材２０の温度が冷却完了温度に達したら、ダイス３１を下降させるとともに、パンチ３２を上昇させることでプレス成形品１０が取り出される（ステップＳ２４）。

ここで、ダイス３１を上昇させて環状部２２をしごき加工する間、ダイス３１とパンチ３２とによって鋼材２０の環状部２２には塑性変形をさせるための加工力Ｐが作用し、鋼材２０の環状部２２にはこの加工力Ｐにより変形抵抗が生じる。図６に示すように、この変形抵抗は、上下方向Ｘへの引張変形に対する軸方向変形抵抗Ｆｃと、板厚方向への圧縮変形に対する板厚方向変形抵抗とを有する。また、ダイス３１及びパンチ３２の上記動作によりパンチ３２が側壁部１２の内周面１２ｂに対して底面部１１に近接する方向に相対移動し、また、ダイス３１が側壁部１２の外周面１２ａに対して底面部１１から離間する方向に相対移動する。このため、鋼材２０の環状部２２において側壁部１２の外周面１２ａとなる面には、ダイス３１の第一の型面３１ａとの摩擦によって上下方向Ｘで底面部１１から離間する上向きの第一の摩擦力Ｆｄが生じる。また、鋼材２０の環状部２２において側壁部１２の内周面１２ｂとなる面には、パンチ３２の第二の型面３２ｂとの摩擦によって上下方向Ｘで底面部１１に近接する下向きの第二の摩擦力Ｆｐが生じる。このため、環状部２２と中心部２１との接続部分、すなわちプレス成形品１０における底面部１１と側壁部１２とを接続する肩部１３には、底面部１１と側壁部１２とを離間させる向きに以下の式（２）で表わされる軸方向力Ｆが作用する。なお、式（２）におけるＦ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｐはスカラー量を表わしており、正は上向き、負は下向きの力を示している。
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。

本実施形態の加工方法では、上記のとおり、ダイス３１の第一の型面３１ａと鋼材２０の環状部２２における第一の成形面となる面２２ａとの摩擦係数μ１と、パンチ３２の第二の型面３２ｂと鋼材２０の環状部２２における第二の成形面となる面２２ｂとの摩擦係数μ２との間には、上記式（１）のような関係が満たされるように摩擦係数が制御されている。したがって、式（２）において、第一の摩擦力Ｆｄを摩擦係数μ１により抑制しつつ、軸方向Ｆを小さくする第二の摩擦力Ｆｐを摩擦係数μ２により相対的に大きくすることで、軸方向Ｆを小さくしてしごき加工時における肩部１３での割れや破断を防止することができる。言い換えれば、軸方向応力σｐが鋼材２０の破断応力を超えない範囲において、軸方向変形抵抗Ｆｃを大きくできるため、鋼材２０に作用させる加工力Ｐを大きくすることができ、成形限界を向上させることができる。ここで、摩擦係数μ１及びμ２は、しごき加工を実施する際の温度における値であることが好ましい。このため、本実施形態では、７００〜８５０℃における摩擦係数であることが好ましい。

図７は、ダイス３１及びパンチ３２に用いられる部材と、ダイス３１及びパンチ３２でしごき加工される鋼材２０との摩擦係数について、摺動距離との関係を評価した実験例を示している。ダイス３１及びパンチ３２に用いられる部材には、材種ＳＫＤ６１を用いた。供試材には非めっきの１．５ＧＰａ級ホットスタンプ用鋼板を用いた。供試材評価方法としては、日本国特開２０１８−００８２７８号公報に記載されている試験方法に準じた。具体的には、熱間摺動試験装置を用い、上記供試材からなり温度を８５０℃とした試験片を３ｋＮ(面圧１０ＭＰａ)で加圧し、引き抜き速度１３ｍｍ／ｓで引き抜く際の摺動距離２０〜４０ｍｍにおける摩擦係数の平均値を求め、各供試材における摩擦係数とした。潤滑剤の有無、及び、潤滑剤の種類による違いを評価するために、試験片の表面に潤滑剤を塗布しない実験例Ｙ０、潤滑剤１を塗布した実験例Ｙ１、潤滑剤２を塗布した実験例Ｙ２の３つの例について評価を行った。潤滑剤１は、大同化学工業株式会社製の白色系非乾燥型潤滑剤（製品名：３００ＨＶＳ）である。また、潤滑剤２は、大同化学工業株式会社製の白色系乾燥型潤滑剤（製品名：Ｅ−２５）である。図７に示すとおり、実験例Ｙ０では、摩擦係数は０．６となった。実験例Ｙ１では、摩擦係数は０．２５となった。実験例Ｙ２では、摩擦係数は０．５となった。このように予め各潤滑剤を用いた場合の摩擦係数を求め、式（１）を満たすように潤滑剤を選定すれば良い。なお、上記実験例Ｙ０〜Ｙ２は一例であり、他の潤滑剤についても適用可能である。

（第２の実施形態）
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８は、本実施形態のプレス成形品１０の製造方法で用いられるダイス４１及びパンチ５１を示している。図８に示すように、本実施形態では、ダイス（第一の型）４１は、型本体４２と、型本体４２の表面に配された第一のコーティング層４３とを有している。また、パンチ（第二の型）５１は、型本体５２と、型本体５２の表面に配された第二のコーティング層５３とを有している。なお、ダイス４１、パンチ５１とも、コーティング層は型本体４２、５２の表面全体にコーティングされているものとしているが、少なくとも第一の型面４３ａ及び第二の型面５３ａを形成する部分として鋼材２０と接する部分にコーティングされていれば良い。そして、本実施形態では、第一の型面３１ａと第一の成形面との摩擦係数μ１と第二の型面３２ｂと第二の成形面との摩擦係数μ２とが上記式（１）の関係を満たすように第一のコーティング層４３及び第二のコーティング層５３の材種が選択される。例えば、上記のように鋼材２０としてＮＳ２２ＣＢを用いた場合、第一のコーティング層４３としてはＣｒＮを主成分とするコーティング層が選択される。また、第二のコーティング層５３としてはＴｉＮを主成分とするコーティング層が選択される。このような材種を選択することで、摩擦係数μ１が０．４、摩擦係数μ２が０．６となり式（１）を満たし同様の作用効果を得ることができる。

＜実施例１＞
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。

＜実施例２＞
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。

＜実施例３＞
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１に示すとおり、実施例３−１、３−２、３−３では、いずれのしごき率でも破断、割れなどが生じず、目標のしごき率までしごき加工をすることができた。一方、比較例３−１、３−２では、いずれも目標とするしごき率に至るまでに割れが発生してしまった。

＜実施例４＞
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２に示すとおり、実施例４−１、４−２では、破断、割れなどが生じず、目標のしごき率までしごき加工をすることができた。

＜実施例５＞
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。

表３に示すとおり、実施例５−１、５−２、５−３では、いずれでも破断、割れなどが生じず、目標のしごき率の３０％までしごき加工をすることができた。

以上のように、第１、第２の実施形態及び実施例１〜５のプレス成形品１０の製造方法によれば、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、肩部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。これにより、軸方向変形抵抗Ｆｃを含めて肩部に作用する軸方向力Ｆを小さくして軸方向応力σｐを小さくすることができる。このため、しごき加工時における底面部１１に対する側壁部１２の破断、割れを抑制することができるとともに、破断、割れが生じない範囲において軸方向変形抵抗Ｆｃを大きくすることができ、これにより成形限界の向上を図ることができる。特に、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１１に対する側壁部１２の破断、割れを抑制することができる。また、パンチ（第二の型）と押え型とによって底面部１１を挟んで押さえた状態で、ダイス（第一の型）とパンチ（第二の型）とによって、側壁部１２と底面部１１との破断や割れを抑制しつつ側壁部１２となる部分をしごき加工することができる。さらに、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。

なお、第１の実施形態及び実施例４においては、ダイス３１及びパンチ３２の少なくとも一方に潤滑剤を塗布することにより摩擦係数μ１、μ２を制御するものとしたがこれらに限られるものではない。鋼材２０において第一の成形面及び第二の成形面となる面の少なくとも一方に潤滑剤を塗布するものとしても良い。さらに、式（１）を満たすために潤滑油以外の手段により摩擦係数を制御するものとしても良い。

また、第２の実施形態及び実施例５におけるコーティング層は一例であり、他の材種によるコーティング層としても良く、また、第一の型面４３ａまたは第二の型面５３ａの一方をコーティング層によって形成しても良い。また、コーティング層上に潤滑油を塗布するものとしても良い。少なくとも第一の型面３１ａと第一の成形面との摩擦係数μ１と第二の型面３２ｂと第二の成形面との摩擦係数μ２とが上記式（１）の関係を満たすことで底面部１１に対する側壁部１２の破断、割れを抑制するという作用効果を得ることができる。

また、上記各実施形態及び実施例においてプレス成形品１０は、円板状の底面部１１及び円筒状の側壁部１２を備えるカップ形状とするものとしたが、これに限られるものではなく、底面部１１が矩形状のものや、側壁部１２が底面部１１の周縁の一部に形成されているものとしも良い。例えば、自動車骨格部材のサイドシルやセンターピラーに使用される断面Ｕ字形や断面ハット形である長尺部品にも適用可能である。また、プレス成形品１０は、円板状の鋼材２０から上記方法により加工されるものとしたがこれに限られるものではなく、矩形状の鋼材２０や、鋼材２０以外の金属材で形成されたものとしても良い。また、深絞り加工などにおいても、少なくとも側壁部１２における一部においてしごき加工がなされる場合には、底面部１１に対する側壁部１２の破断、割れを抑制するという作用効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１０ プレス成形品
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)

1. 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）
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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