JPH03155420A - トランスファープレスによる深絞り部品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は自動車、家具、建材などに用いられる深絞り
部品を、トランスファープレスにより製造する場合の成
形方法に関するものである。

（従来の技術） 従来から自動車用のオイルパン、家具として用いられる
浴槽・流し台用タンク及び石油ストーブなどに用いられ
るカートリッジタンクなどの深絞り部品の成形において
、変形発熱が金型内に蓄積し金型温度が上昇することが
知られていた。しかし、このような深絞り部品の成形に
おいては、従来は油圧プレスが主体で、メカニカルプレ
スを使用する場合でも比較的単位時間当たりの成形枚数
が少なく、金型温度の上昇に伴う成形上の問題も注目さ
れることが少なかった。

しかしながら、近年トランスファープレスが普及し、こ
のような深絞り部品の成形にも適用されるようになって
きたため、金型温度の上昇が極めて大きくなり成形性の
劣化が問題となり始めた。

このようなトランスファープレスでの成形による金型温
度の上昇に対して、様々な対策をとってきた。

第１に、金型上部から水溶性冷却油を金型全体にかかる
ように流す方法である。この方法では、水溶性冷却油が
プレス時に周辺に飛散して作業環境が悪化するゲけでな
く、後述するように最も冷却の必要なポンチ肩部の冷却
に対して殆ど効果がないことが分かった。

第２に、プレス時に使用する潤滑油の変更である。例え
ば、極圧添加剤入りのプレス油などに潤滑油を変更して
、温度上昇に伴う金型と被加工材間の潤滑性能の低下を
防止する方法であるが、温度上昇に伴う被加工材の引張
強さ（ＴＳ）や全伸び（Ｔ、Ｅ＃）の低下を防止できな
いこと、及び成形後の脱脂にかかる費用が増加すること
などから有効な対策ではないことが分かった。

第３に、絞りの工程を増加して変形発熱を少なくする方
法がある。例えば、従来１回で成形していたものを２回
にしたり、２回で成形していたものを３回にしたりする
方法であり、金型１個あたりの変形発熱は少なくなるが
、金型個数の増加により製造コストが上昇する。

第４に、材料のグレードアップが上げられる。

例えば、深絞り用のアルミギルド鋼冷延鋼板から超深絞
り用の極低炭素チタン添加鋼冷延鋼板への変更などであ
る。

現在は、第３及び第４の対策が主に用いられているが、
製造コストの上昇だけでなく、例えば自動車用のオイル
パン等に、成形性が冷延鋼板よりも劣る表面処理鋼板を
充当することが困難であった。

（発明が解決しようとする課題） トランスファープレスによる変形発熱の蓄積により金型
温度の上昇を防止することが、絞り工程数の減少や材料
のグレードアップを防止して製造コストを減少させたり
、自動車用のオイルパン等に成形性が冷延鋼板よりも劣
る表面処理鋼板を充当するのに不可欠である。

本発明はトランスファープレスによる張出成形及び絞り
成形と張出成形が同時に行われる複合成形を可能にする
深絞り成形方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明はかかる問題点を解決したものであって、その要
旨は、ポンチストローク速度７００龍／分以上かつ成形
個数５個／分以上、かつブランクのさし渡しの最小部分
の大きさが２００ｍ以上のトランスファープレスによる
深絞り部品の成形において、ｒ値が１．２以上１．７以
下の範囲の被加工材を使用し、ポンチ肩部の表面近傍の
温度を２０℃以下に保つことを特徴とし、更にポンチ肩
部の表面近傍の温度を、ダイ及びブランクホルダーより
２０℃以上低くすることを含む。

（作　　用） 具体例として、トランろファープレスによる自動車用の
オイルパンの深絞り成形について考える。

トランスファープレスによってオイルパンの成形を行う
場合、ブランキング、絞り、トリミング、打抜き、曲げ
など多くの金型をプレス内に設置して連続的に成形を行
っている。この中で、絞りの工程は変形量も多く変形発
熱により金型温度の上昇が大きく破断の危険性が高い。

第２図に示すような形状のオイルパンをメカニカルプレ
スで成形する場合、破断が生じやすくしかも成形速度の
遅くなる下死点より、１０ｍｍから１關上の位置でのポ
ンチストローク速度は［１５００ｍｍ／分から２１００
■ｌ／分であり、成形個数は１６〜１８個／分、ブラン
クのさし渡しの最小部分の長さは４２０ＩＩ１ｍである
。

第２図の部品は成形が難しいために、被加工材としては
ｒ値の高い極低炭素チタン添加鋼冷延鋼板を用いている
が、被加工材のｒ値の効果を確認するためアルミキルド
鋼冷延鋼板の実験も行った。

被加工材として第２表に示すアルミギルド鋼冷延鋼板を
用いた場合、成形開始後１個目の第２図に示すポンチ肩
部９の板厚ひずみは−０，３となり、ポンチ肩部は最も
破断しやすい部位である。

第２図のＡ　−Ａ’断面の金型形状の略図を第１図に示
す。

第１図においては、１はポンチ、２はダイ、３はブラン
クホルダー、４は被加工材、５はポンチ頭部の最も破断
しやすい部位を冷却する冷却配管、６は冷媒の温度制御
装置と冷媒を循環させるポンプが一体となったもの、７
はポンチ肩部の被加工材が最も破断しやすい部位の表面
近傍の温度を検出する熱電対、８はダイ表面近傍の温度
を検出する熱電対である。

第１図は本発明法を示すものであるが、冷却配管５及び
冷媒の温度制御装置とポンプ６を使用しなければ、通常
のトランスファープレスによる成形と同じとなり、熱電
対７及び８により成形時のポンチ肩部の被加工材が最も
破断しやすい部位の温度及びダイ表面近傍の温度を検出
できる。

実験時にはブランクホルダー表面近傍の温度も熱電対で
測定したが、熱電対８で検出したダイ表面近傍の温度と
殆ど差がなかったため、材料が流入するフランジ部の温
度としてダイ表面近傍の温度で代表することとした。

通常のトランスファープレスによる成形で金型上部から
水溶性冷却油を流さない場合の成形においては、第１図
の熱電対７及び８で検出されるポンチ肩部の表面近傍の
温度ならびにダイ表面近傍の温度は、成形開始前は共に
２５℃であったものが、４０個成形後にはポンチ肩部の
表面近傍の温度が５２℃に、ダイ表面近傍の温度は６０
℃にそれぞれなっていた。

被加工材としては第２表に示す深絞り用のアルミキルド
鋼冷延鋼板を使用した場合、ポンチ肩部の表面近傍の温
度が５０℃以上となる３５個成形付近からポンチ肩部で
割れが発生した。

このようにトランスファープレスで成形を行った場合、
金型の温度上昇が著しいこと及びポンチ肩部の表面近傍
の温度が、ある温度以上になるとポンチ肩部で割れが発
生し始めることが分かった。

ポンチ肩部の表面近傍の温度が上昇すると成形限界が低
下するのは、本発明者らがすでに［塑性と加工、２８−
３１４（１９８７）　、　２２５〜２３１頁」や「塑性
と加工、２８−３１８（１９８７）　、　７０８〜７１
１頁」で報告しているように、温度上昇に伴う被加工材
の引張強さ（ＴＳ）の低下の寄与が大きいと考えられる
。

本発明により、トランスファープレスによる変形発熱の
蓄積によるポンチ肩部の温度の上昇を防止し、絞り工程
数の減少や材料のグレードアップを防止して製造コスト
を減少すること、及び自動車用のオイルパン等に成形性
が冷延鋼板より劣る表面処理鋼板を充当することができ
る理由は以下のように考えられる。

第１図はトランスファープレスによるオイルパンの深絞
り工程（この場合１回で絞る）の金型断面図を示したも
のであり、冷却配管５及び冷媒の温度制御装置と冷媒循
環用のポンプ６を作動させることにより、ポンチ肩部の
被加工材が最も破断しやすい部位の温度を低下させるこ
とができる。

この場合、熱電対７及び８により検出した温度により、
冷媒の温度制御装置と冷媒循環用のポンプ６に連動させ
て冷媒の温度及び流量を制御すれば、ポンチ肩部の被加
工材が最も破断しやすい表面近傍の温度、またはポンチ
肩部の表面近傍の温度とダイ・ブランクホルダーの表面
近傍の温度の差を目標温度に設定できる。

第３図はこの金型を用いて、実際のトランスファープレ
スに組み込んで成形した場合の成形個数と第１図の熱電
対７及び８で検出したポンチ肩部の表面近傍の温度及び
ダイの表面近傍の温度の関係を示したものである。

第３図において、Δ印は金型上部から水溶性冷却油を金
型全体にかかるように使用したが、ポンチ肩部を冷却配
管に冷媒を循環させて冷却すること（以下ポンチ冷却と
記す）を行わなかった場合（比較例１）、Ｘ印はこの水
溶性冷却油を使用せずポンチ冷却も行わなかった場合（
比較例２）、Ｏ印は本発明法によりポンチ冷却を行い、
水溶性冷却油を使用しなかった場合のポンチ肩部の温度
である。

冷媒の温度は第１図のポンプ６の出側で０℃とした。成
形間ぶ（成形個数０）の場合は、ポンチ冷却なしの場合
はＸ印、Δ印共２５℃であるが、ポンチ冷却をした０印
は３℃である。成形個数の増加と共にいずれの場合も、
ポンチ肩部の表面近傍の温度は上昇するが、ポンチ冷却
しないＸ印。

Δ印の温度上昇は極めて大きく、Ｘ印の場合３５個で５
０℃以上となり、Δ印では６０個で５０℃以上となる。

しかし、Ｑ印のポンチ冷却した場合は６０個まで成形し
ても１８℃で、この後１０００個まで成形しても温度は
１８℃と殆ど上昇しなかった。

また、第４図から、金型上部から水溶性冷却油を金型全
体にかかるように流しても、ポンチ肩部の表面近傍の温
度の低下は６０個成形後約３℃しかないことが分かった
。

また、第１図の熱電対８で検出したダイ表面近傍の温度
ついて、ポンチ冷却を行い、水溶性冷却油を使用しなか
った場合の測定した温度を０印で示す。この場合、ダイ
表面近傍の温度は６０個成形時点で６０℃であった。本
発明者らの調査では、ダイ表面近傍の温度は、ポンチ冷
却を行わず水溶性冷却油を使用しなかった場合も殆ど変
わらなかった。

第４図（ａ）　、　（ｂ）は−１５℃から１００℃まで
の温度範囲で、第２表に示すアルミキルド鋼冷延鋼板及
び合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強さ（ＴＳ）及び全
伸び（Ｔ、Ｅｊりの変化を示したものである。

第４図（ａ）　、　（ｂ）から、ポンチ冷却を行いポン
チ肩部の温度を低下させることにより、ポンチ肩部の被
加工材の引張強さ及び全伸びが高くなって破断しにくく
なることが分かる。ダイ及びブランクホルダーは冷却さ
れていないため、ポンチ肩部と比較して相対的に被加工
材の引張強さが低下し、流入抵抗が減少すると考えられ
る。

また、第５図は第１表に示すトランスファープレスによ
るオイルパン成形の結果のうち、アルミギルド鋼冷延鋼
板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板の２種類を成形する場
合について、ポンチ肩部の表面近傍の温度とポンチ肩部
の板厚ひずみの関係を示したものである。いずれの材料
においても、ポンチ肩部の被加工材が最も破断しやすい
部位の板厚ひずみは、ポンチ肩部の表面近傍の温度と強
い相関があり。アルミキルド鋼冷延鋼板は５０℃、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板は２５℃以上になると板厚ひずみ
が−０，３３以下となり、破断が起こることが分かる。

このように、ポンチ肩部の表面近傍の温度がある温度以
上になると、板厚ひずみが限界値を超えて破断が起こる
のである。この温度は、被加工材の種類、成形品の形状
、成形条件などによって異なるが、いずれの場合もポン
チ肩部の表面近傍の温度を低下させることにより、破断
を防止することができる。

また、ポンチ肩部の表面近傍の温度を制御すること、及
びポンチ肩部の表面近傍の温度とダイ及びブランクホル
ダーの温度差を管理することの必要性について、以下の
ようにポンチストローク速度８００ｍｍ／分の油圧プレ
スにより、第２表に示すアルミギルド鋼冷延鋼板及び合
金化溶融亜鉛めっき鋼板を被加工材として、直径１００
＋ａｍの平底円筒ポンチ（ポンチ肩半径８−ｍ）及び直
径１０４ｍｍのダイ（ダイ肩半径１２ａｍ）を用いて成
形実験を行った。

ブランクは直径２００龍以上の円形ブランクのものを使
用した。しわ及び破断の生じない成形可能な最大ブラン
クの直径をポンチの直径で割った値を限界絞り比とした
。

金型の構造としては、ポンチの内部に冷媒もしくは温水
を循環することができる配管を施し、ダイ及びブランク
ホルダーにはインサートヒーターを内蔵し、ポンチ肩部
の表面近傍の温度、ダイ及びブランクホルダーの表面近
傍の温度を熱電対で検出して、それぞれを目標とする温
度に制御した。

ポンチ肩部の表面近傍の温度、ダイ及びブランクホルダ
ーの温度を変えた場合の限界絞り比を第３表に示す。

この結果、被加工材の全てにおいて、ポンチ肩部の表面
近傍の温度が５０℃でかつダイ及びブランクホルダーの
表面近傍の温度が６０℃の場合よりも、ポンチ肩部、ダ
イ及びブランクホルダーの表面近傍の温度が全て２５℃
の温度の方が、限界絞り比が高いことが分かった。

これは実際のトランスファープレスによるオイルパンの
ポンチ冷却なしの連続成形試験を行った場合、アルミキ
ルド鋼冷延鋼板で成形開始当初は成形可能であったもの
が、成形個数の増加に伴いポンチ肩部の表面近傍の温度
が上昇して、ポンチ肩部の表面近傍の温度が５０℃とな
る付近からポンチ肩部の破断が発生したことと良く対応
している。

このポンチ肩部の表面近傍の温度が５０℃、ダイの表面
近傍の温度が６０℃の条件でのアルミキルド鋼冷延鋼板
の限界絞り比２．１７が、第１表に示す実際のトランス
ファープレスによるオイルパンの破断限界と考えること
とすると、ポンチ肩部の被加工材が最も破断しやすい部
位の温度を２０℃以下とした場合には、全ての被加工材
でこの限界絞り比を超えており、本発明の正当性を実証
している。

更に、ポンチ肩部の被加工材が最も破断しやすい部位の
温度とダイ及びブランクホルダーの表面近傍の温度差の
条件として、２０℃以上あれば、全ての被加工材で実際
のトランスファープレスによるオイルパンの破断限界に
対応する限界絞り比２．１７を超えており、本発明例の
正当性を実証している。

以上本発明の作用について説明してきたが、以下に本発
明の技術条件について説明する。

ポンチストローク速度を７００ｍｍ／分以上とするのは
、トランスファープレスに用いられるプレスにメカニカ
ルプレスが多いためであり、メカニカルプレスはポンチ
ストローク位置による被加工材の成形速度の変化が大き
いが、前述のように破断開始点のポンチストローク速度
は高速であり、成形速度７００ｍｍ／分以上である。油
圧プレスを用いる場合には成形速度はほぼ一定であり、
成形速度７００ｍｍ／分以上の高速油圧プレスを対象と
した。

成形個数５個／分以上とするのは、トランスファープレ
スは高生産性を目的としたものであり、単位時間当たり
の成形個数が少ない場合は変形発熱の蓄積が少なく、本
発明法の効果が少なくなるからである。

ブランクのさし渡しの最小部分の大きさを２００ｍ１以
上とするのは、成形の難しい大型部品の成形において本
発明法が大きな効果を発揮するためである。

被加工材のｒ値を１．２以上１．７以下とするのは、本
発明法によりｒ値の低いアルミキルド冷延鋼板や合金化
溶融亜鉛めっき鋼板などの表面処理鋼板においても、成
形性の著しい改善が得られるからである。

ポンチ肩部の表面近傍の温度を２０℃以下とするのは、
第５図に示すようにポンチ肩部の被加工材が最も破断し
やすい部位の板厚ひずみを減少させることにより破断を
防止できるからであり、これは第３表からも裏付けられ
る。ポンチ肩部の表面近傍の温度をダイ及びブランクホ
ルダーより２０℃以上低くすると、第３表に示すように
成形限界が向上し、更に効果的である。

（実　施　例） 被加工材の種類、含有成分、めっき付着量及びその機械
的性質などについて第２表に示す。

機械的性質は圧延方向に対して０＠、　４５＠９０＠の
３方向の平均値を示している。ポンチ冷却有無、被加工
材の種類、ポンチストローク速度、１分当たりの成形個
数、ブランクの大きさ、第１図の熱電対７及び８で検出
したポンチ肩部の表面近傍の温度ならびにダイの表面近
傍の温度、板厚ひずみ、破断の大きさから計算した破断
開始のポンチストロークの位置などを第１表に記す。

第１表から、下死点から１Ｏ１１１１から１關の位置で
のポンチストローク速度６５００＋ａｍ／分から２１０
（ｈ＋ｍ／分、成形個数１６個／分、ブランクのさし渡
しの最小部分の大きさ４２０１１１１１の大型高速のト
ランスファープレスによる成形において、ｒ値が１，５
８の低炭素アルミキルド鋼冷延鋼板及びｒ値が１．６５
の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いた場合でも、ポンチ
肩部の被加工材が最も破断しやすい部位の板厚ひずみが
減少して破断しなくなっていることが分かる。更に、破
断が発生した場合のポンチストロークの位置は、下死点
から１〜１０ｍｍ上と推定されるため、破断開始点のポ
ンチストローク速度は２１０（１＋ａ＋ｅ／分以上の高
速であることが分かる。

このように、本発明法によりポンチストローク速度７０
０＋＋ｕｓ／分以上かつ成形個数５個／分以上かつブラ
ンクのさし渡しの最小部分の大きさが２００龍以上のト
ランスファープレスによる成形において、低炭素アルミ
キルド鋼冷延鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板のような
ｒ値の低い鋼板の成形性向ヒ効果が極めて大きいことが
分かった。

（発明の効果） この発明は、トランスファープレスによる深絞り成形に
対して極めて有効であり、金型形状、材料の板厚、表面
処理鋼板のめっき層の種類などが変化しても有効である
。また、破断危険部位の温度上昇を防止して、材料の破
断強度の低下及び伸びの低下を防止するという面で、張
出成形及び絞り成形と張出成形が同時に行われる複合成
形に対しても有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はポンチ肩部の被加工材が最も破断しやすい部位
の冷却方法の説明図、第２図はオイルパンの形状の模式
的説明図、第３図はポンチ冷却及び金型全体にかかる水
溶性潤滑油を使用した場合と使用しなかった場合の、成
形個数とポンチ肩部の表面近傍の温度及びダイ表面近傍
の温度の関係を示した図表、第４図（ａ）　、　（ｂ）
は温度−１５℃から１００℃までの被加工材の引張強さ
（ＴＳ）と全伸び（Ｔ、ＥＪ７）の関係を示した図表、
第５図はポンチ肩部の表面近傍の温度と被加工材のポン
チ盾部の板厚ひずみの関係を示した図表である。 代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンチストローク速度７００ｍｍ／分以上かつ成形
   個数５個／分以上、かつブランクのさし渡しの最小部分
   の大きさが２００ｍｍ以上のトランスファープレスによ
   る深絞り部品の成形において、ｒ値が１．２以上１．７
   以下の範囲の被加工材を使用し、ポンチ肩部の表面近傍
   の温度を２０℃以下に保つことを特徴とするポンチの一
   部を冷却する深絞り成形方法。 ２、ポンチ肩部の表面近傍の温度を、ダイ及びブランク
   ホルダーより２０℃以上低くすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のポンチの一部を冷却する深絞り
   成形方法。