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板鍛造
サーボプレスを用いた摩擦を低減する荷重振動鍛造
豊橋技術科学大学 前野 智美
摩擦大
荷重大薄板の圧縮
板鍛造
板鍛造成形の問題点
厚板材に複雑な板厚分布を成形
サイベックコーポレーションHP
段差加工つぶし
段差
機能部品→精度
つぶしだれ
サーボプレスを用いた荷重振動鍛造
ACサーボプレス フリーモーション
サーボモータ
クランク
クランク式サーボプレス
成形途中における除荷
クランク
振動
時間
スラ
イド
位置
目 次
•荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
•鍛造加工への適用
•ステンレス鋼部品の段差付け加工
ToMoタイプライターテキストサーボプレスを用いた摩擦を低減する荷重振動鍛造 豊橋技術科学大学 前野智美
ToMoタイプライターテキスト板材断面を複雑に成形する板鍛造においては摩擦の影響が大きく金型面圧などが問題となっている。この板鍛造においてサーボプレスを用いて成形中の荷重を振動させることによって、摩擦を低減させる荷重振動鍛造について紹介する。この加工では成形中に圧縮荷重の一部を除荷することで潤滑液を板材の外周部分に自動的に再潤滑させる。圧縮荷重は荷重振動によって顕著に低減し、圧縮された板材の板厚は大きく減少した。アルミニウム合金板の圧縮において荷重低減のメカニズムを調査し、フランジ成形やステンレス合金板の板鍛造に適用して荷重低減と形状精度を向上した例について紹介する。
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⌀10mm
2.0mm
潤滑剤:水溶性プレス油
素材:アルミ合金板A5052-H34
圧縮工具
変位計
圧縮試験機
荷重 F
s素材
3535
荷重振動すえ込み加工実験に用いた素材と工具形状
ストローク s
×Fi
0
荷重
F
F1
F2
Fi
Fn
Ff最大荷重：Ff =80~325kN荷重振動回数：n=0~30除荷率 ：=0~90%
実験条件
素材
金型
すえ込み加工における荷重振動の経路
0
50
100
150
200
250
0.5 1 1.5ストローク s /mm
荷重
F/kN
振動=75%, n=4
F振動なし
圧縮率54.2%
圧縮率65.6%
15.4 mm
18.2 mm
荷重振動すえ込み加工における荷重-ストローク曲線，Ff =200kN
0
50
100
150
200
250
50 55 60 65 70最終圧縮率 rf /%
最終
荷重
F f/kN
振動なし
振動=50%, n=4
振動=75%, n=4103
50%低減
各種の条件における最終荷重と圧縮率の関係
0
10
20
30
40
50
50 55 60 65
中央
と端
部の
板厚
差
t/ m
振動なし 振動=50%, n=4
振動=75%, n=4
t c t et=tc-te
荷重低減による平坦度向上
最終圧縮率 rf /% 端部拡大図
素材
圧縮工具
素材
圧縮工具
=75%, n=4, Ff =200kN
ストローク
荷重
有限要素シミュレーションによる変形挙動
-
75% 90% =0%
腐食部
5mm
(b) 除荷，10分放置(a) 負荷，腐食液注入
腐食液注入
3%NaOH(a)
(b)
腐食実験による隙間の発生の確認
0
20
40
60
80
100
25 50 75 100除荷率 /%
素材
の接
触面
積率
/%
実験計算
素材面積素材面積－腐食面積
接触面積率 =
途中除荷時の素材の接触面積率と除荷率の関係
金型素材 潤滑剤
除荷時
負荷時
素材：塑性変形凸形状
面圧
金型：弾性変形凹形状
=75%除荷
金型：弾性回復
すきま
潤滑剤浸入
荷重振動による自動再潤滑のメカニズム
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6ストローク
平均
摩擦
係数
振動なし（Ff=200kN）
振動 α=75%
加工中の摩擦係数の変化
0.5 1 1.50
0.5
1
1.5
2
時間 /sec
スラ
イド
位置
/mm
0.15mm
0.23mm振動
振動なし
サーボプレスを用いた振動モーションすえ込み実験
振動モーション平均除荷率70～80％，除荷回数６回
素材
圧縮工具
サーボプレスを用いたすえ込み実験
-
荷重振動なし
荷重振動あり
ストローク s/mm
圧縮
荷重
F/kN
0 0.5 1 1.5 2
50
100
150
200
250
300
rf=70%における振動モーションとクランクモーションの荷重 －ストローク曲線
0
50
100
150
200
250
300
350
62 64 66 68 70 72 74 76 78最終圧縮率 r /%
最大
荷重
F f/kN
荷重振動なし
荷重振動あり
40%低減
サーボプレスによる最大荷重と最終圧縮率の関係
目 次
•荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
•鍛造加工への適用
•ステンレス鋼部品の段差付け加工
ビレットの圧縮
振動あり振動なし
⌀10mm10
mm
ビレットの圧縮における焼付き低減
振動なし
振動あり
(d)振動あり
(a) 振動なし
後方押出しへの荷重振動の適用
4.2
11.3
押出し比：2.9
コンテナ
パンチ
φ17
φ21
s
4
2
φ16.3
素材
0.45μmRa
0.2μmRa
Ff =240kN，∆s=0.1mm
-
5
上ダイス
上ピン
下ダイス
下ピン
1510
30
素材
ストロークs
荷重振動
加工前 予備成形 フランジ成形
素材: A5056アルミ合金丸棒⌀10mm
55mm
荷重振動フランジ成形実験に用いた素材と工具形状
22.8mm
25.2mm
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50 60 70 80最終直径拡大率 rd /%
最大
荷重
Ff/kN
振動なし振動あり=100%
37%低減
rd =d – d0
d0
dd0
最大荷重と最終直径拡大率の関係
47.0
d= 21.6
46.5
24.8
振動なし 振動あり =100%, =20%
軸中間部にフランジ成形された軸部品（α =0, 100%, β =20% Ff=200kN）
10 20 30 40直径拡大率 rd / %
軸長
さ増
加量
l/m
m
0
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
50 60 70 80
1.50
1.75
振動なし
=100%, =20%
軸長さ増加量と直径拡大率の関係
負荷条件
=100%, Ff=200kN175kN→0kN
素材
下ダイス
上ダイス
上ダイス側
下ダイス側
腐食実験結果
75m
79m
荷重振動による除荷によって生じる素材-工具間の隙間
目 次
•荷重振動鍛造による荷重の低減とメカニズム
•鍛造加工への適用
•ステンレス鋼部品の段差付け加工
-
0
FfFn
Fi
×Fi
s1 si sfパンチストローク s
荷重
F段差付け加工に用いた工具と荷重負荷方法
ダイス
圧縮板
⌀10 ⌀14 3
荷重振動回数：n=0~10回除荷率 ：α=0~90%
試験片：SUS430 (173HV5)潤滑剤：水溶性プレス油
振動なし
振動ありとなしにおける素材断面
振動ありα=90%,n=10
くぼみ
だれ
1mm
0.1mm
焼付き
焼付き
0 25 50 75フランジ圧縮率 r /%
0.5
1.0
1.5
2.0
平均
接触
面圧
/GP
a
SUS430 振動なし
SPCC α=90%,n=10SPCC 振動なしSUS430 α=90%,n=10
フランジ圧縮率 r = t 0– tt0
振動ありとなしにおける
平均接触面圧とフランジ部圧縮率の関係
接触面t 0 t
くぼ
み深
さh 1
/mm
0.2
0.4
0.6
25 50 75フランジ圧縮率 r /%
h 1
0
振動ありとなしにおける底部くぼみ深さとフランジ圧縮率の関係
振動なし
振動あり
0
0.2
0.4
0.6
25 50 75
凸部
だれ
高さ
h 2/m
m
フランジ圧縮率r /%
h 2
振動ありとなしにおける凸部だれ高さとフランジ圧縮率の関係
振動なし
α=90%,n=10
0 25 50 75フランジ圧縮率r /%
0.05
0.1
0.15
0.2
凸部
側壁
そり
h 3/m
m
振動なし
振動ありとなしにおける凸部側壁凹みとフランジ圧縮率の関係
h3α=90%,n=10
-
5mm 1 mm 5mm 1 mm
r =62%, 振動ありとなしにおけるフランジ底部焼付きに及ぼす荷重振動の影響
振動なし焼付き
α=90%,n=10
r =62%, 振動ありとなしにおける荷重振動の影響
0
0.5
1.0
1.5
2.0
平均
接触
面圧
/GP
a
SPCC（98HV）
SUS430（173HV）
なし
振動
くぼ
み深
さ/m
m
0
0.1
0.2
0.3
SPCCSUS430
なし
振動
0
0.05
0.1
0.15
側壁
反り
/mm
SPCCSUS430
なし
振動
0
2.0
4.0
6.0
凸部
表面
粗さ
/μm
Ra
SPCCSUS430
なし
振動
測定箇所
振動ありとなしにおける内壁傾斜角度とフランジ圧縮率の関係
α=90%,n=10
振動なし
5 mm
5
10
15
20
内壁
傾斜
角度β
/°
振動なし
α=90%,n=10
0 25 50 75フランジ圧縮率r /%
25β
