JP4556432B2 - Metal plate press forming method - Google Patents
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Description
プレス成形とは、ポンチとダイス等の一対の型(多くの場合、金型)で金属板を挟圧して所望の形状に成形することをいう。 Press molding refers to forming a desired shape by sandwiching a metal plate with a pair of molds (in many cases, a mold) such as a punch and a die.
本発明は、自動車や家電の部品等を製造する際の金属板のプレス成形方法に関し、金型の形状修正(研削等)や、金属板の材質を特殊なものに変える、等の特別な手立てを講じなくとも、金属板に割れが発生する成形限界を向上できる金属板のプレス成形方法に関し、特に絞り成形と呼ばれるプレス成形方法に関する。 The present invention relates to a press forming method of a metal plate when manufacturing parts of automobiles and home appliances, and special measures such as mold shape correction (grinding etc.) and changing the material of the metal plate to a special one. The present invention relates to a press forming method of a metal plate that can improve the forming limit at which a crack occurs in the metal plate, and more particularly to a press forming method called draw forming.
自動車や家電の部品等の製造には、薄鋼板等の金属板のプレス成形が多く用いられる。 For manufacturing parts of automobiles and home appliances, press forming of a metal plate such as a thin steel plate is often used.
プレス成形には、図4に示すように、(a)絞り成形(周囲から素材金属板(ブランクと称する)100を金型(ダイス20)内に流入させる)、(b)張り出し成形(ビード40を設けて周囲から素材金属板100を金型(20)内に流入させない)、等がある(非特許文献1)。ちなみに後出の限界絞り比LDRについて、同文献に記載の定義を図5に示す。限界絞り比が大きいほど成形性に優れることを表す。図において、10は、ダイス20と共にプレス用金型を構成するポンチ、30は、しわ押さえである。
In press molding, as shown in FIG. 4, (a) draw forming (a material metal plate (referred to as a blank) 100 flows from the periphery into the die (die 20)), (b) overhang forming (bead 40). And the
図1(a)に示すように、従来から、一般的に、プレス成形は、素材金属板(ブランク)100が、例えば、図中上側にあるダイス20と、図中下側から上昇してくるポンチ10で成形され、最終目標形状に至る(ポンチが上死点に到達する)まで、ほぼ一定速度でポンチ10が移動するようにして行われていた(ダイスが下側でポンチが上側の場合もある。その場合は、ポンチが下死点に到達して成形が完了する)。その間、ブランク100の外縁にしわが発生するのを抑制する目的で、多くの場合、しわ押さえ30を配し、ダイス20との間で金属板(ブランク100)を挟んだ状態でポンチ10を移動させて成形を完了させるようにしていた。
As shown in FIG. 1A, conventionally, generally, in press forming, a raw metal plate (blank) 100 is raised from, for example, a
しわ押さえ30とダイス20との間で金属板(ブランク100)を挟む力は、ブランク100の外縁にしわが発生するのを抑制するのに足りるだけで十分であり、過度に大きくする必要はない。図4(a)に示す絞り成形の例の通り、しわ押さえ30とダイス20との間で挟まれている金属板(ブランク100)は、しわ押さえ30とダイス20それぞれと摺動しながらダイス20の奥側に引き込まれていくため、過度に大きくすると、却って摺動が妨げられ、プレス成形中の金属板(ブランク100)に割れが発生しやすくなるからである。ちなみに図4(b)に示す張り出し成形の例の場合は、ビード40でむしろこの摺動を積極的に妨げ、金属板(ブランク100)がダイス20の奥側に引き込まれていくのを抑制する。
The force for sandwiching the metal plate (blank 100) between the
ところで、プレス成形には様々な種類の成形不良が発生しうるが、特に、プレス成形しようとする部品の形状が複雑であったり、素材金属板(ブランク)が高強度であったりすると、ブランクに割れが発生しやすくなる、という問題がある。 By the way, various types of molding defects can occur in press molding. Especially when the shape of the part to be press-molded is complicated or the material metal plate (blank) has high strength, There is a problem that cracking is likely to occur.
これを抑制するための一般的な方法としては、ポンチやダイス等のプレス成形用金型(単に金型とも称す)の形状を修正したり、ブランクの形状を最初から違う形に変更して成形したり、ブランクの材質を特殊なものに変える、等の方法が挙げられる。 As a general method to suppress this, the shape of press molds (such as punches and dies) such as punches and dies (simply called molds) is modified, or the blank shape is changed to a different shape from the beginning. Or changing the blank material to a special one.
しかし、金型の形状を修正したり、ブランクの形状や材質を変更する、等の方法をとるには、多大な時間、労力、それにコスト等を要することから、これらの方法をとることなく割れの発生を抑制できる方法が検討、開発されてきている。 However, it takes a lot of time, labor, and costs to correct the shape of the mold or change the shape or material of the blank. A method capable of suppressing the occurrence of the occurrence has been studied and developed.
例えば、非特許文献2や特許文献1では、ポンチやダイス等のプレス成形用金型を超音波等を利用して微小振動させることで、金型とブランクとの間の摩擦力を低減し、成形性を向上させる方法が記載されている。 For example, in Non-Patent Document 2 and Patent Document 1, the frictional force between the mold and the blank is reduced by microvibrating a press-molding mold such as a punch or a die using ultrasonic waves. A method for improving the formability is described.
しかしながら、この方法は、超音波等により金型に微小な振動を加える必要があり、実験用の小さな装置ならともかく、大きな成形荷重やしわ押さえ力の仕様をもつ自動車用等のプレス成形機実機では、金型を振動させるのに十分な出力が得られなかったり、それを得ようとすると多大なコストを要したり、実機に適用するのが現実的に困難、という問題があった。 However, in this method, it is necessary to apply minute vibrations to the mold by ultrasonic waves or the like, and in actual press molding machines for automobiles and the like having large molding load and wrinkle holding force specifications, regardless of small experimental devices. However, there has been a problem that an output sufficient to vibrate the mold cannot be obtained, or that it would be very expensive to apply to an actual machine.
また、運良く適用できても、金型に高周波の振動を加えるため、プレス成形機実機の各部位に、引張、圧縮、の力が繰り返し加えられるため、部分的な疲労破壊等、プレス成形機実機の耐久性の問題もあった。 Even if it can be applied fortunately, high-frequency vibrations are applied to the mold, so the force of tension and compression is repeatedly applied to each part of the actual press molding machine. There was also a problem of durability of the actual machine.
本発明は上記のような従来技術における問題を解決するべくなされたものであり、ポンチやダイス等のプレス成形用金型の形状を修正したり、ブランクの形状や材質を特殊なものに変更したり、ポンチやダイス等のプレス成形用金型を超音波等を利用して微小振動させたりする、等の特別な手立てを講じることなく、プレス成形しようとする部品の形状が複雑な場合や、素材金属板が高強度な場合でも、金属板に割れが発生する成形限界を向上することができ、かつ大型のプレス成形機実機にも適用が容易で、しかも低コストな方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art. The shape of a press mold such as a punch or a die is corrected, or the shape or material of a blank is changed to a special one. If the shape of the part to be press-molded is complicated without taking special measures such as micro-vibrating a press-molding die such as a punch or die using ultrasonic waves, To provide a low-cost method that can improve the forming limit at which cracks occur in the metal plate even when the material metal plate is high-strength, and can be easily applied to large-scale press forming machines. Let it be an issue.
本発明は、しわ押さえを配し、ポンチとダイスで金属板を挟圧するプレス成形方法において、前記しわ押さえと前記ダイスで前記金属板を挟んだ状態で前記ポンチが前記金属板に最初に接触し成形が開始された後、前記ポンチがストローク終端に到達して成形が完了するまでの間に、前記しわ押さえを前記金属板から一旦離し、前記ポンチと前記ダイスと前記しわ押さえを用いて再度金属板の成形を開始するまでの間は前記ポンチの移動を停止し、前記ポンチと前記ダイスと前記しわ押さえを用いて再度しわ押さえ力を付与した後に、再度金属板の成形を開始する、という動作を、少なくとも1回以上経ることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a press forming method in which a wrinkle presser is arranged and a metal plate is clamped by a punch and a die, and the punch first contacts the metal plate in a state where the metal plate is held by the wrinkle presser and the die. After the forming is started and before the punch reaches the stroke end and the forming is completed, the wrinkle presser is once separated from the metal plate, and the metal is again used by using the punch, the die, and the wrinkle presser. The operation of stopping the movement of the punch until starting the forming of the plate, applying the wrinkle holding force again using the punch, the die and the wrinkle holding member, and then starting the forming of the metal plate again. The above problem is solved by passing at least once.
本発明によれば、ポンチやダイス等のプレス成形用金型の形状を修正したり、ブランクの形状や材質を特殊なものに変更したり、ポンチやダイス等のプレス成形用金型を超音波等を利用して微小振動させたりする、等の特別な手立てを講じることなく、金属板に割れが発生する成形限界を向上でき、プレス成形機実機にも適用が容易で、しかも低コストな方法を提供できる。 According to the present invention, the shape of a press molding die such as a punch or a die is modified, the shape or material of a blank is changed to a special one, or the press molding die such as a punch or a die is ultrasonicated. A method that can improve the forming limit of cracks in metal plates without taking special measures such as micro-vibration using etc., is easy to apply to the actual press molding machine, and is a low-cost method Can provide.
本発明の作用について、図1に示した円筒カップ絞り成形の例を用いて説明する。円筒カップ絞り成形は、素材金属板(ブランク)の深絞り性を評価するための試験方法として広く用いられている。これは、円形ブランクを所望の寸法の円筒カップに絞り成形するものであり、破断、割れを発生することなく成形可能な、プレス成形開始前の円形ブランクの最大寸法(直径)を、成形限界として評価する方法である。 The operation of the present invention will be described using the example of cylindrical cup drawing shown in FIG. Cylindrical cup drawing is widely used as a test method for evaluating the deep drawability of a blank metal plate. In this method, a circular blank is drawn into a cylindrical cup of a desired size, and the maximum dimension (diameter) of the circular blank before the start of press molding, which can be formed without breaking or cracking, is set as the forming limit. It is a method to evaluate.
図1(a)に示したように、本発明以前の従来の方法によれば、ブランク100は図中上側にあるダイス20としわ押さえ30の間で挟圧され、しわ押さえ力を付与された後、ポンチ10がブランク100に最初に接触すると同時に成形が開始され、ポンチがストローク終端に到達して金属板(ブランク100)の成形が完了するまで、すなわちポンチ10が成形完了予定位置(上死点)に達するまでほぼ一定速度でポンチ10が移動し、ポンチ10とブランク100は、成形開始から完了まで、接触したままの状態で成形が完了する。
As shown in FIG. 1 (a), according to the conventional method before the present invention, the blank 100 is sandwiched between the
これに対し、図1(b)に示したように、本発明の方法によれば、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟んだ状態でポンチ10がブランク100に最初に接触し成形が開始された後、ポンチがストローク終端に到達して金属板(ブランク100)の成形が完了するまでの間に、しわ押さえ30を金属板(ブランク100)から一旦離し、同じポンチ10とダイス20としわ押さえ30を用いて再度しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を成形する、という動作を、少なくとも1回以上経る。
In contrast, as shown in FIG. 1B, according to the method of the present invention, the
しわ押さえ30を金属板(ブランク100)から離してから、同じポンチ10とダイス20としわ押さえ30を用いて再度金属板(ブランク100)を成形するまでの間は、ポンチ10の移動は停止しておく。
The movement of the
発明者らは、本発明の方法によれば、従来の方法に比べ、深絞り性が向上し、成形限界を向上できることを見出した。 The inventors have found that according to the method of the present invention, the deep drawability is improved and the molding limit can be improved as compared with the conventional method.
その作用を以下のように推定した。 The effect was estimated as follows.
成形途中の状態を思い浮かべると、ポンチ10やダイス20やしわ押さえ30等の金型表面と、ブランク100の表面とが、押圧されながら摺動する。このことで、成形開始時にポンチ10とブランク100との間、ダイス20とブランク100との間、あるいは、しわ押さえ30とブランク100との間に存在していた潤滑剤50の膜が、成形が進行していく過程で一時的に薄くなり、図2の上段に示す如く、金属同士が部分的に接触する。
When the state in the middle of molding is imagined, the mold surface such as the
その結果、ポンチ10やダイス20やしわ押さえ30等の金型と、ブランク100との間の摩擦係数が一時的に上昇し、摺動性が低下してブランク100に割れが発生したり、金型とブランク100との間に凝着が起こって、型かじり等のトラブルが発生したりすることになる。概して、金型とブランク100との間の摺動距離が長い成形の場合ほど、このような成形不良がよく発生する、という経験的な事実からしても、上記の推定は正しいものと思われる。
As a result, the friction coefficient between the mold such as the
そこで、本発明では、ポンチがストローク終端に到達して金属板(ブランク100)の成形が完了するまでの間に、ブランク100からしわ押さえ30を一旦離す。
Therefore, in the present invention, the
こうすると、図2の下段に示す如く、潤滑剤50の膜厚が回復し、同じポンチ10とダイス20としわ押さえ30を用いて、再度金属板(ブランク100)の成形を行う、という動作に入ったときに、摺動性が回復してブランク100に割れが発生したり、型かじりが発生したりするのを抑制することができる。
In this manner, as shown in the lower part of FIG. 2, the film thickness of the lubricant 50 is recovered, and the metal plate (blank 100) is formed again using the
しわ押さえ30とブランク100を離すと、どうして摺動性が回復するのか、その理由は明らかではないが、図2に示すように、ブランク100やしわ押さえ30の表面の微小な凹部中に封入されていた潤滑剤50が表面に引き出される作用によるものと思われる。
The reason why the slidability is restored when the
なお、再度金属板(ブランク100)の成形を行う、という動作に入ると、成形が進行していく過程で、再度潤滑剤50の膜が薄くなって、ブランク100に割れが発生したり、金型とブランク100との間に凝着が起こって、型かじり等のトラブルが発生しやすくなる問題が再発するおそれがある。 When the operation of forming the metal plate (blank 100) again is started, the film of the lubricant 50 becomes thin again in the process of forming, and the blank 100 is cracked, or gold Adhesion may occur between the mold and the blank 100, and there is a possibility that problems such as mold galling and the like are likely to occur again.
そこで、そういう場合は、金属板(ブランク100)としわ押さえとを一旦離し、同じポンチ10とダイス20としわ押さえ30を用いて再度金属板(ブランク100)の成形を行う、という動作を2回以上経るようにすればよい。
Therefore, in such a case, the metal plate (blank 100) and the wrinkle retainer are once released, and the metal punch (blank 100) is formed twice using the
しわ押さえ30と金属板(ブランク100)を離し、同じポンチ10とダイス20としわ押さえ30を用いて再度しわ押さえ力を付与して金属板(ブランク100)を成形する、という動作を経る回数は、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟んだ状態でポンチ10が金属板(ブランク100)に最初に接触した後、ポンチがストローク終端に到達して金属板(ブランク100)の成形が完了するまでの間に、少なくとも1回以上あれば本発明の効果を得ることができる。
The number of times that the
回数を増やすことで成形限界を更に向上できるが、あまり増やしすぎると効果が飽和するとともに、成形に要する時間が長くなり、生産性が悪化する。従って、成形しようとする部品の最終目標形状、特に深さに応じて、成形限界に達しない最大成形深さと、必要最少な回数を実験的に求め、量産時にはその必要最少な回数でプレス成形を行うことにより最大限の生産性の確保が可能になる。 The molding limit can be further improved by increasing the number of times, but if the number is increased too much, the effect is saturated and the time required for molding becomes longer, and the productivity is deteriorated. Therefore, the maximum molding depth that does not reach the molding limit and the minimum required number of times are experimentally determined according to the final target shape of the part to be molded, especially the depth, and press molding is performed at the minimum number of times necessary for mass production. This will ensure maximum productivity.
ここでは便宜的に円筒カップ絞り成形を例にとり本発明の作用を説明したが、本発明は、円筒カップ絞り成形だけでなく、複雑な形状を有する部品等、絞り成形と張り出し成形の混合した成形等、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟みながらしわ押さえ30とダイス20の間でブランク100を摺動させ、ダイス20の奥側に材料を流入させながら成形を行うようなプレス成形全般に適用できる。
Here, for the sake of convenience, the operation of the present invention has been described by taking a cylindrical cup drawing as an example. However, the present invention is not limited to a cylindrical cup drawing, but also a component having a complicated shape, such as a combination of drawing and stretch forming. For example, the blank 100 is slid between the
自動車や家電の部品のプレス成形等のように、量産用の大型のプレス成形機実機に本発明を適用する場合は、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟む力を発生させる油圧などの駆動源に対しサーボバルブなどの制御装置を設置し、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟む力またはしわ押さえ30のストロークの制御を行っても良いし、成形限界に達しない最大成形深さまでポンチ10が移動したときに図示しないリミットスイッチ等のセンサに感応することでしわ押さえ30が後退した後、後退したところに有る図示しない別のリミットスイッチ等のセンサに感応することで、再度自動的にしわ押さえ30とダイス20で金属板を挟む、という具合にシーケンス回路を組んでもよい。
When the present invention is applied to a large-scale press molding machine for mass production, such as press molding of parts of automobiles and home appliances, a force to sandwich the metal plate (blank 100) by the
いずれにしても、本発明の効果は、そのプレス成形機の形式等に影響を受けるものではなく、しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟んだ状態でポンチ10が金属板(ブランク100)に最初に接触した後、ポンチがストローク終端に到達して金属板(ブランク100)の成形が完了するまでの間に、しわ押さえ30をブランク100から離し、同じポンチ10とダイス20を用いて再度しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟み成形する、という動作を、少なくとも1回以上経るような成形ができさえすれば、成形限界が向上する効果を得られる。
In any case, the effect of the present invention is not affected by the type of the press molding machine or the like, and the
しかも、本発明は、大型のプレス成形機実機にも適用が容易で、低コストでそれが実現できる。 Moreover, the present invention can be easily applied to a large press molding machine and can be realized at low cost.
表1に示す3種類の冷延鋼板(板厚1.2mm)を用いて円筒カップ絞り成形を実施した。 Cylindrical cup drawing was performed using three types of cold-rolled steel sheets (thickness 1.2 mm) shown in Table 1.
供試材Aは一般的な絞り用の冷延鋼板であり、供試材Bは特殊な製造方法でランクフォード値(r値)を高くした深絞り用冷延鋼板、供試材Cはフェライト系ステンレスのSUS430の冷延鋼板であり、一般の高強度炭素鋼板相当の機械特性値を有するものである。球頭張り出し試験機を用いてビード部分をなくしてポンチ10を円筒絞り成形用のものに替えて試験した。ポンチ10は直径φ33mm、肩半径を3mmとした。ダイス20の肩半径は3mmとした。
Specimen A is a general cold-rolled steel sheet for drawing, Specimen B is a deep-drawn cold-rolled steel sheet with a high Rankford value (r value) by a special manufacturing method, and Specimen C is ferrite. A stainless steel SUS430 cold-rolled steel sheet having mechanical properties equivalent to those of a general high-strength carbon steel sheet. Using a ball head overhanging tester, the bead portion was removed, and the
しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を挟んだ状態でポンチ10が金属板(ブランク100)に最初に接触してから、ポンチ10が15mm移動した位置で一旦しわ押さえ30とダイス20で金属板(ブランク100)を一旦離し、同じポンチ10とダイス20を用いて再度金属板(ブランク100)にしわ押さえ力を付与した後成形を開始する、という動作を1回行って、金属板(ブランク100)に破断が発生するまでプレス成形を完了(絞り抜け)させた。
After the
しわ押さえ30とダイス20で前記金属板(ブランク100)を挟むしわ押さえ力は12kNとした。
The wrinkle pressing force for sandwiching the metal plate (blank 100) between the
円筒カップ絞り成形における成形限界の評価は、LDR(限界絞り比)を用いた。 LDR (limit drawing ratio) was used for evaluation of the forming limit in cylindrical cup drawing.
試験結果を図3に示す。本発明を適用することで、一般的な絞り用の冷延鋼板である供試材AのLDRが、深絞り用冷延鋼板である供試材BのLDRより大きくなることがわかり、本発明の適用により成形限界が向上することが検証された。また、供試材Bは従来方法を用いた場合でもLDRは大きかったが、本発明の適用により、更に成形限界が向上した。また、供試材Cでも、本発明を適用することで、従来方法を用いた場合よりも、成形限界が向上することが検証された。 The test results are shown in FIG. By applying this invention, it turns out that LDR of the test material A which is a general cold-rolled steel sheet for drawing becomes larger than LDR of the test material B which is a cold-rolled steel sheet for deep drawing, and this invention It has been verified that the molding limit is improved by the application of. In addition, the sample material B had a large LDR even when the conventional method was used, but the molding limit was further improved by applying the present invention. Further, it was verified that the forming limit of the test material C is improved by applying the present invention as compared with the case of using the conventional method.
しわ押さえを配し、ポンチとダイスで金属板を挟圧するプレス成形方法において、ポンチやダイス等のプレス成形用金型の形状を別なものに交換したり、ブランクの形状や材質を特殊なものに変更したり、ポンチやダイス等のプレス成形用金型を超音波等を利用して微小振動させたりする、等の特別な手立てを講じることなく、プレス成形しようとする部品の形状が複雑な場合や、素材金属板が高強度な場合でも、金属板に割れが発生する成形限界を向上することができ、かつ大型のプレス成形機実機にも適用が容易で、しかも低コストな方法を提供することができる。 In the press molding method in which a wrinkle presser is arranged and the metal plate is clamped with a punch and a die, the shape of the press molding die such as a punch or a die is replaced with another one, or the shape or material of the blank is special. The shape of the part to be press-molded is complicated without taking any special measures such as changing to, or microvibrating a press-molding die such as a punch or die using ultrasonic waves. Even if the material metal plate is high-strength, it is possible to improve the forming limit where cracks occur in the metal plate, and it is easy to apply to a large press forming machine and provides a low-cost method can do.
10…ポンチ
20…ダイス
30…しわ押さえ
40…ビード
100…ブランク
10 ...
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