JP2022132267A - Micro-vibration press working method for metallic material by punch stroke control - Google Patents

Micro-vibration press working method for metallic material by punch stroke control Download PDF

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Abstract

To provide a press working method for metallic material in which nano-level microscopic deformation behavior of ferrous and non-ferrous metallic materials is taken into consideration, this is adequately combined with practical macroscopic working condition, thereby enabling realization of excellent press working performance regardless of kinds of metallic materials.SOLUTION: According to a micro-vibration press working method for a metallic material by punch stroke control that vertically moves a punch to vibrate a punch stroke when press working a metallic material, in a punch advancement process in the punch stroke, a processing force to the metallic material is generated at the time of contact between the punch and the metallic material, molding of the metallic material advances, and in a retreat process of the punch and the following advancement process of the punch, a micro-vibration operation for alleviating and leveling nano-level microscopic stress field and strain field that are generated in the metallic material is applied to the punch stroke during non-contact until the punch contacts the metallic material.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、鉄系及び非鉄系の金属材料のナノレベルの微視的変形挙動を踏まえ、これを適切に実用的な巨視的加工条件に結びつけることにより、金属材料の種類によらず、優れたプレス加工性の実現を可能にした金属材料のプレス加工方法に関するものである。 Based on the nano-level microscopic deformation behavior of ferrous and non-ferrous metal materials, the present invention appropriately combines this with practical macroscopic processing conditions to achieve excellent performance regardless of the type of metal material. The present invention relates to a press working method for a metal material that enables realization of press workability.

鉄系及び非鉄系金属材料の弾塑性加工、おもに深絞り加工は、従来室温においてメカニカル/クランクプレス機や油圧プレス機、液圧・超音波・電磁力等を利用した特殊プレス機を用いて、また近年ストロークの動作を可変にしたサーボプレス機を用いて行われている。弾塑性加工は、室温での冷間加工や再結晶温度以上で行う熱間加工で行われることが多いが、最近では工具や被加工材を温間温度に加熱する温間加工法や加工速度と加工温度を同時に制御する「融合加工法」等も提案され、実用化されているものもある(特許文献1~9、非特許文献1~9を参照)。
最も一般的な弾塑性加工方法は汎用クランクプレス機や油圧プレス機を室温で用いる場合であり、以降これを「従来法」と称し、上記「温間加工法」や「融合加工法」とともに本発明に関わる加工法の比較対象とし、以下本発明との優劣の判断に用いる。
Elasto-plastic processing of ferrous and non-ferrous metal materials, mainly deep drawing, is conventionally performed at room temperature using mechanical/crank presses, hydraulic presses, and special presses that utilize liquid pressure, ultrasonic waves, electromagnetic force, etc. In recent years, a servo press machine with variable stroke operation is also used. Elastic-plastic working is often performed by cold working at room temperature or hot working at temperatures above the recrystallization temperature. A "fusion processing method" or the like that simultaneously controls the processing temperature and the processing temperature has also been proposed and some have been put into practical use (see Patent Documents 1 to 9 and Non-Patent Documents 1 to 9).
The most common elasto-plastic processing method is when a general-purpose crank press or hydraulic press is used at room temperature. It will be used for comparison with the processing methods related to the invention, and will be used to judge superiority or inferiority with the present invention.

特開昭54-142168号公報JP-A-54-142168 特開昭54-143763号公報JP-A-54-143763 特開昭62-176617号公報JP-A-62-176617 特開平11-309518号公報JP-A-11-309518 特開平11-309519号公報JP-A-11-309519 WO2013/115401号公報WO2013/115401 特開2015-020208号公報JP 2015-020208 A 特開昭54-142462号公報JP-A-54-142462 特開平07-048589号公報JP-A-07-048589

幸田成康:「金属物理学序論」, (1967), [コロナ社]Shigeyasu Koda: "Introduction to Metal Physics", (1967), [Corona Publishing] 日本塑性加工学会編:「塑性加工便覧」, (2008), [ コロナ社]Edited by Japan Society for Technology of Plasticity: Handbook of Plasticity Processing, (2008), [Corona Publishing] D. McLean : ” Mechanical Properties of Metals “ , (1962) , [ John Wiley & Sons, Inc. ]D. McLean: ``Mechanical Properties of Metals'', (1962), [John Wiley & Sons, Inc.] William C. Leslie:” The Physical Metallurgy of Steels”, ( 1981 ) , [ McGraw Hill, Inc. ]William C. Leslie: “The Physical Metallurgy of Steels”, (1981) , [McGraw Hill, Inc.] 野原清彦:「ステンレス鋼薄板の原価低減への取り組みとプレス加工技術」、プレス技術 (2007)、 [日刊工業新聞社]Kiyohiko Nohara: "Efforts to Reduce the Cost of Thin Stainless Steel Sheets and Press Processing Technology," Press Technology (2007), [Nikkan Kogyo Shimbun] 日本金属学会編:「金属便覧」, (2008), [丸善株式会社]Edited by the Japan Institute of Metals: "Handbook of Metals", (2008), [Maruzen Co., Ltd.] 野原清彦:「ステンレス鋼大全」, (2016), [日刊工業新聞社]Kiyohiko Nohara: "Complete Stainless Steel", (2016), [Nikkan Kogyo Shimbun] K. Nohara, Y. Watanabe and K. Yamahata:” Warm Press Forming of Stainless Steel Sheets “, (1990) , 1st Int. Conf. on New Manufacturing Tech. (Proc.), JapanK. Nohara, Y. Watanabe and K. Yamahata:” Warm Press Forming of Stainless Steel Sheets “, (1990) , 1st Int. Conf. on New Manufacturing Tech. (Proc.), Japan K. Nohara, M. Shinohara, N. Kawabata, H. Nakamura, K. Miyajima, Y. Yamamoto, H. Hayano, M. Yamanaka, T. Saeki, and S. Kato:“ Studies on Innovative Production Methods of HOM Coupler for SRF 9-Cell Cavity”, (2015) , Int. Particle Accelerator Conf.(Proc.), Richmond (Jefferson Lab. ), USAK. Nohara, M. Shinohara, N. Kawabata, H. Nakamura, K. Miyajima, Y. Yamamoto, H. Hayano, M. Yamanaka, T. Saeki, and S. Kato: “Studies on Innovative Production Methods of HOM Coupler for SRF 9-Cell Cavity”, (2015) , Int. Particle Accelerator Conf.(Proc.), Richmond (Jefferson Lab. ), USA J. A. Elias, R. H. Heyer and J. H. Smith :Trans. AIME, 224 (1962), 679J. A. Elias, R. H. Heyer and J. H. Smith: Trans. AIME, 224 (1962), 679 前野智美:「サーボプレスを活用した低サイクル振動モーションを用いた自動再潤滑」、プレス技術 (2008)、[日刊工業新聞社]Tomomi Maeno: "Automatic re-lubrication using low cycle vibration motion using servo press", Press Technology (2008), [Nikkan Kogyo Shimbun]

しかしながら、上記従来技術の「慣用室温加工方法」、「超音波加工方法」、「温間加工方法」あるいは「融合加工方法」によるプレス加工は、いずれも被加工材である鉄系及び非鉄系金属材料のナノ原子レベル(以下“ナノレベル”と表現する)の結晶構造や内部構造とそれらの変形挙動について、微視的観点からの現象の考察に基づいた巨視的加工手段・効果・産業上への利用可能性を検証してプレス加工を実施していないため、優れた加工性を達成するには適正条件の決定、加工性改善の程度、作業の難度、初期投資、経済性等において種々の難点があった。本願は、ナノレベルの事象とその検討に基づいて、優れた加工方法の開発の成果を得ることを発明の解決課題とする。 However, press working by the conventional room temperature working method, the ultrasonic working method, the warm working method, or the fusion working method of the above-mentioned prior art is all of the iron-based and non-ferrous metals that are the workpieces. Macroscopic processing methods, effects, and industrial applications based on observations of phenomena from a microscopic point of view regarding the crystal structure and internal structure of materials at the nano-atomic level (hereafter referred to as "nano-level") and their deformation behavior. Since we have not verified the feasibility of press working, in order to achieve excellent workability, there are various factors such as determination of appropriate conditions, degree of workability improvement, difficulty of work, initial investment, economic efficiency, etc. There was a problem. The object of the present invention is to obtain the results of development of an excellent processing method based on nano-level events and their studies.

即ち、本発明は、従来技術が内包する上記問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、鉄系及び非鉄系の金属材料のナノレベルの微視的変形挙動を踏まえ、これを適切に実用的な巨視的加工条件に結びつけることにより、金属材料の種類によらず、優れたプレス加工性の実現を可能にした金属材料のプレス加工方法を提案することにある。 That is, the present invention has been made in view of the above problems inherent in the prior art. Based on the nano-level microscopic deformation behavior of ferrous and non-ferrous metallic materials, the purpose is to appropriately combine this with practical macroscopic processing conditions to achieve excellent performance regardless of the type of metallic material. An object of the present invention is to propose a method of press working a metal material that enables realization of press workability.

発明者らは、本分野における上述の現況に鑑み、巨視的変形挙動、即ちプレス加工性が、結局は金属材料の微視的なナノレベルの内部構造及び変形挙動、あるいは結晶構造とその変質に支配されるとの洞察のもとに、以下のごとき検討を行い、本発明に至ったものである。
すなわち、
(1)
絞り加工を主体とする金属材料のプレス加工に際して、
ポンチを上下動させてポンチストロークに振動を与えるポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法であって、
ポンチストロークにおけるポンチの前進行程において、前記ポンチと前記金属材料の接触時に前記金属材料に対する加工力が発生し、前記金属材料の成形が進み、
前記ポンチの後退行程と次に続くポンチの前進行程において、前記ポンチが前記金属材料に接触するまでの非接触時に、前記金属材料の内部に生じたナノレベルの微視的な応力場と歪場を緩和・平準化させる微振動動作を、
前記ポンチストロークに付与することを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(2)
1回のポンチストロークの前進及び後退距離をX及びXとすると
この間の進行距離はΔX=X-Xr,
さらに前記前進及び後退速度をV及びV、前進及び後退時間をt及びtとすると、
この間の進行速度はΔV=ΔX/(t+t)=(V・t)/(t+t)≡(X+X)/(t+t)であり、
この場合、前記微振動動作は、X>X,(即ちΔX>0)及びV>V,(即ちΔV>0)(ポンチの進行方向を+、後退方向を-とする)を同時に満たすことを特徴とする(1)に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(3)
前記微振動動作させた前記ポンチストロークによる前記プレス加工において、
移動距離をXとした場合、添え字P,rをそれぞれ前進及び後退線形運動を表すものとして、
X>0;0mm<X≦100mm;0mm<X≦50mm;X≧X>0なる条件と、
移動速度をVとした場合、V≧1mm/sec;V≧V>0なる条件の双方を満たすことを特徴とする(1)又は(2)に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(4)
前記ポンチストロークに付与される前記微振動動作の振動数ν(Hz)の範囲は3≦ν≦10であり、
前記ポンチストロークの上死点から下死点までのサーボ制御による加工中の前進・後退振動のポンチストロークの微振動動作のパターンは、
慣用加減速線形定速前進後退等速又は非等速運動(P)、
定速戦記前進後退等速又は非等速運動(P)、
もしくは正弦波定角速度線形前進後退等速又は非等速運動(P)、
或いはこれらを組み合わせたPj(j=1or2or3)
であることを特徴とする(1)~(3)のいずれか1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(5)
前記Pj(j=1or2or3)中のP(j=1or2or3)の占める比率Ψ(j=1or2or3)(ただしΣΨ=1であることを前提とする)は任意にとることができ、
前記振動数ν(Hz)の繰り返し数Nは1~3回であることを特徴とする(4に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(6)
前記微振動動作させたポンチストロークによる前記プレス加工における平均移動速度がVave、最大絞り深さがHmax、最大絞り加工時間がTmaxとすると、
それぞれ次式、
ave=<Σ[∫{(X-X)/ν}・t]dt>/t
Hmax=[∫∫{(X-Xr)・ν}dvdt]max
max=Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}](Ni)
で示される(ここにtは絞り抜けに要した時における時間)ことを特徴とする(1)~(5)のいずれか1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(7)
前記微振動動作させたポンチストロークによる前記プレス加工における前記金属材料の加工温度Tが前記金属材料の結晶系によって以下の条件
体心立方系材料:室温≦T≦200℃
面心立方系材料:室温≦T≦300℃
稠密六方系材料:室温≦T≦400℃
に従うことを特徴とする(1)~(6)いずれか1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(8)
前記金属材料が、前記室温を20℃とした場合、以下の結晶系によって、
体心立方系材料:純鉄・炭素鋼・高張力鋼・
表面処理鋼・フェライトステンレス鋼・
β型チタニウム合金・タンタル・ニオブ
面心立方系材料:オーステナイトステンレス鋼・アルミニウム合金
・銅合金
稠密六方系材料:マグネシウム合金・α型チタニウム合金
であることを特徴とする(7)に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(9)
前記加工温度Tに応じて、
動粘度Γが、
T≦40℃の場合:Γ=25~100cSt
T>40℃の場合:Γ=80超~800cSt
の潤滑剤をそれぞれ使用することを特徴とする(7)又は(8)に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(10)
前記ポンチストロークの上下動に前記微振動動作を付与するサーボ機器と、プレス絞り加工用の金型工具から熱伝導によって前記金型材料の加工温度を制御する温度制御装置を用いることを特徴とする(1)~(9)のいずれか1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(11)
(7)~(9)のいずれか1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を経た成形体に、
加工温度Tが、
T=室温の場合:従来法で、
T=室温超~200℃の場合:温間プレス加工方法で、
リストライク加工またはしごき加工を施すことを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(12)
(7)~(9)のいずれか1、又は(11)に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を経た成形体に、
前記加工温度Tが、
T=室温の場合:従来法で、
T=室温超~200℃の場合:温間プレス加工方法で、
穴あけまたはバーリング突起出し加工を施すことを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
(13)
(1)~(12)の何れか1に記載のポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を利用して、焼鈍熱処理及びマシーニングセンターによる切削加工を回避した単一工程によるプレス加工製品を製造することを特徴とする、プレス加工品の製造方法。
とした。
In view of the above-mentioned current situation in this field, the inventors believe that the macroscopic deformation behavior, that is, the press workability, ultimately depends on the microscopic nano-level internal structure and deformation behavior of the metal material, or the crystal structure and its alteration. Based on the insight that it is controlled, the following studies were conducted, and the present invention was achieved.
i.e.
(1)
When pressing metal materials mainly by drawing,
A micro-vibration press working method for a metal material by means of punch stroke control in which the punch is moved up and down to vibrate the punch stroke,
During the forward movement of the punch in the punch stroke, a working force is generated on the metal material when the punch and the metal material come into contact with each other, and the forming of the metal material progresses.
In the retraction stroke of the punch and the subsequent forward stroke of the punch, when the punch is not in contact with the metal material, nano-level microscopic stress fields and strain fields are generated inside the metal material. The micro-vibration action that alleviates and smoothes the
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized in that it is applied to the punch stroke.
(2)
Assuming that the forward and backward distances of one punch stroke are X P and X r ,
The traveling distance during this period is ΔX=X P −X r,
Further, if the forward and backward speeds are V P and V r , and the forward and reverse times are t P and t r ,
The traveling speed during this period is ΔV=ΔX/(tP + tr )=( VP · tP )/( tP + tr )≡( XP +Xr)/( tP + tr ),
In this case, the micro-vibration operation is X P >X r , (that is, ΔX>0) and V P >V r , (that is, ΔV>0) (the forward direction of the punch is + and the backward direction is −). The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control described in (1), wherein the filling is performed at the same time.
(3)
In the press working by the punch stroke with the fine vibration operation,
Assuming that the movement distance is X and the subscripts P and r denote forward and backward linear motion, respectively,
X>0; 0 mm<X P ≦100 mm; 0 mm<X r ≦50 mm; X P ≧X r >0;
When the moving speed is V, both conditions of V P ≥ 1 mm/sec; V P ≥ V r > 0 are satisfied. Micro-vibration press processing method.
(4)
The range of the frequency ν (Hz) of the micro-vibration operation applied to the punch stroke is 3 ≤ ν ≤ 10,
The micro-vibration pattern of the punch stroke of forward and backward vibration during machining by servo control from the top dead center to the bottom dead center of the punch stroke is as follows.
Conventional acceleration/deceleration linear constant speed forward/backward constant or non-uniform motion (P 1 ),
Constant speed forward and backward constant or non-uniform motion (P 2 ),
or sinusoidal constant angular velocity linear forward and backward uniform or non-uniform motion (P 3 ),
Or Pj C j (j=1 or 2 or 3) combining these
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of (1) to (3), characterized in that:
(5)
The ratio Ψ j (j = 1 or 2 or 3) of P j (j = 1 or 2 or 3) in Pj C j (j = 1 or 2 or 3) (assuming that ΣΨ j = 1) can be arbitrarily set,
The number of repetitions N i of the frequency ν (Hz) is 1 to 3.
(6)
Assuming that the average moving speed in the press working by the punch stroke with the fine vibration operation is V ave , the maximum drawing depth is H max , and the maximum drawing time is T max ,
respectively,
V ave =<Σ[∫{(X P −X r )/ν}·t]dt>/t f
Hmax=[∫∫{(X P −Xr)·ν}dvdt] max
T max =Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}] (Ni) > i
(here, t f is the time required for drawing out).
(7)
The processing temperature T of the metal material in the press working by the punch stroke with the micro-vibrating operation is based on the crystal system of the metal material under the following conditions Body-centered cubic material: room temperature ≤ T ≤ 200 ° C.
Face-centered cubic material: room temperature ≤ T ≤ 300°C
Dense hexagonal material: room temperature ≤ T ≤ 400°C
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of (1) to (6), wherein
(8)
When the room temperature is 20° C., the metal material has the following crystal system:
Body-centered cubic materials: pure iron, carbon steel, high-strength steel,
Surface-treated steel, ferrite stainless steel,
β-type titanium alloy, tantalum, niobium Face-centered cubic materials: austenitic stainless steel, aluminum alloy
Copper alloy Close-packed hexagonal material: The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control described in (7), characterized in that it is a magnesium alloy or an α-titanium alloy.
(9)
Depending on the processing temperature T,
kinematic viscosity Γ is
When T≤40°C: Γ = 25 to 100cSt
When T>40°C: Γ = over 80 ~ 800cSt
The micro-vibration press working method of a metal material by punch stroke control according to (7) or (8), characterized in that the lubricants of (7) and (8) are used, respectively.
(10)
It is characterized by using a servo device that imparts the fine vibration motion to the vertical movement of the punch stroke, and a temperature control device that controls the processing temperature of the die material by heat conduction from a die tool for press drawing. A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of (1) to (9).
(11)
(7) to (9), the molded body subjected to the micro-vibration press working method of a metal material by punch stroke control,
The processing temperature T is
When T = room temperature: in the conventional method,
When T = above room temperature to 200°C: in the warm press method,
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized by applying restrike processing or ironing processing.
(12)
Any one of (7) to (9) or the molded body that has undergone the micro-vibration press working method of a metal material by punch stroke control described in (11),
The processing temperature T is
When T = room temperature: in the conventional method,
When T = above room temperature to 200°C: in the warm press method,
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized by performing drilling or burring protrusion processing.
(13)
A pressed product by a single process that avoids annealing heat treatment and cutting by a machining center by using the micro-vibration press working method for metal materials by punch stroke control according to any one of (1) to (12). A method for manufacturing a pressed product, characterized by manufacturing
and

以下、本発明について、さらに詳細に述べる。
金属材料は鉄系、非鉄系を問わず微視的な金属組織、即ち種々の結晶系からなる単結晶が前後・左右・上下につらなった多結晶体からなっている。そして、この多結晶体は結晶学的に異なる方位をもつ多数の結晶の集合体、すなわち多数の結晶粒からなっている。各結晶粒は結晶粒界によって区分され、かつ相互に接合して、多結晶体金属材料を構成している。ただし、結晶粒界における結晶配位は結晶粒内とは異なり、配位が乱れており、構造も異なっている。こうした形相・構造であるモフォロジーを有する多結晶体実用材料の、加工に際して生じるナノレベルの微視的変形挙動が、巨視的な加工性を決定する真の原因であると推察したものである。
The present invention will be described in more detail below.
Metal materials, regardless of whether they are iron-based or non-ferrous, consist of microscopic metallographic structures, that is, polycrystalline bodies in which single crystals of various crystal systems are arranged in the front, back, left, right, and up and down directions. This polycrystal consists of an aggregate of many crystals having crystallographically different orientations, ie, many crystal grains. Grains are separated by grain boundaries and joined together to form a polycrystalline metallic material. However, the crystal coordination at the grain boundary is different from that inside the grain, and the coordination is disordered and the structure is also different. It is surmised that the nano-level microscopic deformation behavior that occurs during processing of polycrystalline practical materials with such morphology is the true factor that determines the macroscopic workability.

以下、段落0009~0017(以下段落表示省略)に金属物理学的なナノレベルの微視的変形挙動について述べる。
まず、第一に、微視的変形時のナノレベル塑性についてであるが、金属の単結晶の微視的内部構造には非金属介在物の存在とともに、特定金属を構成する元素以外の原子の固溶現象、すなわち格子点での置換と格子点以外特定空間への侵入の発生、原子の析出反応及び偏析現象の生成が起こるとともに、それらの不均一分布が生じることを免れない。多結晶体金属では、これら諸現象以外に結晶粒界の存在による応力集中や変形のピン止め等の諸現象の生起、加工過程における“結晶集合組織“の変化、加工熱による結晶粒界局部の回復現象、結晶粒界傾角の多岐に亘る存在と外力との相互関係、結晶回転の影響、シュミット因子の影響、特に金属の種類や加工温度に依存する積層欠陥や双晶の生成程度の相異等、巨視的な加工性を左右する微視的な諸現象が、大なり小なり存在する。これら各要因が外的条件の作用によって動的挙動、即ち巨視的加工性を決定するものと考えられるのである。
なお、シュミット因子は、微視的すべりを起こす、すべり系において外力とすべり面法線とすべり方向のなす角度で決まる力のことをいう。従って、シュミット因子の大きさによりすべり面とすべり方向の組み合わせである、すべり系が決定される。この大きさは、多結晶金属材料のステレオ三角形内の方向によって、異なる値をとる。
In the following paragraphs 0009 to 0017 (paragraphs omitted below), metal physical nano-level microscopic deformation behavior will be described.
First, regarding nano-level plasticity during microscopic deformation, the microscopic internal structure of metal single crystals contains non-metallic inclusions and atoms other than the elements that make up the specific metal. Solid solution phenomena, that is, substitution at lattice points, penetration into specific spaces other than lattice points, precipitation reactions of atoms, and segregation phenomena occur, and their non-uniform distribution is unavoidable. In polycrystalline metals, in addition to these phenomena, the presence of grain boundaries causes various phenomena such as stress concentration and deformation pinning, changes in "crystal texture" during working, and localization of grain boundaries due to working heat. Recovery phenomenon, interrelationship between various grain boundary tilt angles and external force, effect of crystal rotation, effect of Schmidt factor, differences in the degree of stacking faults and twinning depending on the type of metal and processing temperature. There are various microscopic phenomena that affect macroscopic workability to a greater or lesser extent. These factors are considered to determine the dynamic behavior, that is, the macroscopic workability by the action of external conditions.
The Schmid factor is the force that causes microscopic slip and is determined by the angle between the external force, the normal to the slip surface, and the slip direction. Therefore, the slip system, which is a combination of the slip surface and the slip direction, is determined by the magnitude of the Schmid factor. This magnitude takes different values depending on the direction within the stereo triangle of the polycrystalline metal material.

結晶からなる鉄系及び非鉄系の金属材料は、単結晶及び多結晶体ともに、14種のブラベー格子のどれかに分類される。特に多結晶実用金属材料の結晶系は、体心立方格子(BCC)、面心立方格子(FCC)、稠密六方格子(HCP)のどれかに属する。 Crystalline ferrous and non-ferrous metallic materials, both single crystals and polycrystals, are classified into one of 14 Bravais lattices. In particular, the crystal system of polycrystalline practical metal materials belongs to one of body-centered cubic lattice (BCC), face-centered cubic lattice (FCC), and hexagonal close-packed lattice (HCP).

これら結晶格子は、結晶系に応じた格子点位置に所定の元素の原子がすべて存在することはなく、必ず所要原子の存在を欠く「欠陥」(点欠陥)が存在し、zonemelting等の特殊処理による単結晶化や二重結晶(by-crystal)化等を慎重に行わない限り、欠陥のない「完全結晶体」を得ることはできない。「欠陥」には上記点欠陥のほかに線欠陥・面欠陥があり、外力・負荷が与えられたときに巨視的変形/硬化挙動をもたらすのは、主としてナノレベルの線欠陥による移動/変形である。この線欠陥、即ち格子点に原子の存在を欠く結晶格子の線状配列のずれを「転位(線)」と称する(図1;非特許文献2)。転位の移動(運動)時(図2;非特許文献1)には転位すべりの大きさと方向が重要で、これを転位のバーガースベクトルのスカラー値bと称し、これが転位線と直行する場合を「刃状転位」、平行な場合を「らせん転位」という。結晶の局部をbだけ、ずらしたときの線状歪を転位といってもよい。実用金属材料における転位の存在量である転位密度(ρ)はρ=10~10/cmであり、変形中の動力学、即ちこれら多数の転位の発生・移動・増殖・消滅に影響を与える結晶の微視的挙動とその条件が、材料の巨視的変形(破断)・硬化(強度)と密接に関係している。 In these crystal lattices, not all atoms of a given element are present at the lattice point positions according to the crystal system, and there are always "defects" (point defects) lacking the presence of the required atoms, and special treatments such as zonemelting are required. It is not possible to obtain a "perfect crystal" without defects unless carefully performing single crystallization, by-crystal formation, or the like. In addition to the point defects mentioned above, "defects" include line defects and surface defects, and macroscopic deformation/hardening behavior when an external force or load is applied is mainly movement/deformation due to nano-level line defects. be. This line defect, that is, the displacement of the linear arrangement of the crystal lattice that lacks the presence of atoms at lattice points is called "dislocation (line)" (Fig. 1; Non-Patent Document 2). When a dislocation moves (moves) (Fig. 2; Non-Patent Document 1), the magnitude and direction of the dislocation slip are important. This is called the scalar value b of the Burgers vector of the dislocation. "edge dislocations", and parallel dislocations are called "screw dislocations". A linear strain when a local portion of the crystal is displaced by b may be called a dislocation. The dislocation density (ρ), which is the amount of dislocations present in practical metallic materials, is ρ = 10 5 to 10 8 /cm 2 , and influences the dynamics during deformation, that is, the generation, movement, propagation, and disappearance of a large number of dislocations. The microscopic behavior and conditions of crystals that give

図3(非特許文献3)及び図4(非特許文献4)に転位ミクロすべり後の光学顕微鏡写真及び電子顕微鏡写真の例を示した。図3は転位の運動後に生じた多数の互に平行な痕跡(スリップバンド;負荷の方向にあたる)を示し、図4は加工後の転位を直接観察した描像を示したもので、この例では転位密度が高く、相互にもつれた状態(tangling)が局在化している部位が随所に存在しているのが観察される。同時に「交叉すべり」(転位同どうしが互いに交叉して移動すること)も随所に散見される。交叉すべりは、後述する(0041)積層欠陥エネルギーが大きく、転位の拡張幅が小さいほうが、拡張転位の収縮のためのエネルギーが小さいので、より生じやすい。微振動動作の付与が、この点において有利に作用することが期待される。 FIG. 3 (Non-Patent Document 3) and FIG. 4 (Non-Patent Document 4) show examples of optical micrographs and electron micrographs after dislocation micro-slip. Fig. 3 shows a large number of mutually parallel traces (slip bands; corresponding to the direction of load) generated after dislocation motion, and Fig. 4 shows a direct observation image of dislocations after working. It is observed that there are many sites with high density and localized tangling. At the same time, "cross-slip" (dislocations crossing each other and moving) can also be seen here and there. Crossing slips are more likely to occur when the (0041) stacking fault energy, which will be described later, is large and the dislocation extension width is small, because the energy for contraction of the extension dislocations is small. It is expected that the application of micro-vibrating motion will act advantageously in this regard.

次いで、“ナノレベルの加工即ち転位の運動”について述べる。転位の運動は、上記の種々の金属組織によって阻害され、pile up(重畳している状態)したり、応力集中の「場」が生じたりして、微視的変形に困難をきたし、ひいては巨視的変形にネガティブな影響をもたらす。即ち、絞り加工性の劣化につながるから、その向上を期待するのは困難である。 Next, "nano-level processing, that is, movement of dislocations" will be described. Movement of dislocations is hindered by the above-mentioned various metal structures, and pile up (state of superimposition) or "field" of stress concentration is generated, causing difficulty in microscopic deformation, and eventually macroscopic deformation. have a negative impact on physical transformation. That is, since it leads to deterioration of drawability, it is difficult to expect improvement thereof.

以上の事情に鑑み、本発明者らは、転位の基本的な運動を容易にし、かつ上述した“微視的金属組織”及び“微視的変形挙動”について考察した結果、結晶組織・微細析出物や非金属介在物・結晶粒界(場合によって回復に伴う亜結晶粒界を含む)・転位の運動に伴って生じる格子欠陥等の転位の運動の阻害要因を軽減する手段について思料した。即ち、転位の動的挙動を一方向のみに連続負荷させるのではなく、ポンチを逆方向にも戻して、即ち、ポンチストローク制御により、ナノレベルの微細な内的現象を緩和させる時間的余地を与えることにより、該転位の運動に対する諸障害や、結晶粒界におけるブロックやpile up、さらに応力/歪場が軽減・分散し、その後の微視的転位の変形挙動が向上するであろうことに想到したものである。その理由は、加工後に除荷する時間的余裕を与えることによって、力学的な反力に類似した現象の生起、あるいは熱力学的な自由エネルギーやエントロピーの増減現象が生じて、転位の継続運動、即ち加工の進展に寄与する可能性を推論したことによる。 In view of the above circumstances, the present inventors facilitated the basic movement of dislocations and considered the above-mentioned "microscopic metal structure" and "microscopic deformation behavior". I thought about means to reduce factors that inhibit dislocation movement, such as metals, non-metallic inclusions, grain boundaries (including subgrain boundaries accompanying recovery in some cases), and lattice defects caused by dislocation movement. That is, instead of continuously loading the dislocation dynamic behavior in one direction, the punch is also returned in the opposite direction, that is, by controlling the punch stroke, there is time to relax the nano-level fine internal phenomenon. By giving It is conceived. The reason for this is that by giving a time margin for unloading after working, a phenomenon similar to a mechanical reaction force occurs, or a phenomenon of thermodynamic free energy and entropy increase/decrease occurs, resulting in continued movement of dislocations, In other words, it is due to the inference of the possibility of contributing to the progress of machining.

具体的な理由は以下のようである。第一に微視的転位の運動による変形量である真歪ε(延性)についての関係式を求める。転位の長さを(当該明細書において、数字の1と明確に区別するため、転移の長さを示すアルファベット小文字l(エル)には下線を付した)、転位が動いた距離をsとすると、転位がすべり終えた面積Aは,
A=・s (1)
結晶の体積Uは次式で示される:
U=h・F (2)
ここに、hは結晶の厚さ、Fはすべり面の面積である。今、n個の転位が平行に動くと微視的・ナノレベルの真歪ε(実際のプレス加工における真歪はεであり、後出する)は、
ε=(nAb)/U (3)
となるが、転位密度が
ρ=n/(U/) (4)
となるゆえ、εは結局次式で表される:
ε=ρsb (5)
ここに、bは転位のバーガースベクトルbのスカラー値である。
The specific reasons are as follows. First, we obtain a relational expression for the true strain ε * (ductility), which is the amount of deformation due to the movement of microscopic dislocations. The length of the dislocation is l (in this specification, the lowercase letter l (ell) indicating the length of the dislocation is underlined in order to clearly distinguish it from the number 1), and the distance over which the dislocation moves is s. Then, the area A where the dislocation has finished sliding is
A = ls ( 1 )
The crystal volume U is given by:
U = h F (2)
where h is the thickness of the crystal and F is the area of the slip surface. Now, when n0 dislocations move in parallel, the microscopic/nano-level true strain ε * (the true strain in actual press working is ε, which will be described later) is
ε * =(n 0 Ab)/U (3)
but the dislocation density is
ρ=n 0 /(U/) l (4)
Therefore, ε * is finally expressed as:
ε * =ρsb (5)
where b is the scalar value of the Burgers vector b of the dislocation.

そして、微視的塑性変形は転位の上昇運動や増殖(点欠陥の発生、フランクリード源(外力によって転位が増殖作用する源のこと)の活動、交叉すべりの生成、ジョグ(転位線が一つのすべり面から1原子距離だけ離れた平行な隣のすべり面に移ったためにできる階段のこと)の発生等)等によって生じる。転位密度ρの増加をΔρとすると、結晶体積中の格子欠陥(原子空孔及び格子間侵入原子)の増減の程度cは、
c=(A/μ)∫τ(ε)dε (6)
となるので(ここにτはナノレベルのせん断真応力;μは剛性率で、ヤング率Eとポアソン比πから、μ=E/{2(π-1)}で導出できる;積分範囲は0~ε)、εが小さい場合は、Kを定数として、
Δρ=K・ε (7)
で示され、Δρが比較的大きくなる。また、εが大きい場合は、J及びHを定数として、
Δρ=H+Jnε (8)
で示され、Δρは比較的小さくなる。これらは経験的にも首肯できる。
Microscopic plastic deformation is associated with upward movement and multiplication of dislocations (generation of point defects, activity of Frank-Reid sources (sources in which dislocations propagate due to external force), generation of cross slips, jog (dislocation lines It is caused by the occurrence of a staircase caused by moving from a slip surface to a parallel adjacent slip surface that is one atomic distance away from the slip surface. Assuming that the increase in dislocation density ρ is Δρ, the degree c of increase or decrease in lattice defects (atomic vacancies and interstitial interstitial atoms) in the crystal volume is
c=(A/μ)∫τ ** )dε * (6)
(Here, τ * is the nano-level shear true stress; μ is the modulus of rigidity, which can be derived from Young's modulus E and Poisson's ratio π as μ=E/{2(π−1)}; 0 to ε * ), and when ε * is small, K is a constant,
Δρ=K・ε * (7)
, and Δρ becomes relatively large. Also, when ε * is large, with J and H as constants,
Δρ=H+ Jlnε * (8)
and Δρ becomes relatively small. These are empirically supported.

第二に、微視的変形時の変形応力(強度)に関しては、理論計算による導出は困難であるが、多くの実験結果から微視的せん断真応力τと転位密度ρとの間に次式で示される相関関係が見出されている:
τ=τ +βμb√ρ (9)
ここに、τ 及びβは定数である。そして、τは、垂直真応力をσとすると、σcosθで表されるので(θは垂直真応力とせん断真応力とのなす角度を示す)、σの表式は次のようになる:
σ=(τ +βμb√ρ)/cosθ (10)
Secondly, although it is difficult to derive the deformation stress (strength) during microscopic deformation by theoretical calculation, many experimental results indicate that the following relationship exists between the microscopic true shear stress τ * and the dislocation density ρ. A correlation given by the formula has been found:
τ * = τ0 * +βμb√ρ (9)
where τ 0 * and β are constants. Then, τ * is represented by σ * cos θ, where σ * is the vertical true stress (θ is the angle between the vertical true stress and the shear true stress), so the expression for σ * is as follows: become:
σ * =( τ0 * +βμb√ρ)/cos θ (10)

ここで、0009~0017のごとき「金属物理学」的な微視的観点に対して、「塑性加工学」的な観点からの巨視的加工様式の典型例といえる実用金属材料の円筒深絞り成形について考えると、以下のような定量的な相互関係が存在する(0019~0027)。 Here, in contrast to the microscopic viewpoint of "metal physics" such as 0009 to 0017, cylindrical deep drawing of practical metal materials that can be said to be a typical example of macroscopic processing mode from the viewpoint of "plastic working" , there is the following quantitative interrelationship (0019-0027).

弾塑性加工にとって肝要な応力-歪(σ-ε)関連を中心に述べる。その理由は、本発明において微振動動作の付与という新たな発想内容が、微視的変形を扱う「金属物理学」と巨視的・実用的な変形を扱う「塑性加工学」を、間接的かつ学理的に結びつけるものであるとの予見に基づき、本発明の由来・機構を始めとする趣旨の理解に資するからである。 The stress-strain (σ-ε) relationship, which is essential for elasto-plastic processing, will be mainly described. The reason is that the new idea content of imparting micro-vibration motion in the present invention indirectly and This is because it contributes to the understanding of the gist of the present invention, including the origin and mechanism, based on the prediction that it will be connected scientifically.

実用的・工業的見地から深絞り加工性の評価指標について以下に概述する:まず、加工硬化指数n及び塑性歪比rが次のように定義されており、絞り性を検討・検証するときに有用である:
n=(dσ/dε)及びr=|ε/ε| (11)
ここにε及びεは、それぞれ単軸引張変形における平行部の板幅真歪及び板厚真歪を表す。これらは、「+」の場合と「-」の場合があるので「絶対値」で表示しており、何れも加工性の目安となる。
From a practical and industrial point of view, the evaluation index for deep drawability will be outlined below: First, the work hardening index n and the plastic strain ratio r are defined as follows, and when examining and verifying the drawability Useful:
n=(dσ/dε) and r=|ε Wt | (11)
Here, ε W and ε t represent the width true strain and thickness true strain of the parallel portion in uniaxial tensile deformation, respectively. Since there are cases of "+" and cases of "-", these values are indicated as "absolute values", and both of them serve as a measure of workability.

単軸引張変形において、一般に真応力σと真歪εとの間には、実測結果から次の関係が成り立つことが分かっている(Ludwickの式):
σ=Cε (12)
ここで、多結晶金属材料の加工変形時のσは、(12)式に従うと同時に、次のように、歪速度(dε/dt)及び変形温度Tにも依存する:
σ=F・ε・(dε/dt) (13)
nσ=B+(Q/kT) (14)
ここにF,Bは定数、mは歪速度感受性指数、Qは活性化エネルギー、kはボルツマン定数である。これらの関係も加工性を問題にするときに有用である。
In uniaxial tensile deformation, it is generally known from actual measurement results that the following relationship holds between the true stress σ and the true strain ε (Ludwick's formula):
σ=Cε n (12)
Here, σ during work deformation of the polycrystalline metal material follows the equation (12) and at the same time depends on the strain rate (dε/dt) and the deformation temperature T as follows:
σ=F・ε n・(dε/dt) m (13)
lnσ =B+(Q/kT) (14)
Here, F and B are constants, m is the strain rate sensitivity index, Q is the activation energy, and k is the Boltzmann constant. These relationships are also useful when considering workability.

ここで、深絞り加工において、変形に伴うダイ及びしわ押さえ工具と素材表面間の摩擦力、即ちフランジ変形抵抗をPとし、金属材料の臨界破断抵抗をPとする。後者はεとεからなる直交座標系で種々の変形様式の破断力線図を表した変形状態図において、成形体の変形状態が常に(ε=0、ε)の変形状態にある変形様式を”平面歪変形様式”と称し、臨界破断真応力σcrはこの場合に発現し、Pこの場合に発現し、他の変形様式に比べて最も変形能が小さい。種々の変形様式を含む成形体の加工において、Pと成形体中で平面歪状態をなす局部(円筒深絞り加工の場合は、ポンチ肩部に相当する)の臨界破断抵抗Pの、塑性安定域と塑性不安定域の境界近傍における大小関係が絞り加工性における成形能の限界を左右する。つまり、破断を生じずに加工が継続するには、
>P (15)
を満たさなければならない。この臨界域に相当する種々の変形様式による加工において、その寸前の臨界域に相当する真応力σを上記のようにσcrとすると、この値はn及びrと板厚(t)を用いて、
σcr=(2+√3)1+n・[{(1+R)/2}/{(1+2R)1/2/3}]1+n・σ(t/t) (16)
で示される(非特許文献7)。なお、σは単軸引張変形における引張り真応力(引張強さ)である。
ここに、Rはrの平均値、即ち材料を冷間圧延した際の圧延方向角度を0°として、そこから90°、45°の各方向のr値をr,r90,45で表した場合、次式での計算値で定義する:
R≡(r+r90+2r45)/4 (17)
及びtは、それぞれ加工前の初期板厚及び破断後の破断面の板厚の平均値である。
Here, in deep drawing, the frictional force between the die and wrinkle holding tool and the material surface accompanying deformation, that is, the flange deformation resistance is Pd , and the critical rupture resistance of the metal material is Pf . The latter is a deformation state diagram showing fracture force diagrams of various deformation modes in an orthogonal coordinate system consisting of ε X and ε Y , in which the deformation state of the compact is always in the deformation state (ε x = 0, ε y ). A certain deformation mode is called a "plane strain deformation mode", the critical rupture true stress σcr is expressed in this case, Pf is expressed in this case, and the deformability is the smallest compared to other deformation modes. In the processing of compacts including various deformation modes , the plastic The size relationship in the vicinity of the boundary between the stable region and the plastically unstable region determines the limit of formability in drawability. In other words, in order to continue processing without breaking,
P f >P d (15)
must be satisfied. In the processing by various deformation modes corresponding to this critical zone, if the true stress σ corresponding to the critical zone just before that critical zone is σcr as described above, this value can be obtained using n and r and the plate thickness (t) as follows:
σ cr =(2+√3) 1+n ·[{(1+R)/2}/{(1+2R) 1/2 /3}] 1+n ·σ u (t 0 /t f ) (16)
is shown (Non-Patent Document 7). Note that σ u is the tensile true stress (tensile strength) in uniaxial tensile deformation.
Here, R is the average value of r, that is, the rolling direction angle when the material is cold rolled is 0 °, and the r values in each direction of 90 ° and 45 ° from there are r 0 , r 90, r 45 is defined by the calculated value in the following formula:
R≡(r 0 +r 90 +2r 45 )/4 (17)
t 0 and t f are the average values of the initial plate thickness before processing and the plate thickness of the fracture surface after fracture, respectively.

また、変形前後で材料の体積または重量が変化しない事実関係を利用して、(12)式に簡単な微分計算を施すと、
n=ε (18)
の理論的な関係が求められる。ここに、εは引張強さに相当するεの値である。本式は単軸引張試験データから加工性を検討・推測する場合に便宜である。
In addition, by using the fact that the volume or weight of the material does not change before and after deformation, applying a simple differential calculation to equation (12) yields
n= εu (18)
A theoretical relationship of Here, ε u is the value of ε corresponding to tensile strength. This formula is convenient when examining and estimating workability from uniaxial tensile test data.

ちなみに、一般的に商取引用にも使われる慣用応力S及び慣用歪λとσ及びεは、定義から出発して、微分・積分計算を行うと下掲に示す関係式によって互に結びつけられる。ただし、現実の加工における塑性変形領域、即ちS~Smaxの間の変形に際しては、理論式と完全に一致しないが、有用な近似式とみなすことができ、式(19)及び式(20)を使用して差し支えない。:
σ=S(1+λ) (19)
ε=n(1+λ) (20)
By the way, the conventional stress S and the conventional strains λ, σ, and ε, which are generally used for commercial transactions, are linked to each other by the following relational expressions when differential and integral calculations are performed, starting from their definitions. However, in the plastic deformation region in actual machining, that is, deformation between S 0 and S max , although it does not completely match the theoretical formula, it can be regarded as a useful approximation formula, and formulas (19) and (20) ) may be used. :
σ=S(1+λ) (19)
ε=ln( 1 +λ) (20)

また、円筒絞り加工における変形能等の成形性を比較する場合の指標として、塑性加工学の観点から、「絞り比」DR及びその限界値、即ち破断もしわも生じずに絞り抜けた場合に相当する「限界絞り比」LDRを使用することが多い。ただし、「塑性異方性(耳=earing)」の問題等は残る。それぞれの表式は、ポンチの直径をD,素板である円形ブランクの直径をDとすると、次式で定義される:
DR≡(D/D);LDR≡(D/Dmax (21)
これらの逆数は「絞り率」といわれ、これも評価指標となる。
In addition, as an index for comparing formability such as deformability in cylindrical drawing, from the viewpoint of plastic working, the "drawing ratio" DR and its limit value, that is, when drawing is done without breaking or wrinkling A corresponding "critical draw ratio" LDR is often used. However, problems such as "plastic anisotropy (earing)" remain. Each expression is defined by the following equation, where D p is the diameter of the punch and D 0 is the diameter of the circular blank as the base plate:
DR[identical to]( D0 / Dp ); LDR[identical to]( D0 / Dp ) max (21)
The reciprocals of these are called "drawing ratios", which also serve as an evaluation index.

さらに、絞り成形性を絞り深さH(ポンチの上死点から下死点までの(一方向への移動距離(ストローク)に等しい)で表すと加工性を直感的に判断しやすい。Hは、絞り加工による板厚減少率をτとして、加工前後でブランク重量は変わらないので、等方体材料の場合、
max=<(D/4)[{(D/D/(1-τ)}-1]>max(22)
なる式で算出される(特許文献7)。
図示する場合、HmaxをyD(y:変数)で示し、yD-DR関係で表すと見やすくなる(図10参照)。ここに、LDRに相当するHmaxが最大絞り深さを表すこととなる。
Furthermore, if the drawability is represented by the drawing depth H (equal to the moving distance (stroke) in one direction from the top dead center of the punch to the bottom dead center), it is easy to intuitively judge the workability. , where τ is the plate thickness reduction rate due to drawing, and the blank weight does not change before and after processing, so in the case of an isotropic material,
H max =<(D p /4)[{(D 0 /D p ) 2 /(1−τ)}−1]> max (22)
(Patent Document 7).
When illustrated, H max is indicated by yD p (y: variable), and it is easier to see if it is expressed by the yD p -DR relationship (see FIG. 10). Here, H max corresponding to LDR represents the maximum drawing depth.

LDRは平底円筒絞り加工の場合n値とr値(解析には(17)式で示したr値の平均値Rを使用する)の関数として次式で表すことができる(非特許文献2):
LDR=(1+R)・{(1+R)/(1+2R)1/2 (23)
ただし、成形可能であるためには、(15)式からも分かるように、
η≡P/P>1 (24)
を満たさなければならない。
LDR can be expressed by the following equation as a function of the n value and r value (using the average value R of the r value shown in equation (17) for analysis) in the case of flat-bottomed cylindrical drawing (Non-Patent Document 2) :
LDR=(1+R) 2 ·{(1+R)/(1+2R) 1/2 } n (23)
However, in order to be moldable, as can be seen from the formula (15),
η≡P f /P d >1 (24)
must be satisfied.

以上、絞り成形を主体とした金属材料の加工に関して、ナノレベルの「金属物理学」に基づく“主として転位の存在とその挙動を中心にした微視的金属組織及び変形挙動”、ならびに巨視的実用加工レベルの「塑性加工学」に基づく“主として深絞り加工を中心にした巨視的変形挙動及びその評価指標”について検討した。
その理由と目的は、本発明の手段・効果の理解に供することにある。
As described above, regarding the processing of metal materials mainly by drawing, "microscopic metal structure and deformation behavior mainly based on the existence and behavior of dislocations" based on nano-level "metal physics" and macroscopic practical application ``Macroscopic deformation behavior and its evaluation index centered mainly on deep drawing'' based on ``plastic working science'' at the working level was investigated.
The reason and purpose is to provide an understanding of the means and effects of the invention.

発明者らは、図5に示したように、巨視的深絞り加工性能は微視的転位の性状と密接に関連するものであるとの考察から、後者を向上させるためには前者を適正に制御することが肝要であることを推認した。本発明は、鈍されて納入される材料に微視的な線欠陥である転位が多数存在すること、そして外力の負荷により、転移が移動・増殖するが、その程度が急激に低下し、変形挙動が困難になること、それを回避するために微振動動作の付与によって加工時間と除荷時間を設けることを発想し、深絞り成形能を向上せしめることに想到したものである。 The inventors considered that the macroscopic deep drawing performance is closely related to the properties of microscopic dislocations, as shown in FIG. It was presumed that it is essential to control. The present invention is based on the fact that a large number of dislocations, which are microscopic line defects, are present in the material that is delivered after being blunted, and that the dislocations migrate and proliferate due to the load of an external force, but the degree of the dislocations decreases rapidly, resulting in deformation. In order to avoid the difficulty of the behavior, it was conceived to provide a working time and an unloading time by applying a micro-vibration motion, and came up with the idea of improving the deep drawing ability.

巨視的解析から、上記のごとく深絞り性がn値及びr値と関連することに鑑み、次の2点の微視的な観点から転位への外部作用によってn値及びr値を制御できるであろうことを思料した。 From the macroscopic analysis, considering that the deep drawability is related to the n value and the r value as described above, the n value and the r value can be controlled by the external action on the dislocations from the following two microscopic viewpoints. I thought it would be.

その1:「微振動動作の付与」によって、転位の形成と移動性が変化するであろうことである。即ち、ポンチを上下双方向に微振動動作させつつトータルとしては一方向に移動(材料の加工)を行うのであるが、被加工材料がポンチと接触して外力・負荷が付与される「加工期(材料とポンチの接触期)」と、両者が非接触状態にあって加工期に生じた絞り性に不具合な、さらなる移動の障害となる微視的な転位の状況や内部状態を好転せしめる(応力場及び歪場の開放・分散等による)時間的余裕にあたる「非加工期(材料とポンチの非接触期)」を交互に設けることによって、転位の生成量(転位密度)が変化するであろうし、転位の運動状態にも影響して移動性の難易度を変化させ、加工によって劣化(低下)が不可避のn値の低下の程度を低減(緩和)させ、深絞り成形能が有利になるように制御できるであろうことを予測した。 The first is that the formation and mobility of dislocations will be changed by the “application of microvibration”. In other words, the punch moves in one direction as a whole (machining the material) while causing the punch to vibrate in both vertical directions. (the contact period between the material and the punch)", and the situation of microscopic dislocations that hinder further movement and the internal state of microscopic dislocations that hinder further movement caused by the non-contact state of the two during the working period are improved ( The amount of dislocations generated (dislocation density) should be changed by alternately providing “non-working periods (non-contact periods between the material and the punch)”, which correspond to the time margins due to the release and dispersion of the stress field and strain field. Brazing also affects the state of motion of dislocations, changes the degree of difficulty of mobility, reduces (mitigates) the degree of decrease in the n-value, which is unavoidable due to deterioration (decrease) due to processing, and deep drawability becomes advantageous. I expected that it would be possible to control

その2:一般に加工によってr値は減少するが、「微振動動作の付与」によって、転位の形成の分布及び密度が素材の(特に板厚内において)均一化され、動的なr値(外力負荷によってr値は応力依存性を有する)が、微振動動作を付与しない場合に比べて減少傾向は低下し、素材の板厚減少程度が緩和されるので、深絞り加工性を向上させるであろうとの結論に達した。 Part 2: In general, the r value decreases due to processing, but by "applying microvibration motion", the distribution and density of dislocation formation are made uniform (especially within the plate thickness) of the material, and the dynamic r value (external force The r value has stress dependence depending on the load), but the decreasing tendency is lower than when microvibration is not applied, and the degree of reduction in the thickness of the material is moderated, so deep drawability can be improved. I came to the conclusion that I was deaf.

これら0031及び0032が生じることに想到した理由は、転位の運動に際して、既述の関連諸現象のうち、「微振動動作の付与」が以下の微視的諸項目と関連し、成形加工性の向上に寄与するであろうことを予測し、現実に知見したからである。以下、五つの観点にまとめて記述する。 The reason why these 0031 and 0032 occur is that, among the various phenomena related to dislocation movement, the "application of microvibration motion" is related to the following microscopic items, and the moldability is improved. This is because I predicted that it would contribute to the improvement and actually found out. The five viewpoints are summarized below.

1)素材に外力加工が加えられると、新たな転位が発生増殖し、焼鈍状態で不均一に存在している結晶粒界、析出物、酸化物や硫化物等の不純物、固溶原子等に集積し、歪場/応力場が生じると同時に、応力集中が発生することが考えられる。「微振動動作の付与」を行うことにより、かかる状況が緩和される時間が担保され、熱力学的自由エネルギー低下傾向に転じ、微視組織の均一化が図られることが予測される。これは成形加工性を向上させるのに寄与する。 1) When the material is subjected to external force working, new dislocations are generated and proliferated, and grain boundaries, precipitates, impurities such as oxides and sulfides, solid solution atoms, etc., which exist unevenly in the annealing state It is conceivable that stress concentration occurs at the same time that it accumulates and creates strain/stress fields. It is predicted that the time for easing such a situation is ensured by "applying micro-vibration motion", the thermodynamic free energy tends to decrease, and the microstructure is homogenized. This contributes to improving moldability.

2)「微振動動作の付与」によって、3次元的な転位の分布・配列が比較的均一状態に近い状況を保ちながら変形が進むものと予想され、「交叉すべり」がかなりの程度、容易に起こりやすくなると考えられるので、変形の進行が比較的小さい外力/応力でなされることになる。かかる現象が生起する可能性が、材料学的に十分考えられるので、これは成形性の向上に結びつく。 2) It is expected that the three-dimensional dislocation distribution/arrangement will be maintained in a relatively uniform state due to the "application of micro-vibration motion" and the deformation will progress, and "cross-slip" will be facilitated to a considerable extent. Since it is considered to occur more easily, the deformation progress will be made with a relatively small external force/stress. Since the possibility of such a phenomenon occurring is sufficiently conceivable from the viewpoint of materials, this leads to an improvement in moldability.

3)「微振動動作」の挙動を実行しながら加工を行うと、成形加工、例えば深絞り加工が、ポンチと被加工材料が接触して加工が進み、非接触時間帯での内部に転位の状態変化が生じる。即ち、稼働転位の運動を基礎的素過程として、外的な適正条件の制御によって素材の変形と硬化の可変性が容易になるものと予想される。従って、素材種及び結晶集合組織の遷移挙動にもよるが、n値及びr値を制御できる可能性がある。つまり、成形性を制御できることとなる。 3) When processing is performed while executing the behavior of "micro-vibration operation", forming processing, for example, deep drawing, progresses with the contact between the punch and the material to be processed, and dislocations are generated inside during the non-contact time period. A state change occurs. That is, it is expected that the variability of material deformation and hardening will be facilitated by controlling the appropriate external conditions using the movement of operating dislocations as the basic process. Therefore, it is possible to control the n-value and r-value depending on the material type and the transition behavior of the crystal texture. In other words, moldability can be controlled.

4)金属材料の結晶系は、殆どBCCかFCCかHCPかのいずれかである。そして、転位を発端とする各結晶系のすべり面とすべり方向が結晶学的及び熱力学的に決まっている。たとえば、BCCの主すべり変形は{110}<111>(副すべり変形は{112}<111>及び{123}<111>)である。ここに、一般に{hk}は各結晶面のミラー指数、また<uvw>は各結晶方位を示すミラー指数である。BCCの場合、ミクロすべり変形のすべり方向は<111>となるが、見方を変えると{111}面が素材表面の垂直方向に対して直行面内に集積すると、ミクロすべりが生じやすいことが計算と実験によって実証されている(非特許文献10)。 4) The crystal system of metallic materials is mostly either BCC, FCC or HCP. The slip plane and slip direction of each crystal system originating from the dislocation are crystallographically and thermodynamically determined. For example, the major slip deformation of BCC is {110}<111> (the minor slip deformations are {112}<111> and {123}<111>). Here, generally {hk l } is the Miller index of each crystal plane, and <uvw> is the Miller index indicating each crystal orientation. In the case of BCC, the slip direction of micro-slip deformation is <111>, but from a different point of view, it is calculated that if the {111} planes accumulate in the plane perpendicular to the vertical direction of the material surface, micro-slip is likely to occur. and experimentally demonstrated (Non-Patent Document 10).

また、FCCの主すべり面・方位は{111}<110>であり、HCPの主すべり面・方位は{1000}<1110>である。いずれもBCCに比べると、すべり系の数が少ない。 The principal slip plane/direction of FCC is {111}<110>, and the principal slip plane/direction of HCP is {1000}<1110>. Both have fewer slip systems than BCC.

ダイへの水平方向に負荷で、ハンマリング効果と潤滑剤の分散効果を意図する従来の超音波振動加工とは全く異なるポンチへの微振動動作の付与によって巨視的な変形が進む場合、0037及び0038を考慮すると、いずれの結晶系においても{hk}<uvw>で示される結晶面・方位(振動ごとに加工方向のストローク距離のほうを、逆方向のストローク距離よりも大きく設定する)におけるすべり進捗過程において「結晶回転」や「転位の再配列」が容易になり、加工性そのものに有利な影響を与えるものと推察した。公知の振動加工の例として、0045に記載の「超音波加工」がある。 When macroscopic deformation progresses due to the application of microvibration action to the punch, which is completely different from conventional ultrasonic vibration machining intended for hammering effect and lubricant dispersion effect, by applying a load in the horizontal direction to the die, 0037 and Considering 0038, in any crystal system, the crystal plane / orientation indicated by {hk l } <uvw> (the stroke distance in the processing direction is set larger than the stroke distance in the opposite direction for each vibration) "Crystal rotation" and "rearrangement of dislocations" become easier in the process of slip progress, and it is speculated that this has an advantageous effect on workability itself. As an example of known vibration machining, there is "ultrasonic machining" described in 0045.

5)金属材料の種類や加工温度にもよるが、積層欠陥SF(原子の結晶としての積み重なりが一定周期に従わずに「ずれ」を生じる面状欠陥現象)の生成難易度を決めるエネルギー、すなわち積層欠陥エネルギーSFEが小さいと、外力による転位の幅が拡張し、「双晶変形」が生じる。材料の塑性変形(永久変形)は、既述してきた「すべり変形」と「双晶変形」の両者の和からなるが、加工を担う主体はすべり変形であり、双晶変形が生じるとすべり変形の障害となる。「微振動動作の付与」により、SFEの低下が生じにくくなり、拡張転位の形成が抑制されて、双晶が発生し難くなること、発生した場合でも、すべり変形に対する障害の程度が緩和されることが期待できる。その結果、成形加工に有利に作用するものと推論した。 5) Although it depends on the type of metal material and processing temperature, the energy that determines the difficulty of generating stacking faults SF (a planar defect phenomenon in which the stacking of atoms as crystals does not follow a certain period and causes “shift”), that is, When the stacking fault energy SFE is small, the width of the dislocation is expanded by an external force, resulting in "twin deformation". Plastic deformation (permanent deformation) of a material consists of the sum of both "slip deformation" and "twinning deformation" mentioned above. hindrance to By "providing micro-vibration motion", it becomes difficult for the SFE to decrease, the formation of extended dislocations is suppressed, and twinning becomes difficult to occur. can be expected. As a result, it was inferred that it acts favorably on molding.

なお、積層欠陥エネルギーが大きいことは、積層欠陥が生じにくくなることを意味するので、すべり変形挙動に際して、「交叉すべり」が起こりやすくなり、成形性を向上させ得る。「微振動動作の付与」と積層欠陥エネルギーの相互関係を介して、このような加工性向上作用現象が機能する可能性が期待できる。 A large stacking fault energy means that stacking faults are less likely to occur, so that "cross slip" tends to occur during slip deformation behavior, which can improve moldability. It can be expected that such a workability-enhancing phenomenon will function through the interrelationship between the "application of micro-vibration motion" and the stacking fault energy.

以上のいくつかのナノレベルの微視的効果、例えば、転位密度・転位の再配列と結晶回転・交叉すべり・積層欠陥と双晶の発生等について、ポンチストロークとの定性的な関係を、模式的に示したのが図6である。従来法と「微振動プレス加工方法」を比較して、双方の加工方法の特徴を示してある。 The qualitative relationship between the punch stroke and some of the above nano-level microscopic effects, such as dislocation density, dislocation rearrangement and crystal rotation, cross slip, stacking faults and twinning, is shown schematically. FIG. 6 schematically shows this. The characteristics of both processing methods are shown by comparing the conventional method and the “micro-vibration press processing method”.

さらに、実用金属多結晶材料の成形加工性例えば深絞り性に関し、「微振動動作の付与」に伴って、微視的な線欠陥である転位の生成と・易動性の変化に基づいたn値への影響及び転位形成の分布・密度の特に板厚内の均一化に基づいたr値への影響ならびに関連する微視的現象変化への影響を適正に制御するという機序の考察から、巨視的な塑性変形能/成形加工性が向上する可能性に想到した。端的には、微振動動作を与えたときのσcrをσcr とすると、
σcr >σcr (25)
の実現可能性を知見した。
Furthermore, regarding the forming processability of practical metal polycrystalline materials, such as deep drawability, it is based on the generation of dislocations, which are microscopic line defects, and the change in mobility accompanying the "imposition of microvibration motion". From the consideration of the mechanism of properly controlling the influence on the r-value and the influence on the related microscopic phenomenon change based on the homogenization of the distribution and density of dislocation formation, especially within the plate thickness, The possibility of improving macroscopic plastic deformability/formability was conceived. In short, if σ cr is σ cr * when micro-vibration motion is applied,
σ cr *cr (25)
I found out the feasibility of

次いで、以下に実用に際しての微振動動作の付与に関する本発明の手段と条件につき、基礎・開発検討結果に基づいて記述する。 Next, the means and conditions of the present invention relating to application of micro-vibration motion in practical use will be described below based on the results of basic and development studies.

0039に示唆したように、従来、プレス加工に関する「振動加工」については、「超音波加工法」が知られているが(非特許文献2)、このものはすでに1960年代には各種の塑性加工方法への検討がなされている。深絞り加工への応用の目的は、超音波装置で発生した振動を間歇的にダイ及びしわ押さえである金型工具に印加して、フランジ部のハンマリング効果と間接的にブランクへの潤滑効果を狙ったもので、本発明の被加工材料のナノレベルの微視的変形挙動ならびに被加工材に直接接触して変形加工を進捗させるポンチに振動を付与するものではない。
そして、本発明とは全く異なって、振動数や振動のパターンが本発明とは異なる単一振動を工具に伝えたものに過ぎず、実用化もされていない。その理由は、加工性の向上に乏しいこと、機械装置の操作性や安定性に欠けること、超音波器具や工具が高価であること、加工現象そのものや加工条件との関係が不明なこと等にある。
As suggested in 0039, conventionally, for "vibration working" related to press working, "ultrasonic machining method" is known (Non-Patent Document 2). Methods are being considered. The purpose of application to deep drawing is to intermittently apply the vibration generated by the ultrasonic device to the die and the mold tool that is a wrinkle holder to achieve the hammering effect of the flange and indirectly the lubrication effect to the blank. , and does not apply vibration to the nano-level microscopic deformation behavior of the work material of the present invention and to the punch that makes direct contact with the work material to progress deformation processing.
Further, unlike the present invention, it is nothing more than a single vibration transmitted to the tool, which is different in frequency and pattern from the present invention, and has not been put into practical use. The reasons for this are the lack of improvement in workability, the lack of operability and stability of machinery, the high cost of ultrasonic instruments and tools, and the unclear relationship between processing phenomena and processing conditions. be.

サーボプレス機の普及と相俟って、鍛造加工における「低サイクルモーションを用いた自動再潤滑」の手法が公にされているが(非特許文献11)、これは鍛造加工中に金型の弾性変形と素材の塑性変形を利用して、鍛造加工中に数回スライドを除荷・上昇させて、素材周辺部の隙間から潤滑剤を侵入させて再潤滑を行うもので、サーボ機構を利用してはいるが、材料の内部変形の本質への考慮は全くなされておらず、鍛造以外の絞り加工等の一般のプレス加工に適用できるものではない。潤滑性の向上につては、別途異なる観点から後に言及している。 With the spread of servo press machines, a method of "automatic relubrication using low cycle motion" in forging has been made public (Non-Patent Document 11), but this Using elastic deformation and plastic deformation of the material, the slide is lifted and unloaded several times during the forging process, lubricating the material through gaps around the material and re-lubricating the slide, using a servo mechanism. However, no consideration is given to the nature of the internal deformation of the material, and it cannot be applied to general press working other than forging, such as drawing. The improvement of lubricity will be referred to later from a separate and different point of view.

以下、本発明の具体的な技術思想・原理や手段・効果について詳細に説明する。 本発明は、次の観点から成ったものである:プレス加工(主として深絞り加工)に際して、金属材料(大別すると鉄系と非鉄系;結晶系で区分するとBCC,FCC,HCP)の加工(塑性加工/永久加工)の本質が、ナノレベルの線状欠陥である「転位」の存在とその外力・負荷による運動、即ち微視的歪変形と微視的双晶変形に起因し、実用上は前者の微視的歪変形が主因であることに想到し、実用的な手段と効果に結びつけた。 Specific technical ideas/principles, means, and effects of the present invention will be described in detail below. The present invention consists of the following viewpoints: During press working (mainly deep drawing), metal materials (ferrous and non-ferrous; classified by crystal system, BCC, FCC, HCP) processing ( The essence of plastic working / permanent working) is due to the existence of "dislocations", which are nano-level linear defects, and their movement due to external forces and loads, that is, microscopic strain deformation and microscopic twinning deformation. conceived that the former microscopic deformation is the main cause, and connected it to practical means and effects.

そして、この微視的歪変形における転位の運動に要する真応力σ及び結果としての真歪ε(以降微視的挙動の場合「肩ツキ*」を付して、実用レベルの場合のσやε等と識別する)が、それぞれ大略次式、
σ=(τ +βμb√ρ)/cosθ (10)
ε=(nAb)/U (3)
で表され(各記号の意味は既出)、これらの関係が巨視的歪変形(成形加工/深絞り加工)において、種々の変形様式中最も加工難度の高い平面歪変形領域(平底円筒絞りの場合、ポンチの肩半径近傍に相当する)における臨界破断真応力σcrが次式で示されることを現認した(非特許文献5,6):
σcr=(2+√3)1+n・[{(1+R)/2}/{(1+2R)1/2/3}]1+n・σ(t/t) (16)
これら定式中の文字記号の意味は既出している。
Then, the true stress σ * required for the movement of dislocations in this microscopic strain deformation and the resulting true strain ε * and ε etc.) are roughly represented by the following equations,
σ * =( τ0 * +βμb√ρ)/cos θ (10)
ε * =(n 0 Ab)/U (3)
(The meaning of each symbol has already been described), and these relationships are expressed in the plane strain deformation region (in the case of flat-bottom cylindrical drawing , corresponding to the vicinity of the shoulder radius of the punch) is shown by the following equation (Non-Patent Documents 5, 6):
σ cr =(2+√3) 1+n ·[{(1+R)/2}/{(1+2R) 1/2 /3}] 1+n ·σ u (t 0 /t f ) (16)
The meaning of the letters in these formulas has already been given.

さらに、上述に基づいて本発明は、上記ナノレベルの微視的変形挙動と巨視的変形挙動の定量的な関連性を考慮して、一般的なメカニカルプレス機(サーボ機器が内蔵されているもの、もしくはそうでない場合はサーボ機構を付設したもの)による金属材料のプレス加工に際して、ポンチストロークに微振動を(以下、「微振動ポンチストローク」と称する)与える。 Furthermore, based on the above, the present invention considers the quantitative relationship between the nano-level microscopic deformation behavior and the macroscopic deformation behavior, and proposes a general mechanical press (with a built-in servo device). , or otherwise equipped with a servomechanism), microvibration is applied to the punch stroke (hereinafter referred to as "microvibration punch stroke").

本発明では金属材料が、この微振動ポンチストロークによるポンチの前進運動中は、ポンチから接触外力を受けて変形・加工し、またポンチの後退運動中及び次の前進運動で材料に接触するまではポンチと材料は接触せず、材料は外力負荷を受けずに内部で微視的な緩和現象が生起する時間的余裕が与えられる。これによって、金属材料のプレス加工性が格段に向上し、複数工程を回避した1回のみの単一のプレス加工工程(以下、「単一工程」という)で極めて深い絞り抜けを可能にする絞り加工を行うことができる。 In the present invention, the metal material is deformed and processed by contact external force from the punch during the forward movement of the punch due to this fine vibration punch stroke, and until it contacts the material during the backward movement of the punch and the next forward movement of the punch. There is no contact between the punch and the material, and the material is not subjected to an external force load, and a time margin is given for a microscopic relaxation phenomenon to occur inside. As a result, the press workability of the metal material is greatly improved, and a single press work process (hereinafter referred to as "single process") that avoids multiple processes enables extremely deep drawing. Can be processed.

単一工程中の「微振動ポンチストローク」におけるポンチの前進距離をX、後退距離をXとする。従って、1回の微振動ポンチストロークの深絞り進行方向における材料/ポンチの移動距離ΔXは、X-Xとなる。また、微振動ポンチストロークの前進速度をV,後退速度をVとすると、V=X/t及びV=X/tで表される(t:時間)。そして微振動動作は、
0<ΔX<X (26)
≧V (27)
を同時に満たすような条件で行うとよい。
ここに、式(26)は「微振動動作」条件下で深絞りが進捗するために必須であり、式(27)は微振動動作の効果を現出し得るよう、後退速度を前進速度と等しいか、あるいは、より遅くして、次の段階の転位の運動が容易になるように、時間の余裕を設けたものである。
Let Xp be the distance the punch advances and Xr the distance the punch retracts in the "fine vibration punch stroke" during a single stroke. Therefore, the movement distance ΔX of the material/punch in the deep drawing advancing direction of one micro-vibration punch stroke is X p −X r . Further, when the forward speed of the micro-vibration punch stroke is V p and the backward speed is V r , V p =X p /t and V r =X r /t (t: time). And micro-vibration action
0<ΔX<X p (26)
V p ≧V r (27)
should be performed under conditions that simultaneously satisfy
Here, equation (26) is essential for deep drawing to progress under the condition of "vibration motion", and equation (27) equals the backward speed to the forward speed so that the effect of the microvibration motion can be realized. Alternatively, it is slowed down to allow time to facilitate the movement of the dislocations in the next stage.

本発明における「微振動動作」の意味は、プレス機による加工においてポンチ(またはしわ押さえダイス)の上死点から下死点に至る「運動行程(ストローク、ラム、スライド)」(以下、「ストローク」という)を慣用のごとく、一定速度でポンチと被加工材料が常に接触して加工力が作用しつつ移動させるのではなく、この両死点間距離につき、ポンチを上下動(別視点からは前進・後退でもる)させつつ、即ち「振動」動作を付与しつつ移動させることである。
その振動の振動数ν(Hz)は
3≦ν(Hz)≦10;望ましくはν=5または6 (28)
なる直線的線形運動である微振動動作のパターンが特に好適であることを見出した。その微振動ポンチストロークを(P)と称する。
The meaning of "fine vibration operation" in the present invention is "movement stroke (stroke, ram, slide)" (hereinafter referred to as "stroke ”), as is customary, the punch and the material to be processed are always in contact with each other at a constant speed, and the processing force is applied to move the punch. It is to move while moving forward and backward), that is, while giving "oscillating" action.
The frequency ν (Hz) of the vibration is 3≦ν (Hz)≦10; preferably ν=5 or 6 (28)
It has been found that a pattern of micro-vibration motion, which is a straight linear motion, is particularly suitable. The micro-vibration punch stroke is called (P 1 ).

そして、この微振動動作の直線的線形運動からなる動作パターンの基本を3通りとし、P(j=1,2または3;次段落参照))で表すことが適正であるとの結論に達した。また、後述の0057にしるすように、異なる振動数あるいは微振動動作のパターン(実際のパターンはPjで示される組み合わせ数からなる)となるように設定する場合の「ステップ数」をNとする。
ここにi=1、2、3の3通りのいずれかとするのが現実的であると判断された。そして、式(28)の条件内でνが変化しても(νで表示)、本発明に影響しない。
Then, we reached the conclusion that it is appropriate to set three basic motion patterns consisting of linear linear motion of this micro-vibration motion and to express them as P j (j = 1, 2 or 3; see the next paragraph)). did. In addition, as shown in 0057 described later, the "number of steps" when setting different vibration frequencies or micro-vibration patterns (the actual pattern consists of the number of combinations indicated by PjCi ) is set to N i and
It was determined that setting i=1, 2, or 3 is realistic. And even if v changes within the conditions of equation (28) (denoted by v i ), it does not affect the present invention.

現用の慣用機械式サーボプレス機の線形(直線)ストローク(またはスライドやラム)のパターンは、前進時は「停止・加速・最大速度・減速・停止」、後退時は「加速・最大速度・減速・停止」となる。本発明の微振動ポンチストロークは、実用的には、大略かかる「加減速線形前進後退等速/非等速振動」(P)でさしつかえない(ただし、最大速度を保持する時間はなく、「前進速度V>後退速度V」でなければならない)。さらに「定速線形前進後退等速/非等速振動」(P)もしくは「正弦波定角速度線形前進後退等速/非等速振動」(P)によるパターンが一層望ましい。これらの微振動動作のパターンP(j=1,2,3)は、上述のように記載順にP,P,Pなる記号で示すものとする。 The linear (straight line) stroke (or slide or ram) pattern of the current conventional mechanical servo press machine is "stop, acceleration, maximum speed, deceleration, stop" when moving forward, and "acceleration, maximum speed, deceleration" when moving backward.・Stop”. Practically, the micro-vibration punch stroke of the present invention can be roughly applied to "acceleration/deceleration linear forward/backward uniform/non-uniform vibration" (P 1 ) (however, there is no time to hold the maximum speed, and " forward velocity V p >reverse velocity V r '). Furthermore, a pattern of "constant linear forward/backward constant/non - uniform vibration" (P2) or "sinusoidal constant angular speed linear forward/reverse constant/non-uniform vibration" ( P3 ) is more desirable. These micro-vibration patterns P j (j=1, 2, 3) are indicated by symbols P 1 , P 2 , P 3 in the order described above.

微振動動作のパターンP(j=1,2,3)の実用時の状況は以下のようになる。まず、選択肢はPj(Cは順列組合せ数の計算記号)で表される、いずれかの適正条件とする。前段落に記載のとおり、本発明の微振動動作のパターンの一すべてを示すと次のようになる:
=3通り:PorPorP (29a)
=3通り:(P+P)or(P+P)or(P+P)(29b)
=1通り:P+P+P (29c)
The practical situation of the micro-vibration operation pattern P j (j=1, 2, 3) is as follows. First, the choice is any appropriate condition represented by Pj C i (C is the number of permutation combinations). As described in the previous paragraph, one full pattern of micro-vibration motion of the present invention is as follows:
3 C 1 = 3 ways: P 1 or P 2 or P 3 (29a)
3 C 2 = 3 ways: (P 1 +P 2 ) or (P 2 +P 3 ) or (P 3 +P 1 ) (29b)
3 C 3 = 1 way: P 1 +P 2 +P 3 (29c)

これらの三つの式で示される7種のパターン構成において、上死点から下死点に至るP1,2,の占める時間的な長さの比率をΨ(jは1または2または3)とすると、式(29a)の場合は、それぞれk1、2、であり、式(29b)の場合はそれぞれ 1、 2、 であり、式(29c)の場合はm、m2、である。そうすると、
=k=k=1 (30a)
=1 (30b)
+m+m=1 (30c)
となる。材種によって加工性が最良になるように、Ψを予め実験的に決めておく(kの場合は自動的にΨ=1である)。
実験例では、
1 k系のパターンを使用の場合 Ψ≡=1(不変)(31a)
系のパターンを使用の場合 Ψ =1/2 (31b)
3 m系のパターンを使用の場合 Ψ=1/3 (31c)
を採用するのが望ましい。
In the seven pattern configurations represented by these three equations, the ratio of the length of time occupied by P1 , P2 , and P3 from the top dead center to the bottom dead center is Ψj ( j is 1 or 2). or 3), k 1, k 2, and k 3 respectively for equation (29a), l 1, l 2, and l 3 for equation (29b), and The cases are m 1 , m 2 and m 3 . Then,
k1 = k2= k3 = 1 (30a)
l 1 + l 2 = l 2 + l 3 = l 3 + l 1 = 1 (30b)
m1+ m2 +m3= 1 ( 30c)
becomes. Ψ is determined experimentally in advance so that the machinability is optimized depending on the material type (in the case of k 1 , Ψ 1 =1 automatically).
In the experimental example,
Ψ k ≡ = 1 (unchanged) (31a) when using a 1 k-system pattern
Ψ l = 1/2 (31b) when using a 2 l system pattern
When using a 3 m system pattern Ψ m = 1/3 (31c)
It is desirable to adopt

また、7種のパターン構成において振動数νのステップ数Ni(i=1,2,3)を決めておく必要がある(iは0053にしるしたように3までが現実的である)。即ち、上死点と下死点間において振動数が一定の場合は、7種のいずれのパターンであってもN=1で振動数はν(=ν)であり、振動数がn回変える場合は、N=nで振動数はΣνとなる。材種によって加工性が最良になるように、Nを予め実験的に決めておく(振動数が全ストロークにわたって一定の場合はν=νである)。 In addition, it is necessary to determine the number of steps Ni (i=1, 2, 3) of the frequency ν in the seven pattern configurations (i is realistic up to 3 as indicated by 0053). That is, when the frequency is constant between the top dead center and the bottom dead center, the frequency is ν (=ν 1 ) at N=1 in any of the seven patterns, and the frequency is n times. When changing, N=n and the frequency becomes Σν i . N is determined experimentally in advance so that the machinability is best for the grade (v i =v if the frequency is constant over the entire stroke).

図7に従来法のポンチストロークと微振動ポンチストロークの概念図を示す。図にはダイハイト(ここではストロークの全行程を示すものとする)、上死点、下死点、ノックアウト等も示してある。従来法の場合は、ポンチ(ストローク)が高速度で上死点に達してブランクに接触し、成形加工が始まると、平均速度vで工程が進み、所定の絞り抜け深さまでの加工が済むと、ポンチはストローク動作によって初期の位置に戻る。 FIG. 7 shows a conceptual diagram of a conventional punch stroke and a micro-vibration punch stroke. The figure also shows die height (in this case, the entire stroke), top dead center, bottom dead center, knockout, and so on. In the case of the conventional method, when the punch (stroke) reaches the top dead center at a high speed and contacts the blank and forming starts, the process progresses at an average speed v, and the processing is completed to a predetermined drawing depth. , the punch returns to its initial position by the stroke motion.

これに対して、微振動動作の付与の場合は、ポンチが高速度で上死点に達してブランクに接触し、成形加工が始まると、まずポンチは速度Vで距離Xまで前進し、次いでポンチが被加工材料から離れ(除荷・非接触状態)、速度Vで距離Xまで後退する(単一振動過程(1回の振動);結果としてポンチの移動距離ΔX=Xp-X)。次いで、ポンチは次の振動過程に移り、前の前進位置にある素材に至るまでの距離間は非接触状態にあり、その後に接触状態に至り加工が進展する。このようにして前進・後退の微振動動作を繰り返しながら最終的に下死点に達する。図7ではV=Vの場合を模式的に示した。 On the other hand, in the case of application of micro-vibration, when the punch reaches the top dead center at a high speed and comes into contact with the blank and forming starts, the punch first advances at a speed V p to a distance X p , Next, the punch leaves the workpiece (unloaded, non-contact state) and retreats at a speed V r to a distance X r (single vibration process (single vibration); as a result, the punch moves a distance ΔX=Xp−X r ). The punch then moves on to the next vibration process and remains in a non-contact state for a distance up to the material in the previous advance position, and then reaches a contact state and processing progresses. In this way, it finally reaches the bottom dead center while repeating the slight vibration motion of forward and backward movements. FIG. 7 schematically shows the case of V p =V r .

上死点と下死点間における“微振動動作”の基本的な因子(素過程)は、ポンチ及び「金属(合金)被加工材料」を対象にして、「距離X」、「時間t」、「振動/周波(数)ν」が挙げられ、これに副次的な因子として「微振動動作のパターンP及びPに関するPjによる組み合わせにおけるPの比率ΨならびにステップN(数)」、「加工温度T」、「潤滑剤L」等が加わる。 The basic factors (elementary process) of the "fine vibration operation" between the top dead center and the bottom dead center are "distance X", "time t" for the punch and "metal (alloy) work material" , “vibration/frequency (number) ν”, and as secondary factors, “the ratio Ψ j of P j in combination by Pj C i for pattern P j and P j of micro-vibration motion and step N i (Number)”, “Processing temperature T”, “Lubricant L” and the like are added.

これらを通底事項とした本発明を現実に行うに際して、産業利用上考慮すべき肝要な要素は以下の3点である:1.ポンチの平均移動速度、2.加工量(絞り抜け深さ)、3.トータルの加工(絞り抜け)時間。以下、これらについてしるす。なお、微振動動作のパターンは、0054、0055、0056で述べたいずれであっても差し支えはなく、パラメーターと考え、上記各要素に対して特段の束縛はない。加工温度や潤滑剤の条件も同様パラメーターとする。 In practical application of the present invention based on the above, the following three points should be taken into consideration in terms of industrial application:1. average moving speed of the punch;2. 3. processing amount (drawing through depth); Total processing (extraction) time. I will write about these below. Any of the patterns of micro-vibration operation described in 0054, 0055, and 0056 can be used, and they are regarded as parameters, and there are no particular restrictions on the above elements. Processing temperature and lubricant conditions are also parameters.

1.微振動動作させたポンチストロークの移動速度Vは、上死点と下死点間の任意の位置までの距離をXとすると次のようになる:
=∫[{(X-X)/ν}・t]dt(積分範囲:t=0~t
(32a)
V=(ΣX)/t (32b)
ここにti,はポンチストロークの途中と下死点までの経過時間である。ここに、Vはナノレベルの材料内部変化や潤滑・摩擦・発熱に関係し、生産性を通じてコストの影響要因ともなる。
1. The movement speed V of the punch stroke with fine vibration is as follows, where Xi is the distance to an arbitrary position between the top dead center and the bottom dead center:
X i = ∫ [{(X p −X r )/ν}·t] dt (integration range: t = 0 to t i
(32a)
V=(ΣX i )/t f (32b)
Here, t i and t f are the elapsed time from the middle of the punch stroke to the bottom dead center. Here, V is related to nano-level material internal changes, lubrication, friction, and heat generation, and is also a factor affecting cost through productivity.

2.加工量(絞り抜け深さ)Hmaxは、本発明の単一プレス工程(1回のプレス工程)での加工性の良否を表す肝要な因子である。上死点からのポンチの移動距離をHとすると次のように表式化することができる:
H=∫{(X-X)ν}dν(積分範囲:ν=ν~ν)(33a)
max=∫H・dt(積分範囲:t=0~t) (33b)
は上死点から下死点までの経過時間である。ここに、Hmaxは既述した微振動動作の作用による微視的ならびに巨視的条件の影響を受けることによって、従来法を凌駕する絞り深さの実現を可能にする。
2. The working amount (drawing through depth) H max is an important factor representing the quality of workability in a single pressing step (one pressing step) of the present invention. Assuming that the punch travel distance from the top dead center is Hi, it can be expressed as follows:
H=∫{(X p −X r )ν}dν (integration range: ν=ν 1 to ν i ) (33a)
H max = ∫H dt (integration range: t = 0 to t f ) (33b)
tf is the elapsed time from the top dead center to the bottom dead center. Here, H max is affected by the microscopic and macroscopic conditions due to the action of the micro-vibration described above, thereby making it possible to achieve a drawing depth surpassing that of the conventional method.

3.絞り抜け加工時間tmaxは、i回目の(X-X=ΔXの振動数νの逆数になり、微振動動作のパターンPの組み合わせPjから求められるPの比率Ψを介してステップ数Nのもとで加工が行われるので、
=Σ[∫{(1/ν)}・dν](Ni)(ν=1~νi;N=1~3)(34a)
max=ΣT(i=上死点~下死点) (34b)
Tmaxは生産能率を大きく支配して、製品のコスト及び経済性に深く関わるゆえ、重要な加工要件となる。
3. The draw-through processing time t max is the reciprocal of the frequency ν i of the i -th (X p −X r ) i = ΔX i , and the P j Since the machining is performed with the number of steps N i through the ratio Ψ j ,
T i =Σ[∫{(1/ν)}·dν] (Ni) (ν=1 to νi; N i =1 to 3) (34a)
T max =ΣT i (i = top dead center to bottom dead center) (34b)
Since Tmax greatly controls production efficiency and is deeply related to product cost and economy, it is an important processing requirement.

ここで、微振動動作の巨視的挙動の特徴であるポンチと材料の「接触」と「非接触」の問題について数量的に触れて置く。材料内部の転位の状態や応力場・歪場の変化(緩和)が生じるための、単一振動過程におけるポンチと材料が非接触状態にある時間Δtは次式で示される:
Δt=(X/V)+(X/V)=X{(1/V)+(1/V)}(35)
従って、V=Vの場合は次式で表される:
Δt=2X/V=2X/V (36)
一般的に振動数νの場合は、
Δt=∫[X{(1/V)+(1/V)}]ν・dt(積分範囲:0~t
(37)
そして、生産性・量産性をも考慮して、式(32a,b)で表される平均速度Vは、従来法における速度vに対して、
V>v (38)
となるべく、制御条件と加工性の適正化を計る。この際に、既述した微振動動作のパターンPPjj,Ψ,Nを考慮に入れることは無論必要であるが、一例として、P=Pを採用し、V=V(「両者とも可変制御」)のもとで、XとX及びνとNを適正制御するのが現実的であり、十分な効果をもたらすことができる。
Here, I will discuss quantitatively the problem of "contact" and "non-contact" between the punch and the material, which is a feature of the macroscopic behavior of micro-vibration motion. The time Δt during which the punch is out of contact with the material during a single oscillation process for the change (relaxation) of the dislocation state inside the material and the stress/strain field is given by the following equation:
Δt=(X r /V r )+(X r /V p )=X r {(1/V r )+(1/V p )}(35)
Therefore, if V p =V r , then:
Δt= 2Xr / Vr = 2Xr / Vp (36)
In general, for frequency ν,
Δt=∫[X r {(1/V r )+(1/V p )}]ν dt (integration range: 0 to t i )
(37)
In consideration of productivity and mass productivity, the average speed V represented by the formula (32a, b) is
V>v (38)
As much as possible, control conditions and workability are optimized. At this time, it is of course necessary to take into account the micro - vibration patterns Pj , PjCj , Ψj , and Ni as described above. = V r (“both are variable control”), it is realistic to properly control X p and X r and ν i and N i , and sufficient effects can be obtained.

このような振動ポンチストロークが繰り返され、下死点に至る。厳密には、下死点に達したポンチはXの後退運動はせずに、一挙に高速度で初期の位置に戻る。図7では、従来法との比較のため、振動は5回(正確には4回半)で、従来法と同じ下死点に達するように描いた。如上の内部変化を有意に生起させるように、振動数を増やす(次段落参照)。また、絞り抜け深さは従来法よりも格段に向上するから、下死点も両者で異なるが、比較のために同等に描いた。 Such vibration punch strokes are repeated until the bottom dead center is reached. Strictly speaking, the punch that has reached the bottom dead center returns to the initial position at a high speed without performing the backward movement of Xr . In FIG. 7, for comparison with the conventional method, the vibration is 5 times (more precisely, 4 and a half times) and the same bottom dead center as the conventional method is reached. Increase the frequency (see next paragraph) to significantly cause the above internal changes. In addition, since the drawing depth is significantly improved as compared with the conventional method, the bottom dead center is different between the two, but they are drawn equally for comparison.

さらに図8に、微振動ポンチストローク法の動作の一例を具体的に示した。この場合も理解を容易にするために、振動数につきポンチストロークの距離と時間の関係を示した。Xは、ポンチが加工過程の成形材料と非接触状態にあればよいので、小さくても構わないが、微振動動作ごとに内部転位組織が変化する余裕時間Δtを確保するとともに、できるだけ絞り抜け深さが大きい加工が完了するまでのトータルの時間(即ち、加工時間及びコスト・経済性)も考慮に入れなければならない。 Further, FIG. 8 specifically shows an example of the operation of the micro-vibration punch stroke method. Again, for ease of understanding, the relationship between punch stroke distance and time per frequency is shown. X r can be small as long as the punch is in a non-contact state with the molding material in the working process. The total time (that is, processing time and cost/economy) to complete deep processing must also be taken into consideration.

本発明は、ポンチストロークに微振動動作のを付与しながら、前進速度V、後退速度Vで上死点から下死点まで連続移行する(微振動動作の付与のない従来法の場合は、ポンチ(ストローク)加工速度は一定でvである)。そして加工過程の任意の位置の移動距離をS,移動時間をtとするポンチストロークの振動動作によってブランクの加工を進める。実際にはノックアウト工具による成形品の取出し操作が必要なので、図7に示したように、ストロークとしては、ダイハイト距離を有効に使い、微振動動作の付与は加工行程の上死点~下死点間のみに適用して、生産効率の向上を計る。 The present invention continuously moves from the top dead center to the bottom dead center at the forward speed V p and the backward speed V r while imparting micro-vibration motion to the punch stroke (in the case of the conventional method without micro-vibration motion, , the punch (stroke) speed is constant and v). Then, the machining of the blank is advanced by the oscillating motion of the punch stroke, where S i is the moving distance at an arbitrary position in the machining process and t i is the moving time. In practice, it is necessary to remove the molded product using a knockout tool. It is applied only during the production period to improve production efficiency.

本発明においてはポンチの前進・後退の微振動動作のパターンの複合化をも考慮するとさらなる効果が期待できる。即ち、通常、微振動動作のパターンP(j=1,2,3のいずれか)は一定だが、式(29)や(30)で述べたように、振動の組み合わせpjやPの比率Ψや振動数νのステップ数Nを考慮した複数のパターンを設定するのが望ましい。この際のNの値は、実用性を考慮してN=1~3回の範囲とする。 In the present invention, a further effect can be expected by taking into account the compounding of the pattern of micro-vibration motions of advancing and retracting the punch. That is, normally, the micro-vibration pattern P j (j=1, 2, or 3) is constant, but as described in equations (29) and (30), vibration combinations pj C j and P j It is desirable to set a plurality of patterns in consideration of the ratio Ψ j of , and the number of steps N i of the frequency ν i . The value of N i at this time is in the range of N I =1 to 3 times in consideration of practicality.

すでに式(16)、(22)、(23)にそれぞれ平面歪変形臨界破断力σcrのn値及びr値依存性、絞り深さHと絞り比DRの関係、限界絞り比LDRとn値及びr値との関係について述べた。ここで、図9にσcrがn値よりもr値依存性が大きいことを示す(非特許文献5)。本発明では使用材のr値はすでに決まっているが、微振動動作の付与によってr値の加工による低下が抑制されることを示唆しているのが重要である。図10に等方体材料の絞り加工におけるDRとH(0026にしるしたようにHをyDで表す;yは変数)の関係を、従来法・本発明のおよその比較ができるように、図中での位置を示した。ただし、各加工方法の占めるDR及びH(=yD)の位置は、一定値に決まったものではなく、互に「沁み出し現象(重なりあう部分があること)」が存在する。 The relationship between the drawing depth H and the drawing ratio DR, the limit drawing ratio LDR and the n value are already shown in the formulas (16), (22), and (23), respectively. and the relationship with the r value. Here, FIG. 9 shows that σ cr is more dependent on the r value than on the n value (Non-Patent Document 5). In the present invention, the r-value of the material used is already determined, but it is important to suggest that the application of the micro-vibration action suppresses the decrease in the r-value due to processing. FIG. 10 shows the relationship between DR and H (H is represented by yDp as indicated by 0026; y is a variable) in the drawing of an isotropic material so that the conventional method and the present invention can be roughly compared. The position in the figure is indicated. However, the positions of DR and H (=yD p ) occupied by each processing method are not determined to be constant values, and "penetration phenomenon (there is an overlapping portion)" exists.

本発明は、如上の説明内容に基づき、それを実現・実行するための具体的条件・手段として、νの範囲を以下のように限定する。その理由は、下掲の範囲をはずれると加工によって生じた転位のすべり移動に起因する応力場及び歪場の緩和・均一分散状態が絞り加工に対して適切な状態変化を起こしにくくなるからである。従って、νの範囲は以下のように限定される
3≦ν≦10;望ましくはν=5または6
よって、本発明は、如上の説明内容に基づき、微振動動作を適切に実現するために、具体的条件・手段としてポンチストロークの振動数νが上式を満たし、かつ微振動動作のパターンP(j=1,2,3単独または組み合わせ複合プロセス)は0054に述べたように「加減速線形前進後退等速/非等速振動」、「定速線形前進後退等速/非等速運動」、「正弦波定角速度線形前進後退等速/非等速振動」のいずれかまたは複合化によることを特徴とする。
Based on the above description, the present invention limits the range of ν as follows as specific conditions and means for realizing and executing it. The reason for this is that if the following ranges are not met, the relaxation and uniform distribution of the stress field and strain field caused by the sliding movement of dislocations caused by working will not change appropriately for drawing. . Therefore, the range of ν is limited to
3≦ν≦10; preferably ν=5 or 6
Therefore, based on the contents of the above description, the present invention provides specific conditions and means in order to appropriately realize the micro-vibration operation, in which the punch stroke frequency ν satisfies the above equation and the micro-vibration operation pattern P j (j = 1, 2, 3 single or combined complex processes) are "acceleration/deceleration linear advance/retreat constant/non-uniform vibration" and "constant linear advance/retreat constant/non-uniform motion" as described in 0054. , "sinusoidal constant angular velocity linear forward/reverse constant/non-uniform oscillation" or a combination thereof.

本発明は単一微振動ポンチストローク距離(X,X)及び速度(V,V)ならびに通常の均一加工ストローク速度vの条件を以下に従うことを特徴とする。:
0mm<X≦100mm;0mm<X<100mm;X>X(39)
≧1mm/sec;V≦100mm/sec;V≧V (40)
1mm/sec≦V≦500mm/sec (41)
V>v (42)
ここに、Vは全微振動動作における平均ポンチストローク速度である。通常の連続加工の全ストロークをH(上死点から下死点までの距離)で表した場合、いずれの単一微振動動作をとっても、
<V≦V (43)
を満たすように制御しなければならない。
The present invention is characterized by the following conditions for single micro-vibration punch stroke distance (X p , X r ) and velocity (V p , V r ) and normal uniform machining stroke velocity v. :
0 mm<X p ≦100 mm; 0 mm<X r <100 mm; X p >X r (39)
Vp ≧1 mm/sec; Vr ≦100 mm/sec; VpVr (40)
1mm/sec≤V≤500mm/sec (41)
V>v (42)
where V is the average punch stroke velocity in all microvibration motions. When the full stroke of normal continuous machining is represented by H (the distance from the top dead center to the bottom dead center), any single micro-vibration operation will
V r <V≦V p (43)
must be controlled to satisfy

本発明においては、微振動動作における材料の加工温度Tを純金属又は合金である金属材料の結晶系によって以下の条件に従うことが望ましい。
体心立方系材料:RT≦T≦200℃ (44)
面心立方系材料:RT≦T≦300℃ (45)
稠密六方系材料:RT≦T≦400℃ (46)
ここに、「RT」は「室温」を表す。結晶系によって上限温度が異なるのは、一般に加工による微視的な転位群の集積/もつれや内部応力/歪場の程度と局在化が、BCC<FCC<HCPになるからで、その原因は、おもに各結晶系に属す実用に供される元素の種類を比較した場合、原子密度及び原子間力の差異の程度が異なることにある。
In the present invention, it is desirable that the processing temperature T of the material in the micro-vibration operation conforms to the following conditions depending on the crystal system of the metal material, which is a pure metal or an alloy.
Body-centered cubic material: RT≤T≤200°C (44)
Face-centered cubic material: RT≤T≤300°C (45)
Dense hexagonal material: RT≤T≤400°C (46)
Here, "RT" stands for "room temperature". The reason why the upper limit temperature differs depending on the crystal system is that the degree and localization of the accumulation/entanglement of microscopic dislocation groups and the internal stress/strain field due to working generally becomes BCC<FCC<HCP. Mainly, when the types of practically used elements belonging to each crystal system are compared, the degree of difference in atomic density and interatomic force is different.

上記金属材料は、純金属及びその合金を含めると多種多様に亘る。また、用途の面からも素粒子物理学・加速器や遺伝子医工学等の先端科学分野をも含む膨大な応用分野がある。本発明では、金属材料に関しては、鉄系及び非鉄系材料、もしくは結晶構造の面からBCC,FCC,HCPについても分類・検討した。その理由は、本発明のすべての金属材料の微振動動作による深絞り加工において、加工性能を決定する本質的原因がナノレベルの線状欠陥である「転位」の存在とその動的変形挙動にあるからで、それらが鉄系/非鉄系材料、もしくは上記した異なる結晶系を有する材料の影響を受けるためである。 The metallic materials are very diverse, including pure metals and their alloys. In terms of usage, there are a huge number of fields of application, including advanced scientific fields such as particle physics, accelerators, and medical genetic engineering. In the present invention, with respect to metallic materials, ferrous and non-ferrous materials, or BCC, FCC, and HCP were also classified and examined from the aspect of crystal structure. The reason for this is that in the deep drawing of all metal materials according to the present invention, the essential cause that determines the processing performance is the presence of "dislocations", which are nano-level linear defects, and their dynamic deformation behavior. because they are affected by ferrous/non-ferrous materials, or materials with different crystal systems as mentioned above.

その中で、実用上重要で使用頻度が高く、加工難度も厳しい金属材料を結晶系ごとに挙げると、以下のようである(鉄系と非鉄系が混在している):BCC系材料として高純度鉄、高炭素鋼、高マンガン鋼、高張力鋼、表面処理鋼板、電磁鋼板、ニオブ、タンタル;FCC系材料としてオーステナイトステンレス鋼、アルミ二ウム(合金)、ニッケル(合金)、銅(合金);HCP系材料としてマグネシウム(合金)、チタン(合金)、亜鉛(合金)、ジルコニウム(合金)、タンタル(合金)等である。 Among them, metal materials that are practically important, frequently used, and difficult to process are listed by crystal system as follows (ferrous and non-ferrous are mixed): High as a BCC material Purity iron, high-carbon steel, high-manganese steel, high-strength steel, surface-treated steel plate, electrical steel plate, niobium, tantalum; FCC-based materials such as austenitic stainless steel, aluminum (alloy), nickel (alloy), copper (alloy) HCP-based materials include magnesium (alloy), titanium (alloy), zinc (alloy), zirconium (alloy), tantalum (alloy), and the like.

これらの材料は、その微視的転位の変形挙動が共通しており、巨視的な深絞り加工性能を左右するところから、微振動動作の付与により成形性が向上する。 These materials have a common deformation behavior of microscopic dislocations, which influences the macroscopic deep drawing performance. Therefore, the formability is improved by applying microvibration motion.

本発明は、さらに、上記諸金属材料の深絞り加工を行うにあたり、ポンチストロークに微振動動作を付与することを特徴とする。 The present invention is further characterized in that microvibration motion is imparted to the punch stroke when performing deep drawing of the above metal materials.

本発明における加工用潤滑剤は液体油性系とする。なぜなら、微振動動作においてはポンチが上下動しながら所定方向に加工が進行するので、素材表面の潤滑剤が特にポンチとの接触で移動しやすければ、潤滑膜に膜切れが生じにくく、加工中に均一安定な被膜が保持され、動摩擦現象による加工性の低下や、焼付きが生じにくいため、固体皮膜潤滑剤よりも易動性のよい液体潤滑剤を使用するのが望ましいからである。同時に、本発明によれば、材料とポンチが接触状態と非接触状態を交互に繰り返すために、潤滑液の分散・移動が生じやすく、潤滑性能が発揮・持続されやすいことが利点として挙げられる。 The processing lubricant in the present invention is a liquid oily system. The reason for this is that when micro-vibration is performed, the punch moves up and down while machining progresses in a predetermined direction. This is because it is desirable to use a liquid lubricant with better mobility than a solid film lubricant because a uniform and stable coating is maintained on the surface, and workability deterioration and seizure due to dynamic friction are less likely to occur. At the same time, according to the present invention, since the material and the punch alternately repeat contact and non-contact states, the lubricating liquid is likely to disperse and move, and the lubricating performance is likely to be exhibited and maintained.

そして、油性系の液体潤滑剤の性能としては、次式で定義される「動粘度」をΓで表した場合、
Γ≡(絶対粘度)/(加工温度における潤滑油の密度)
と定義される。ここにΓの測定法は次のとおりである:校正した毛管粘度計を使用し、一定体積の試料油が毛管を通過する時間を測定することで得られる。Γは温度依存性を有することを考慮して、
RT≦40℃における加工の場合は、金属材料の種類によらずに、Γ値が次のものを使用し、
Γ=25~100cSt(未満)
また、RT>40℃における各種金属材料の加工の場合は、
Γ=100越~800cSt
のものを使用するとよい。
As for the performance of an oil-based liquid lubricant, when the "kinematic viscosity" defined by the following equation is represented by Γ,
Γ≡ (absolute viscosity)/(lubricating oil density at processing temperature)
is defined as Here the method of measuring Γ is as follows: obtained by measuring the time it takes a constant volume of sample oil to pass through a capillary using a calibrated capillary viscometer. Considering that Γ has temperature dependence,
In the case of processing at RT ≤ 40 ° C., the following Γ values are used regardless of the type of metal material,
Γ=25 to 100 cSt (less than)
In addition, in the case of processing various metal materials at RT > 40°C,
Γ=over 100 to 800cSt
should be used.

本発明は、微振動動作を付与した絞り抜けプレス深絞り加工成形体を「リストライク加工」(単一の前工程成形によって生じた歪をプレス機によって除去する矯正加工)及び/または「しごき加工」(絞り製品の壁部肉厚を均一にするために、ポンチとダイのクリアランス(間隙)を肉厚より狭くして押し通すプレス加工法)を施すことを特徴とする。 The present invention applies a drawing-out press deep-drawing molded body to which micro-vibration motion is imparted to "restrike processing" (correction processing in which the strain caused by a single pre-forming process is removed by a pressing machine) and / or "ironing". (a press working method in which the clearance (gap) between the punch and the die is made narrower than the wall thickness in order to make the wall thickness of the drawn product uniform).

これらの加工が容易に可能になるのは、微振動ポンチストロークによる絞り加工(従来法による複次工程ではなく、経済効果が期待される単一工程である)によって、成形体(1次成形品)の変形に後加工を行うための余裕が生じるからである。その理由は、厳しい深絞り加工では、一般には多大の転位の集積ともつれ及び不均一性が生じるのに対し、本発明によれば、その程度が大幅に緩和されるからである。 These processes can be easily performed by drawing a molded product (primary molded product ) has room for post-processing. The reason for this is that severe deep drawing generally results in a large amount of dislocation accumulation, entanglement and non-uniformity, whereas the present invention greatly reduces the degree of dislocation accumulation and entanglement.

この「変形の余裕度」をパラメーター“ζ”で表すこととし、ζの表式化について検討を行った結果、ζを絞り加工過程におけるしわ押さえ荷重Fの関数として評価するのが妥当であることを知見した。即ち、fが関数関係を表すこととすると、
ζ=f(F)=f[{F(φ/φ)}β] (50)
ここに、Fは絞り加工初期のしわ押さえ荷重、φ及びφは絞り加工過程及び初期のフランジの体積(面積×板厚)、βは絞り加工過程における金属材料によって決まる「べき乗指数」であり、基礎実験結果から結晶系によって以下のように示されることが知られた:
体心立方晶金属の場合:0<β≦3 (51)
面心立方晶金属の場合:1≦β≦3 (52)
稠密六方晶金属の場合:2≦β≦3 (53)
This "deformation margin" is represented by the parameter "ζ", and as a result of examining the expression of ζ, it is appropriate to evaluate ζ as a function of the wrinkle holding load F in the drawing process. I found out. That is, assuming that f represents a functional relationship,
ζ=f(F)=f[{F 0 (φ/φ 0 )} β ] (50)
Here, F 0 is the wrinkle holding load at the initial stage of drawing, φ and φ 0 are the volume of the flange during the drawing process and the initial flange volume (area x plate thickness), and β is a "power exponent" determined by the metal material in the drawing process. It is known from the results of basic experiments that the crystal system exhibits the following:
For body-centered cubic metal: 0 < β ≤ 3 (51)
For face-centered cubic metals: 1 ≤ β ≤ 3 (52)
For dense hexagonal metal: 2 ≤ β ≤ 3 (53)

複次工程及び焼鈍を回避した本発明では、上記プレス絞り加工後に、最終成形体構造によっては、必要に応じて、補足的な加工を施すことができる。
即ち、塑性加工(プレス加工)を加工形態から分類すると「1次加工」、「1.5次加工」、「2次加工」となる。
ここに1次加工」は本発明の主加工のことで、これを新規な手法(1工程のプレス加工で)如何に向上させ、産業応用に資するかが最重要課題である。
一般に、1次加工品のままでは、寸法精度・形状凍結性・絞り深さを単一加工限界の観点から仕様に供するには不十分であることが、ままあるので、さらなる加工、即ちリストライク加工またはしごき加工を施すことがある。これを、「1.5次加工」という。
さらに、1次加工後または1.5次加工後に、穴あけや突起出しバーリン加工を行うことも多い。これは、需要家のデザインによる要求に基ずくもので「2次加工」という。本発明の主体である1次加工によれば、上に述べた「(1次加工品の)変形の余裕度ζ」が十分に大きいことが、1.5次加工及び2次加工を容易にし得る原因であり、これは従来法では不可能である。
In the present invention, which avoids multiple steps and annealing, supplementary working can be applied as necessary after the press drawing, depending on the final compact structure.
In other words, plastic working (press working) is classified into "primary working", "1.5 working", and "secondary working" according to working modes.
Here, "primary processing" is the main processing of the present invention, and the most important issue is how to improve this with a new method (by press processing in one step) and contribute to industrial application.
In general, it is often the case that the dimensional accuracy, shape fixability, and drawing depth of the primary processed product are not sufficient to meet the specifications from the viewpoint of the single processing limit. It may be processed or ironed. This is called "1.5th processing".
Further, after the primary processing or the 1.5 processing, drilling and burring processing for projecting are often performed. This is based on the customer's design requirements and is called "secondary processing." According to the primary processing, which is the subject of the present invention, the sufficiently large "deformation margin ζ (of the primary processed product)" facilitates the 1.5 and secondary processing. This is not possible with conventional methods.

一般に「2次加工」にはトリミング、縁曲げ、つばだし、フランジング、突起出し、穴あけ、バーリング、ブロー加工、かしめ、はぜおり、はぜつぶし、コーキング、リべッティング、口絞り、口拡げ等種々の加工形態がある。
特に、従来法で深絞り加工(1次加工)後に、これらの2次加工を行うことは極めて困難で特別な処理法を必要とするので、工程上の負担が多く、手間と時間がかかり、生産性や経済性に課題があった。
本発明によれば、「極深絞り加工」が容易になって1次加工性が向上するばかりではなく、これら2次加工性を向上させることができるので、最終製品化に多大な寄与が発揮できるのである。
In general, "secondary processing" includes trimming, hemming, flanging, flanging, protruding, drilling, burring, blowing, caulking, seaming, seaming, caulking, riveting, mouth tightening, and mouth widening. There are various processing forms such as.
In particular, it is extremely difficult to perform these secondary processes after deep drawing (primary process) by the conventional method, and a special treatment method is required. There were issues with productivity and economy.
According to the present invention, "extreme deep drawing" is facilitated and not only the primary workability is improved, but also the secondary workability can be improved, so that a great contribution is made to the final product. You can.

その理由は、0082に述べたのと同様で、1次加工後のナノレベルの転位の存在状況が従来法と異なる、即ち微視的な加工組織が平準化され、「変形余裕度ζ」が向上することにある。この事象は産業上への利用可能性を拡大するものである。 The reason for this is the same as described in 0082. The existence of nano-level dislocations after the primary working is different from that of the conventional method, that is, the microscopic working structure is leveled, and the "deformation margin ζ" is reduced. to improve. This event expands the industrial applicability.

プレス絞り加工において、「成形性」とともに重要なのは「形状凍結性」である。この、設計時の形状及びその精度・寸法及びその精度・時間経過による安定凍結性における関連現象は、成形性に優れるにつれて劣化するのが通例である。成形体に、より多くの微視的/巨視的歪が増大・局在化するのがその原因である。 In press drawing, "shape fixability" is important as well as "formability". Generally, the phenomenon related to the shape at the time of design, its accuracy/dimensions, and its accuracy/stable freezeability due to the lapse of time deteriorates as the formability is improved. The reason for this is that more microscopic/macroscopic strain is increased and localized in the compact.

リストライク加工は成形体の歪を除去・軽減するのが目的で通常行われる方法であって、本発明のプレス絞り加工法によって得られる成形品のリストライク加工は、既述の変形余裕度ζが比較的大きいので、良好な結果を得やすい。即ち、形状寸法精度を上げやすい。 Restriking is a method commonly used for the purpose of removing or reducing distortion in a molded product. is relatively large, it is easy to obtain good results. That is, it is easy to improve the shape and dimension accuracy.

平底円筒絞り加工の形状凍結性については、絞り加工底部の変形量が小さいためにスプリングバック及び/またはスプリングゴーが生じやすい。それをある程度軽減するために、絞り加工中、ポンチが下死点に達した際にポンチの運動は停止するわけであるが、ポンチ力を除荷せずにノックアウト工具に成形体底部を適当な時間押しつけたままにして、保持することが知られており、実用される場合がある。 As for the shape fixability of flat-bottomed cylindrical drawing, springback and/or spring-go are likely to occur because the amount of deformation at the bottom of the drawing is small. In order to alleviate this problem to some extent, the motion of the punch is stopped when the punch reaches the bottom dead center during the drawing process. It is known and may be practiced to keep it pressed down for a period of time.

本発明のように、深絞り性が向上した極深絞り/超深絞り加工を実施する場合は、従来法よりも底部の歪が大きくなることと、本質的に上記した下死点加工力保持方法といえども、十分に機能するとはいい難く、保持時間も永くしなければならないのが一般であるゆえ、加工能率の劣化を招きかねないことが課題であると予測された。 As in the present invention, when performing ultra-deep drawing/ultra-deep drawing processing with improved deep drawability, the strain at the bottom becomes larger than in the conventional method, and the processing force retention at the bottom dead center is essentially as described above. It is difficult to say that this method works well, and the holding time must generally be long.

しかしながら、本発明によって得られた絞り成形体の平底部への上記ポンチ荷重保持作用によれば、図11に示すように形状凍結性の時間依存性が従来法と異なり、より少ない時間で、かつ、ほぼ0に近い状態にまでなることが判明した。この結果は本発明の極絞り加工における形状凍結性が、常識的には困難になることが予想されたにもかかわらず、予想に反してむしろ向上することを示すものである。 However, according to the punch load retaining action on the flat bottom portion of the drawn body obtained by the present invention, as shown in FIG. , was found to be close to 0. This result shows that the shape fixability in the ultra-drawing process of the present invention is rather improved, contrary to expectations, although it was commonly expected that it would be difficult.

この原因は、転位及びその歪場が、材料中でless-complicatedな存在状態(微視組織が従来法と比較して複雑さの程度が軽減され、平均化していることによること、かつ自由エネルギーが低い状態にあって、微振動動作の過程で弾性変形が、材料とポンチの非接触時内に容易に開放される、つまり、活性化障壁が比較的低いことによるものであると推測できる。 This is because the dislocations and their strain fields are less-complicated in the material (the microstructure is less complicated than the conventional method and is averaged, and the free energy It can be speculated that the elastic deformation is easily released within the non-contact time between the material and the punch in the process of micro-vibration motion, that is, the activation barrier is relatively low.

以上のプレス(絞り)加工は、ポンチストロークの速度及び温度条件をパラメーターとして、その移動・運動に微振動動作及び速度制御を可能にするサーボ機器と、プレス(絞り)加工用金型と、適正な動粘度を有する液体潤滑剤と、該金型から熱伝導によって金属材料の加工温度を制御する温度制御装置とを用いて行うことよい。 The above press (drawing) processing uses the speed and temperature conditions of the punch stroke as parameters, and uses a servo device that enables micro-vibration and speed control for its movement and movement, a press (drawing) processing die, and an appropriate It is preferable to use a liquid lubricant having a kinematic viscosity and a temperature control device for controlling the processing temperature of the metal material by heat conduction from the mold.

上述のようなポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を利用することで、従来の課題を解決して、プレス加工製品を製造することができる。 By using the micro-vibration press working method for metal materials by punch stroke control as described above, it is possible to solve the conventional problems and manufacture pressed products.

本発明の効果は、従来法と比較して以下のようにまとめることができる。ここに使用する表式の文字の意味の殆どは、幾つかの例を除いて、既出の表式中に使用して説明済みのものである。 The effects of the present invention can be summarized as follows in comparison with the conventional method. Most of the meanings of the letters in the formulas used here have already been used and explained in previous formulas, with a few exceptions.

(1)プレス深絞り加工性を向上させるのに効果的である。即ち、直接的な指標として加工量(絞り抜け深さ)Hmaxが式(33a)及び式(33b)を合一することにより、次式で表される:
max=[∫∫{(X-X)ν}dνdt]max (54)
そして、非振動法である従来法の絞り抜け深さhと比較すると、
H>h (55)
となり、加工量(絞り深さ)の点で加工性(深絞り性)に優れる。
(1) It is effective in improving press deep drawability. That is, as a direct index, the amount of processing (depth of drawing) H max is expressed by the following formula by combining the formulas (33a) and (33b):
H max =[∫∫{(X p −X r )ν}dνdt] max (54)
And, when compared with the drawing depth h of the conventional method, which is a non-vibration method,
H>h (55)
As a result, the workability (deep drawability) is excellent in terms of the amount of work (depth of drawing).

また、本発明の場合、加工性(絞り抜け性)の向上は、変形状態図において、破断危険部位となる平面歪変形による臨界破断力σcr が上昇し、破断抵抗が増大することにも起因する。即ち、本発明による臨界破断力σcr は、同一材料(n値、r値、板厚tが同一)であっても、従来法によるσcrと比較すると、
σcr >σcr(=f(n,r,t)) (56)
なる関係が実現するためである(fは関数関係を表す)。
In addition, in the case of the present invention, the improvement of workability (drawability) is achieved by increasing the critical rupture force σ cr * due to plane strain deformation, which is a rupture risk site, and increasing the rupture resistance in the deformation state diagram. to cause. That is, the critical rupture force σ cr * according to the present invention is as follows when compared with σ cr according to the conventional method even for the same material (same n value, r value, and plate thickness t):
σ cr *cr (=f(n, r, t)) (56)
(f represents a functional relationship).

その主たるメカニズムは、既説明のごとく、外力・負荷が分散して、ナノレベルの線状欠陥転位の加工過程ならびに加工終了時の集団的なもつれが緩和され、同時にその分布が均一化することにある。 As explained above, the main mechanism is that the external force and load are dispersed, and the collective entanglement of nano-level linear defect dislocations during the machining process and at the end of the machining is relaxed, and at the same time the distribution becomes uniform. be.

(2)本発明は、従来法では、複数の工程を要し、かつ工程間に加工硬化した材料を軟質化するために熱処理工程を挿入せざるを得ない場合であっても、単一工程で絞り抜け成形体に加工することができる。従って、原価・経済性が大幅に向上する。 (2) The present invention requires a plurality of steps in the conventional method, and even if there is no choice but to insert a heat treatment step in order to soften the work-hardened material between the steps, a single step It can be processed into a molded body through drawing. Therefore, the cost and economic efficiency are greatly improved.

(3)単一工程で従来法でも加工可能な形状寸法を有する場合を本発明と比較すると、従来法では低速加工(メカ二カルプレス機の替りに油圧プレス機への変更等)の必要性や、高粘度固形潤滑剤の使用と洗浄、あるいは温間プレス加工法や融合加工法等の工夫・採用が必要で、デメリットが生じる。本発明は、メカニカルプレス機のサーボ化による微振動ポンチストローク制御による金属材料の加工が基本であるから、生産性/量産性を直接支配する平均加工速度Vが格段に短縮され、式(32a)及び式(32b)を合一させると次式となる:
V=<Σ[∫{(X-X)/ν}・tdt]>/t (57)
本式は微振動動作のパターンPと関連項目のPj及び選択されたPの比率Ψならびにステップ数Nをパラメーターとした表式であるが、非振動法である従来法の平均加工速度vと比較すると、条件の適正選択によって、
V>v (58)
となり、生産速度・効率の点で経済性に優れる。
(3) Compared with the present invention in the case of having a shape and dimension that can be processed by a conventional method in a single process, the conventional method requires low-speed processing (change to a hydraulic press instead of a mechanical press, etc.) , the use and cleaning of high-viscosity solid lubricants, or the devising and adopting of warm press processing methods and fusion processing methods, etc., are necessary, resulting in disadvantages. Since the present invention is based on the machining of metal materials by micro-vibration punch stroke control by servoing a mechanical press machine, the average machining speed V, which directly governs productivity/mass production, is significantly shortened, and equation (32a) and (32b) are combined to give:
V=<Σ[∫{(X p −X r )/ν}·tdt]>/t f (57)
This formula is a formula with the parameters of the micro- vibration operation pattern Pj , the related item PjCj , the ratio Ψj of the selected Pj , and the number of steps Ni . Comparing with the average processing speed v, by proper selection of conditions,
V>v (58)
As a result, it is economical in terms of production speed and efficiency.

即ち、従来法による成形品1個あたりの加工時間tmaxは、上死点~下死点間の平均加工速度をv、上死点からのポンチの移動距離をSとすると、
max=∫(S/v)dv(積分は0~Smax) (59)
となる。他方、本発明の場合の加工時間(非接触時間を含むトータルの時間)をTmaxとすると、式(34a)及び式(35b)を合一させると次式が得られる:
max=Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}N])> (60)
この場合、振動数ν及びぱ微振動動作のパターンPの数とその組み合わせ数Pjやステップ数Nの制御範囲を種々変えることができ、適切な選択を行うことによって、
max<tmax (61)
が容易に可能になる。従って、本発明より各成形体加工時間を短縮できるから、本発明は生産性・量産性・経済性において従来法より優れる。
That is, the processing time t max per molded product by the conventional method is given by the following, where v is the average processing speed between the top dead center and the bottom dead center, and S is the moving distance of the punch from the top dead center.
t max =∫(S/v)dv (integral is 0 to S max ) (59)
becomes. On the other hand, if the processing time (total time including non-contact time) in the case of the present invention is Tmax , the following equation can be obtained by combining equations (34a) and (35b):
T max =Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}N i ])> i (60)
In this case, the control range of the vibration frequency ν , the number of micro-vibration motion patterns Pj , the number of combinations thereof PjCj , and the number of steps Ni can be varied.
T max <t max (61)
is easily possible. Therefore, the present invention is superior to the conventional method in terms of productivity, mass productivity and economy since the time for processing each compact can be shortened.

(4)金属材料の種類(成分組成や結晶系)が種々変化しても、本発明の諸条件可変加工手段の採用によって、その材種に適正な加工制御条件を容易に選択・実施することができる。 (4) Even if the type of metal material (component composition and crystal system) varies, the machining control conditions appropriate for the material can be easily selected and implemented by adopting the various conditions variable machining means of the present invention. can be done.

(5)絞り加工性が従来法よりも優れ、成形難(易)度を低減させることが可能になる。即ち、プレス絞り加工にあたって材料の種類及び成形体・製品の形状及び寸法の自由度が拡大し、プレス加工適用範囲が拡大する。 (5) The drawability is superior to that of the conventional method, making it possible to reduce the difficulty (easiness) of forming. That is, in press drawing, the degree of freedom in the type of material and the shape and size of molded bodies and products is increased, and the range of application of press working is expanded.

(6)ナノレベルの微視的挙動に依拠した変形余裕度の向上によって、リストライキングやしごきが容易になり、また穴あけ・バーリング・突起出し・口拡げ・その他の2次加工性が容易になる。 (6) Improving the deformation margin based on nano-level microscopic behavior facilitates restriking and ironing, as well as facilitates drilling, burring, protruding, flaring, and other secondary workability. .

(7)成形体微視組織(転位)の非局在化及び均一分布化を図った実用加工方法であるところから、形状寸法精度や板厚寸法精度で示される形状凍結性を改善することができる。 (7) Since it is a practical processing method that aims at delocalization and uniform distribution of the microstructure (dislocation) of the compact, it is possible to improve the shape freezeability indicated by the shape and thickness dimensional accuracy. can.

金属材料を構成する結晶群の線状欠陥を2次元的に示した図である。丸印は格子点に位置する置換型原子を示し、中央部分の水平方向の点線の上下で格子点の原子の位置と存在状態が異なって、紙面に直交する原子面の数が異なり、線状配列のずれに相当する転位(刃状転位)が2次元的に示されている。FIG. 2 is a diagram two-dimensionally showing a linear defect in a crystal group forming a metal material; A circle indicates a substitutional atom located at a lattice point. Above and below the horizontal dotted line in the central part, the positions and existence states of the atoms at the lattice point are different, and the number of atomic planes perpendicular to the paper surface is different. Dislocations (edge dislocations) corresponding to misalignment are shown two-dimensionally. 金属材料の結晶群の一部を2次元平面上に表した場合、転位が存在する部分で、転位がバーガースベクトルのスカラー距離(ほぼ原子間距離)ずつ水平方向に移動して、微視的なすべり変形が生じることを説明する図である。When a part of a crystal group of a metallic material is represented on a two-dimensional plane, dislocations move horizontally by the scalar distance (approximately the interatomic distance) of the Burgers vector in the part where dislocations exist, resulting in a microscopic It is a figure explaining that sliding deformation occurs. 転位がすべり変形を生じた金属材料多結晶体表面の光学顕微鏡写真で、すべりの痕跡が筋状にみられる(スリップバンド)。An optical micrograph of the surface of a polycrystalline metal material in which dislocations have caused slip deformation shows streaky traces of slip (slip bands). 転位がすべり変形を生じた金属材料多結晶体内部の転位の様相を示す電子顕微鏡写真である。転位のもつれや交叉すべり現象が散見される。2 is an electron micrograph showing the aspect of dislocations inside a polycrystal of a metal material in which dislocations have caused slip deformation. Dislocation entanglement and cross-slip phenomena are observed here and there. 金属材料とその塑性加工の相互の関連性を、ナノレベルの因子を含む微視的観点及びハード装置を含む巨視的観点から示し、材料加工の実用的見地からの先進化を図るための因子・手段・効果・利用性を示す図である。To clarify the relationship between metal materials and their plastic working from a microscopic point of view, including nano-level factors, and a macroscopic point of view, including hardware devices, and to develop factors and processes for advancing material processing from a practical point of view. It is a figure which shows a means, an effect, and utility. 金属材料加工時の微視的内部変化(転位の状態変化、その他)のうち、転位密度・結晶回転/転位の再配列・交叉すべり・積層欠陥(双晶)を、従来法と微振動動作を伴う加工の様相の差異に着目して、時間-ストローク関係上で比較した概念図である。Dislocation density, crystal rotation/dislocation rearrangement, cross slip, stacking fault (twin) among microscopic internal changes (dislocation state change, etc.) during metal material processing Focusing on the difference in the accompanying machining aspects, it is a conceptual diagram comparing on the time-stroke relationship. プレス加工におけるダイハイト範囲内の従来法におけるストローク変化及び微振動動作におけるストローク変化の概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of the stroke change in the conventional method within the die height range in press work, and the stroke change in micro-vibration operation. ポンチの下降速度Vと上昇速度Vがそれぞれ=100mm/min及びVr=50mm/minの条件の場合、前進ポンチストローク及び後退ポンチストロークの交互運動からなる微振動動作状況の一例をモデル的に示した図である。Under the condition that the punch descending speed Vp and the punch ascending speed Vr are 100 mm/min and Vr=50 mm/min respectively, an example of a micro-vibration operation state consisting of alternating forward and backward punch strokes is modeled. It is a diagram showing. 平面歪変形における材料の臨界破断力σcrの解析結果を示した図である。σcrとr値の平均値Rの関係を描いたもので、n値をパラメーターとしている。r値の影響がn値よりも大きいことが知られる。FIG. 4 is a diagram showing analysis results of the critical rupture force σ cr of a material in plane strain deformation; The relationship between σcr and the average value R of r values is drawn, and the n value is used as a parameter. It is known that the r value has a greater influence than the n value. 室温における等方体材料の平底円筒絞り加工の際の絞り深さHの導出式を用いて、H(yDで表示;yは変数)とDR=D/D(ここでD,Dはそれぞれブランクの直径とポンチの直径を示す)の間の関係を示す図である(板厚減少率τをパラメーターとしている)。従来法、及び微振動動作を伴なう本発明のおよその限界絞り比(LDR)を含むDRの範囲を図中に示した。Using the derivation formula for the drawing depth H during flat-bottom cylindrical drawing of an isotropic material at room temperature, H (denoted by yD p ; y is a variable) and DR = D 0 /D p (where D 0 , D p indicates the diameter of the blank and the diameter of the punch, respectively) (with the thickness reduction rate τ as a parameter). A range of DR is shown in the figure, including the approximate limiting draw ratio (LDR) of the conventional method and the present invention with micro-vibration operation. 従来法と本発明における下死点保持時間とスプリングバック量/スプリングゴー量、即ち形状凍結性の相違を定性的に説明する概念図である。It is a conceptual diagram for qualitatively explaining the difference between the bottom dead center retention time and the springback amount/springgo amount, that is, the shape freezeability, between the conventional method and the present invention.

前述したように、近年金属材料に対する弾塑性加工性の向上、特に典型的な加工方法であるプレス加工における「絞り加工性」の向上が強く求められるようになってきた。その理由は、機械切削加工等からプレス加工への工法転換による工程削減や、生産性の向上、材料歩留りの向上、作業環境の改善、コストの低減、経済性等の効果が期待できるからである。 As described above, in recent years, there has been a strong demand for improved elasto-plastic workability of metal materials, especially for improved “drawing workability” in press working, which is a typical working method. The reason for this is that it is possible to expect effects such as process reduction, productivity improvement, material yield improvement, work environment improvement, cost reduction, and economic efficiency by converting the method from machine cutting to press processing. .

プレス絞り加工を採用した場合、加工品の絞り深さが比較的小さい場合や形状寸法が単純であれば単一工程で済むが、一般には単一工程では成形が無理なことが多く、その場合は複数工程(2回以上の工程)を要する。たとえば、リチウムイオン電池ケースの加工の場合、円筒や四角筒の形状に対して所要深さが深く(円筒ケースでは直径の2倍以上)、10~20工程の加工が必要で、しかも工程間で加工硬化した材料に複数回の熱処理を外注や設備投資した熱処理炉での内製を施して軟質化しなければならない。従って、プレス機や金型工具の数が増え、製造工程の「流れ」を乱すので、多大な初期投資や製造時間がかかって量産性や経済性に齟齬をきたしていた。 When press drawing is used, if the drawing depth of the processed product is relatively small or if the shape and dimensions are simple, a single process is sufficient. requires multiple steps (two or more steps). For example, in the case of processing a lithium-ion battery case, the required depth is greater than the shape of a cylinder or square cylinder (more than twice the diameter of a cylindrical case), and 10 to 20 processes are required. Work-hardened materials must be softened by outsourcing multiple times of heat treatment or by in-house production in a heat treatment furnace in which equipment has been invested. As a result, the number of press machines and mold tools increases, disturbing the "flow" of the manufacturing process, requiring a large amount of initial investment and manufacturing time, and causing inconsistencies in mass productivity and economic efficiency.

そこで「熱」を利用した周辺加熱深絞り法や温間深絞り法、「液圧」を利用した対向液圧深絞り法や液圧潤滑深絞り法、あるいは摩擦援用深絞り法やしわ押さえ力制御深絞り法あるいは融合プレス加工方法等の手段が工夫されている。一部有効に実用に供されているものもあるが、上記の要求を満たすのは容易ではなく、さらなる先進的なプレス加工方法が待望されていた。 Therefore, peripheral heating deep drawing method and warm deep drawing method using “heat”, counter hydraulic deep drawing method and hydraulic lubrication deep drawing method using “hydraulic pressure”, friction assisted deep drawing method and wrinkle holding force Means such as controlled deep drawing or fusion pressing have been devised. Although some of them are effectively put into practical use, it is not easy to satisfy the above requirements, and a more advanced press working method has been longed for.

そこで図5に記載したように、プレス加工に際して金属材料の巨視的加工が、ナノレベルの線状欠陥である「転位」の歪変形/運動に帰されることに着目した。また、近年サーボ機器がプレス機に搭載されるようになって、プレス加工における使用エネルギーの低減やストローク速度・モーションの制御が可能になってきた。かかる実情に着目して、本発明の「微振動ポンチストローク制御」による極深絞り加工方法の発明に至ったものである。 Therefore, as described in FIG. 5, attention was paid to the fact that the macroscopic working of metal materials during press working is attributed to strain deformation/movement of "dislocations", which are nano-level linear defects. Also, in recent years, servo equipment has been installed in press machines, and it has become possible to reduce the energy used in press working and to control stroke speed and motion. Paying attention to such a situation, the invention of the ultra-deep drawing method by the "micro-vibration punch stroke control" of the present invention has been made.

本発明は、以下の(1)及び(2)の条件・要因の適正な組み合わせで実施されるゆえ、実際上の具体的な加工方法の種類は多岐に亘る:
(1)金属材料の種類(鉄系と非鉄系)・結晶系・転位組織・結晶集合組織。
(2)微振動動作の付与条件(振動モード=ポンチストロークの前進運動と後退運動の条件)・振動数・微振動動作のパターン・パターンの組合せ・パターンの組み合わせにおけるパターンの比率・パターンのステップ数・絞り深さ・加工速度・加工時間・加工温度・油性潤滑剤の動粘度。
従って、実施例としては、「実施の態様・傾向」を従来方法と比較して、記号及び説明文によって例示することとする。その場合、金属材料と加工条件を要因とし、結果については、機械的性質として単軸引張変形における強度・延性・n値・r値・臨界破断力への5項目に対する効果のまとめと、加工性能として深絞り加工変形における深絞り性・加工異方性・1.5次加工性・2次加工性・形状凍結性の5項目に対する効果のまとめとに分類した。そして、前者の材料特性関係と後者の深絞り性関係について、それぞれ具体的事象を取り上げ、従来法との比較性能結果の定性的な傾向を以下に示す。
Since the present invention is carried out under an appropriate combination of the following conditions/factors (1) and (2), there are a wide variety of specific processing methods in practice:
(1) Types of metallic materials (ferrous and non-ferrous), crystal systems, dislocation structures, and crystal textures.
(2) Conditions for applying micro-vibration motion (vibration mode = conditions for forward and backward motion of punch stroke), frequency, pattern of micro-vibration motion, combination of patterns, ratio of patterns in combination of patterns, number of steps in pattern・Depth of drawing, processing speed, processing time, processing temperature, kinematic viscosity of oil-based lubricant.
Therefore, as an example, "embodiment mode/tendency" is compared with the conventional method, and illustrated by symbols and explanations. In that case, the metal material and processing conditions are factors, and the results are a summary of the effects on five items of mechanical properties in uniaxial tensile deformation: strength, ductility, n value, r value, and critical breaking strength, and processing performance. and a summary of effects on five items of deep drawability, working anisotropy, 1.5 workability, secondary workability, and shape fixability in deep drawing deformation. Concerning the former material property relationship and the latter deep drawability relationship, specific events are taken up, and the qualitative tendency of performance results compared with the conventional method is shown below.

表1に微振動動作を付与して行った単軸引張変形による材料特性を、通常の単軸引張変形を行った際の特性(それぞれの平均速度V及びvはいずれも3mm/sec)に対する比較傾向をしるす。この場合、金属材料としては、鉄系と非鉄系に大別し、それらを結晶系(BCC,FCC,HCP)に区分して、2種類の材料系と3種類の結晶系の変化傾向を示した。場合によって個々の金属種(純金属及びその合金を含む)の特徴を提示した。
これら「微振動動作」時(プレス加工時のと変形動作が若干異なる基礎試験に相当するので「微振動動作」と表現した)の前進距離X=6mm、前進速度V=6mm/secとし、後退距離X=0mm(単軸引張変形ゆえ、後退圧縮運動は不可能)、後退速度V=0(停止)として、Xごとに1secの除荷・停止・緩和時間を与えた。よって上記のように平均引張速度Vは3mm/secで慣用単軸引張変形の場合のvと同じにした。振動数νは5Hz、引張温度TはRT及びT‘≦T<RT、微振動動作のパターンは「前進→停止(時間)」の繰り返しである。なおT‘は材種によって変えるべきであるが、ここでは相対比較を行うことを目的とするため100℃一定条件とした。試験片にはJIS13号Bを用いた。
Table 1 compares the material properties by uniaxial tensile deformation with micro-vibration motion to the properties when normal uniaxial tensile deformation is performed (each average speed V and v is 3 mm / sec) mark the trend. In this case, metal materials are broadly divided into iron-based and non-ferrous-based materials, and these are classified into crystal systems (BCC, FCC, HCP). rice field. In some cases, individual metal species (including pure metals and their alloys) have been characterized.
At the time of these "micro-vibration motions" (expressed as "micro-vibration motions" because they correspond to basic tests in which the deformation motion is slightly different from that during press working), the forward distance X p = 6 mm and the forward speed V p = 6 mm/sec. , retraction distance X r = 0 mm (because of uniaxial tensile deformation, retraction compression motion is impossible), retraction velocity V r = 0 (stop), and 1 sec of unloading/stopping/relaxation time was given for each X p . Therefore, as described above, the average tensile velocity V was set to 3 mm/sec, which is the same as v in the case of conventional uniaxial tensile deformation. The vibration frequency ν is 5 Hz, the tensile temperature T is RT and T′≦T<RT, and the pattern of the micro-vibration operation is repetition of “forward→stop (time)”. Note that T' should be changed depending on the type of material, but for the purpose of making a relative comparison here, a constant condition of 100° C. was used. JIS No. 13B was used for the test piece.

Figure 2022132267000002
これらの単軸引張変形特性は、直接的にはプレス深絞り加工特性を示唆するものとはいえないが、間接的に深絞り加工特性と関連する基本的性質を与えるもので、本発明の微振動動作の付与の効果を端的に把握するうえで、簡便で、肝要かつ基礎的な実証試験である。
表1の結果から以下の諸事項を知ることができる。ここで、そのための評価方法として、微振動動作を伴う加工法による結果と従来法による結果との相対比率を次式のρで定義し、検討することとする:
ρ=(微振動法単軸引張特性)/(従来法単軸引張特性)(62)
Figure 2022132267000002
These uniaxial tensile deformation properties cannot be said to directly suggest press deep drawing properties, but indirectly provide basic properties related to deep drawing properties. This is a simple, essential, and basic demonstration test for simply grasping the effect of imparting vibration motion.
From the results of Table 1, the following matters can be known. Here, as an evaluation method for that purpose, the relative ratio between the result of the machining method with micro-vibration operation and the result of the conventional method is defined as ρ 1 in the following equation and examined:
ρ 1 = (Micro vibration method uniaxial tensile property) / (Conventional method uniaxial tensile property) (62)

まず、「強度特性」は通常データとしては慣用引張強さTSまたは流動応力Sで示されるが、計算による真応力σ(=S(1+λ);式(19)を参照)及び真歪ε(=n(1+λ);式(20)を参照)を用いるほうが、より正確で技術的である。微振動動作の付与(この場合は除荷・変形停止)の有無の影響について比較した表示の結果によれば、材種・結晶系にもよるが、全般的には微振動動作の付与によってρ<1となり、強度が低下する傾向が認められる。そしてその程度は、材種及び結晶系によって若干異なる。この強度の低下傾向は、一方向・連続引張変形のみの従来法に比べて、転位の移動が容易化され、易動度が改善されたためである。即ち、既述のように、加工塑性体内部において移動した転位群(多数の微視的な線欠陥に相当する)が結晶粒界や不純物・非金属介在物・析出物・置換型原子や固溶原子の応力場、あるいは自身のpile upや他の転位(群)の存在等種々の「阻害条件」が、試験片の運動停止中に「緩和」されつつ、転位の運動が進むためと推察される。材種及び結晶系によって、その程度が異なるのは、上記の阻害条件が異なるためである。なお、なぜ「緩和」現象が生じるのかは、熱力学的には「エントロピー増大則」によるといえるが、その金属物理学的な機構の解明は今後の基礎的な研究課題である。 First, "strength properties" are usually indicated by conventional tensile strength TS or flow stress S as data, but calculated true stress σ (= S (1 + λ); see formula (19)) and true strain ε (= ln( 1 +λ); see equation (20)) is more accurate and technical. According to the results of the comparison of the influence of the presence or absence of microvibration (unloading and deformation stop in this case), it depends on the material type and crystal system, but in general, the application of microvibration causes ρ 1 < 1, indicating a tendency for the strength to decrease. And the extent of it varies slightly depending on the material type and crystal system. This decrease in strength is due to the ease of movement of dislocations and the improvement in mobility compared to the conventional method of unidirectional and continuous tensile deformation only. That is, as described above, dislocation groups (corresponding to a large number of microscopic line defects) that have migrated inside the work plastic body form grain boundaries, impurities, non-metallic inclusions, precipitates, substitutional atoms, and solids. It is presumed that various "inhibitory conditions" such as the stress field of the solubilized atom, the existence of its own pile up or other dislocations (groups) are "relaxed" while the movement of the specimen is stopped, and the movement of dislocations proceeds. be done. The reason why the extent differs depending on the material type and the crystal system is that the above-mentioned inhibition conditions differ. Thermodynamically, the reason why the "relaxation" phenomenon occurs can be said to be based on the "law of entropy increase."

このような微視的な転位挙動に基づく巨視的な強度の低下は、予想したとおりであり、本発明の目的を達成する可能性を示唆するものである。なぜなら、過度な強度の増加は、局部的に過大な硬化を招きやすく、材料の臨界破断力σcrを越えてしまいやすいからである。即ち、微振動動作の付与による強度の低下は、
σcr >σcr
なる関係が結果として実現し、絞り加工性の向上を期待させるものといえる。
The reduction in macroscopic strength due to such microscopic dislocation behavior is as expected and suggests the possibility of achieving the object of the present invention. This is because an excessive increase in strength tends to locally cause excessive hardening and easily exceed the critical breaking strength σ cr of the material. That is, the decrease in strength due to the application of microvibration is
σ cr * > σ cr
It can be said that the relationship of

強度特性は、TSのみではなく、降伏点YSやYS~TS間のflow stress(流動応力)Sをも考慮すべきであるが、このことに関しては、後出のn値の定義式(11)のn=(dσ/dε)から検討する。 For strength characteristics, not only TS but also the yield point YS and flow stress S between YS and TS should be considered, but regarding this, the n value definition formula (11) , n=(dσ/dε).

次に「延性」に着目する。延性は単軸引張変形においては通常全伸びELや伸び率λで示される。解析が必要な場合は、均一伸びEL(伸び率λ)及び局部伸びEL(伸び率λ )をも用いる。この場合、次の関係がある:EL≡EL=EL+EL ;λ≡λ=λ+λ )。ここに下ツキtは、totalを表す。これらは単軸引張試験おいて慣用的に用いられる延性パラメーターを表す「伸び量」であり、強度の場合と同様、真歪εで表すと、ε=n(1+λ)である(式(20)を参照)。 Next, we will focus on “ductility”. Ductility is usually indicated by total elongation EL or elongation rate λ in uniaxial tensile deformation. Uniform elongation EL u (elongation rate λ u ) and local elongation EL l (elongation rate λ l ) are also used if analysis is required. In this case, we have the following relationships: EL≡EL t =EL u +EL l ; λ≡λ tu l ). Here, the lower bracket t represents total. These are "elongation amounts" that represent ductility parameters commonly used in uniaxial tensile tests, and, as in the case of strength, when represented by true strain ε, ε = l n (1 + λ) (Equation (20 )).

表1の結果では、ρ>1であり、伸びは殆どすべての条件下において明らかに改善されていた。金属材料では、式(12)のLudwickの関係、σ=Cεが成り立つことが実証されているので、εは、
ε=exp{(σ/C)}/n} (63)
で表されるから、もしσを一定と仮定すると(Cは定数)、同一σに対して、絞り加工の場合、絞り深さを効率的に深くすることができ、プレス絞り加工性を向上させる可能性があることを意味する。
The results in Table 1 show that ρ 1 >1 and the elongation is clearly improved under almost all conditions. For metallic materials, it has been demonstrated that the Ludwick relation of equation (12) holds, σ=Cε n , so ε is
ε=exp {(σ/C)}/n} (63)
Therefore, if σ is assumed to be constant (C is a constant), the drawing depth can be efficiently deepened in the case of drawing for the same σ, improving press drawing workability It means that there is a possibility.

このことは、本発明によって、加工度が同じであっても転位の運動が容易化されることによって、いわゆる微視的歪が、巨視的な良成形性の実現をもたらすであろうことを意味する。従って、実際のプレス絞り加工に有利に作用すると考えられるので、本発明の目標とするプレス絞り加工性の向上に寄与する可能性を有することは明らかである。 This means that the so-called microscopic strain will lead to the realization of good macroscopic formability by facilitating the movement of dislocations even if the degree of working is the same according to the present invention. do. Therefore, since it is considered that it acts favorably in actual press drawing, it is clear that it has the possibility of contributing to the improvement of press drawability, which is the target of the present invention.

「加工硬化指数n値」の結果を指標ρから判断すると、BCC金属の場合は殆ど変化せず、FCC金属では若干増加傾向が生じている。また、HCP金属の場合に変化はみられない。この原因は、BCC及びHCPにおいては、単位格子の原子密度が比較的小さいために、転位の増殖がそれほど大きくならず、加工硬化の程度が比較的少ないことにあると考えられる。これに対してFCC単位格子はBCCやHCPと比較すると原子密度が大きいから、転位の増殖が活発となり、転位密度が大きくなるために、運動時の抵抗が相対的に増大し、硬化しやすくなってn値の増加を招くものと考えられる。 Judging the results of the "work hardening exponent n value" from the index ρ1, there is almost no change in the case of BCC metal, and there is a slight increase in the case of FCC metal. Also, no change is seen in the case of the HCP metal. The reason for this is considered to be that in BCC and HCP, since the atomic density of the unit cell is relatively low, dislocation propagation does not increase so much and the degree of work hardening is relatively small. On the other hand, since the FCC unit cell has a higher atomic density than the BCC or HCP, dislocation propagation becomes active, and the dislocation density increases. It is considered that the increase in the n value is caused by

最終的には式(15)の臨界破断力σcr が深絞り加工性を規定するが、この関数関係は、改めて次式で示される(式(16)参照):
σcr =f(n,r,σ,t) (64)
この関数関係式中で、図9からも分かるように、一般にn値の影響は軽度である。ただ、FCC金属については、0019に記したように、n値の増加が加工性にプラスに作用する。
Ultimately, the critical rupture force σ cr * of formula (15) defines the deep drawability, but this functional relationship is again expressed by the following formula (see formula (16)):
σ cr * = f(n, r, σ u , t) (64)
In this functional relationship, as can be seen from FIG. 9, the n value generally has a slight effect. However, for FCC metals, as noted in 0019, an increase in the n value has a positive effect on workability.

「塑性歪比r値」の結果を指標ρから判断すると、単軸引張変形中にBCC金属の場合、加工の進行に際して一般に起こる「減少傾向」の「抑制・緩和」が生じている。これに対して、FCC金属及びHCP金属では一貫して減少低下傾向が進んでいる(焼鈍材料を加工すると、すべり系がランダム化するために、一般にr値は減少する)。このBCCにおける原因は、上記原子密度、つまり転位密度とステレオ三角図(逆極点図)上のシュミット因子の影響により、加工中に結晶回転が生じやすくなり、しかも材料内部の自由エネルギーの変化によって、絞り加工に有利な{111}面強度の維持・生成に微振動動作が関与して、それを容易化するためと推量される。これに反してFCCやHCPの場合は、BCCと相反する微視的機構(たとえば、結晶集合組織のランダム化の生じやすさ等)に従って、r値の低下が加工の進捗とともに一貫して進むものと考えられる。 Judging the result of "plastic strain ratio r value" from the index ρ1, in the case of BCC metal during uniaxial tensile deformation, "suppression/relaxation" of the "decreasing tendency" that generally occurs as the working progresses occurs. On the other hand, FCC and HCP metals show a consistent downward trend (when annealed materials are worked, the slip system is randomized, so the r-value generally decreases). The cause of this BCC is that the above-mentioned atomic density, that is, the dislocation density and the influence of the Schmid factor on the stereo triangle diagram (inverse pole figure) make it easier for crystal rotation to occur during processing, and furthermore, due to the change in free energy inside the material, It is presumed that the micro-vibration operation is involved in the maintenance and generation of the {111} plane strength that is advantageous for drawing, and that this is facilitated. On the other hand, in the case of FCC and HCP, the r-value declines consistently with the progress of processing, according to a microscopic mechanism that conflicts with BCC (for example, the likelihood of randomization of the crystal texture). it is conceivable that.

n値の場合と同様に、最終的には式(16)(σcrの計算式)及び式(54)(絞り抜け深さHmaxの計算式)に従って絞り加工性が決定されるわけであるが、式(15)(加工力P>フランジ抵抗P)についてσcrに対するr値の影響をしらべると、n値よりもはるかに大きい(図9)。それゆえ、円筒深絞り加工試験においては、微振動動作の効果が期待される。ただし、これら単軸引張変形特性結果から判断すると、成形性向上効果は、BCC金属のほうがFCC金属やHCP金属より大きいことが予想される。 As in the case of the n value, the drawability is finally determined according to formula (16) (calculation formula for σ cr ) and formula (54) (calculation formula for drawing depth H max ). However, the effect of the r value on σ cr for Eq. (15) (working force P f >flange resistance P f ) is much larger than the n value (FIG. 9). Therefore, in the cylindrical deep drawing test, the effect of micro-vibration operation is expected. However, judging from the results of these uniaxial tensile deformation characteristics, it is expected that the BCC metal is more effective in improving formability than the FCC metal and the HCP metal.

「臨界破断力σcr(上記単軸引張変形の替りに等二軸引張変形によって実測した)」に関しては、一般にρ>1の傾向がある。これは既述した強度特性が一般にρ>1の傾向を示しているのと照合しており、微振動動作の付与が加工性の向上をもたらす可能性を示唆する根拠になると考えられる結果となっている。 Regarding the "critical breaking force σ cr (actually measured by equibiaxial tensile deformation instead of the above uniaxial tensile deformation)", there is generally a tendency of ρ 1 >1. This is in line with the fact that the strength characteristics described above generally show a tendency of ρ 1 >1, and the result is considered to be the basis for suggesting the possibility that the application of microvibration operation will improve workability. It's becoming

以上、それぞれの特性値において、「加工温度」を室温から100℃に上げた場合の結果を指標ρから判断すると、強度の低下及び延性(伸び)の上昇傾向が強調されている。そして加工の進展とともに、室温の場合とは逆に若干のn値の増加とr値低減抑制効果の増大が認められた。即ち、加工温度の上昇が機械的特性に寄与している。この原因は、転位の消滅・加工歪の解消・応力場の開放に熱エネルギーが関与し、材料の加工組織に初期的な回復がもたらされることにあるとみられる。これらの現象は、いずれも深絞り加工性向上効果を有することを意味する。即ち、ポンチの微振動動作の付与によるプレス加工が材料内部の加工組織の変化・改善の促進・助長効果を有することを見出したといえる知見である。 As described above, judging from the index ρ1 for each characteristic value when the "processing temperature" is raised from room temperature to 100° C., the decrease in strength and the increase in ductility (elongation) tend to be emphasized. As the processing progressed, a slight increase in the n value and an increase in the effect of suppressing the reduction of the r value were observed, contrary to the case at room temperature. That is, the increase in processing temperature contributes to the mechanical properties. The reason for this is thought to be that thermal energy is involved in the disappearance of dislocations, the elimination of working strain, and the opening of stress fields, and the initial recovery of the worked structure of the material is brought about. These phenomena all mean that they have an effect of improving deep drawability. That is, it can be said that it was discovered that press working by applying micro-vibration motion of the punch has the effect of promoting and promoting change and improvement of the processed structure inside the material.

表2には、平底円筒絞り加工における従来法(ポンチの微振動動作の付与なし;温度Tは室温;速度vは単軸引張変形時と同じ3mm/sec)に対する微振動動作の付与の相対的な効果に関する比率(ρ)を、表1における式(62)と同様に定義し(次段落)、金属種と金属結晶系に分類して示した。ここで、深絞り加工条件は、直径40mmの平底円筒絞りとし、潤滑剤としては40℃での動粘度が245cStの液体油性のものを使用した。微振動ポンチストローク距離は、前進X=2.5mm、後退X=0.5mm、振動数ν=3Hz、よって前進速度V=7.5mm/sec、後退速度V=1.5mm/secとなるから、平均速度V=3mm/secとなり、従来法の場合と同様である。微振動動作のパターンPは、従来法にならって絞り抜けまで加減速線形前進後退等速運動(P)とした。加工温度TはRTとT’≦T<RTとに区分した。T‘は材種によって変えるべきであるが、ここでは100℃一定とした。 Table 2 shows the relative application of micro-vibration motion to the conventional method in flat-bottom cylindrical drawing (no micro-vibration motion of punch; temperature T is room temperature; speed v is 3 mm / sec, which is the same as during uniaxial tensile deformation) The ratio (ρ 2 ) related to the positive effect is defined in the same manner as the formula (62) in Table 1 (next paragraph), and is shown classified by metal species and metal crystal system. Here, the deep drawing was performed by flat-bottom cylindrical drawing with a diameter of 40 mm, and the lubricant used was a liquid oil having a kinematic viscosity of 245 cSt at 40°C. The micro-vibration punch stroke distance is forward X p =2.5 mm, backward X r =0.5 mm, frequency ν=3 Hz, therefore forward speed V p =7.5 mm/sec, backward speed V r =1.5 mm/ sec, the average velocity V=3 mm/sec, which is the same as in the conventional method. The micro-vibration motion pattern Pj was a uniform acceleration/deceleration forward / backward motion (P1) until the throttle was released, following the conventional method. The processing temperature T was divided into RT and T'≤T<RT. Although T' should be changed depending on the material type, it is set at 100°C here.

Figure 2022132267000003
実施例1と同様に、従来法に対して微振動動作を付与したときの加工性の結果とその傾向を評価する評価指標として、次式で示されるρを用いる:
ρ=(微振動動作の付与の結果・傾向)/(従来法の結果・傾向)(65)
よって、両加工方法による種々の条件における結果と・傾向をρによって微振動動作の付与の可否を判断することができる。
Figure 2022132267000003
As in Example 1, ρ 2 given by the following formula is used as an evaluation index for evaluating the result and tendency of workability when microvibration motion is applied to the conventional method:
ρ 2 = (result/tendency of application of micro-vibration motion)/(result/tendency of conventional method) (65)
Therefore, it is possible to judge whether or not to apply the micro-vibration operation by means of the results and tendencies of ρ2 under various conditions by both processing methods.

本発明と従来法の深絞り法とを比べた「深絞り性」は、ひとつには円筒深絞り加工の際に通常使用される絞り比DRとその破断限界を示す限界絞り比LDRが既述のように次式で定義されるので、
DR≡(D/D);LDR≡(D/Dmax (21)
これらを指標とする。ここに、D及びDはそれぞれ円形ブランクの直径とポンチの直径を表す。ふたつには、既述のように直接的に絞り深さH及び破断限界の深さHmaxをデータとする。これらのデータは次の関係式で結ばれる。ただし、成形品に耳の発生がないか、または無視できる場合を想定した場合である(式(22)参照):
max=<(D/4)[{DR/(1-τ)}-1]>max(22)
ここに、τは平均板厚減少率である。
The "deep drawability" comparing the deep drawing method of the present invention and the conventional method is one of the drawing ratio DR normally used in cylindrical deep drawing and the critical drawing ratio LDR indicating the fracture limit. is defined by the following formula,
DR[identical to]( D0 / Dp ); LDR[identical to]( D0 / Dp ) max (21)
These are used as indices. where D 0 and D p represent the diameter of the circular blank and the diameter of the punch, respectively. Secondly, as described above, the drawing depth H and the fracture limit depth Hmax are directly used as data. These data are linked by the following relational expression. However, it is assumed that the molded product has no ears or can be ignored (see formula (22)):
H max =<(D p /4)[{DR 2 /(1−τ)}−1]> max (22)
Here, τ is the average plate thickness reduction rate.

まず、室温における「絞り加工性」について説明する。加工性をLDR及びHmaxでみると、いずれも例外なく従来法よりも微振動動作を付与した絞り加工法のほうが、相対比率ρ>>1;従来法より著しく大きい;即ち、微振動動作の付与の効果がすべての金属・合金で生じている。このことは、微視的な変形機構が巨視的な絞り加工性に反映しているものと考えられるから、既述の発案内容・メカニズムが予想どおり作用していることを明確に示している。
なお、関連する結果として、「変形の余裕度ζ」については、段落0082にしるし同時に式(15)及び0027に示したη≡P>Pd(記号≡の右辺は、それぞれフランジ変形抵抗及び臨界破断抵抗)を満た左なければならない。
First, the "drawability" at room temperature will be described. Looking at the workability in terms of LDR and H max , the drawing method to which the micro-vibration motion is imparted is, without exception, the relative ratio ρ 2 >>1; significantly larger than that of the conventional method; The effect of imparting is occurring in all metals and alloys. This clearly indicates that the above-described idea content and mechanism are working as expected, since it is considered that the microscopic deformation mechanism is reflected in the macroscopic drawability.
As a related result, regarding the "deformation margin ζ", η≡P f >Pd (the right side of the symbol ≡ is the flange deformation resistance and the critical breaking resistance) must be satisfied.

この作用機序には加工条件(材料及び結晶系)によって大小の関係がみられる。以下に、殆どがBCC(体心立方)系結晶に属する「鉄系の材料」について、二つの観点からしるす。 This action mechanism has a magnitude relationship depending on processing conditions (material and crystal system). Below, "iron-based materials", which mostly belong to BCC (body-centered cubic) system crystals, will be described from two viewpoints.

第一に材料の種類を大別した鉄系と非鉄系の結果を比較すると、発明の効果は鉄系のほうが大きい。その理由は明確ではないが、経験上、鉄元素とその合金は、歴史上使用材料が石器-土器-青銅器-鉄器と順次推移してきたなかで、強くて加工しやすいことが知られており、4000年来使用されてきている。これをナノレベルの状態と挙動から推測すると、鉄の元素番号が26と原子量が全元素中で“中庸”であることと、原子核を構成する陽子と中性子の和が偶数の、外乱に対して比較的安定ないわゆる“ボーズ粒子”であるという事実とから、ナノレベルの転位の運動が原子間力の影響を平均的に受け、その程度が比較的小さいことに関連するものと推察される(原子核反応にまで遡ると、金属元素である“鉄”の宇宙における存在比が異常に大きい事実に対し、同様な説明がなされている)。同時に、シュミット因子を規定する逆極点図上の結晶配位と結晶回転も無視できない。 First, comparing the results of iron-based and non-ferrous materials, which are roughly classified by type of material, the effect of the invention is greater for iron-based materials. The reason for this is not clear, but empirically, iron elements and their alloys are known to be strong and easy to process, as the materials used historically have changed from stoneware to earthenware to bronze to ironware. It's been in use for years. Inferring this from the nano-level state and behavior, the element number of iron is 26 and the atomic weight is "moderate" among all elements, and the sum of the protons and neutrons that make up the nucleus is an even number. Based on the fact that dislocations are relatively stable so-called "Bose particles", it is speculated that the movement of nano-level dislocations is evenly affected by the interatomic force, and that this is related to the fact that the degree of influence is relatively small ( Going back to nuclear reactions, the same explanation is given for the fact that the abundance ratio of the metallic element "iron" in the universe is abnormally large.) At the same time, the crystal orientation and crystal rotation on the inverse pole figure that define the Schmidt factor cannot be ignored.

第二に、上記のように鉄系材料の殆どがBCC結晶構造からなっており、原子密度が比較的小さく、転位の運動が容易で、すべり挙動が比較的容易なことも原因している。その証拠に、表2において、非鉄金属であり、かつBCC系のニオブやタンタルのρが大きい結果を得た。 Secondly, as described above, most iron-based materials have a BCC crystal structure, which has a relatively low atomic density, easy dislocation movement, and relatively easy slip behavior. As a proof of this, in Table 2 , the results of niobium and tantalum, which are non-ferrous metals and are BCC-based, have a large ρ2.

いいかえれば、微振動動作の付与に際しては、材料の結晶系の影響が存在する。この事実は、表1のr値に関するρ値とも照合している。BCCでは、転位の運動が障害にさらされても、ポンチの後退によるポンチ・材料非接触余裕時間内に発生した応力場や歪場が、FCCやHCPよりも小さい原子密度を呈するために、比較的容易に緩和されやすいとみられる。そして、繰り返される微振動動作の付与によって、この緩和現象の継続が、絞り加工性を大幅に向上させる原因となる。 In other words, the effect of the crystal system of the material exists when applying the microvibration motion. This fact also matches the ρ 1 values for the r values in Table 1. In BCC, even if the movement of dislocations is disturbed, the stress field and strain field generated within the punch-material non-contact margin time due to the retreat of the punch exhibit a smaller atomic density than in FCC and HCP. It is considered that the policy is likely to be easily mitigated. Then, the continuation of this relaxation phenomenon by the application of repeated microvibration causes a significant improvement in drawability.

次いで、加工異方性について調べると、程度は大きくはないが、明らかにプラスの効果が認められた。即ち、実用金属材料は、加工に際して等方性を呈するものではなく、種々の面・方位を有する多結晶集合組織からなるために、加工に際して辺縁部に凹凸(耳)を生じる異方性を呈するものである。加工品としては、凹耳部までしか使えないので、凹耳部までの絞り深さが深いこと、いいかえれば凸耳と凹耳の差ができるだけ小さい等方的な加工状態になることが望ましい。従って、本発明は従来法に比べて明らかに耳の差と凹耳深さが大きく、異方性低減に優れた加工法といえる。
「耳」が微振動動作の付与によって多少とも低減した理由は、かかる緩和現象が応力場や歪場を平均化し、微視的すべり現象をランダム化して、加工の進展によるr値の低下に起因するマイナス効果を考慮に入れても、トータルとしてはプラスの効果、即ち、耳の低下に寄与したことにあると考えられる。
Next, when the processing anisotropy was examined, a positive effect was clearly observed although the degree was not large. In other words, practical metal materials do not exhibit isotropy when processed, but are composed of polycrystalline textures with various planes and orientations. It presents. As a processed product, only the recessed ear can be used, so it is desirable that the depth of drawing up to the recessed ear is deep, in other words, it is isotropic processed so that the difference between the convex ear and the concave ear is as small as possible. Therefore, it can be said that the present invention is a processing method excellent in reducing anisotropy, since the edge difference and concave edge depth are clearly larger than those of the conventional method.
The reason why the "ears" were reduced somewhat by the application of microvibration is that the relaxation phenomenon averages the stress field and strain field, randomizes the microscopic slipping phenomenon, and decreases the r value due to the progress of processing. Even taking into account the negative effect of the ear, the total positive effect, that is, it contributed to the deterioration of the ear.

表2の結果の欄の最後に「形状凍結性・寸法精度」の傾向をしるした。
平底円筒絞り成形の場合、形状凍結性は、
おもに、
・真円度(耳の発生は通常ある程度免れないので、凹耳直下から平底までの各位置において、種々の方向(角度)の直径の寸法変化から判断する)、
・円筒度(成形体の円筒の上下方向の各位置における直径を測定し、深さ方向の寸法変化傾向から判断する)、及び
・底部平坦度(成形体の平底の平坦度から判断するが、円筒と平底の連続部分(ポンチの肩半径に相当)の変化も測定するのが望ましい)
の3点が関係する。
At the end of the results column in Table 2, the tendency of "shape fixability/dimensional accuracy" is shown.
In the case of flat-bottom cylindrical draw forming, the shape freezeability is
Mainly
・Roundness (Because the generation of ears is usually inevitable to some extent, it is judged from the dimensional changes in the diameter in various directions (angles) at each position from directly below the concave ears to the flat bottom),
· Cylindricity (measure the diameter at each position in the vertical direction of the cylinder of the molded body and judge from the dimensional change tendency in the depth direction), and · Bottom flatness (judgment from the flatness of the flat bottom of the molded body, It is desirable to also measure the change in the continuous part of the cylinder and the flat bottom (equivalent to the shoulder radius of the punch))
Three points are related.

形状凍結性は、主として弾性変形時の弾性歪(スプリングバック及びスプリングゴー)によって決定され、成形体の微視的な塑性歪の性状と分布状況の影響を受ける。相互の定量的な関係は不詳であるが、表2の結果では、総ての材料において多少にかかわらずρ>1が得られているので微振動動作の付与効果が現れている。 The shape fixability is mainly determined by elastic strain (springback and springgo) during elastic deformation, and is affected by the properties and distribution of microscopic plastic strain of the compact. Although the mutual quantitative relationship is unknown, the results in Table 2 show that ρ 2 >1 is obtained for all the materials regardless of the degree, so the effect of imparting microvibration motion appears.

その理由を実証するのは困難であるが、仮説として次のように説明することができる。即ち、弾性変形を含む全加工過程において外力負荷が0になる時間が存在しているので、負荷によって生じた内部組織状態がある程度復元して元の状態に戻ろうとする変化、つまり緩和現象が起こり、それが積み重なって従来の加工方法に比べて転位組織及び加工集合組織が均一状態になり、加工後の弾性変形分が元に戻ろうとする現象に対して、トータルにみて抵抗作用を及ぼことになろう。その結果、巨視的な歪に起因する形状/寸法精度(形状凍結性)性が向上する。さらに、変形余裕度ζ値が向上した事実が、余裕のある加工を可能にするので、加工後に基に戻ろうとする内部応力が減少するから、形状凍結性に効果を及ぼすことが推認できる。 Although it is difficult to prove the reason, it can be explained as follows as a hypothesis. That is, since there is a time during which the external force load becomes 0 in the entire processing process including elastic deformation, the state of the internal tissue caused by the load is restored to some extent and returns to its original state, that is, a relaxation phenomenon occurs. As a result, the dislocation structure and the processed texture are more uniform than in the conventional processing method, and the elastic deformation after processing tends to return to its original state. Become. As a result, shape/dimensional accuracy (shape fixability) due to macroscopic strain is improved. Furthermore, since the fact that the deformation margin ζ value is improved makes it possible to work with a margin, the internal stress that tries to return to the original state after processing is reduced, so it can be inferred that the shape fixability is effective.

さらに、絞り成形体の及び1.5次加工性(リストライク及びしごき加工)の結果をみると、いずれもρ値が1よりも増加しており、従来法に比べて形状矯正能が改善している。これは、上述したように微振動動作の付与によって、式(50)に示した変形の余裕度ζが増大したからである。 Furthermore, when looking at the results of the draw-formed product and the 1.5th workability (restrike and ironing), the ρ2 value is higher than 1 in both cases, and the shape correction ability is improved compared to the conventional method. is doing. This is because the margin of deformation .zeta. shown in the equation (50) is increased by applying the micro-vibration motion as described above.

同様に2次加工性(穴あけ及びバーリング突起出し加工)についても前段落と同じ結果が得られた。その原因がやはりζの増大が主因であることは明らかである。この事実は工業的応用に際して大変有利であり、応用範囲を広げるうえで期待されるものであり、産業上の利用可能性を考慮する際に重要である。 Similarly, the same results as in the previous paragraph were obtained with regard to secondary workability (drilling and burring protrusion processing). It is clear that the main reason for this is the increase in ζ. This fact is very advantageous for industrial application, is expected to expand the range of application, and is important when considering industrial applicability.

以上の実施例2において、「加工温度」をRTから100℃に上げると、深絞り性がさらに向上する。これは、巨視的には実施例1にしるした単軸引張変形挙動、即ち、単軸引張特性と密接な関係を有していると同時に、外力負荷による微視的な転位の運動の容易化が一層顕著になるからである。 In Example 2 above, if the "working temperature" is raised from RT to 100° C., the deep drawability is further improved. Macroscopically, this has a close relationship with the uniaxial tensile deformation behavior shown in Example 1, i.e., the uniaxial tensile properties, and at the same time facilitates the microscopic movement of dislocations due to external force loading. becomes even more pronounced.

そして、深絞り加工性・加工異方性・形状凍結性(寸法精度)・1.5次加工性(リストライクとしごき加工)・2次加工性(穴あけとバーリング突起出し加工性)のいずれにおいても、100℃という比較的低温度における加温処理が、微視的振動深絞り加工性にプラスの効果をもたらすことが分かる。従って、必要に応じて、温度効果を重畳させるのが望ましい。なお、外力負荷量・速度・振動数・前進距離と後退距離・緩和時間等の適正値が各種材料に関連・付随しているのはいうまでもない。 In addition, in any of deep drawing workability, processing anisotropy, shape fixability (dimensional accuracy), 1.5 workability (restrike and ironing), and secondary workability (drilling and burring protrusion workability) Also, it can be seen that the heating treatment at a relatively low temperature of 100°C has a positive effect on the microscopic vibration deep drawability. Therefore, it is desirable to superimpose temperature effects, if desired. It goes without saying that appropriate values for external force load, speed, frequency, advance distance, retreat distance, relaxation time, etc. are related to and associated with various materials.

本発明の技術は、上記のように典型的な塑性加工分野である深絞り加工に限定されるものではなく、場合によって塑性加工の範疇に入るその他の技術、例えば押し出し加工や引き抜き加工、鍛造加工や転造加工、曲げ加工や張出加工等の諸分野にも適用することができる。 The technique of the present invention is not limited to deep drawing, which is a typical field of plastic working, as described above, but other techniques that may fall under the category of plastic working, such as extrusion, drawing, and forging. It can also be applied to various fields such as rolling, bending, and bulging.

なお、絞り加工を主体とする本発明による「微振動ポンチストローク制御」によるプレス加工方法を実際に適用可能な具体的な事業対象には、次のものがある:ハウスウェア用品・厨房機器・調理器・温水器分野、オフィスビル設備関係分野、食品関係・水回り関係(パイプを含む)分野、土木・建設関係(厚/中板・パイプを含む)分野、家電関係(筐体・ガンパーツほか)分野、自動車関連(外板・メンブレン・ディスクブレーキ・排ガス部品・オイルパン・エンジン回りを含む諸物)分野、鉄道車両分野、カメラ・複写機・文房具の分野、パソコン・電気電子部品・移動体情報器・制御関系品分野(電池ケース・センサーケースを含む)、自動販売機・魔法瓶・飲料関係分野、医療機器関連分野(エクスプラント及びインプラント製品)、エネルギー機器・原子力分野、先端科学分野(LNGタンク・原子炉・放射性物質再処理装置・核融合炉・重イオン加速器・素粒子加速器・放射光施設・ニュートリノ検出用巨大タンク・重力波検出装置)・天体物理学・宇宙物理学分野、その他ニッチ関連諸分野等。 The specific business targets to which the press working method based on the micro-vibration punch stroke control according to the present invention, which is based on drawing, can actually be applied include the following: houseware goods, kitchen equipment, and cooking. Water heater/water heater field, office building equipment field, food/plumbing (including pipe) field, civil engineering/construction (including thick/medium plate/pipe) field, home appliance (housing, gun parts, etc.) ) field, automobile-related fields (outer panels, membranes, disc brakes, exhaust gas parts, oil pans, and various items around the engine), railroad vehicle fields, cameras, copiers, stationery fields, personal computers, electric and electronic parts, mobile bodies Information equipment and control-related products (including battery cases and sensor cases), vending machines, thermos bottles, and beverage-related fields, medical equipment-related fields (explants and implant products), energy equipment/nuclear fields, advanced science fields ( LNG tanks, nuclear reactors, radioactive material reprocessing equipment, nuclear fusion reactors, heavy ion accelerators, elementary particle accelerators, synchrotron radiation facilities, giant tanks for neutrino detection, gravitational wave detectors), astrophysics, space physics, etc. Niche-related fields, etc.

Claims (13)

絞り加工を主体とする金属材料のプレス加工に際して、
ポンチを上下動させてポンチストロークに振動を与えるポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法であって、
ポンチストロークにおけるポンチの前進行程において、前記ポンチと前記金属材料の接触時に前記金属材料に対する加工力が発生し、前記金属材料の成形が進み、
前記ポンチの後退行程と次に続くポンチの前進行程において、前記ポンチが前記金属材料に接触するまでの非接触時に、前記金属材料の内部に生じたナノレベルの微視的な応力場と歪場を緩和・平準化させる微振動動作を、
前記ポンチストロークに付与することを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
When pressing metal materials mainly by drawing,
A micro-vibration press working method for a metal material by means of punch stroke control in which the punch is moved up and down to vibrate the punch stroke,
During the forward movement of the punch in the punch stroke, a working force is generated on the metal material when the punch and the metal material come into contact with each other, and the forming of the metal material progresses.
In the retraction stroke of the punch and the subsequent forward stroke of the punch, when the punch is not in contact with the metal material, nano-level microscopic stress fields and strain fields are generated inside the metal material. The micro-vibration action that alleviates and smoothes the
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized in that it is applied to the punch stroke.
1回のポンチストロークの前進及び後退距離をX及びXとすると
この間の進行距離はΔX=X-Xr,
さらに前記前進及び後退速度をV及びV、前進及び後退時間をt及びtとすると、
この間の進行速度はΔV=ΔX/(t+t)=(V・t)/(t+t)≡(X+X)/(t+t)であり、
この場合、前記微振動動作は、X>X,(即ちΔX>0)及びV>V,(即ちΔV>0)(ポンチの進行方向を+、後退方向を-とする)を同時に満たすことを特徴とする請求項1に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
Assuming that the forward and backward distances of one punch stroke are X P and X r ,
The traveling distance during this period is ΔX=X P −X r,
Further, if the forward and backward speeds are V P and V r , and the forward and reverse times are t P and t r ,
The traveling speed during this period is ΔV=ΔX/(tP + tr )=( VP · tP )/( tP + tr )≡( XP +Xr)/( tP + tr ),
In this case, the micro-vibration operation is X P >X r , (that is, ΔX>0) and V P >V r , (that is, ΔV>0) (the forward direction of the punch is + and the backward direction is −). 2. The micro-vibration press working method for metal materials by punch stroke control according to claim 1, wherein the filling is performed at the same time.
前記微振動動作させた前記ポンチストロークによる前記プレス加工において、
移動距離をXとした場合、添え字P,rをそれぞれ前進及び後退線形運動を表すものとして、
X>0;0mm<X≦100mm;0mm<X≦50mm;X≧X>0なる条件と、
移動速度をVとした場合、V≧1mm/sec;V≧V>0なる条件の双方を満たすことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
In the press working by the punch stroke with the fine vibration operation,
Assuming that the movement distance is X and the subscripts P and r denote forward and backward linear motion, respectively,
X>0; 0 mm<X P ≦100 mm; 0 mm<X r ≦50 mm; X P ≧X r >0;
When the movement speed is V, both conditions of V P ≥ 1 mm/sec and V P ≥ V r > 0 are satisfied. Micro-vibration press processing method.
前記ポンチストロークに付与される前記微振動動作の振動数ν(Hz)の範囲は3≦ν≦10であり、
前記ポンチストロークの上死点から下死点までのサーボ制御による加工中の前進・後退振動のポンチストロークの微振動動作のパターンは、
慣用加減速線形定速前進後退等速又は非等速運動(P)、
定速戦記前進後退等速又は非等速運動(P)、
もしくは正弦波定角速度線形前進後退等速又は非等速運動(P)、
或いはこれらを組み合わせたPj(j=1or2or3)
であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
The range of the frequency ν (Hz) of the micro-vibration operation applied to the punch stroke is 3 ≤ ν ≤ 10,
The micro-vibration pattern of the punch stroke of forward and backward vibration during machining by servo control from the top dead center to the bottom dead center of the punch stroke is as follows.
Conventional acceleration/deceleration linear constant speed forward/backward constant or non-uniform motion (P 1 ),
Constant speed forward and backward constant or non-uniform motion (P 2 ),
or sinusoidal constant angular velocity linear forward and backward uniform or non-uniform motion (P 3 ),
Or Pj C j (j=1 or 2 or 3) combining these
The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記Pj(j=1or2or3)中のP(j=1or2or3)の占める比率Ψ(j=1or2or3)(ただしΣΨ=1であることを前提とする)は任意にとることができ、
前記振動数ν(Hz)の繰り返し数Nは1~3回であることを特徴とする請求項4に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
The ratio Ψ j (j = 1 or 2 or 3) of P j (j = 1 or 2 or 3) in Pj C j (j = 1 or 2 or 3) (assuming that ΣΨ j = 1) can be arbitrarily set,
5. The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to claim 4, wherein the repetition number N i of said frequency ν (Hz) is 1 to 3 times.
前記微振動動作させたポンチストロークによる前記プレス加工における平均移動速度がVave、最大絞り深さがHmax、最大絞り加工時間がTmaxとすると、
それぞれ次式、
ave=<Σ[∫{(X-X)/ν}・t]dt>/t
Hmax=[∫∫{(X-Xr)・ν}dvdt]max
max=Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}](Ni)
で示される(ここにtは絞り抜けに要した時における時間)ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
Assuming that the average moving speed in the press working by the punch stroke with the fine vibration operation is V ave , the maximum drawing depth is H max , and the maximum drawing time is T max ,
respectively,
V ave =<Σ[∫{(X P −X r )/ν}·t]dt>/t f
Hmax=[∫∫{(X P −Xr)·ν}dvdt] max
T max =Σ<Σ[∫{(1/ν)dν}] (Ni) > i
(here, t f is the time required for drawing out).
前記微振動動作させたポンチストロークによる前記プレス加工における前記金属材料の加工温度Tが前記金属材料の結晶系によって以下の条件
体心立方系材料:室温≦T≦200℃
面心立方系材料:室温≦T≦300℃
稠密六方系材料:室温≦T≦400℃
に従うことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
The processing temperature T of the metal material in the press working by the punch stroke with the micro-vibrating operation is based on the crystal system of the metal material under the following conditions Body-centered cubic material: room temperature ≤ T ≤ 200 ° C.
Face-centered cubic material: room temperature ≤ T ≤ 300°C
Dense hexagonal material: room temperature ≤ T ≤ 400°C
The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of claims 1 to 6, wherein
前記金属材料が、前記室温を20℃とした場合、以下の結晶系によって、
体心立方系材料:純鉄・炭素鋼・高張力鋼・
表面処理鋼・フェライトステンレス鋼・
β型チタニウム合金・タンタル・ニオブ
面心立方系材料:オーステナイトステンレス鋼・アルミニウム合金
・銅合金
稠密六方系材料:マグネシウム合金・α型チタニウム合金
であることを特徴とする請求項7に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
When the room temperature is 20° C., the metal material has the following crystal system:
Body-centered cubic materials: pure iron, carbon steel, high-strength steel,
Surface-treated steel, ferrite stainless steel,
β-type titanium alloy, tantalum, niobium Face-centered cubic materials: austenitic stainless steel, aluminum alloy
Copper alloy Close-packed hexagonal material: Magnesium alloy/α-titanium alloy.
前記加工温度Tに応じて、
動粘度Γが、
T≦40℃の場合:Γ=25~100cSt
T>40℃の場合:Γ=80超~800cSt
の潤滑剤をそれぞれ使用することを特徴とする請求項7又は8に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
Depending on the processing temperature T,
kinematic viscosity Γ is
When T≤40°C: Γ = 25 to 100cSt
When T>40°C: Γ = over 80 ~ 800cSt
9. The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to claim 7 or 8, wherein each lubricant is used.
前記ポンチストロークの上下動に前記微振動動作を付与するサーボ機器と、プレス絞り加工用の金型工具から熱伝導によって前記金型材料の加工温度を制御する温度制御装置を用いることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。 It is characterized by using a servo device that imparts the fine vibration motion to the vertical movement of the punch stroke, and a temperature control device that controls the processing temperature of the die material by heat conduction from a die tool for press drawing. The micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of claims 1 to 9. 請求項7~9のいずれか1項に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を経た成形体に、
加工温度Tが、
T=室温の場合:従来法で、
T=室温超~200℃の場合:温間プレス加工方法で、
リストライク加工またはしごき加工を施すことを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
The molded body that has undergone the micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control according to any one of claims 7 to 9,
The processing temperature T is
When T = room temperature: in the conventional method,
When T = above room temperature to 200°C: in the warm press method,
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized by applying restrike processing or ironing processing.
請求項7~9のいずれか1項、又は請求項11に記載したポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を経た成形体に、
前記加工温度Tが、
T=室温の場合:従来法で、
T=室温超~200℃の場合:温間プレス加工方法で、
穴あけまたはバーリング突起出し加工を施すことを特徴とするポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法。
Any one of claims 7 to 9 or the molded body that has undergone the micro-vibration press working method for metal materials by punch stroke control according to claim 11,
The processing temperature T is
When T = room temperature: in the conventional method,
When T = above room temperature to 200°C: in the warm press method,
A micro-vibration press working method for a metal material by punch stroke control, characterized by performing drilling or burring protrusion processing.
請求項1~請求項12の何れか1項に記載のポンチストローク制御による金属材料の微振動プレス加工方法を利用して、焼鈍熱処理及びマシーニングセンターによる切削加工を回避した単一工程によるプレス加工製品を製造することを特徴とする、プレス加工品の製造方法。 Press working in a single step that avoids annealing heat treatment and cutting by a machining center by using the micro-vibration press working method for metal materials by punch stroke control according to any one of claims 1 to 12. A method for manufacturing a pressed product, comprising manufacturing a product.
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