c - 極限成形システム研究室

豊橋技術科学大学
極限成形システム研究室
自動車，航空機を中心として
極限を超える成形技術を目指して
－ハイテン，チタン，アルミ，マグネ－
超高張力鋼板
の冷間成形
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
超高強度鋼部材のホットスタンピング
通電加熱スマートホットスタンピング
中・小型超高強度鋼部品の通電加熱ホットスタンピング
通電加熱を用いた高張力鋼板の温・熱間せん断加工
ホットスタンピング用逐次鍛造テーラードブランク
高張力鋼板の冷間プレス成形における成形性向上
超強度鋼部材の冷間せん断加工
メカニカルクリンチング，セルフピアスリベッティング，ヘミングによる
高張力鋼板の接合
9. 超高張力鋼板・ステンレス鋼板のしごき加工における焼付き防止
10.ヘテロ表面サーメットダイによるしごき限界向上
11. 自動再潤滑を利用した荷重振動板鍛造
12. 振動鍛造によるボンデフリー化
13.板鍛造による局部増肉加工
14. チタン合金板，熱処理型アルミニウム合金板のホットスタンピング
15. 中空部材の熱間ガスフォーミング
16. 内視鏡を用いたプレス成形の金型内変形挙動の観察
高張力鋼板とアルミニ
ウム合金板の塑性接合
ネットシェイプ
成形 + 焼入れ通電加熱
ダイク
エンチ
超高強度鋼部材の
ホットスタンピング
鋼管の熱間ガスフォー
ミング
研究室メンバー
研究テーマ
軽量自動車部品の極限成形
ギアの振動鍛造
超強度部材のホットスタンピング
ホットスタンピング用逐次鍛造テーラードブランク
ホットスタンピングにおける成形挙動，温度分布
ホットスタンピングへの急速通電加熱の適用
/ ºC
900
現行の熱間プレス成形
温度低下
低速
酸化
加熱
700
搬送
非圧縮部
500
成形時間：
1.7s
冷間
成形
現状差厚テーラードブランク製造方法
溶接
圧延
300
100
材料メーカーから購入
コスト : 大，フレキシビリティ : 小
圧縮部
逐次鍛造
通電加熱を用いた熱間プレス成形
プレス機
型内に設置した電極にて通電
高速
熱間高速
温度低下問題の低減
酸化スケール低減
ダイクエンチによる強度向上
加熱・成形
熱間低速
成形時間：
0.4s
アルミニウム合金管の熱間ガスフォーミング成形
通電加熱
空気圧
歯の打抜き・
トリミング通電加熱ダイクエンチ
穴あけ
曲げパンチ
帯板
部品メーカーで製造可
コスト : 小，フレキシビリティ : 大
非圧縮部，t=1.6mm
中・小型超高強度鋼部品の通電加熱ホットスタンピング
打抜きパンチ
圧縮部，t =1.0mm
熱間：延性大
電極
チタン合金板の通電加熱ホットスタンピング
P小
送り
冷間，破断
通電加熱（T=900°C）
酸化スケール小
電流
(a)通電加熱
(b) 穴抜き・打抜き (c) はめ込み
(d) 曲げ・ダイクエンチング
熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング
ギア部品
超高張力鋼板の通電加熱温・熱間せん断加工
部分通電加熱法
ダイス
アクスルビーム
• せん断面向上
• 穴抜き荷重大幅低減
• 穴抜き後残留応力無し
通電加熱
通電加熱
圧縮荷重 F /kN
150
面圧大
メカニカルクリンチング
パンチ
スプライン成形のボンデフリー化
50
0
摩擦大
インターロック
金型：弾性変形
凹形状
1
1.5
ストローク
s/mm
2
リベット
板押え
除荷
振動なし
インターロック
下板
負圧
潤滑剤侵入
荷重振動による自動再潤滑
振動あり
1mm
再潤滑
焼付きによるわれ
300μm
ダイ
接合前
アルミニウム合金板
と高張力鋼板の接合
セルフピアスリベッティング
上板
すきま
塑性変形
インターロックの形成
パンチ
金型：弾性回復
・下板でのインターロックの形成
・板材の破断なし
ダイ
接合前
0.5
接合要件
板押え
上板
下板
振動なし
振動あり
100
2016
塑性変形を利用した接合法
クランクモーション
荷重振動
最終成形人工時効
成形 + 焼入れ
段差付け
200
低温保管
急速加熱ホットスタンピング人工時効
T4材
300
250
溶体化
空気圧
板鍛造における“だれ”と “ひけ”の防止
自動再潤滑をする荷重振動鍛造
予備成形
熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング
鍛造加工におけるプレスモーション制御
板鍛造
O材
電極
パンチ
熱間ガスフォーミング
鋼管の熱間ガスフォーミング
鋼板
電極
一般の航空機部品の冷間プレス成形
ハイドロフォーミング
上板の貫通
下板の広がり
接合要件
・上板の貫通
・インターロックの形成
・下板の破断なし
高張力鋼板とアルミ
ニウム合金板の接合
http://plast.me.tut.ac.jp/
逐次接触パンチによる超高張力鋼板のフランジ成形性の向上
伸びフランジ成形における割れの防止
縮みフランジ成形におけるしわの抑制
逐次接触パンチ
せん断
板材
逐次接触パンチ
しわの発生
引張り
フランジ割れ
ダイ
従来の平坦パンチ
16.1
圧縮
フランジ割れ
板材端部で発生する
引張応力による割れ
13.7
圧縮低減
角部成形
しわ
従来の平坦パンチ
逐次接触パンチ
JSC1180Y
18.0
逐次接触パンチ W/W0=0.2，α=45
JSC1180Y
プレス成形部品
9.6
ダイス
ブランク
α
11.3
曲げ
ダイス
10.8
せん断切口面
o
成形終了
センターピラー
難加工材のプレス成形における焼付きの防止
ステンレス鋼容器のしごき加工における焼付きの防止
ヘテロ表面サーメットダイによるステンレス鋼容器のしごき加工限界の向上
30
電気自動車
dp
パンチ
(SKD11)
容器
ステンレス鋼
しごき加工
焼付き
潤滑剤
ダイ
c
φ34
補
強
リ
ン
グ
10
1
0
-1
-2
0
焼付き
良好
観察部
ダイ
0
30
電池ケース
20
200
400
600
ダイランド部の軸方向の位置 /µm
200
400
600
ダイランド部の軸方向の位置 /µm
30
800
ラッピングダイ, 0.02µmRa
破断
破断
焼付き
35
高さ /µm
しごき率 /%
TiCNサーメット
1
0
-1
0
しごき率 [%]
5mm
潤滑剤保持
0.1mm
高さ /µm
0.1mm
800
(a) ダイランド部の表面
破断
ダイ
25
20
15
10
5
0
ヘテロ表面ダイ, 0.05µmRa
容器
良好
焼付き
焼付き
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
ヘテロ表面の粗さ [µmRa]
(b) しごき加工限界（SUS４３０，
塩素系プレス油）
ダイ
cR
板材
ダイ
i) 加工前
応力集中の緩和
板材
+
cL>cR
可動ダイ
ダイベース
i) 偏芯：左右のクリアランスが不均一
だれ
せん断面
隙間
FL
FR
FL<FR
ii) 左側の力＜右側の力
cL
せん断面
=
24
20
16
12
8
4
0
ii) 穴抜き加工された切口面の
遅れ破壊性
cR
遅れ破壊が生じ
た時間 [h]
ダイ
ホルダ
クラック
cL=cR
ii) 加工初期
iii) クラック発生
iii) ダイが動く
角部丸みを有するパンチと微
小クリアランスによる穴抜き
iv) 左右のクリランスが均一
自動調芯金型構造
破断面
n= 5
せん断面
破断面
n= 100
iii) 1.5GPa級鋼板の切口面，角部の丸み
R=0.3mm，クリアランス比c=0.8%,
クランプホルダ
穴
試験片
破壊までの繰返回数
[×104]
cL
R=0.3mm, c=0.8%
左クリアランス
板材
クリアランス小
パンチ
右クリアランス
y
可動ダイ
8
x
6
4 x方向
パンチ
2
0
θ=0° 90° 180° 270° 0°
-2
y方向
-4
-6
-80
0.2
0.8
1.0
0.4
0.6
破断面 n= 1 せん断面
パンチストローク [mm]
i) 自動調芯
丸みなし，c=10%
パンチ
角部丸み
ダイ中心とパンチ中
心の差 [µm]
微小角部丸みを有するパンチによるダイクエンチ鋼板の冷間穴抜き加工
80
2.52N・m
60
40
20
0
丸みなし，R=0.3mm,
c=10% c=0.8%
iv) 穴抜き加工された切
口面の疲労強度
研究設備





サーボプレス(150, 80tonf) 
通電加熱用電源

精密万能試験機

疲労試験機（引張，曲げ） 
レーザー顕微鏡

デジタルマイクロスコープ
デジタル光学顕微鏡
高速度カメラ
デジタル表面粗さ測定器
３次元形状測定器
サーモグラフィー  LS-DYNA
硬さ試験機
 ANSYS
超音波厚さ計
 ABAQUS
３Dプリンター
 DEFORM
内視鏡
成形作業観察用ドローン
通電加熱電源+直動式サーボプレス
第１実験室
通電加熱電源+クランク式サーボプレス
ファインスコープ
サーボパルサ疲労試験機
3次元形状測定機
平面曲げ疲労試験機

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