WO2021186952A1 - プレス成形用金型とそれを用いたプレス成形方法 - Google Patents

プレス成形用金型とそれを用いたプレス成形方法 Download PDF

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南 藤村
英一 太田
諭 二見
誉将 蟹江
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トヨタ車体株式会社
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    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner

Definitions

  • the present invention relates to a press molding die and the like.
  • Press-molded products are often used in various fields such as automobiles, home appliances, furniture and miscellaneous goods. Press molding makes it possible to efficiently mass-produce members with complicated shapes.
  • Patent Document 1 stably reduces the coefficient of friction between the mold surface (molding surface) and the material by combining the adjustment of the surface roughness of the aluminum alloy plate (material) and the solid lubricating film that covers the surface. I am proposing to let you.
  • Patent Document 2 in order to suppress deterioration of moldability due to anisotropy of friction coefficient appearing in a mill finish material (material) of an aluminum alloy plate, the surface roughness of the mold is adjusted to form a mold surface. It proposes to form an oil pool. As a result, the coefficient of friction between the mold surface and the material is stably reduced to about 0.20.
  • Patent Document 3 proposes to form a CrN film, a Cr film, an intermediate film, and a DLC film on the surface of a mold for press-molding a titanium plate (material). As a result, the friction between the mold surface (molding surface) and the material is reduced, and wear resistance, adhesion resistance, and mold life are improved.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a press molding die and the like capable of extending the life of the mold and stabilizing the molding quality by a new method different from the conventional method.
  • the purpose is to do.
  • the present inventor increased the coefficient of friction between the material and the surface of the mold (molding surface) by increasing the coefficient of friction between the material and the surface of the mold (molding surface) by the idea of reversal, which is not bound by conventional technical wisdom. It was newly found that the wear of the mold can be suppressed. By developing this result, the present invention described below has been completed.
  • the present invention is a mold used for press molding of a material, which has a convex portion formed of a convex molding surface, and the convex portion is a shoulder that press-contacts the material while sliding on the material.
  • the shoulder portion is a press molding die having a high friction surface, which is a molding surface having a friction coefficient larger than that of the surrounding portion, at least in a part thereof.
  • the coefficient of friction of the shoulder portion which is easily worn and has a great influence on the die life, is increased contrary to the conventional conventional wisdom. ing. As a result, the amount of wear on the shoulder portion is reduced, the wear on the entire mold is balanced, and the life of the mold is extended. As a result, it is possible to reduce the cost of press molding and stabilize the quality of the molded product.
  • the present invention can also be grasped as a press molding method. That is, the present invention may be a method of press-molding a material using the above-mentioned mold having a high friction surface on the shoulder portion. Furthermore, the present invention can also be grasped as a molded product obtained by the press molding method.
  • the press molding referred to in the present invention is not limited to the case where the plate material is plastically deformed to a desired shape by a pair of dies (upper die and lower die, punch and die, etc.) as in deep drawing molding, etc. Forging or the like may be used. Press molding may be performed in either a cold state, a warm state or a hot state. In press molding, a lubricant (oil), a lubricating film, a sliding film, or the like may be formed on at least one of the material and the molding surface of the mold.
  • x to y includes a lower limit value x and an upper limit value y.
  • a range such as “ab” may be newly established with any numerical value included in the various numerical values or numerical ranges described in the present specification as a new lower limit value or upper limit value.
  • x to y ⁇ m as used herein means x ⁇ m to y ⁇ m. The same applies to other unit systems.
  • One or more components arbitrarily selected from the present specification may be added to the above-mentioned components of the present invention.
  • the contents described in the present specification may appropriately apply not only to the mold but also to the press molding method and the molded product obtained by the press molding method. It can be a methodical component or a component of an object. Which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.
  • the mold may have any specific form, press molding, etc., as long as it has at least one convex portion on which a shoulder portion in which the material is in sliding contact is formed.
  • the shoulder portion may be a punch shoulder portion or a die shoulder portion.
  • the punch shoulder portion is, for example, a portion formed on the outer peripheral edge portion of the top surface of the convex portion.
  • the die shoulder portion is, for example, a portion formed on the inner peripheral edge portion (material introduction portion) of the concave portion formed of the concave molding surface.
  • each shoulder is usually rounded into a convex curved surface, and each radius of curvature (referred to as “shoulder radius” or “shoulder R”) is adjusted as appropriate.
  • the mold is not limited to a plurality of molds (for example, punch and die), but may be a single mold (for example, a molding pin). When the mold consists of a plurality of molds, it is sufficient that one of the molds has a shoulder portion provided with a high friction surface.
  • Friction coefficient The high friction surface has a friction coefficient higher than that of the molded surface around the high friction surface, for example, 0.1 or more, 0.15 or more, 0.2 or more, 0.25 or more, and even 0. It should be 3 or more larger. However, if the difference in friction coefficient between the high friction surface and the molded surface around it becomes excessive, the amount of wear on the high friction surface begins to increase. Therefore, the difference in friction coefficient is, for example, 0.6 or less, 0.5 or less, and more preferably 0.4 or less.
  • the coefficient of friction itself is the material and surface condition of the material (surface roughness, coating, presence or absence of lubricant, etc.), the surface condition of the mold (texture, surface roughness, coating, presence or absence of lubricant, etc.) and the form of the molded surface. It may change depending on (particularly the degree of shoulder R), molding conditions (molding method, temperature, etc.) and the like. Therefore, it is difficult to directly define the preferable range of the friction coefficient itself.
  • the coefficient of friction between the material and the molding surface of the mold is set to about 0.05 to 0.2 and further to about 0.1 to 0.15.
  • the friction coefficient of the high friction surface is, for example, 0.2 to 0.6, 0.25 to 0.55, and more preferably 0.3 to 0.5. If the coefficient of friction around the high friction surface is 0.05 to 0.2, the friction coefficient of the high friction surface should be 0.3 or more. If the coefficient of friction around the high friction surface is 0.1 to 0.15, the friction coefficient of the high friction surface should be 0.25 or more.
  • the coefficient of friction referred to in the present specification is measured using a material and a mold (high friction surface) used for actual press molding, or a test device that imitates them. At this time, a flat plate sliding test is used to measure the friction coefficient.
  • the coefficient of friction ( ⁇ ) can be obtained as / 2P (see: Thin Steel Plate Molding Technical Committee, Press Molding Difficulty Handbook-4th Edition-, p.135.). Unless otherwise specified, the friction coefficient ( ⁇ ) referred to in the present specification is a dynamic friction coefficient.
  • the high friction surface may be provided at a convex portion (region) that is easily worn by press molding.
  • the shoulder portion when the convex portion has a flat portion and a shoulder portion, the shoulder portion (the whole or a part of the molded surface thereof) may be a high friction surface.
  • FIG. 1B when there are a plurality of shoulders having different shoulders R on the convex portion, it is preferable to provide a high friction surface at least on the shoulder portion having a small shoulder R (see FIG. 1B).
  • the high friction surface may be formed in a high surface pressure region where the surface pressure of the molded surface in contact with the material is larger than the surroundings.
  • the coefficient of friction may be substantially constant regardless of the direction (friction isotropic), or the coefficient of friction may differ depending on the direction (friction anisotropy).
  • the high friction surface has friction anisotropy, for example, it is preferable that the friction coefficient in the sliding contact direction with the material is large and the friction coefficient in the other direction is small.
  • the friction coefficient of the high friction surface is indexed by the maximum value thereof.
  • the coefficient of friction of the high friction surface is, for example, a rough surface portion having a larger surface roughness than the molding surface around it (see FIG. 2A) or a texture portion formed on the molding surface of the shoulder portion (FIG. 2B). See) etc.).
  • the surface roughness Ra (calculated average roughness / reference length: 0.8 mm / JIS B 0601 or ISO4287) is 0.1a to 0.8a and further 0.2a to 0.7a. It is good.
  • the textured portion is formed by, for example, regularly or irregularly arranging protrusions higher than the surrounding molding surface or depressions (grooves) lower than the surrounding molding surface.
  • the height of the protrusions and the depth of the dents can be obtained as the arithmetic mean value of the maximum height of each protrusion or the maximum depth of each dent in a field of view (0.8 mm ⁇ 0.8 mm) in which the textured portion is observed with a microscope or the like.
  • Such rough surface portions and texture portions are formed by, for example, cutting, grinding, blasting, shots, thermal spraying, and the like.
  • the difference in friction coefficient between the high friction surface and the molded surface around it may be adjusted by forming a sliding film, adhering a lubricant, or the like (see: JP-A-6-134504 (FIG. 4). ), Menezes, PLet al., "STUDIES ON FRICTION IN STEEL-ALUMINUM ALLOY TRIBO-SYSTEM: ROLE OF SURFACE TEXTURE OF THE SOFTER MATERIAL", Proceedings of the STLE 2011 Annual Meeting & Exhibition
  • the material and form (shape, size, etc.) of the material to be press-molded does not matter.
  • the material may be an iron base material, an aluminum base material, a magnesium base material, a titanium base material, or the like.
  • the "X base material” means a pure metal or alloy (including a compound) of X.
  • the material is, for example, a (thin) plate.
  • the thickness is appropriately adjusted, and is, for example, 0.01 to 3 mm, 0.05 to 2 mm, and further 0.1 to 1 mm.
  • the plate-shaped material does not necessarily have to be a flat plate.
  • the press molding referred to in the present specification is not limited to the primary molding, but may be a secondary molding, a tertiary molding, or the like in which the preformed material is further molded.
  • a lower mold (punch) having a convex portion having a convex molding surface and an upper mold (die) having a concave portion having a concave molding surface corresponding to the convex portion were used.
  • R ...” shown in FIG. 3 indicates the radius (shoulder R) of each shoulder portion
  • L ...” indicates the length. In each case, the unit of length is mm.
  • the single numerical value shown in FIG. 3 is the coefficient of friction of the cross-linked portion connecting the shoulder portions.
  • the mold was analyzed as a rigid body model for both the upper and lower molds.
  • Condition Analysis software (LS-DYNA / ver.971R9) was used to simulate the press molding of the above-mentioned model.
  • the press molding was cold molding (at room temperature).
  • the molding was carried out by setting symmetrical boundary conditions on the entire circumference of the material and lowering the upper mold by 0.35 mm in the pressurizing direction (downward).
  • the coefficient of friction of the upper mold and the lower mold was 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 or 0.6.
  • FIGS. 4A to 4C (collectively referred to as “FIG. 4”) and FIG.
  • the maximum wear amount per shot at the punch shoulder is on the left vertical axis, and when the total wear amount based on the maximum wear amount is 0.01 mm (this time is defined as “mold life”).
  • the number of shots up to (referred to as "limit number of shots") is shown on the right vertical axis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)

Abstract

従来とは逆転の発想により、成形品質の安定化や長寿命化等を図れるプレス成形用金型を提供する　本発明は、素材のプレス成形に用いる金型であり、凸状の成形面からなる凸部を有する。凸部は、素材上に摺接しつつ素材を圧接する肩部を有する。肩部は、その周囲よりも摩擦係数が大きい成形面である高摩擦面を少なくとも一部に有する。高摩擦面は、例えば、その周囲にある成形面よりも　摩擦係数が０．１以上大きいとよい。具体的にいうと、高摩擦面の摩擦係数は、例えば、０．２５～０．６であるとよい。このような高摩擦面は、例えば、その周囲にある成形面よりも表面粗さが大きい粗面部や、肩部の成形面上に形成したテクスチャー部等により実現される。

Description

プレス成形用金型とそれを用いたプレス成形方法
　本発明は、プレス成形用金型等に関する。
　自動車、家電、家具・雑貨等の各種分野で、プレス成形した製品（単に「成形品」ともいう。）が多用されている。プレス成形により、複雑な形状の部材も効率的に量産可能となる。
　ところで、成形品の品質（寸法精度、面粗度等）の確保とその低コスト化とを図るためには、安定した成形性が長期的に維持される必要がある。そこで従来から、素材（「被加工材」またわ「ワーク」ともいう。）と金型の成形面との間に作用する摩擦力（摩擦係数）の低減を主眼に、種々の開発・研究がなされてきた。これに関連する記載が、例えば、下記の特許文献にある。
特開平６－１３４５０４号公報（特許２７９９１１４号公報） 特開２００６－２８９４６０号公報 特開２０１８－１５８３５５号公報
　特許文献１は、アルミニウム合金板（素材）の表面粗度の調整とその表面を被覆する固体潤滑被膜とを組み合わせて、金型表面（成形面）と素材の間の摩擦係数を安定的に低減させる旨を提案している。
　特許文献２は、アルミニウム合金板のミルフィニッシュ材（素材）に現れる摩擦係数の異方性に起因した成形性の悪化を抑制するため、金型の表面粗度を調整して、金型表面にオイル溜まりを形成することを提案している。これにより、金型表面と素材の間の摩擦係数を、安定的に０．２０程度まで低減させている。
　特許文献３は、チタン板（素材）をプレス成形する金型の表面に、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜およびＤＬＣ膜を形成することを提案している。これにより、金型表面（成形面）と素材の間を低摩擦化し、耐摩耗性、耐凝着性、金型寿命の向上を図っている。
　本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる新たな手法により、金型の高寿命化や成形品質の安定化等を図れるプレス成形用金型等を提供することを目的とする。
　本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、従来の技術常識に囚われない逆転の発想により、素材と金型表面（成形面）の摺接間の摩擦係数を増大させることで、金型の摩耗を抑制できることを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
《プレス成形用金型》
（１）本発明は、素材のプレス成形に用いる金型であって、凸状の成形面からなる凸部を有し、該凸部は、該素材上に摺接しつつ該素材を圧接する肩部を有し、該肩部は、その周囲よりも摩擦係数が大きい成形面である高摩擦面を少なくとも一部に有するプレス成形用金型である。
（２）本発明のプレス成形用金型（単に「金型」という。）では、摩耗し易く金型寿命に大きな影響を及ぼす肩部の摩擦係数を、従来の技術常識とは逆に大きくしている。これにより肩部の摩耗量が減少し、金型全体の摩耗が均衡化して、金型寿命の長期化が図られる。その結果、プレス成形に係るコスト低減と共に、成形品の品質安定化も可能となる。
（３）摩耗し易い肩部の成形面を高摩擦面とすることで、その摩耗が抑制される理由や機序は必ずしも定かではない。現状、次のように考えられる。高摩擦面により、素材と肩部表面との摩擦が増大し、両者間の摺動距離が短縮される結果、摩耗に要する仕事量（エネルギー）も低減されたことが一因と推察される。なお、高摩擦面を設けることにより、素材と金型（成形面）との間に作用する面圧が低下し得ることも、新たにわかった。この点も、高摩擦面による肩部の摩耗低減に関係していると考えられる。
《プレス成形方法》
（１）本発明はプレス成形方法としても把握できる。すなわち、本発明は、肩部に高摩擦面を有する上述した金型を用いて、素材をプレス成形する方法でもよい。さらに、本発明は、そのプレス成形方法により得られた成形品としても把握され得る。
（２）本発明でいうプレス成形は、深絞り成形等のように一対の金型（上型と下型、パンチとダイ等）により板材を所望形状に塑性変形させる場合に限らず、打ち抜き、鍛造等でもよい。プレス成形は、冷間状態、温間状態または熱間状態のいずれでなされてもよい。プレス成形は、素材と金型の成形面との少なくとも一方に、潤滑剤（油）、潤滑膜、摺動膜等が形成されていてもよい。
《その他》
　特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ～ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ～ｂ」のような範囲を新設し得る。また特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ～ｙμｍ」はｘμｍ～ｙμｍを意味する。他の単位系についても同様である。
肩部を平坦部よりも高い摩擦係数にした場合を例示する模式図である。 曲率半径（肩Ｒ）が小さい肩部を高い摩擦係数にした場合を例示する模式図である。 高摩擦面を構成する粗面部を例示する模式図である。 高摩擦面を構成するテクスチャー部の形態例を示す模式図である。 数値解析に用いたプレス成形のモデルを示す断面図である。 摩擦係数と滑り距離比の関係を示す散布図である。 摩擦係数と面圧比の関係を示す散布図である。 摩擦係数と成形荷重比の関係を示す散布図である。 摩擦係数と、最大摩耗量または限界ショット数との関係を示す散布図である。
　上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、金型のみならず、プレス成形方法やそれにより得られた成形品等にも適宜該当し得る。方法的な構成要素でも物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
《金型》
　金型は、素材の摺接する肩部が形成された凸部を少なくとも一箇所備える限り、具体的な形態やプレス成形の種類等を問わない。例えば、金型がパンチとダイからなる場合、肩部は、パンチ肩部でもダイ肩部でもよい。パンチ肩部は、例えば、凸部の頂面の外周縁部に形成される部位である。ダイ肩部は、例えば、凹状の成形面からなる凹部の内周縁部（素材の導入部）に形成される部位である。いずれの肩部も、通常、凸状の曲面に丸められており、各曲率半径（「肩アール」または「肩Ｒ」という。）は適宜調整される。なお、金型は、複数型（例えばパンチとダイ）に限らず、単数型（例えば成形ピン）でもよい。金型が複数型からなる場合、いずれかの型に、高摩擦面が設けられる肩部があればよい。
《高摩擦面》
（１）摩擦係数
　高摩擦面は、高摩擦面の周囲にある成形面よりも摩擦係数が、例えば、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上さらには０．３以上大きいとよい。但し、高摩擦面とその周囲にある成形面との摩擦係数差が過大になると、高摩擦面の摩耗量が増加し始める。このため摩擦係数差は、例えば、０．６以下、０．５以下さらには０．４　以下であるとよい。
　摩擦係数自体は、素材の材質や表面状態（表面粗さ、被膜、潤滑剤の有無等）、金型の表面状態（テクスチャー、表面粗さ、被膜、潤滑剤の有無等）や成形面の形態（特に肩Ｒの程度）、成形条件（成形方法、温度等）などにより変化し得る。このため、摩擦係数自体の好適な範囲は直接的に規定し難い。但し、一般的に、素材と金型の成形面との間の摩擦係数は０．０５～０．２さらには０．１～０．１５程度に設定される。そこで高摩擦面の摩擦係数は、例えば、０．２～０．６、０．２５～０．５５さらには０．３～０．５であるとよい。高摩擦面の周囲の摩擦係数が０．０５～０．２なら、高摩擦面の摩擦係数は０．３以上とするとよい。また高摩擦面の周囲の摩擦係数が０．１～０．１５なら、高摩擦面の摩擦係数は０．２５以上とするとよい。
　本明細書でいう摩擦係数は、実際のプレス成形に用いられる素材と金型（高摩擦面）、またはそれらを模した試験装置を用いて測定される。このとき、摩擦係数の測定には平板摺動試験を用いる。平板摺動試験は、プレス成形において、ダイとしわ抑え板に挟持された素材（板材）の摺動現象を模擬した試験であり、押付け力(Ｐ）と引抜き力(Ｆ）から、μ＝Ｆ／２Ｐとして摩擦係数(μ)が求まる（参照：薄鋼板成形技術委員会，プレス成形難易ハンドブック－第4版－,p.135.）。なお、特に断らない限り、本明細書でいう摩擦係数（μ）は、動摩擦係数である。
（２）配置
　高摩擦面は、プレス成形により摩耗し易い凸部の部位（領域）に設けられるとよい。例えば、図１Ａに示すように、凸部に平坦部と肩部があるとき、その肩部（その成形面の全体または一部）を高摩擦面にするとよい。また、図１Ｂに示すように、凸部に肩Ｒの異なる複数の肩部があるとき、少なくとも肩Ｒの小さい肩部に高摩擦面を設けるとよい（図１Ｂ参照）。
　高摩擦面は、素材に接触する成形面の面圧が周囲よりも大きい高面圧域に形成されてもよい。高摩擦面を設けることにより、高面圧域の面圧が低下して、特定域の摩耗を抑制し得る。
　高摩擦面は、方向によらずに摩擦係数が略一定でも（摩擦等方性）、方向により摩擦係数が異なってもよい（摩擦異方性）。高摩擦面が摩擦異方性を有する場合、例えば、素材との摺接方向の摩擦係数が大きく、他方向の摩擦係数が小さくされるとよい。なお、高摩擦面に摩擦異方性がある場合、高摩擦面の摩擦係数は、その最大値により指標する。
（３）形態
　高摩擦面の摩擦係数は、例えば、その周囲にある成形面よりも表面粗さが大きい粗面部（図２Ａ参照）、または肩部の成形面上に形成したテクスチャー部（図２Ｂ参照）等により増大し得る。粗面部は、例えば、面粗さＲａ（算出平均粗さ／基準長さ：０．８ｍｍ／JIS B 0601またはISO4287）が、０．１ａ～０．８ａさらには０．２ａ～０．７ａであるとよい。
　テクスチャー部は、例えば、周囲の成形面よりも高い突起または周囲の成形面よりも低い窪み（溝）等を、規則的または不規則的に配置することにより形成される。突起の高さや窪みの深さは、テクスチャー部を顕微鏡等で観察した視野（０．８ｍｍ×０．８ｍｍ）において、各突起の最大高さまたは各窪みの最大深さの算術平均値として求まる。このような粗面部やテクスチャー部は、例えば、切削や研削、ブラストやショット、溶射等の加工により形成される。この他、高摩擦面とその周囲の成形面との摩擦係数差は、摺動膜の成膜、潤滑剤の付着等により調整されてもよい（参照：特開平６－１３４５０４号公報（図４）、Menezes,P.L.et al., "STUDIES ON FRICTION IN STEEL-ALUMINUM ALLOY TRIBO-SYSTEM:ROLE OF SURFACE TEXTURE OF THE SOFTER MATERIAL", Proceedings of the STLE 2011 Annual Meeting & Exhibition, pp.1-3 ）。
《素材》
　プレス成形の対象となる素材の材質や形態（形状、サイズ等）は問わない。例えば、素材は、鉄基材、アルミニウム基材、マグネシウム基材、チタン基材等でもよい。なお、「Ｘ基材」は、Ｘの純金属または合金（化合物を含む）を意味する。
　素材は、例えば、（薄）板状である。その厚さは適宜調整されるが、例えば、０．０１～３ｍｍ、０．０５～２ｍｍさらには０．１～１ｍｍである。板状の素材は、必ずしも平板でなくてもよい。本明細書でいうプレス成形は、一次成形に限らず、予成形された素材をさらに成形する二次成形や三次成形等でもよい。
　金型の肩部の摩擦係数がプレス成形に及ぼす影響を数値解析した。このような実施例に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。
《モデル》
（１）金型
　図３に示すモデルを用いてシミュレーションを行った。金型モデルは、凸状の成形面からなる凸部を有する下型（パンチ）と、その凸部に対応する凹状の成形面からなる凹部を有する上型（ダイ）とを用いた。図３中に示した「Ｒ・・・」は各肩部の半径（肩Ｒ）を示し、「Ｌ・・・」は長さを示す。いずれも長さの単位はｍｍである。
　図３に示した単独の数値は、肩部間を接続する架橋部の摩擦係数である。パンチ肩部の摩擦係数（μｐ）とダイ肩部の摩擦係数（μｄ）は、便宜上、μｐ＝μｄ（＝μ）として、その摩擦係数（μ）を種々変更した。
　金型は、上型も下型も剛体モデルとして解析した。
（２）素材
　プレス成形される被加工材である素材は鉄基材からなる薄板（板厚ｔ０．１ｍｍ）を想定し、面外異方性弾塑性モデルとして解析した。
《数値解析》
（１）条件
　解析ソフト（ＬＳ-ＤＹＮＡ／ver.971R9）を用いて、上述したモデルのプレス成形をシミュレーションした。プレス成形は冷間成形（室温状態）とした。成形は、素材全周に対称境界条件を設定し、上型を加圧方向（下方）へ０．３５ｍｍ下降させて行った。上型と下型の各摩擦係数は、０．１、０．１５、０．２、０．３、０．４、０．５または０．６とした。
（２）結果
　μを変化させて得られたシミュレーション結果を図４Ａ～図４Ｃ（これらを併せて単に「図４」という。）と図５に示した。
　図４Ａ～図４Ｃには、いずれもパンチ肩部について、μ＝０．１のときを基準に、滑り距離比、面圧比および成形荷重比をそれぞれ示した。図５には、そのパンチ肩部における１ショットあたりの最大摩耗量を左側縦軸に、その最大摩耗量に基づく合計摩耗量が０．０１ｍｍとなるとき（このときを「金型寿命」と定義した。）までのショット数（「限界ショット数」という。）を右側縦軸にそれぞれ示した。
《評価》
（１）図４Ａおよび図４Ｂからわかるように、μが増加すると、肩部における滑り距離と面圧が低下することがわかる。また図４Ｃからわかるように、μが増加すると、成形荷重も微増した。但し、通常、高摩擦面を設ける領域は成形面全体の極一部であるため、高摩擦面を設けても、実際の成形荷重は殆ど変化しないと考えられる。
（２）図５からわかるように、μが増加すると、最大摩耗量が大幅に減少することがわかった。特に、μが０．３～０．６さらには０．３５～０．５となる付近で、最大摩耗量が極小傾向となり、それに相応して金型寿命（ショット数）も極大傾向となった。
　以上のことから、従来の一般的な摩擦係数（０．１～０．１５程度）よりも大きな摩擦係数を有する高摩擦面を設けることにより、金型摩耗の局部化が抑制されて均衡化が図られることがわかった。これにより、金型寿命の長期化が可能となり、ひいては成形品の品質安定化やコスト低減も可能となる。

Claims (7)

  1. 　素材のプレス成形に用いる金型であって、
    　凸状の成形面からなる凸部を有し、
    　該凸部は、該素材上に摺接しつつ該素材を圧接する肩部を有し、
    　該肩部は、その周囲よりも摩擦係数が大きい成形面である高摩擦面を少なくとも一部に有するプレス成形用金型。
  2. 　前記高摩擦面は、その周囲にある成形面よりも摩擦係数が０．１以上大きい請求項１に記載のプレス成形用金型。
  3. 　前記高摩擦面は、摩擦係数が０．２５～０．６である請求項１または２に記載のプレス成形用金型。
  4. 　前記高摩擦面は、前記素材と前記成形面の間に作用する面圧が周囲よりも大きい高面圧域に形成される請求項１～３のいずれかに記載のプレス成形用金型。
  5. 　前記高摩擦面は、方向により摩擦係数が異なる摩擦異方性を有する請求項１～４のいずれかに記載のプレス成形用金型。
  6. 　前記高摩擦面は、その周囲にある成形面よりも表面粗さが大きい粗面部または前記肩部の成形面上に形成したテクスチャー部からなる請求項１～５のいずれかに記載のプレス成形用金型。
  7. 　請求項１～６のいずれかに記載の金型を用いて素材をプレス成形する方法。
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