鋼板の熱間成形における局部ダイクエンチ

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49 鋼板の熱間成形における局部ダイクエンチ
鋼板の熱間成形における局部ダイクエンチ
塑性加工研究室
軽量化
高強度
要求
高張力鋼板
冷間成形
A-A’断面
A
穴抜き
奥田裕也
A’ シートレール
通電加熱
急速加熱
酸化スケール小
成形荷重大
スプリングバック大
熱間成形
成形荷重小
形状凍結性良
ダイクエンチ
研究目的
研究目的
ダイクエンチ
成形と同時に焼入れ
高強度後加工困難
強度が必要な部分のみの高強度化
局部ダイクエンチ
テーラードダイクエンチ；冷却速度分布制御
焼入れ抑制による局部ダイクエンチ
金型との局部的な接触
低熱伝導材料との接触
１．非成形局部クエンチ実験
２．溝あり金型を用いた局部ダイクエンチ
ハット曲げ成形
３．セラミックスフランジ金型を用いた
局部ダイクエンチハット曲げ成形
非成形局部クエンチ実験装置
非成形局部クエンチ実験装置
はさみこみ面圧p（サーボプレス）
4MPa, 28MPa
実験条件
加熱温度
T=850，900，950℃
ダイクエンチ保持時間
tQ=0.5，1.5，2.5，3.5s
電極押え力
4MPa
電極押え
試験片板押え
40
ダイス
使用鋼板
スミクエンチ
（熱間プレス成形用鋼板）
130L×20W×1.2t
銅電極
絶縁体
114
非成形局部クエンチ実験
非成形局部クエンチ実験（p=4MPa）
（p=4MPa）
通電加熱
(加熱時間2.3s)
はさみ込み
ダイクエンチ
(保持時間3.5s)
完了
電極押え
板押え
板押え
電極押え
ダイス試験片ダイス
銅電極
銅電極
加熱温度と保持時間の硬さへの影響(x=40mm)
加熱温度と保持時間の硬さへの影響(x=40mm)
600
600
500
500
400
400
300
素板
200
100
0
850
x
900
950
加熱温度 /℃
保持時間3.5sにおける
硬さと加熱温度の関係
硬さ /HV20
硬さ /HV20
p=4MPa
300
p=4MPa
素板
200
100
0
x
1
2
3
ダイクエンチ保持時間 /s
加熱温度900℃における
硬さと保持時間の関係
4
ダイクエンチ保持3.5s後の表面温度と硬さの分布
ダイクエンチ保持3.5s後の表面温度と硬さの分布
非接触部
接触部
800
500
400
300
素板
200
100
0
x
10
p / MPa
28
4
p / MPa
28
4
20
30
40
中心からの距離x /mm
600
400
200
0
50
試験片表面温度 /℃
ビッカース硬さ /HV20
600
ダイクエンチ後の引張り特性の変化
ダイクエンチ後の引張り特性の変化（t（tQQ=3.5s)
=3.5s)
30
金型接触部
p / MPa
28
4
6
2
R2
10
20
40
引張強さ /MPa
20
1000
20
素板
500
素板
p / MPa
28
4
10
x
板厚1.2mm
試験片寸法
0
10
20
30
40
中心からの距離x /mm
50
0
破断伸び /%
1500
１．非成形局部クエンチ実験
２．溝あり金型を用いた局部ダイクエンチ
ハット曲げ成形
３．セラミックスフランジ金型を用いた
局部ダイクエンチハット曲げ成形
局部ダイクエンチハット曲げ成形装置
局部ダイクエンチハット曲げ成形装置
加熱温度T=850，900，950℃
ダイクエンチ保持時間tQ=3.5s
R1
.8
荷重(サーボプレス）
4.8
18.8
パンチ
電極押え
R
試験片
1.
板押えパンチ
8
ダイス
28
40
銅電極
14
20
37.2
0
R1
電極押え力
4MPa
11
24
ダイス
溝深さ1mm
絶縁体
金型拡大図
加熱温度900℃におけるハット曲げ成形
加熱温度900℃におけるハット曲げ成形
通電加熱
(加熱時間2.3s)
成形
ダイクエンチ
(保持時間3.5s)
成形完了
板押え
溝あり
パンチ
板押え
試験片
溝あり
ダイス
T=900℃におけるハット曲げ成形体酸化スケールの比較
T=900℃におけるハット曲げ成形体酸化スケールの比較
成形体外観
（a）炉加熱
上面
下面
（ｂ）溝なし金型
上面
下面
（ｃ）溝あり金型
上面
下面
ダイ角部
ハット曲げ成形荷重とダイ角部転写精度
ハット曲げ成形荷重とダイ角部転写精度
2
30
20
1.5
∆r /mm
成形荷重 /kN
40
10
0
(a)冷間 (b)溝なし (c)溝あり
(A) 加熱温度900℃における
成形荷重
成形体
溝あり
r
r0
ダイス
r0=10.0mm
∆r=r-r0
1
0.5
0
溝なし
200 400 600 800 1000
加熱温度T /℃
(B) 転写精度
溝あり金型によるハット曲げ成形体の長手方向硬さ分布
溝あり金型によるハット曲げ成形体の長手方向硬さ分布
ビッカース硬さ /HV20
500
400
300
素板
ｘ
200
100
パンチ角部ダイス角部
0
10
T /℃
溝なし(900)
950
900
850
フランジ部
20
30
40
50
中心からの距離ｘ /mm
60
１．非成形局部クエンチ実験
２．溝あり金型を用いた局部ダイクエンチ
ハット曲げ成形
３．セラミックスフランジ金型を用いた
局部ダイクエンチハット曲げ成形
フランジ部セラミックス金型ハット曲げ成形方法
フランジ部セラミックス金型ハット曲げ成形方法
成形条件
加熱温度：900℃
保持時間：3.5ｓ
37
低熱伝導材
セラミックス
27
ダイス
ダイス
試験片
金型材質：SKD61
5
パンチ
低熱伝導材
5
板押え
フランジ部金型材料
セラミックス（ステアタイト）
(熱伝導率2.0W/ｍ・K)
SUS630
(熱伝導率18W/ｍ・K)
SKD61
(熱伝導率29W/ｍ・K)
計算によるダイクエンチ保持3.5s後の温度分布
計算によるダイクエンチ保持3.5s後の温度分布
ｘ
800
セラミックス
（ステアタイト）
温度 /℃
600
400
200
0
ＳＵＳ630
ＳＫＤ６１
パンチ溝
溝部角部部
20
40
中心からの距離x /mm
フランジ部
60
ハット曲げ成形後の組織
ハット曲げ成形後の組織
マルテンサイト
ダイス角部x=35mm
(474HV20)
ｘ
10μｍ
フェライト
マルテンサイト
底部x=0mm
(217HV20)
パンチ角部x=18mm
(465HV20)
フェライト
フランジ部x=50mm
(249HV20)
素板
(254HV20)
ハット曲げ成形体の長手方向硬さ分布
ハット曲げ成形体の長手方向硬さ分布
ビッカース硬さ /HV20
500
溝あり
（SKD61）
400
300
ｘ
素板
200
パンチ
角部
100
0
10
ダイス角部
セラミックス
（ステアタイト）
フランジ部
20
30
40
50
中心からの距離ｘ/mm
60
成形体穴抜き加工後の切口面構成比
成形体穴抜き加工後の切口面構成比
パンチ直径φ10，クリアランス12％t，穴抜き速度0.5mm/min
パンチ直径φ10，クリアランス12％t，穴抜き速度0.5mm/min
100
だれ
試
験
片
80
破断面
40
切口面構成比 /%
切口面構成比 /%
だれ
せん断面
60
だれ
せん断面
せん断面
80
成形体穴抜き部
100
60
破断面
40
20
20
破断面
バリ
せん断切口面
0
-5 (a)素板
バリ
(c)溝あり
(b)溝なし (d)セラミックス
底部中心（x=0mm）
0
-5 (a)素板
バリ
(c)溝あり
(b)溝なし (d)セラミックス
フランジ部（x=55mm）
ハット曲げ成形後の最大穴抜き荷重
ハット曲げ成形後の最大穴抜き荷重
パンチ直径φ10，クリアランス12％ｔ，穴抜き速度0.5mm/min
パンチ直径φ10，クリアランス12％ｔ，穴抜き速度0.5mm/min
40
最大穴抜き荷重 /kN
最大穴抜き荷重 /kN
40
30
20
10
0
(a)素板
(c)溝あり
(b)溝なし (d)セラミックス
底部中心（x=0mm）
30
20
10
0
(a)素板
(c)溝あり
(b)溝なし (d)セラミックス
フランジ部（x=55mm）
まとめ
まとめ
・局部ダイクエンチによって焼入れを抑制した部位の
後加工性を向上させることができた．
・金型に溝を付け冷却速度を制御し，テーラード
ダイクエンチを行い，強度を必要とする部分を
高強度化することができた．
・金型フランジ部の材質に熱伝導率の低いセラミックスを
用いることによって，金型と接触するフランジ部の急冷を
防止し焼入れを抑制できた．

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