JPS5927261B2 - フエライトステンレス鋼の極深絞り加工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はフェライトステンレス鋼の極深絞り加工法に
関するものである。

金属材料の深絞リプレス加工は通常メカニカルプレス或
は油圧プレスを用いて室温にて行われるが、深絞り成形
性はフランジ部の変形抵抗とポンチ頭部付近の破断部の
破断力の兼ね合いによつて決まり、成形性を向上させる
には前者を小さく、後者を大きくするのがよい。

そして金属材料は一般に高温で加工するほど変形強度が
低下するから、深絞り加工に際して、１ フランジ部を
加熱する、或いは ２ フランジ部を加熱すると同時にポンチ頭部を冷却す
る、などの手段を講じることによつて、通常の室温加工
に比較してフランジ変形抵抗を減少させ、破断危険部の
破断力を増大させることができるから、深絞り性を向上
させることが可能である。

これらの方法は温間加工法或いは加熱・冷却深絞り加工
法と名づけられ、従来よりＡｌやＭｇ及びそれらの合金
、軟鋼などに適用されているところである。この加工法
は原理的にステンレス鋼の加工に適用可能ではあるが、
ＳＵＳ４３０に代表されるフェライトステンレス鋼にこ
の手法を単純に適用した場合若干の絞り性の向上はみら
れるものの、それだけではなおこの種ステンレス鋼の特
質を十分引き出してその加工性を飛躍的に向上させるこ
とは困難であるばかりでなく、工業的規模の操業を行な
う場合に作業環境（従来の例によると数１００℃の高温
に金型を加熱する必要がある）、作業能率、製造コスト
上の不都合を生ずることは避けられない。この発明は種
々の実験を重ねた結果に基いて従来見られない技術思想
を背景にして、フェライトステンレス鋼の特質を十分発
揮させることにより格段の深絞り性能の向上を実現し、
しかも現場作業上の上述の難点をも回避することに成功
したのである。

即ち、この発明の適用はまず成分組成がＣく０．０２％
、Ｎ＜．０．０２５％である低炭素、低窒素フエライト
ステンレス鋼である必要があり、これのプレス加工に際
しダイス及びブランクホルダー部温度Ｔｆ（℃）を８０
℃以上１８０℃以下に保ち、かつポンチ頭部及び側部温
度Ｔ，（℃）をとし、そしてプレス・ストローク速度を
１０００ｍ７７！／分以下とすることに加え、加工時の
潤滑剤として、ブランク表面に付着している湿分や空気
中の湿分によつて加水分解を起すとともに乾燥固化し該
ブランク表面に緻密なほう酸を析出する有機ほう素化合
物すなわち次式（但し、Ｒはアルキル基、芳香族炭化水
素基、脂環式炭化水素基、複素環式炭化水素基およびそ
れらの誘導基を表わし、Ｒ′は水素原子、アルキル基、
芳香族炭化水素基およびそれらの誘導基を表わし、ｎは
Ｏ〜２を表わす）で示されるとくに、ほう酸トリメチル
を主成分とし、ポリエチレングリコールアルキルエーテ
ルを界面活性剤として好ましくは１〜１０％の範囲にて
、メタノールと１・１・１−トリクロルエタンとの混合
物に配合をし、使用するのである。

第１図には、上述の規制条件に従う絞り加工に適合する
金型構成を示し、図中１はインナーストローク、２はイ
ンナーホルダー、３はアウターストローク、４はアウタ
ーホルダー、５はしわ押え、６はしわ押えプレート、７
はダイス、８はダイスホルダー、９はポンチ、１０はサ
ンプル、１１はボルスタベツド、１２はノツクアウトで
あり、１３は加温媒体、そして１４は冷却媒体である。
以下にこの発明の方法を規範する諸条件の限定理由を作
用効果並びにそれをもたらす原因とともに説明する。ま
ずＣおよびＮをそれぞれ０．０２％以下及び０．０２５
％以下に限定した理由について述べる。

この発明の目的はオーステナイトステンレス鋼に十分対
抗しうる極深絞り加工を工業的レベルでフエライトステ
ンレス鋼によつて行わんとすることにある。その場合の
１つのめやすとして、現在オーステナイトステンレス鋼
の三体分割溶接組立法で製造されている浴槽の一体成形
化の可否を挙げることができる。そこで浴槽の％モデル
型を製作して、ＳＵＳ４３ＯやＳＵＳ４３４などについ
てダイス及びブランクホルダー部を加熱し、同時にポン
チ頭部及び側部を冷却して種々実，験したが、加熱温度
を相当高温（２００′Ｇ以上）にしないと一体成形加は
不可能で、工業化の点でまた潤滑剤の選定の点で問題が
あることがわかつた。そしてこれを回避するための成分
組成上の検討を種々行つた結果、上述の成分組成を有す
る必要のあることを認めたのである。第２図は種々のＣ
含有量からなる試料を上記浴槽％モデル型で所要の成形
深さ（２００ｍｍ）まで絞るためのダイス及びブランク
ホルダー部温度Ｔｆの最低値を示したものである。

このときのＮ含有量はいずれも０．０１％、ポンチ頭部
及び側部温度Ｔ，は２０℃である。これから分るように
Ｃ含有量が多いとＴｆの最低値が非常に高温となり、設
備装置上または潤滑剤の選定上問題が生ずる。Ｔｆが２
００℃程度以下であればこれらはそれほど問題とならず
、作業環境の劣化も起らない。この観点からＣ＜０．０
２％である必要がある。Ｎについても同様のことが実験
でたしかめられ、その結果Ｎ〈０．０２５％なる上限値
が定められた。なお第２図に示したようにＴｉもしくは
Ｎｂを０．０１〜１．００％添加するとＣ含有量（及び
Ｎ含有量についても）が同じでもＴｆはやや低くてすみ
、それだけ成形の余裕度が増加する。以上のようにＣお
よびＮを低減し、場合によつてＴｉもしくはＮｂを添加
することによつて比較的低いＴｆで深絞り加工が可能に
なるのは、塑性歪比が増大して絞り性が改善されること
と、材料が軟質化して低温でフランジ変形抵抗の減少が
もたらされるからである。

このような成分組成からなるフエライトステンレス鋼を
８０゜Ｃ≦Ｔｆ≦１８０℃の温度範囲でフランジ部を加
熱するわけであるが、この下限温度の８０℃は第２図に
示したように、この発明の対象とする低炭窒素フエライ
トステンレス鋼に、極深絞り性を付与するための最低温
度として定められ、一方、上限温度の１８０℃は次の理
由から決定された。

すなわちフランジ部を加熱し、同時にポンチ頭部及び側
部を冷却するのは絞り成形性の改善に効果があるのであ
るが、そのほかにフランジ残り量の異方性を減少させる
ことがこの低炭窒素フエライトステンレス鋼について新
たに知見されたのである。

第３図にこの異方性を表わすパラメータΔｌ（Ｍｍ）と
Ｔｆの関係を示す。ここにΔｌは長四角筒絞りを行つた
ときの長辺部、短辺部及びコーナー部フランジ残り量を
それぞれ１ｃ．．１Ｌ及び１ｘとした場合、Δｌ…１ｘ
−（１Ｌ＋１ｃ）／２で表わしたものである。なるべく
Δｌが小さいほうがフランジ部の２次加工がやりやすい
ばかりでなく、素材寸法が小さくてすむので材料歩留が
向上し、加工にも有利とする。

図からＴｆの上昇につれてΔｌは減少する。この意味か
らＴｆが高温であるほど都合がよい（このことは加工性
に対してもいえる）が、あまり高温だと設備・作業環境
・潤滑剤の選定の上で問題が生ずるので、Δ１がほぼ一
定値となる１８０℃がＴｆの上限に定められるのである
。前述のＴｆの下限値８０℃に対するΔ１は４０ｍｕ以
下であるので実際加工上差支えは生じない。ポンチ頭部
及び側部温度Ｔ，は、上記Ｔｆとの関連においてＴｆ−
１４０≦Ｔ，≦Ｔｆ−６０の範囲、すなわち第４図のよ
うに規定される。

このようにＴ，〈Ｔｆに冷却するのは破断危険部の破断
抵抗を増すためである。Ｔｆが低下するほどＴ，も低下
させるのは第５図にてブランク直径Ｄとポンチ径ＤＯと
の比すなわち絞り比Ｄ／ＤＯを横軸にとつて示したよう
に、Ｔｆが低くなるとフランジの変形抵抗Ｐｂが上るの
で限界絞り比ＬＤＲの劣化を招かないためにはＴ，を下
げて破断抵抗Ｐｆを上げる必要があるからである。また
ある特定のＴｆに対してＴ，は上限と下限を有するが、
第５図かられかるようにＴｆ、いいかえればＰｄが定め
られたときＴ，が高すぎるとＰｆが低下してＰｄ．！ｌ
：．Ｐｆの交点で示される限界絞り比ＬＤＲが低下して
しまうことから上限値が定められ、他方Ｔ，が低いと限
界絞り比ＬＤＲは増大するのであるが、材料が硬化しす
ぎて形状性を損なうこととなるから自ら限界があり、下
限値が定められたものである。

以上のように材料の成分組成に応じてＴｆ及びＴ，を適
切に選ぶことにより極深絞り性を実現するにあたつては
、プレス・ストローク速度を１０００ｍｗ！／分以下に
限定することが絶対必要である。

これは温間加工を経てダイス肩部からポンチ側部に流入
した材料が冷却されて冷間での加工が好ましい状態でな
されるためには若干の時間を必要とするからで、１００
０ｍｍ／分よりも高速で加工すると壁割れを生ずる危険
が増す。このような特定条件で加工した場合に絞り性が
増大するのは、基本的にはフエライトステンレス鋼の強
度と延性の温度依存性に基づくのであり、第５図に示し
たフランジ変形抵抗Ｐｄと破断抵抗Ｐｆを制御しうるこ
とによるものである。

かかる条件を適用することにより、絞り性のみならず形
状性が改善され（もちろん前述したようにフランジ残り
量の異方性も減少する）、さらに後に実施例として示す
ようにフランジ硬度の減少（したがつて２次加工性の増
大）並びにフエライトステンレス鋼の欠点の１つである
りジンクの出現が緩和されることも見いだされたのであ
る。さて、以上述べた限定条件のもとで温間深絞り加工
を行う際にいかなる潤滑剤を使用するかが重要である。

潤滑剤は薄板と使用金型との間の滑り面上に用いられる
から、潤滑性能とともに十分な耐熱性が具備されなけれ
ばならない。さらにこの発明の方法を工業的規模で行う
には、作業性、塗布、乾燥性、安全・衛生性、加工後除
去処理性（水洗性）、価格などがすべて満足のいくもの
でなければならない。既存の二硫化モリブデンやビニル
系の種々の固型フイルム類は十分な耐熱性を有し、潤滑
性能もかなり良好であるが、作業性が極端に悪くなり、
塗布性や加工後の除去性も悪くて連続プレス作業にはま
つたく不向きで、しかも高価であるばかりでなく、この
発明による深絞り加工の改善に寄与し得ない。

このような諸観点に鑑み、本発明者らは上掲のいずれの
性能をも十分に満足し、工業的規模でこの発明の方法の
遂行に有利に適合する潤滑剤として加水分解によつてほ
う酸を析出する有機ほう素化合物を主成分とし、これに
水溶性の界面活性剤を添加したものが最善であることを
見いだしたのである。

すなわち、主成分がほう酸であるから第４図の温度範囲
では十分な耐熱性を有するのはもちろん、潤滑性能も二
硫化モリブデンなどと比べて遜色なく十分な絞り性を実
現することが可能である。すなわちこの発明に従う有機
ほう素化合物はブランク表面に塗布されると直ちに該ブ
ランク表面に付着している湿分や、空気中の湿分によつ
て加水分解を起すとともに乾燥固化し該ブランク表面に
緻密なほう酸よりなる潤滑膜を形成し、しかも加工終了
後は、水洗のみできわめて容易に除去されるのでステン
レス鋼のプレス加工にはまことに都合がよいわけであつ
て殊に作業能率の点で上記二硫化モリブデンや固型フイ
ルムなど従来剤に比べてはるかに優れ、安全・衛生面も
問題なく、かつ安価に入手することができる。次にこの
発明の方法の実施例について説明する。

第１表はこの発明の方法による実施例を従来法と比較し
て示したものである。すなわち、黒１〜６がこの発明の
実施例、＆１２〜１５が従来法による比較例、また屈７
〜１１はこの発明の規制条件のうちのいずれかが充足さ
れないときの参考例である。成形試験は、２００Ｘ２７
０ｍｍ長四角筒金型を用い、複動油圧プレスにて行つた
。

素板の加熱と冷却はそれぞれ油循環方式及び水冷方式に
よつた。素板の板厚は１．０ｍｍ、しわ押え力１００ｔ
０ｎで共通とし、そして潤滑剤は、ほう酸トリメチル（
１０％）とポリエチレングリコールアルキルエーテル（
５％）とを、メタノールと１・１・１トリクロルエタン
（８５％）の混合物に配合した潤滑剤（記号Ａ）、ステ
ンレス鋼のプレス加工に多用されているジヨンソン社の
水性固型潤滑剤（ＪＷ８ＯＯ）とで比較した。これらの
条件下でＳＵＳ４３Ｏ、ＳＵＳ４３ＯＬｌＳＵＳ４３４
、ＳＵＳ４ｌＯなどの規格鋼を従来法で絞り加工したと
きの絞り深さは、ＳＵＳ４３ＯＬを除くと１００ｍｍ以
下である。

ＳＵＳ４３ＯＬのみ１００Ｔｔｍ以上絞れたが、フラン
ジ残り量の異方性が大きく、側壁部のそりやりジンクも
大きい。そして常温加工であるから硬度も高めである。
他方、この発明の方法に従う規定成分範囲のフエライト
ステンレス鋼を所定条件の下で絞り加工した結果によれ
ば（第１表で黒１〜６）ＣおよびＮが若干高めの＆１と
黒２の絞り深さはいずれも１８０能前後、ＣおよびＮと
もに非常に低いＦ．３、４ならびにＣおよびＮは若干高
めであるがＴｉもしくはＮｂを添加した黒５、６では絞
り抜け（絞り深さ２００ｍｍで割れ発生なし）を生じ、
従来法に比べ格段の成形性の向上を示している。それば
かりでなくフランジ幅の異方性や側壁部のそりが減少し
、フランジ部の硬度も従来法よりも低いから２次加工に
有利であり加えりジンク発生程度も軽減されていた。こ
れらに対し、この発明の規範を一部満たさない場合の参
考例として示した黒７〜１１では、黒７はＣおよびＮ含
有量が適正範囲を逸脱、他の条件は規範内に選んだが成
形性が十分でなく、とくにフランジの硬度が高くなつて
いる。

ダイス温度Ｔｆもしくはポンチ温度Ｔ，がそれぞれ規範
をはずれた黒８および．Ｋｌ９ではとくに成形性におい
てこの発明の効果が現出せず、従来法と同等程度の絞り
深さしか得られていない。このことはプレス・ストロー
ク速度が大きすぎたり（黒１０）、潤滑剤として従来法
で多用されているものを使用した場合（黒１１）にもい
えることである。以上から、この発明法の規制条件を満
足する場合に従来法に比較して格段に優れた絞り加工性
と形状凍結性、そして２次加工性や等方性が得られ、プ
レス作業条件も何ら従来法に劣るものではないことが知
られる。

なお、この発明法を工業的規模で遂行するには従来設備
に加熱・冷却のための若干の設備を付加する必要がある
が、それらはそれ程複雑・高価なものではなく、それを
設置することによる如上の優れた作用効果と、高価なオ
ーステナイト鋼からフエライト鋼への材料変更によるコ
ストダウンが可能になることを考慮すると生産価格の点
からも十分に採算がとれるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス、金型各部の詳細を示す断面図、第２図
はダイス及びブランクホルダー部温度の必要最低値とＣ
含有量の関係を示す図表、第３図はフランジの残り幅の
異方性とダイス及びブランクホルダー部温度との関係を
示す図表、第４図はポンチ頭部及び側部温度の適正温度
範囲の、ダイス及びブランクホルダー温度による変化を
示した図表、第５図はフランジ変形抵抗及び破断抵抗と
限界絞り比の関係を示した図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｃ≦０．０２％、Ｎ≦０．０２５％の規制を満たす
   フェライトステンレス鋼のプレス加工に際し、ダイス及
   びブランクホルダー部温度Ｔ＿ｆ（℃）を８０℃以上１
   ８０℃以下の間に保ち、かつポンチ頭部及び側部温度Ｔ
   ｐ（℃）を、Ｔ＿ｆ−１４０≦Ｔ＿ｐ≦Ｔ＿ｆ−６０と
   し、そしてプレス・ストローク速度を１０００ｍｍ／分
   以下とすること、並びに、ほう酸トリメチルとポリエチ
   レングリコールアルキルエーテルとを、メタノールと１
   ・１・１−トリクロルエタンとの混合物に配合した潤滑
   剤を、薄板と加工金型との間のすべり面上に付着させる
   こととの結合を特徴とするフェライトステンレス鋼の極
   深絞り加工法。