JP3631523B2

JP3631523B2 - 板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工法

Info

Publication number: JP3631523B2
Application number: JP07918195A
Authority: JP
Inventors: 朗弘上西; 力開道; 俊二樋渡; 直樹吉永
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JPH08276217A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は板厚精度の高い、円弧状または円状または螺旋状またはＳ字状またはこれらの組み合わせからなる形状の加工品を得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
螺旋状の加工品はバネや冷却ファンや自動車のオルタネータ等として使用されている。このような加工品は一般には打ち抜き加工により作成されており、その板厚精度は素材のそれと同一であるため高い精度の加工品を得ることができる。しかし、一方その加工の性質上、歩留まりが低いという欠点は避けられず、また螺旋状の加工品を得ようとする場合は溶接等のさらなる加工が必要である。
【０００３】
このような形状を得るため、打ち抜きを行わない場合は、予め台形状の断面を持つ素材を準備しておき、それを圧延するという方法がある。この方法では歩留まりを悪化させずに加工を行うことができるが、▲１▼素材の準備段階から最終製品の形状が明確である必要がある、▲２▼板厚精度はある程度得られるものの、マクロ形状である加工後の曲げ半径が３〜１６％程度のばらつきを持つ、▲３▼台形断面の素材の準備コストが高い、▲４▼Ｓ字状や、曲率が途中で変化する形状を作成できない等の問題点がある（塑性と加工，ｖｏｌ．３５（１９９４），Ｐ．１３９４）。
【０００４】
曲率を持った形状を作成する場合、単純には板面内曲げが考えられる。しかし、金属板に対してこのような加工を行うことは容易ではなく、また一般的ではない。それは、通常の金属板のような等方性材料に対して板面内の曲げを行うと、外径側で引張力を内径側では圧縮力を受けるため、加工品に割れやしわ等の形状不良が起こったり、あるいはそれが起こらない場合にも板厚が不均一に変化するため、板幅方向に板厚が均一な製品を得ることは非常に難しいからである。
【０００５】
他方、材料のｒ値は、一軸引張試験により評価される値であり、材料の長手方向に引張力を加えたときに生じる板幅方向の歪と板厚方向の歪の比として表わされる。従来、この値は深絞り性の指標として使用されており、この値が大きいほど絞り性が良いと考えられている。しかし、この評価値が高い材料が板面内の曲げ加工に有効であるということは全く着目されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、帯状の金属板に板面内の曲げ加工を施し、円弧状または円状または螺旋状またはＳ字状またはこれらの組み合わせからなる形状の加工品を製造する方法において、板厚が変化せず、容易に高い加工精度を確保する方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、素材として特殊な塑性異方性を示す金属板を用いることを特徴としており、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）長手方向のｒ値が４以上である帯状の金属板に、ガイドを用いて板面内の巻き付け曲げ加工を施して、円弧状または円状または螺旋状またはＳ字状またはこれらの組み合わせからなる形状の加工品を製造することを特徴とする板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
【０００８】
（２）長手方向に引張力または圧縮力を付与して加工品の幅を制御することを特徴とする上記（１）記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
（３）主成分が鉄である素材を用いる上記（１）または（２）に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
（４）板面の主な結晶方位が｛０１１｝である材料を、主な結晶方位が〈１１０〉である方向から＋３７°から−３７°の範囲の方向に、板面内の曲げを行うことを特徴とする上記（３）に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
【０００９】
（５）板幅Ｗと板幅方向の平均結晶粒径Ｄの比Ｗ／Ｄが３以上である素材を用いた上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
（６）表面処理を施した素材を用いることを特徴とする上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
【００１０】
【作用】
本発明の板面内曲げ加工とは、図１に示すように、円筒状工具１に巻き付けることにより曲げ加工を行うものである。その際にガイド３を用いて板を押さえ、板面外への変形を防止する。この方法によって１巻以下の加工により円弧状、１巻の加工により円状、１巻以上の加工により螺旋状、中途で曲げ方向を反転させることによりＳ字状の加工品を得る。
【００１１】
本発明の加工法では、材料として特殊な塑性異方性、すなわち長手方向のｒ値が４以上であるものを用いる。ｒ値とは材料の長手方向に引張力を加えたときに板幅方向に生じる歪と板厚方向に生じる歪の比であり、通常は深絞り性の指標として用いられている。
【００１２】
一般的な金属素材であるＪＩＳＧ３１４１．ＳＰＣＣ級の鋼材の場合ｒ値は１程度の値であり、板幅方向と板厚方向の変形が同時に起こる。しかし、一方向のｒ値が高いという特殊な塑性異方性を示す材料を用いる本加工法の場合、板幅方向の変形が板厚方向の変形に比して優先的に起こるために曲げ加工を行ったとき通常の金属素材を用いた場合と比較して板幅方向の板厚が均一な加工品を得ることができる。
【００１３】
この場合ｒ値は特定の一方向性が高ければ良く、他の方向が高い必要はない。本発明者らは研究の結果長手方向のｒ値が４以上である場合加工前の板厚からの板厚変化率を±５％以内に抑えることができ、板厚精度の高い加工を行うことができる。
【００１４】
本発明で被加工材として用いる帯状の金属素材を準備するために突き合わせ溶接、レーザー溶接等の溶接手段や接着剤を用いてもよい。螺旋加工を行う前あるいは加工中に長手方向に引張力または圧縮力を付加すると、ｒ値が高いために板厚の変化をほとんど伴うことなく板幅を変化させることができ、螺旋加工後の加工品の幅を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明で用いるｒ値が４以上の材料は、体心立方構造を持つ材料の場合板面の主な結晶方位が｛０１１｝であり、主な長手方向の結晶方位が〈１１０〉である方向から＋３７°から−３７°の範囲にあると得られやすい。これは図２に示すようにこのような集合組織を持つ材料の示す理論的なｒ値が無限大である、つまり板厚方向の変形が起こらないという理由による（Ｏｎｅ−ｄａｙｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍｏｎａｎｉｓｏｔｒｏｐｙａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｏｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇ，Ｉｎｓｔ．ＭｅｔａｌＥｎｇ．，Ｌｏｎｄｏｎ（１９６４），Ｐ．１）。また、材料の主成分が鉄である場合にはこのような性質が得られやすく、また価格面での優位性も高い。図中４８ＳＳ：４８個のすべり系を考えた変形、ＰＧ：ペンシルすべりによる変形、ＮＲ：結晶回転を無視したモデル、ＬＲ：結晶回転を考慮したモデルを示す。
【００１６】
加工品の加工精度を高めるために、板幅Ｗと板幅方向の平均結晶粒径Ｄの比Ｗ／Ｄを大きくする必要がある。これは結晶粒界部での不均一伸び等が加工時に起こり、面の平滑性が失われ板幅、板厚の寸法精度が低下するのを防ぐためである。この値が３未満では加工後の板幅が不均一となり、その変動量が８％以上となるため、これを下限とする。
【００１７】
この加工後に、歪を除去するための熱処理を行っても良い。また、防錆性や絶縁性、その他を高める目的で表面処理を行っても良い。表面処理は、亜鉛系その他のめっきや、セラミックスや樹脂等の皮膜をコーティングしたり、ブルーイング等を行ったりしても良い。加工前にこれらの表面処理を施したものを用いて、引張りや圧縮、螺旋加工を行っても良い。この際、加工後もその性能が保たれるものであると良いことはいうまでもない。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の板面内曲げ加工を行う様子を示す。円筒状工具１に素材２を巻き付け、加工品を作成する。その際板面外への変形を防止するためにガイド３を用いる。板幅方向は４であり、素材の長手方向は５である。
【００１９】
この方法を用いて、外径Ｒ_１と内径Ｒ_２のＲ_１／Ｒ_２が１．２である１周分の螺旋巻きを、素材として特殊な塑性異方性を示す方向性電磁鋼板、電析純鉄、チタン板、通常の冷延鋼板、アルミニウム合金を用いてそれぞれ作成した（図３）。この形状への加工の際の板厚変化を測定した（表１）。
【００２０】
試料１から３の場合が本発明の実施例であるが、板厚変化は４％以下であった。その他の試料では、材料長手方向の最大伸びが低いため加工できなかったり（試料６）、部分的な板厚変化があったり、良くできたものでもその板厚変化は５％以上であり、高い加工精度を得ることはできなかった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
（実施例２）
実施例１に示した試料１，５，７を用いて、図４に示すティース８付きの螺旋加工品を、螺旋巻き半径Ｒ_１，Ｒ_２を変化させて作成した。図５に示すように原板より素材６を打ち抜き、その後、図６のように螺旋巻きして、１周分となるように余分な部分１０を切り落とした。つなぎ合わせ部９はレーザー溶接により接合した。最後に、これらを積層して回転機コアに使用される形状を作成した。
【００２３】
このようにしてつくられた積層コアの板幅方向の板厚偏差の測定結果を表２に示す。板厚偏差は平均板厚に対するコアバック部７の内径側と外径側の板厚の差の比で示している。本発明の実施例の試料１では、螺旋巻きコアの板厚はほとんど変化がなかった。他の試料では、螺旋巻きが不可能であったり、板幅方向の板厚偏差が大きかった。
【００２４】
【表２】

【００２５】
（実施例３）
素材長手方向に引張力を加えて板幅を変化させ、その後曲げ加工を行った例を表３に示す。長手方向ｒ値の高い試料９の場合、長手方向に１０％の歪を与えたとき、板厚減少は２％以下で板厚変化率は約７％であり、ほとんど板厚変化を伴うことなく板幅を変化させることが可能であった。
【００２６】
その後Ｒ_１／Ｒ_２が１．２の曲げ加工を行った際の板厚偏差も４％以下であり、高い板厚精度をもつ曲げ加工が可能であった。一方ｒ値の低い試料１０の場合、１０％の歪を与えると板厚は約４％、板幅は約５％変化し、かつ板厚変化も場所による不均一があるために板厚精度の高い板面内曲げ加工は不可能であった。
【表３】

【００２７】
（実施例４）
表４に主な面方位が｛０１１｝である方向性電磁鋼板から、〈１１０〉方向と角θをなす方向に長手方向を持つ素材１１を切断し（図７）、Ｒ_１／Ｒ_２が１．２なる曲げ加工を行ったときの板厚変化率を測定した結果を示す。試料１１，１２は図２に示したように理論的に計算されたｒ値が無限大となる範囲に切断方向があるため長手方向ｒ値が高く、板厚精度の高い曲げ加工が可能であったのに対し、試料１３はｒ値が低く曲げ加工が不可能であった。
【００２８】
【表４】

【００２９】
（実施例５）
板幅Ｗと板幅方向の平均結晶粒径Ｄの比Ｗ／Ｄの異なる素材に対して板面内の曲げ加工を行い、板幅偏差を測定した結果を表５に示す。板幅偏差は加工前の板幅に対する加工後の板幅の最大値と最小値の差の比で示している。Ｗ／Ｄが３．１である試料１４の場合、板幅偏差は２％以下であった。一方、Ｗ／Ｄが２．４である試料１５の場合、加工時に結晶粒界での不均一伸びが起こるため、板幅偏差が最大約８％となるとともに、表面に肌荒れが生じ高い加工精度の曲げを行うことは不可能であった。
【００３０】
【表５】

【００３１】
（実施例６）
実施例１に示した試料１に種々の表面処理を施した後、Ｒ_１／Ｒ_２が１．２の板面内曲げ加工を行った例を表６に示す。試料１６は絶縁性皮膜のコーティングを、試料１７は亜鉛めっきを、試料１８はブルーイング処理を施したものである。いずれの試料も皮膜やめっきの剥離等の表面形状の悪化を伴うことなく、加工が可能であった。
【００３２】
【表６】

【００３３】
【発明の効果】
本発明は、従来加工精度が高い打ち抜きのような方法では歩留まりが低く、歩留まりの比較的良い台形断面素材の圧延による方法では加工精度が低く、かつ素材の準備のために高いコストが必要であったり、加工品の形状が自由に変更できなかった金属材料を用いる螺旋状の加工品を得る方法において、特殊な塑性異方性を示す素材を用いることによって、円弧状または螺旋状またはＳ字状またはこれらの組み合わせからなる任意の形状を作成でき、歩留まりが高く、かつ板幅方向の不均一な板厚変化が起こらないため、容易に高い加工精度を確保することができる方法を提供するものである。この結果、従来打ち抜き加工法においてしか不可能であった板厚精度の高い加工品の作成を、歩留まりの高い曲げ加工法で作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る板面内曲げ加工装置の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】｛０１１｝〈１００〉集合組織を持つ素材の理論的なｒ値の板面内方向分布を示す図表である。
【図３】短冊状の板を１周分曲げ加工を行って得られる円環形状の説明図である。
【図４】１周以上の曲げ加工を行い余った部分のあるティースト付き板の説明図である。
【図５】ティース付き螺旋加工品素材の原板からの採取方法の説明図である。
【図６】図４の側面図である。
【図７】｛０１１｝〈１００〉集合組織を持つ鋼板からの短冊板の採取方法の説明図である。
【符号の説明】
１円筒状工具
２素材
３板押さえ
４板幅方向
５素材長手方向
６ティース付き螺旋加工用素材
７コアバック部
８ティース
９つなぎ合わせ部
１０１周以上の余った部分
１１〈１１０〉方向と角θをなす方向に切断された素材

Claims

長手方向のｒ値が４以上である帯状の金属板に、ガイドを用いて板面内の巻き付け曲げ加工を施して、円弧状または円状または螺旋状またはＳ字状またはこれらの組み合わせからなる形状の加工品を製造することを特徴とする、板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
長手方向に引張力または圧縮力を付与して加工品の幅を制御することを特徴とする請求項１記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
主成分が鉄である素材を用いる請求項１または２に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
板面の主な結晶方位が｛０１１｝である材料を、主な結晶方位が〈１１０〉である方向から＋３７°から−３７°の範囲の方向に、板面内の曲げを行うことを特徴とする請求項３に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
板幅Ｗと板幅方向の平均結晶粒径Ｄの比Ｗ／Ｄが３以上である素材を用いた請求項１から４のいずれか１項に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。
表面処理を施した素材を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の板厚精度に優れた金属板の板面内曲げ加工方法。