JPH05161925A - プレス成形方法 - Google Patents

プレス成形方法

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JPH05161925A
JPH05161925A JP3330833A JP33083391A JPH05161925A JP H05161925 A JPH05161925 A JP H05161925A JP 3330833 A JP3330833 A JP 3330833A JP 33083391 A JP33083391 A JP 33083391A JP H05161925 A JPH05161925 A JP H05161925A
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JP3330833A
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Inventor
Yozo Hirose
洋三 広瀬
Original Assignee
Sumitomo Metal Ind Ltd
住友金属工業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の高い造形が可能であって、複雑な形状
を有する冷延鋼板をプレス成形する際に、その成形時間
を短縮する。 【構成】 極低炭素鋼をベースにした高造形性鋼板等の
ひずみ速度依存性指数m値が0.015 以上の鋼板を、全ス
トローク中の必要な部分だけを、相当ひずみ速度:0.2 s
-1以下に制御してプレス成形を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷延鋼板をプレス成形
する方法に関する。さらに詳しくは、精度の高い造形が
可能であって、複雑な形状を有する鋼板のプレス成形方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】冷延鋼板から製作した平板状ブランクを
使って立体容器形状の製品を製造する代表的な方法とし
てプレス成形方法がある。図2には、複動プレスによる
ブランクの成形例を示す。同図(a) は、ブランク1をク
ランプした状態を示すもので、ブランク1をプレス (図
示せず) のボルスタ7のうえに固定したダイス2にセッ
トし、アウタスライド5に取り付けられたブランクホル
ダ3を下降せしめ押さえ力Hを付加している。次いで、
同図(b) に示すように、インナスライド6に取り付けら
れたポンチ4を下降せしめ、ダイス穴8内に材料を引き
込むことにより、成形品10が得られる。なお、9はビー
ドを示す。
【0003】図3は、このようなプレス成形におけるポ
ンチの下降速度、すなわち成形速度の一例をポンチスト
ロークを横軸にとって示すグラフである。図3からも理
解されるように、通常、成形速度は油圧プレスの場合ほ
ぼ一定となるように、また機械プレスの場合成形下死点
に近づくほど遅くなるように、それぞれ制御していた。
また、この成形速度は生産能率の向上と機械特性とを勘
案して比較的高速に設定されており、通常、鋼板に付与
されるひずみ速度は約100 〜102(s-1) 程度であった。
【0004】このようなプレス成形に供される鋼板とし
ては、例えば自動車のボディパネルやその他の複雑な形
状の成形部品のプレス成形素材用として、超深絞り鋼板
が広く利用されている。また、最近では、精錬技術の著
しい進歩によりNb等の炭化物形成元素を添加した極低炭
素鋼の製造が容易になったため、これを利用した超深絞
り鋼板が使用されるようになってきた。
【0005】しかし、最近の自動車成形部品に対して
は、デザインや機能の面から、非常に複雑でより鋭角的
な形状を求める傾向が強まっており、上述の超深絞り鋼
板では十分に対応できなくなってきた。このような部品
には、超深絞り鋼板に替えてプラスチック材を適用する
ことも考えられ、現実に一部使用され始めている。しか
し、プラスチックは、コストの上昇を伴い、傷が付き易
く、補修が難しく、さらには耐熱性も低い等の欠点があ
るため、部分的にしか使用されていない。
【0006】ところで、従来の成形方法では、ポンチが
材料に接触し材料の変形が開始した時点での成形速度
は、前述したようにひずみ速度で約100 〜102(s-1) で
あり、高速の成形である。そのため、成形に伴い発生す
るひずみが破断危険部位に集中し始めると、この部位の
周辺にそのひずみを拡散できずに一部に集中し続け、成
形限界能を越えて破断に至っていた。発生ひずみが成形
限界能に達して破断に至ってしまうことに対する従来の
対策は、以下に列記するようなものであった。
【0007】(i) 最大発生ひずみに対し余裕のある成形
限界能を持つ材料に変更する。 (ii)最大発生ひずみの生じるような破断危険部位に対
し、成形半径を変更する等により、発生するひずみが
小さくなるような成形形状に変更する、高粘度油を使
用する等により、潤滑条件を変更してひずみの部分的集
中を防ぎ拡散させ、最大発生ひずみを低減する。
【0008】しかしながら、これらの対策では、使用
する材料の成形限界能がさほど高くない、製品の形状
に対する制約が増加し、デザインの自由度を奪う、脱
脂工程を追加する必要等が発生するため、設備投資が増
加してしまうとともに生産能率を低下させる、というよ
うな多くの問題点を有しており、その根本的な改善が求
められていた。
【0009】そこで、本発明者らは、プラスチック的な
“造形性”を有する鋼板、すなわち精度の高い造形が可
能であって複雑な形状を有する成形部品用素材として好
適な鋼板について種々検討を重ね、先に特開平3−6323
号公報および同3−6324号公報により、成形性に優れた
鋼板のプレス成形方法を提案した。これらは、基本的
に、重量%で、C:0.0012%以下、Mn:0.03〜0.60%、
sol.Al:0.1 %以下、Nb:0.003 〜0.015 %、N:0.00
20%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼組成
を有する鋼片に熱間圧延を施した後、680 〜950 ℃の温
度範囲で焼鈍を行い、次いで冷間圧延と焼鈍とを施して
冷延鋼板とし、それをプレス成形するに際して破断危険
部の相当ひずみ速度が0.2s-1以下になるように成形速度
を制御するものである。
【0010】図4は、これらの提案の効果を明確に示す
ために用いた、部分的に変形が集中するようにした尖頭
張出し成形のモデル図である。同図において、尖頭円錐
形ポンチ11によって鋼板12を円錐状に成形し、そのとき
の限界成形高さ (頂点近傍が破断することなく成形でき
る最大の成形高さ) により、前述のプラスチック的な
“造形性”を評価した。図中、ポンチ直径は50mm、頂点
Rは1mm、頂角θは標準で95°、ダイス直径は52mmであ
り、鋼板12はその周囲を板押さえ力5ton で完全にクラ
ンプされている。
【0011】このような尖頭円錐成形では、容易に推測
されるように、頂点1箇所だけに変形が集中するため、
ひずみの集中や拡散などの変化を把握しやすいのであ
る。通常の超深絞り用鋼板では、頂角θ:100°で破断が
生じてしまった。しかし、前述の本発明者らの提案にか
かる造形性の優れた鋼板では、頂角θ:95 °でも成形が
可能であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの提案
にかかるプレス成形方法には、破断危険部位の相当ひず
み速度を0.2s-1以下という低速にしないと破断を生じる
ため、成形品の形状によっては成形にかなりの時間を要
することが考えられる。したがって、その使用範囲は非
常に限定されたものとなり、特に量産性が重視される自
動車成形部品のプレス成形方法としてはその改善が望ま
れる。
【0013】これらの提案にかかるプレス成形方法にお
いて、本発明者らは確かに相当ひずみ速度を0.2s-1以下
に低減すればよいと考えたが、これはあくまでもプレス
成形の全期間を通して、との前提の下でのことである。
したがって、加工時間を低減するには、一見すると、加
工時の一部を高速で行えばよいとも考えられるが、加工
時のどの部分の加工速度を上げれば問題ないのかが不明
であり、前述の提案において、加工時の一部を高速で行
うことはできなかった。
【0014】ここに、本発明の目的は、精度の高い造形
が可能であって、複雑な形状を有する冷延鋼板をプレス
成形する方法において、その成形時間を短縮することが
できるプレス成形方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】一般的に、プレス成形に
おいては下記およびの内容が知られている。 加工硬化指数 (n値) の大きな材料の場合、そのプレ
ス成形途中でポンチ肩部などのように破断が生じ易い部
位では、ひずみの成長に伴う加工硬化により変形抵抗が
大きくなり、ひずみがその周囲に拡散・均一化して破断
を抑制する傾向がある。
【0016】ひずみεが集中し始めると相対的にひず
み速度Aが上昇することにより変形抵抗が増加する傾向
にある。これらの関係は σ=C・εn ・Am ただし、σ:真応力 C:定数 (具体的数値は材料により異なる) ε:ひずみ n:加工硬化指数 (n値) A:ひずみ速度 m:ひずみ速度依存性指数 と表すことができる。
【0017】本発明者は、これらの基礎的事項に基づい
て、プレス成形時の破断を抑制する方法について種々検
討した結果、(1) 前記ひずみ速度依存性指数mが0.015
以上になると変形抵抗の上昇が促進されるとともに、さ
らに(2) 鋼板の破断危険部位がポンチと完全に接触する
までの間だけ成形速度を低下させ、それ以外は成形速度
を上昇させるという加工速度の制御を適宜行うことによ
り、尖頭円錐成形においても十分なひずみの拡散を得な
がら短時間で成形を終了できることを知見した。すなわ
ち、(3) ひずみ速度依存性指数mが0.015 以上の成形性
に優れた鋼板を使用し、破断危険部位の材料がポンチと
完全に接触するまでの間は、破断危険部位の相当ひずみ
速度が0.2s-1以下の低速で成形し、その後成形速度を増
加させて成形を終了させ、または(4) 成形を上記(3) 項
に記載のように低速で行う前、すなわち破断危険部位の
材料とポンチとが接触してひずみが集中し始めるまで
は、通常速度あるいは高速で成形を行うことにより、精
度の高い造形が可能であって、複雑な形状を有する冷延
鋼板をプレス成形する際の成形時間を短縮することがで
きることを知見して、本発明を完成した。
【0018】ここに、本発明の要旨とするところは、下
式により表されるひずみ速度依存性指数mが0.015 以上
の成形性に優れた鋼板のプレス成形方法であって、前記
鋼板の破断危険部位がポンチと完全に接触するまで前記
破断危険部位の相当ひずみ速度A:0.2s-1以下で成形を
行い、その後成形速度を上昇させて成形を行うことを特
徴とするプレス成形方法である。
【0019】
【数3】
【0020】ただし、σ1 、σ2 、A1 およびA2 は、
それぞれ、引張試験片を引張り速度1mm/minで伸びひず
み (標点間距離50mm) 20%まで引張り、その後、引張り
速度を100mm/min に急増した際の応力およびひずみ速度
の測定結果であり、 σ1 : 引張り速度1mm/minで伸び率20%時の応力 σ2 : 引張り速度 100mm/minで伸び率20%時の応力 A1 : 引張り速度1mm/minで伸び率20%としたときのひ
ずみ速度 A2 : 引張り速度 100mm/minで伸び率20%としたときの
ひずみ速度 とする。なお、引張り速度の変化は瞬時に起こるので、
試験片の形状変化はないものとする。
【0021】さらに、本発明では、前記破断危険部位に
発生ひずみが集中し始めるまでは、通常速度あるいは高
速度で成形を行うことにより、より加工時間を短縮する
ことができ、望ましい。
【0022】
【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。本
発明において用いる鋼板のひずみ速度依存性指数mの値
を0.015 以上と限定する理由を説明する。
【0023】通常の深絞り用鋼板ではひずみ速度依存性
指数mは0.012 程度であり、超深絞り用鋼板においても
0.014 程度である。これらのようにひずみ速度依存性指
数mが0.015 未満の鋼板に尖頭張出し成形を行うと、相
当ひずみ速度が0.2s-1以下となる低速で成形を行って
も、発生ひずみの集中に伴う相対的なひずみ速度の増加
による変形抵抗の上昇が小さく、さらに発生ひずみが集
中して、最終的に破断に至ってしまう。
【0024】これに対し、本発明が対象とするひずみ速
度依存性指数mの値が0.015 以上の鋼板では、相当ひず
み速度が0.2s-1以下という低速で成形を行うと、発生ひ
ずみの集中にともなう相対的なひずみ速度の増加により
変形抵抗が十分に上昇し、変形が破断危険部位の周辺に
移行するため、発生ひずみが拡散する。したがって、こ
の部位の材料がポンチと完全に接触するまで変形に耐
え、その後は、材料とポンチとの摩擦力で変形を抑制
し、破断を防止することが可能となる。そこで、本発明
では、用いる鋼板のひずみ速度依存性指数mの値の大き
さを0.015 以上と限定する。 なお、ひずみ速度依存性
指数mの値の大きさが0.015 以上の鋼板としては、例え
ば前述の特開平3−6323号公報または同3−6324号公報
により提案された「造形性に優れた鋼板」を例示するこ
とができるが、これらは既に公知であるため、これ以上
の説明は省略する。
【0025】次に、本発明において、プレス成形時の相
当ひずみ速度を限定・制御する理由を説明する。プレス
成形においては、鋼板は一般に面内で2軸変形する。こ
の時のひずみ状態を統一的に表現するために塑性力学で
いう相当ひずみを用いる。すなわち、
【0026】
【数4】
【0027】である。相当ひずみは塑性論によれば変形
による加工硬化を規定する値であるから、本発明におけ
る局所変形抑制効果を表わすのに最も適したパラメータ
である。
【0028】このような理由により、鋼板のプレス成形
における鋼板のひずみ状態を相当ひずみで表わすことと
すると、成形時の相当ひずみ速度が0.2s-1超であると、
発生ひずみが集中する部位の変形抵抗は上昇するもの
の、変形が周辺に移行するまでの間に、さらにひずみが
前記部位で成長してしまい、発生ひずみの抑制効果が減
少してしまうために破断に至る。そこで、本発明では、
相当ひずみ速度を0.2s-1以下と限定する。
【0029】ひずみ速度の低下により発生ひずみの抑制
効果が現れる冶金学的な理由は、まだ詳細には判明して
いないが、鋼中の極微量の炭素が変形中に拡散し、加工
硬化特性を高めるためと推測される。
【0030】なお、一般にプレス成形品では部位によっ
て発生するひずみ量や相当ひずみ速度が異なるものであ
るが、本発明で問題とする不良現象は破断であるため、
少なくとも破断危険部位の相当ひずみ速度を考慮すれば
よい。そこで、本発明では、相当ひずみ速度は破断危険
部位のものに限定する。
【0031】また、発生ひずみが破断危険部位に集中す
る現象を抑制し、破断を防ぐためには、発生ひずみが十
分に拡散し、破断危険部位の材料とポンチとが完全に接
触するまで、変形に耐えることが必要である。換言すれ
ば、この間だけ変形に耐えることができればよいのであ
り、プレス成形の全工程において、相当ひずみ速度を0.
2s-1以下として低速で成形を行う必要はない。すなわ
ち、発生ひずみが破断危険部位に集中を開始し出す時点
から変形抵抗が十分に上昇し、該当部位の材料とポンチ
とが完全に接触する時点までを抑制すれば十分である。
そこで、本発明では、破断危険部位の相当ひずみ速度
A:0.2s-1以下で成形するのは、破断危険部位がポンチ
と完全に接触するまでと限定する。
【0032】ここで、発生ひずみが破断危険部位に集中
を開始し出す時点とは、該当部位の材料がポンチと接触
を開始した後成形がやや進行した時点である。つまり、
尖頭張出し成形や単純な円筒成形においては、破断危険
部位はポンチ先端やポンチ肩部との接触部であるため、
全体の成形がやや進行して発生ひずみが集中し始めた時
点で、相当ひずみ速度が0.2s-1以下となるように加工速
度を低下させる必要がある。そのため、ひずみ速度制御
は、成形開始時点、またはやや成形が進行してひずみが
集中し始まる時点から、ポンチと材料が完全に接触する
までの間について行う。
【0033】また、破断危険部位の成形が全ストローク
の途中にあるときは、破断危険部位の材料とポンチとが
接触し始めてから、破断危険部位の材料がポンチと完全
に接触するまでの間、相当ひずみ速度が0.2s-1以下とな
るように成形速度を制御する。
【0034】なお、破断危険部位の材料とポンチとが接
触し始めてから、該当部位の材料がポンチと完全に接触
するまでの間以外においては、特にひずみ速度を制御す
る必要はなく、プレス成形時間を短縮するためには、通
常の加工速度か、あるいは通常よりも高速でプレス加工
を行えばよい。
【0035】このようにして、本発明により、精度の高
い造形が可能であって、複雑な形状を有する冷延鋼板を
プレス成形する際の成形時間を短縮することが可能とな
った。さらに、本発明を実施例を参照しながら説明する
が、これは本発明の例示であり、これにより本発明が限
定されるものではない。
【0036】
【実施例】表1は、本実施例で用いた供試鋼 (鋼1 〜鋼
4)の機械的特性値(YP 、TS、El、n値、r値およびm
値)の一覧表であり、m≧0.015 を満足する本発明例は
鋼1および鋼2であり、鋼3および鋼4は比較例であ
る。
【0037】これらの供試鋼を用い、図4に示した尖頭
張出し成形試験を行った (限界成形高さ27mm以上を合格
とした) 。成形条件は、例えば、図1に示すようにして
(実線:表2の制御パターン例、破線:表2の制御パ
ターン例 )1ストローク中にポンチ速度を制御するこ
とにより、表2に示す加工速度の制御パターンにより成
形速度を変化させて、相当ひずみ速度を制御した。な
お、本実施例では、「発生ひずみが破断危険部位に集中
を開始し出す時点」とはポンチストロークが10mmと
なる時点であり、「破断危険部位の材料がポンチと完全
に接触する時点」とはポンチストロークが15mmとな
る時点であった。
【0038】表2には、相当ひずみ速度に換算した、加
工速度の各制御パターンを示す。すなわち、頂点は等2
軸引張り応力状態にあるので、Bx =εy であり、εx
+εy +εz =0を考慮すると、相当ひずみBは、
【0039】
【数5】
【0040】となる。したがって、板厚ひずみεt を測
定して相当ひずみに換算し、所定のひずみ速度になるよ
うに成形速度を制御した。なお、1/120s-1( 相当ひずみ
速度)=1mm/min(ポンチ速度) である。
【0041】結果を、表3および表4に示す。表3およ
び表4より、m値が0.015 以上の鋼板では、部分的にひ
ずみが集中しやすいような形状も成形可能であることが
わかる。さらに、成形に要する時間も、本発明により成
形速度を細分化して適宜制御することにより (表2の制
御パターンおよび参照。) 、非常に短縮できること
がわかる。
【0042】すなわち、本発明により、複雑な形状を有
する冷延鋼板を、高精度で、かつその成形時間を短縮し
て、プレス成形を行うことができた。なお、本実施例で
の成形品は、非常に特殊な形状の成形品であったが、通
常の形状の成形品に対しても本発明を適用できることは
いうまでもない。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】
【表4】
【0047】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
短い加工時間で、m:0.015 以上の優れた成形性を有す
る鋼板を成形素材として、特殊な形状のプレス成形品も
得ることが可能となった。これにより、鋼板をプレス成
形して得られる製品の形状の自由度が増加するととも
に、プレス成形の生産性を大幅に向上できる。かかる効
果を有する本発明の意義は極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく成形速度の制御パターンの一例
を示すグラフである。
【図2】複動プレスでの成形方法を示す略式説明図であ
る。
【図3】従来のプレス成形における、ポンチ速度−ポン
チストロークの関係を示すグラフであり、実線は油圧プ
レスを、破線は機械プレスをそれぞれ示す。
【図4】本発明の効果を明確に表すために用いたモデル
型での成形方法を示す略式説明図である。
【符号の説明】
1:ブランク 2:ダイス 3:ブランクホルダ 4:ポンチ 5:アウタスライド 6:インナスライド 7:ボルスタ 8:ダイス穴 9:ビード 10:成形品 11:ポンチ 12:鋼板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下式により表されるひずみ速度依存性指
    数mが0.015 以上の成形性に優れた鋼板のプレス成形方
    法であって、前記鋼板の破断危険部位がポンチと完全に
    接触するまで前記破断危険部位の相当ひずみ速度 【数1】 以下で成形を行い、その後成形速度を上昇させて成形を
    行うことを特徴とするプレス成形方法。 【数2】 ただし、σ1 、σ2 、A1 およびA2 は、それぞれ、引
    張試験片を引張り速度1mm/minで伸びひずみ (標点間距
    離50mm) 20%まで引張り、その後、引張り速度を100mm/
    minに急増した際の応力およびひずみ速度の測定結果で
    あり、 σ1 : 引張り速度1mm/minで伸び率20%時の応力 σ2 : 引張り速度 100mm/minで伸び率20%時の応力 A1 : 引張り速度1mm/minで伸び率20%としたときのひ
    ずみ速度 A2 : 引張り速度 100mm/minで伸び率20%としたときの
    ひずみ速度 とする。なお、引張り速度の変化は瞬時に起こるので、
    試験片の形状変化はないものとする。
  2. 【請求項2】 前記破断危険部位に発生ひずみが集中し
    始めるまでは、通常速度あるいは高速度で成形を行う請
    求項1記載のプレス成形方法。
JP3330833A 1991-12-13 1991-12-13 プレス成形方法 Withdrawn JPH05161925A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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