JPH05309425A

JPH05309425A - 温間深絞り成形加工方法

Info

Publication number: JPH05309425A
Application number: JP4116149A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hosokawa; 俊之細川; Atsushi Yamazaki; 淳山崎; Kenichi Ogura; 健一小倉; Tetsuya Abe; 哲也阿部
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は深絞り成形加工における成形性および
製品の形状凍結性を向上させ、さらに製品の表面酸化被
膜の生成、成長を抑制した温間深絞り成形加工方法を提
供することを目的とする。【構成】パンチ１１、ダイス１２およびしわ押え１５を
備えたプレス装置を使用し、しわ押えとダイスとで板材
１を挟持するともにこの挟持部分を加熱し、パンチによ
り板材を絞って底部および鍔部付きの容器を成形するに
際して、板材におけるパンチの端面と接触する部分に、
パンチとは反対側から非酸化性ガスを吹きかけて、板材
の部分をパンチの温度以下に冷却するとともに、板材の
部分の周囲に非酸化雰囲気を形成することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は温間深絞り成形加工方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車業界などの産業界において
は、アルミニウム板材およびアルミニウム合金板材が鋼
板に変わる材料として広く採用されつつある。

【０００３】しかし、アルミニウム板材およびアルミニ
ウム合金板材のうち軟鋼板の強度に相当する強度を持つ
ものは、軟鋼板と比較して延性が乏しいために成形性が
劣る。このことからこのようなアルミニウム板材（以下
アルミニウム合金を含んでアルミニウム板材と称す
る。）からなる製品を成形加工するための成形加工方法
のひとつとして温間深絞り成形加工が挙げられている。

【０００４】温間深絞り成形加工は、板材を室温以上に
加熱して深絞り成形加工を行うもので、板材を加熱して
変形抵抗を減少させることによって深絞り性を高めるこ
とを目的としている。

【０００５】この温間深絞り成形加工の一つとして、パ
ンチ、ダイスおよびしわ押えを備えたプレス装置を使用
し、ダイスとしわ押えとで板材を挟持するともにこの挟
持部分を加熱し、パンチにより板材を絞って底部および
鍔部付きの容器を成形する方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】温間深絞り成形加工に
おいて、深絞り成形性を表す特性のひとつに深絞り成形
限界がある。深絞り成形限界は、深絞りに際して板材に
おいてダイスとしわ押えに挟まれた容器の鍔部の流入抵
抗と、パンチにおける肩部（パンチの端面と周面とが交
差する部分）の破断抵抗の大小関係によって決定され、
鍔部流入抵抗が小さく、パンチの肩部の破断抵抗が大き
い程絞り成形限界が高くなる。

【０００７】このため、温間深絞り成形加工では、絞り
成形限界を高めることを目的として、板材の鍔部流入抵
抗を小さくするために、板材においてダイスとしわ押え
に挟持された鍔部を加熱して縮み鍔部抵抗を減少させる
ことが行われている。しかし、このように板材の鍔部を
加熱すると、その熱が鍔部からパンチに伝達してパンチ
の温度が上昇し、これにより板材の温度が上昇してパン
チの肩部の破断抵抗が増大して絞り成形限界の高めるこ
とを阻害することになる。

【０００８】そこで、この対策としてパンチを水冷し
て、板材の鍔部からの熱伝達によるパンチの温度上昇を
阻止することが検討されている。

【０００９】しかし、実際にはパンチを水冷しただけで
は、板材からの熱伝達によるパンチの温度上昇を充分阻
止することができないことがある。この場合には、パン
チに接触する板材の部分の温度が上昇してその破断抵抗
を減少できなくなる。また、深絞り成形加工の最中に板
材が充分に冷却されず温度上昇を阻止できず、さらに板
材が不均一に冷却されることがあると、成形加工後に製
品が熱収縮してそりが発生することがあり、製品の形
状、寸法に狂いを生じてその製品の形状凍結性（目標と
する形状を確保できる度合）が低下するという問題があ
る。

【００１０】また、温間深絞り成形加工では、成形時に
板材が高い温度で加熱されるために、板材の表面に酸化
被膜が生成、成長しやすい。そして、成形後の工程とし
て製品に対して溶接、接着、塗装などの作業を行う場
合、板材の表面に生成、成長した酸化被膜がこれらの処
理を阻害することがある。

【００１１】従って、温間深絞り成形加工を行う際に
は、製品の表面に生成、成長した酸化被膜を取り除かな
ければならないことが多く、その作業に多くの手数を要
し製造コストが高くなる。

【００１２】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、深絞り成形加工における成形性および製品の形状凍
結性を向上させ、さらに製品の表面酸化被膜の生成、成
長を抑制した温間深絞り成形加工方法を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の温間深絞り成形加工方法は、パンチ、ダイス
およびしわ押えを備えたプレス装置を使用し、前記ダイ
スと前記しわ押えとで板材を挟持するともにこの挟持部
分を加熱し、前記パンチにより前記板材を絞って底部お
よび鍔部付きの容器を成形するに際して、前記板材にお
ける前記パンチの端面と接触する部分に、前記パンチと
反対側から非酸化性ガスを吹きかけて、前記板材の部分
を前記パンチの温度以下に冷却するとともに、前記板材
の部分の周囲に非酸化雰囲気を形成することを特徴とす
るものである。

【００１４】

【作用】板材におけるパンチの端面と接触する部分に、
パンチと反対側から非酸化性ガスを吹きかけると、この
非酸化性ガスが冷却用気体として板材におけるパンチの
端面と接触する部分をパンチの温度以下に強制冷却す
る。この結果、パンチの肩部に接触する板材の部分の破
断抵抗の減少を阻止し、さらに耐力などの板材の機械的
特性が向上し、これらの組合せにより板材の深絞り成形
限界が向上する。また、板材が充分冷却されるために成
形加工後に製品の熱収縮が発生しない。この結果、製品
の形状、寸法精度の低下がなく、形状凍結性が向上す
る。

【００１５】これらのことから、板材の鍔部流入抵抗を
高めるために板材の鍔部を加熱しても成形性および製品
の形状凍結性を向上できる。

【００１６】しかも、板材におけるパンチの端面と接触
する部分を冷却するために、板材を効果的に冷却するこ
とができ、さらにパンチと反対側から非酸化性ガスを吹
きかけることにより簡素な設備で板材を冷却することが
できる。

【００１７】さらに、板材におけるパンチの端面と接触
する部分は、非酸化性ガスに晒されて非酸化性ガスによ
り形成される非酸化雰囲気の中で加工されるので、表面
における酸化被膜の生成、成長が抑制される。非酸化性
ガスには、不活性ガスまたは還元ガスが用いられる。

【００１８】

【実施例】本発明の温間深絞り成形加工方法の一実施例
について図１ないし図３について説明する。

【００１９】本実施例の温間深絞り成形加工方法に用い
るプレス装置について図１を参照して説明する。

【００２０】このプレス装置は、図２（ａ）に示すよう
にアルミニウム板材１で底部１ａおよび鍔部１ｂを有す
る円筒形の容器１Ａを成形するものである。

【００２１】図中１１はパンチ、１２はダイスである。
１３はパンチ１１を支えるラムで、図示しない油圧装置
により昇降される。１４はダイス１２の上開放部を覆っ
てダイス１２とともに雰囲気制御室Ｚを形成する蓋であ
る。１５はダイス１２の下側に配置された円形をなすし
わ押えである。１６はクッションピン、１７はダイス１
２の内部に配置された電気ヒータ、１８はしわ押え１５
の内部に設けられた電気ヒータである。１９はパンチ１
１の内部に形成された冷却水通路で、パンチ１１の基端
（下端）に形成された導入口から軸方向に伸びて先端
（上端）に達し、この先端で面状の空間部を形作り、さ
らに再び下端に形成された導出口に伸びている。２０は
パンチ１１の冷却水通路の導入口に接続された給水管
で、これは図示しない冷却水供給装置に接続されてい
る。２１は冷却水通路の導出口に接続された排水管であ
る。２２はダイス１２の内周部に設けられ断熱材で、電
気ヒータ１７で熱せられたダイス１２の熱を板材１に伝
達することを抑制するものである。

【００２２】図中２３はダイス１２の上端面の上側に設
けられたガス吹出しノズルで、これはダイス１２の外部
から雰囲気制御室Ｚに挿入して設けられており、パンチ
１１の上端面（先端面）に非酸化性ガスを吹かけるよう
になっている。冷却風ノズル２３は非酸化性ガス供給装
置２４に接続されている。この非酸化性ガス供給装置２
４は、非酸化性ガスすなわち不活性ガスまたは還元ガス
をパンチ温度以下の温度に冷却して送風する装置で、後
述するように制御装置２５によって送風の起動、停止お
よび温度調節などの条件が制御される。２６はパンチ１
１の肩部の温度を計測する温度センサ、２７はパンチ１
１の上端面に接触する板材３１の温度を計測する温度セ
ンサである。これら各温度センサ２６、２７は計測した
温度の情報を制御装置２５に出力するようになってい
る。制御装置２５は深絞り成形加工を行う時に板材１に
対する非酸化性ガスの供給も制御する。

【００２３】次に温間深絞り成形加工方法について説明
する。

【００２４】円形をなす板材１を用意する。この板材１
は例えばアルミニウムからなるものである。パンチ１１
を下降しておき、板材１の周縁部（製品の容器１Ａａの
鍔部１ｂとなる部分）をダイス１２としわ押え１５とで
挟持する。ラム１３によりパンチ１１を上昇させて、ダ
イス１２で囲まれた板材１の部分に押し込む。板材１は
パンチ１１の作用により内側に絞り込まれると同時にダ
イス１２の孔内に張り出して図２（ａ）に示す底部１ａ
および鍔部１ｂ付きの円筒形の容器１Ａが成形される。

【００２５】深絞り成形加工に際しては、電気ヒータ１
７によりダイス１２を加熱し、また電気ヒータ１８によ
りしわ押え１５を加熱する。加熱されたダイス１２の熱
と、加熱されたしわ押え１５の熱が、これらが挟持する
板材１の鍔部１ｂに伝達されてこの鍔部１ｂが加熱され
る。このため、板材１の鍔部１ｂの縮み抵抗が減少し
て、この鍔部１ｂでの流入抵抗が小さくなり、この結果
板材１の絞り成形限界が高くなる。

【００２６】鍔部１ｂを加熱する温度は６０〜５００℃
の範囲とする。これは次に述べる理由によるものであ
る。加熱温度が６０℃未満では、加工硬化の原因となる
転移が板材１に加わる熱エネルギーで開放されず、その
効果が十分でない。

【００２７】また、５００℃を越えた場合には、粒界に
結合力が低下するために粒界キャビティが発生したり、
肌荒れが生じ、この結果製品に悪影響を及ぼしたり、強
度が低下するために逆に成形性を低下させる。この時、
非熱処理型の合金については本発明の温度領域全般に対
しては効果があるが、熱処理によって析出硬化する熱処
理型の合金については、ある温度領域では時効硬化によ
ってによって成形加工限界が低下することが生じる。こ
の場合、この温度領域の中でその合金の容体化温度領域
で成形加工を行う必要がある。

【００２８】また、同時に冷却水供給装置から給水管２
０を通してパンチ１１の冷却水通路１９に冷却水を送り
込む。冷却水は冷却水通路１９を流れて排水管２１を通
って排出される。冷却水は冷却水通路１９を通る過程で
パンチ１１の先端部を冷却する。このため、板材１の鍔
部１ｂからの熱伝達によるパンチ１１の温度上昇を阻止
できる。

【００２９】しかし、この水冷のみではパンチ１１の温
度上昇を充分阻止することができず、パンチ１１から板
材１に熱が伝達して板材１が温度上昇する。

【００３０】そこで、パンチ１１の上端面に接触する板
材１の部分を冷却してその温度上昇を確実に抑制する。

【００３１】まず、温度センサ２６によりパンチ１１の
表面温度を計測し、その計測情報を制御装置２５に出力
する。また、温度センサ２７が板材１の温度を計測し、
その計測結果を制御装置２５に出力する。制御装置２５
は温度センサ２６から送られてきたパンチ１１の温度
と、温度センサ２７から送られてきた板材１の温度とを
比較してその差を読取る。そして、制御装置２５は温度
センサ２７からの計測情報によるパンチ１１の温度に応
じた温度の非酸化性ガスすなわち不活性ガスまたは還元
ガスを供給するように非酸化性ガス供給装置２４に指令
を出力する。すなわち、パンチ１１からの熱伝達によっ
て温度上昇した板材１を、パンチ１１の温度と同じか、
それより低い温度に温度降下させるのに必要な温度の非
酸化性ガスを供給するように情報を出力する。

【００３２】非酸化性ガス供給装置２４は制御装置２５
からの指令に基づいて、板材１をパンチ１１の温度と同
じか、それより低い温度に温度降下させるのに必要な温
度に非酸化性ガスすなわち不活性ガスまたは還元ガスを
冷却して送り出す。不活性ガスとしてはＮ₂、Ａｒなど
が挙げられ、還元ガスとしてはＣＯなどが挙げられる。

【００３３】送り出された非酸化性ガスはノズル２３か
ら雰囲気制御室Ｚの内部に吹き出されて、板材１におけ
るパンチ１１の上端面と接触する部分に上側から吹かけ
られる。板材１は非酸化性ガスにより冷却されてパンチ
１１の温度と同じか、それより低い温度に冷却される。

【００３４】このようにして板材をパンチ１１の温度以
下に強制冷却する。この結果、パンチ１１の肩部（パン
チ１１の端面と周面とが交差する部分）に接触する板材
１の部分の破断抵抗の減少が阻止され、さらに耐力など
の板材１の機械的特性が向上し、これらの組合せにより
板材１の深絞り成形限界が向上する。また、板材１が充
分冷却されるために成形加工後に製品である容器１Ａの
熱収縮が発生しない。この結果、容器１Ａの形状、寸法
精度の低下がなく、形状凍結性が向上する。

【００３５】これらのことから、板材１の鍔部流入抵抗
を高めるために板材１の鍔部１ｂを加熱しても，板材１
に対する絞り成形性および製品の形状凍結性が向上す
る。

【００３６】しかも、パンチ１１の端面と接触する板材
の部分を冷却することにより、板材１全体を効果的に冷
却することができ、さらにパンチ１１と反対側から非酸
化性ガスすなわち不活性ガスまたは還元ガスを吹かける
ことにより簡素な設備で板材１を冷却することができ
る。

【００３７】さらに、板材１におけるパンチの端面と接
触する部分は、非酸化性ガスに晒されて非酸化雰囲気の
中で加工されるので、表面酸化膜の生成成長が抑制され
る。すなわち、板材１に接触する雰囲気中に存在する酸
素が板材表面から内部に浸透拡散することが抑制され、
表面酸化膜の生成成長が抑制される。不活性ガスを使用
するのは酸素分圧を少なくするためであり、還元ガスを
使用するのは酸素分圧を少なくすることに酸素をガスに
還元するためである。従って、後に製品を溶接、接着、
塗装などの処理を行うときに、これらの処理の効果が表
面酸化膜により阻害されることがない。

【００３８】この実施例に基づく具体例について説明す
る。

【００３９】本発明例と比較例として夫々同じ材質のア
ルミニウム合金板材を用いて同じ成形加工条件で同じ寸
法の底部および鍔部付き円筒形容器を成形した。ただ
し、本発明例としては、成形加工時に板材に対して冷却
条件を異ならせて冷却を行ったものを採用した。比較例
としては、成形加工時に板材に対して冷却を冷却を行わ
ず、板材の温度が異なるものを採用した。

【００４０】成形加工条件は次の通りである。

【００４１】板材は、材質がアルミニウム合金Ａ５１８
２ＰーＯ、板厚が１mmである。パンチ直径は８０mm、し
わ押え圧力は３．５トン、成形温度２５０℃、成形速度
２mm／秒である。パンチ温度は冷却有りの場合には０
℃、冷却なしの場合には室温である。潤滑条件は、４弗
化エチレン樹脂系潤滑シートを板材の両面に貼り付けた
ものである。本発明例の容器を成形加工する場合にはＮ
₂ガスを用いて板材を冷却した。

【００４２】成形した本発明例の製品容器および比較例
の製品容器について限界絞り比と底面膨れ量を夫々調べ
た。限界絞り比は深絞り成形性の程度を判断するための
ものであり、底面膨れ量は製品の形状凍結の程度を判断
するためのものである。限界絞り比は、絞り限界板材直
径を調べるために各板材の直径について夫々５回深絞り
成形加工を行い、限界絞り比＝３個以上の破断面なしの
最大板材直径／パンチ直径８０mmの式から求めた。製品
容器の底面膨れ量は図２（ｂ）に示すように、容器１Ａ
の底部１ａの中心Ｏから直径方向にＳ＝３０mm離れた箇
所における底部中心Ｏに対する変位で求めた。

【００４３】また、容器の表面酸化被膜はＸ線光電子分
光により調べた。容器の肌荒れの有無は目視により判断
した。

【００４４】計測結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】この表１によれば、本発明例の製品容器は比較例の製品
容器に比較して限界絞り比が大きく成形性が良好である
ことが分かる。また、本発明例の製品容器は比較例の製
品容器に比較して底面膨れ量が少なく形状凍結性が良好
であることが分かる。さらに、本発明例の製品容器は比
較例の製品容器に比較して表面酸化膜の生成成長が抑制
されていることが分かった。そして、比較例の中で数種
類が本発明のものより特性が劣っていることが分かっ
た。

【００４６】前述した実施例では、深絞り成形加工時に
パンチを水冷しているが、本発明方法ではパンチを水冷
せずに冷却風により板材を冷却する場合にも対象にでき
る。

【００４７】なお、本発明は前述した実施例に限定され
ず、種々変形して実施することができる。例えば前記実
施例では板材をパンチの上側に配置して深絞り成形加工
を行っているが、板材をパンチの下側に配置してパンチ
の加工により深絞り成形加工を行う方法であっても良
い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の温間深絞り
成形加工方法によれば、温間深絞り成形加工に際して、
パンチの端面と接触する板材の部分に非酸化性ガスを吹
きかけて、この板材の部分を強制的に空冷して板材の温
度上昇を阻止することにより、絞り成形性の向上と製品
の形状凍結性を向上を図ることができる。

【００４９】さらに、本発明の温間深絞り成形加工方法
によれば、パンチの端面と接触する板材の部分を非酸化
雰囲気に晒すことにより、板材における表面酸化膜の生
成、成長を抑制でき、製品に対する溶接、接着、塗装な
どの処理を表面酸化膜に阻害されることなく良好に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温間深絞り成形加工方法の一実施例に
用いるプレス装置の概略的構成を示す図。

【図２】（ａ）は深絞り成形加工された容器を示す斜視
図。（ｂ）は容器の底部を示す断面図。

【符号の説明】

１１…パンチ、１２…ダイス、１５…しわ押え、１７．
１８…電気ヒータ、１９…冷却水通路、２３…ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎淳東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者小倉健一東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者阿部哲也東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パンチ、ダイスおよびしわ押えを備えた
プレス装置を使用し、前記しわ押えと前記ダイスとで板
材を挟持するともにこの挟持部分を加熱し、前記パンチ
により前記板材を絞って底部および鍔部付きの容器を成
形するに際して、前記板材における前記パンチの端面と
接触する部分に、前記パンチとは反対側から非酸化性ガ
スを吹きかけて、前記板材の部分を前記パンチの温度以
下に冷却するとともに、前記板材の部分の周囲に非酸化
雰囲気を形成することを特徴とする温間深絞り成形加工
方法。