JP3471418B2 - 残留歪の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形時に生じる
残留歪を除去する方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プレス成形品をプレス加工した
際、金型から取り出した成形品の形状が僅かに戻るよう
な残留歪の対策として、例えば復元分を見越して目的の
形状以上の曲げ角で成形したり、部分的に加熱して残留
応力を取り除いたりするような方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、予め過度に変
形させるような方法は、余分な加工量だけ工程が増える
ことになり、しかもプレス成形品は通常単独で用いられ
るより複数のプレス成形品を溶接等で一体化して用いる
ことが多いにも拘らず、残留応力が残っているため、溶
接時の熱とか塗装時のベーキングによって残留応力が解
放されて、変形したりクラックが生じるという不具合が
あった。

【０００４】また、加熱して残留応力を取り除く方法の
場合は、鉄系素材の場合は１５０〜２００℃程度、一般
的には５００℃程度以上に加熱して数十分から数時間保
持する必要があり、処理時間を要するとともに、処理設
備のためにコスト増を招くという問題があった。

【０００５】そこで、簡易に残留歪を除去することが出
来、且つ処理時間の短い除去方法が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明はプレス成形品を成形する際生じた残留歪を
除去する方法において、プレス成形品の残留歪が生じて
いる箇所に、残留歪を生じさせる残留応力の作用方向に
対して略垂直方向に直流又は交流電流を、ワークの温度
が上昇しない程度の通電時間で、直接通電して原子の振
動エネルギーを増大させ、原子の位置を正規の位置へ戻
すことにより、残留歪を除去するようにした。

【０００７】また、通電方向は、プレス成形品の板厚方
向とした。

【０００８】更に、通電箇所は、残留歪が生じているラ
インに沿って所定間隔置きに複数箇所とした。

【０００９】

【作用】残留歪を生じさせる残留応力は、材料の原子の
正規の格子位置のずれによって生じる。

【００１０】つまり、曲げ成形した場合の成形部をミク
ロレベルで見ると、曲げの表側では原子の本来の格子間
隔より広がっており、曲げの裏側では原子の本来の格子
間隔より狭まっており、この格子間隔を正規に戻そうと
する方向に残留応力が作用する。

【００１１】そして、材料中に含まれる添加元素とか、
格子欠陥とか、構成原子の種類等を因子として、原子の
位置が正規の位置から所定間隔ずれた状態で釣り合うい
わゆる準安定状態になる。

【００１２】そこで、残留応力を除去するためには、こ
の準安定状態を壊してずれている原子を正規の位置に戻
し、残留応力を０にしてやれば良い。

【００１３】そして、例えば従来の熱処理や高周波加熱
による残留歪の除去は、外部から熱エネルギーを加えて
準安定状態を壊すというものであるが、準安定状態を壊
すためには必ずしも熱エネルギーに限ることなく、他の
手段、例えば光、電流、マイクロ波、電磁波の波動等を
用いるようにしても良い。

【００１４】しかし、例えば光の場合であれば、波長を
極度に短くして照射しなければならず、波動の場合であ
れば周波数を大きくしなければならない等の設備上の問
題が生じる。

【００１５】そこで、本発明者達は電流に着目した。つ
まり、電流は電子の流れであり、電子が移動すれば磁場
も発生するため、残留歪が生じている箇所に直接通電す
ることで、準安定状態にある原子の振動エネルギーを増
大させ、準安定状態から安定状態に移行させて残留歪を
除去する。

【００１６】また、電流を流すことによって電子が原子
に衝突し、この衝突によって原子の振動が増加すると考
えられることから、通電はこの衝突が最も高い頻度で起
きるような方向に流すことが望ましい。

【００１７】このため、残留歪を生じさせる残留応力の
作用方向に対して略垂直方向に通電することで、位置の
ずれた原子に対して最も高い頻度で電子を衝突させるこ
とが出来る。

【００１８】また、残留応力の作用方向に対して略垂直
方向のうちでも板厚方向に通電する場合は小さな電力で
済み、効果的に残留応力を取り除くことが出来る。

【００１９】

【実施例】本発明の残留歪の除去方法について添付した
図面に基づき説明する。図１は曲げ部の陵線方向に沿っ
て通電する電極配置の構成例であり、（Ａ）は斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）のＸ部拡大図、図２は板厚方向に通電す
る電極配置の構成例を示す斜視図、図３は通電方向の各
種態様を示す説明図である。

【００２０】プレス加工により成形品に曲げ成形を施し
た場合、成形品を金型から取り出すと曲げ部には残留応
力が作用して曲げ角を減少させる方向に残留歪が発生す
る。そしてこの残留応力は、前述のように原子の位置が
正規の位置からずれたために生起するものと考えられ
る。

【００２１】そこで本案の残留歪の除去方法は、プレス
成形したプレス成形品の曲げ部に対して電流を流し、曲
げ部の原子の振動エネルギーを増加させて原子の位置を
正規に戻し残留歪を除去するようにした。

【００２２】この際、一般的な通電方向として考えられ
るものに、図３（Ａ）に示すように、成形品の曲げ部の
陵線に沿って電流を流す場合と、（Ｂ）に示すように、
板厚方向に対して略垂直方向にスポット的に電流を流す
場合と、（Ｃ）に示すように、残留歪を生じさせる残留
応力の作用方向に沿って電流を流す場合が考えられる
が、本案の場合は、曲げ部の原子に対して電子の衝突の
頻度を高めるため、残留歪を生じさせる残留応力の作用
方向に対して略垂直方向に通電する方法、すなわち
（Ａ）（Ｂ）の方法を採用した。

【００２３】そして、図１は、図３（Ａ）に対応する通
電方法の具体的な電極配置の構成例であり、図２は図３
（Ｂ）に対応する通電方法の具体的な電極配置の構成例
である。

【００２４】まず実施例１として、図３（Ａ）に示す通
電方向で実験した。

【００２５】つまり、下記表１に示すような板厚０．８
mmと１．４mmのそれぞれの冷延鋼板、熱延鋼板、溶融亜
鉛メッキ鋼板を対象試験材として曲げ成形し、例えば図
１（Ａ）に示すようなプレス成形品Ｗにした後、このプ
レス成形品Ｗの曲げ部Ｂのコーナに、図２に示すような
ワニ口クリップ等の挟み治具１を装着し、曲げ部Ｂの陵
線に沿って直流電流を流した。

【００２６】

【表１】

【００２７】この際、曲げ部Ｂの曲げ半径をＲ５とし、
９０度に曲げた後金型から解放し、スプリングバックが
生じたままとしたが、このスプリングバック量は各種対
象試験材において、概ね２０度程度であった。

【００２８】そして、通電時間はワークの温度が上昇し
ない程度の６／５０秒とし、歪が全量解放されてスプリ
ングバックがほぼ０となる最低電流を測定した。

【００２９】この結果、通電電流は、上記表１に示すよ
うに３５〜４６Ａであり、通電後の曲げ角は９１〜９３
度であった。

【００３０】これに対して、上記表１の下２段の板厚
０．８mmの冷延鋼板、熱延鋼板を試験材とした比較例は
従来的な考えに基づき、図３（Ｃ）の通電方向で熱エネ
ルギーによって歪を除去しようとしたものである。

【００３１】この場合、通電時間を６／５０秒とした場
合には電流を３０００Ａまで上げても十分スプリングバ
ックは除去されず、このため通電時間を１秒と長くして
必要な熱エネルギーを与えるようにした。

【００３２】この結果、スプリングバックがほぼ無くな
る最低電流値は、同欄に示すように、４００Ａまたは５
００Ａであった。

【００３３】つまり、実施例１は、熱エネルギーに基づ
く比較例に較べて電流値で１／１０以下、通電時間でも
６／５０と極めてエネルギー的に有利になっていること
が判る。

【００３４】次に、実施例２は、下記表２に示すよう
に、実施例１と同様の対象試験材を用い、且つ図３
（Ａ）〜（Ｃ）に示す通電方向によって、直流と交流電
流の夫々を通電した。

【００３５】

【表２】

【００３６】この場合、対象試験材は実施例１と同様の
大きさのワークを、曲げ半径Ｒ５で９０度に曲げ成形
し、図３（Ａ）（Ｃ）の通電方法の場合はスプリングバ
ックが生じた状態で通電し、図３（Ｂ）の通電方法の場
合は、図２に示すように金型に設けた電極によって金型
内で通電するようにした。

【００３７】つまり、図３（Ｂ）は板厚方向に対して略
垂直方向で、且つ成形品Ｗの曲げ部Ｂに沿って所定間隔
置きに複数箇所で通電するようにしたものであり、例え
ば図２に示すように、上型２に設けた上電極４ａ、４
ｂ、４ｃ（６ａ、…、８ａ、…、１０ａ、…）と下型３
に設けた下電極５ａ、５ｂ、５ｃ（７ａ…、９ａ…、１
１ａ…）によって各曲げ部Ｂ、…を挟み込み、板厚方向
にスポット的に通電する。

【００３８】尚、各上下型２、３と上下電極４〜１１の
間には絶縁部材１２を介装してお互いに独立させ且つ回
路は並立させている。

【００３９】また、曲げ部Ｂに沿った電極４ａ、４ｂ、
…間隔は１０mmとし、電極自体の大きさは直径１mmにす
るとともに、実施例では１０本の電極４ａ、４ｂ、…を
ライン上に配置している。

【００４０】そして、板厚方向に対しては、上記図２に
示すような構成の装置で直流及び交流電流を流し、また
曲げ部Ｂの陵線方向に沿って通電する場合は、前記図１
に示すような装置で直流及び交流電流を流した結果が、
表２の通りである。ここで、通電時間は、実施例１と同
様に６／５０秒とした。

【００４１】また、熱によるとした場合の通電方向は、
図３（Ｃ）の要領で通電し、この際、通電時間を６／５
０秒とした場合には数千Ａ流しても十分な効果が得られ
ないため１秒に増加した。そして、この通電時間で電流
を漸次増加させて、生じていたスプリングバックがほぼ
矯正された電流値を上記表２に示している。因みに、ス
プリングバックが矯正された時点は、曲げ角が８４〜９
６度になった時点とした。

【００４２】この結果から、スプリングバックの矯正が
熱により行われるとした場合の電流値、通電時間に較べ
て電流値で１／１０以下、通電時間で６／５０となり、
エネルギー的に有利になっていることが判る。

【００４３】また、曲げ部Ｂの陵線方向に沿って通電す
るより、板厚方向に略垂直に通電した方が電流値で有利
になっていることも明らかである。

【００４４】ここで、エネルギー的には、電流×電流×
抵抗×時間であるから、例えば溶融亜鉛メッキ鋼板０．
８ｔを例にとれば、従来の熱エネルギーによる場合と、
本案の板厚に対して略垂直方向に通電する場合を比較す
れば、抵抗が同一であるとすれば、２０／５００×２０
／５００×６／５０＝０．０００１９２となり、約５０
００分の１近くのエネルギーで済むことが判る。

【００４５】尚、実際のワークの場合は更に大きくな
り、上記試験材以上の長い通電時間と高電流が必要にな
ると思われるが、従来の方法に較べてはるかに対応が容
易である。また、本発明は実施例以外の材料としてアル
ミ合金材についても同様に適用出来る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明の残留歪の除去方法
は、残留歪が生じている箇所に直流又は交流電流を直接
通電して原子の振動エネルギーを増大させ、原子の位置
を正規に戻して残留応力を除去するようにしたため、簡
便に且つ安価な設備で残留歪を取り除くことが出来る。
この際、残留歪を生じさせる残留応力の作用方向に対し
て略垂直方向に通電することで、位置のずれた原子に対
して最も高い頻度で電子を衝突させることが出来る。ま
た、残留応力の作用方向に対して略垂直方向のうちでも
板厚方向に通電すれば小さな電力で済み、効果的に残留
応力を取り除くことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】曲げ部の陵線方向に沿って通電する電極配置の
構成例であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部
拡大図

【図２】板厚方向に通電する電極配置の構成例を示す斜
視図

【図３】通電方向の各種態様を示す説明図

【符号の説明】

１ 挟み治具 ２ 上型 ３ 下型 Ｗ プレス成形品 Ｂ 曲げ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−155856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−176429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−152928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−255930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 1/00 B21D 3/00 C21D 9/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス成形品を成形する際生じた残留歪
   を除去する方法において、 前記プレス成形品の残留歪が生じている箇所に、残留歪
   を生じさせる残留応力の作用方向に対して略垂直方向に
   直流又は交流電流を、ワークの温度が上昇しない程度の
   通電時間で、直接通電して原子の振動エネルギーを増大
   させ、原子の位置を正規の位置へ戻すことにより、残留
   歪を除去することを特徴とする残留歪の除去方法。
2. 【請求項２】 前記通電方向は、前記プレス成形品の板
   厚方向であることを特徴とする請求項１に記載の残留歪
   の除去方法。
3. 【請求項３】 前記通電箇所は、残留歪が生じているラ
   インに沿って所定間隔置きに複数箇所であることを特徴
   とする請求項２に記載の残留歪の除去方法。