荷重振動鍛造による成形荷重低減とボンデフリー化板鍛造における問題点板鍛造切削板の圧縮豊橋技術科学大学前野智美バルク材板材切削プレス加工荷重大板鍛造摩擦大機能部品→精度だれつぶし焼入れ焼入れ生産性：高コスト：低平面度サーボプレスを用いた荷重振動鍛造荷重振動鍛造による成形荷重低減とボンデフリー化プレス機+工具の弾性変形以内→荷重の一部を除荷弾性変形以上→完全除荷 • ステンレス鋼部品の段差付け加工 • 荷重振動によるボンデフリー化スライド位置 • 荷重振動鍛造による成形荷重低減振動 ACサーボプレスクランク時間振動ありとなしにおいてアルミニウム合金板を70%圧縮したときの荷重‐ストローク曲線アルミニウム合金板の荷重振動すえ込み素材 A5052-H34 ⌀10mm 300 250 振動なし圧縮荷重 F [kN] 2.0mm 200 150 100 圧縮工具振動モーション平均除荷率70∼80％，除荷回数６回振動あり 50 0 完全に除荷していない 0.5 1 1.5 ストローク s [mm] 2 サーボプレスによる最大荷重と最終圧縮率の関係荷重振動すえ込み加工実験に用いた工具および荷重ストローク曲線 350 荷重 F 300 最大荷重 Ff [kN] Ff 変位計荷重振動なし Fn 荷重 F 40%低減 250 35 200 150 荷重振動あり素材 35 100 s 0 0 62 64 66 68 70 72 最終圧縮率 r [%] 74 76 78 F2 ×Fi F1 圧縮工具 50 Fi ストローク s 圧縮試験機有限要素シミュレーションによる変形挙動各種の条件における最終荷重と圧縮率の関係 250 200 最終荷重 Ff /kN 振動なし 150 振動=50%, n=4 100 振動=75%, n=4 50 0 50 55 60 65 最終圧縮率 rf /% 70 腐食実験による隙間発生の検証腐食液注入 3%NaOH 荷重振動による自動再潤滑のメカニズム金型：弾性変形 (a) 素材 (a) 負荷，腐食液注入凹形状面圧素材：塑性変形凸形状金型潤滑剤 (b) 除荷，10分放置 (b) 腐食部負荷時除荷時 5mm  =0% 75% 90% 金型：弾性回復すきま潤滑剤 =75%除荷浸入 SUS 430素板の荷重振動ありなしにおける平均接触面圧と圧縮率の関係平均接触面圧 [GPa] 5.0 振動あり SKD11 振動なし振動あり超硬振動なし 4.0 3.0 2.0 78% 85% 超硬限界 • 荷重振動鍛造による成形荷重低減超硬 57% 72% SKD11限界工具鋼ハイス 20 40 60 圧縮率 r [%] 80 • 荷重振動によるボンデフリー化 100 潤滑剤浸漬を用いたステンレス部品の段差付け加工 ⌀10 粘土 3 • ステンレス鋼部品の段差付け加工 1.0 0 素材 ⌀14 潤滑剤ダイス超硬 2 mm パンチ粘土浸漬，振動あり圧縮板 SKD11 塗布，振動あり塗布，振動なし段差付け加工における底部ひけ深さとフランジ圧縮率の関係板鍛造における荷重振動のまとめ荷重振動鍛造 0.5 h1 0.4 0.3 r = 62%における段差付け加工後の断面圧縮率 r = 素材厚さ−フランジ厚さ素材厚さ試験片：ステンレス合金 SUS430 潤滑剤：水溶性プレス油荷重振動回数：n = 9回除荷率：α = 90% 底部ひけ深さ h1 [mm] 荷重振動鍛造による成形荷重低減とボンデフリー化振動なし浸漬塗布 • 自動的に素材を再潤滑 • 金型の弾性回復時に素材との間に生じた隙間に潤滑剤が浸入 0.2 0.1 0 振動あり浸漬塗布 25 50 75 フランジ圧縮率 r [%] 55% 62% 成形荷重大低減板の圧縮荷重1/2 • 金型破損防止 • 型材質低グレード化 • プレス機小容量化寸法精度向上表面性状向上 • 焼付き防止 • 平面度 • 粗さ • だれ • へこみスプライン成形における低サイクル振動によるボンデフリー化荷重振動鍛造による成形荷重低減とボンデフリー化リン酸塩被膜処理＋石鹸処理 • ステンレス鋼部品の段差付け加工パンチ ’ ダイビレット後方押出しパンチ • 荷重振動によるボンデフリー化水洗酸洗水洗水洗化成中和石鹸皮膜成形方法で向上液体潤滑剤焼付き耐焼付き性：高環境負荷：大多工程：20分以上乾燥高コスト耐焼付き性：低表面密着性低い環境負荷：小塗るだけ低コストスライド位置 • 荷重振動鍛造による成形荷重低減脱脂振動時間振動による自動再潤滑振動後方押出しによる自動再潤滑方法パンチ弾性変形スライド位置 (3) (1) パンチ弾性回復 A’ Die (1) パンチ下降 (2) 除荷 A 時間負圧隙間ビレット再潤滑 (3) パンチ上昇 12.7 5 1.35 Billet 弾性回復 Sec A-A’ (2) 荷重振動潤滑剤 0.5 隙間ダイスビレット: 20.5 ×15mm 21 材質 3.4 パンチ潤滑剤浸入ビレット 3 振動後方押出しによるスプライン成形に用いた工具 13 硬さ [Hv] レーザー変位計スライドロードセル表面粗さ [μmRa] ビレット S10C，焼鈍し 103 パンチ SKH51，焼入れ・焼戻し 856 パンチランド : 0.04 ダイス SK3，焼入れ・焼戻し 675 内壁: 0.51 パンチダイス硫黄添加油性潤滑剤潤滑剤低粘度: ν = 132 mm2/s, 高粘度: ν = 556 mm2/s 下死点からのスライド高さ [mm] 振動後方押出しに用いたスライドモーション形式 n =19, t = 0.0s n=19, t =0.5s ビレット接触 12 0.3 mm 8 6 2 0 スライド 1.2mm t 10 4 有限要素シミュレーションによるパンチ上昇時にビレットとパンチの間に生じる隙間振動なし 2 4 モーション振動なし振動あり振動あり，保持あり 6 8 10 時間 [s] 12 14 振動回数 n 上昇量[mm] 0 – 4 ,19 1.2 4, 9, 19 1.2 16 18 保持時間 t [s] – – 0.2, 0.5, 1.0 速度[mm/s] 23 12.5 12.5 振動後方押出しによるスプライン成形振動後方押出しにおける押出し荷重―ストローク曲線（低粘度） 250 n =19, t = 0.0 s 振動なし押出し荷重 [kN] 200 150 100 50 0 振動後方押出しによって成形されたスプライン容器（低粘度） n = 19, t = 0.5 s 2 4 6 8 ストローク s [mm] 10 12 保持なし，振動ありとなしにおけるパンチドおよびスプライン容器表面振動なし低粘度 n = 19, t = 0 s 高粘度振動なし n = 19, t = 0 s パンチｽﾌﾟﾗｲﾝ容器割れわれ（a）振動なし (b) n = 19, t = 0.0s （c） n = 19, t =0.5s 1mm 保持時間がパンチおよびスプライン容器表面に及ぼす影響 (n=19，低粘度) t = 0.5 s t = 1.0 s スプライン容器 0.6 0.6 表面粗さ [µmRa] パンチ t = 0.2 s 保持時間がパンチおよびスプライン容器表面粗さに及ぼす影響 (n = 19) 0.5 0.5 高粘度 0.4 スプライン容器パンチ 0.3 0.3 0.2 0.2 低粘度 0.1 0 オイルピット 0.4 パンチ初期表面粗さ 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 保持時間 [s] 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 保持時間 [s] 振動回数および保持時間が焼付きに及ぼす影響（低粘度） 1.2 成形時間:6.5 s 上昇量1.2 , 2.4mmで成形されたスプライン容器表面（n = 4） 23.9 s 14.2 s 1.0 1.0 焼付きなし 0.8 上昇量 [mm] 1.2 保持時間 t [s] 保持時間 t [s] 0.5 0 15.9 s 0.6 0.4 焼付きあり 2.4 0.2 パンチ 5 0 10 振動回数 n [-] 15 20 1mm 上昇量2.4mmにおいて生じた潤滑剤の噴出上昇量1.2 , 2.4mmにおいて振動回数と保持時間がパンチとスプライン容器の焼付きに及ぼす影響 1.2 成形時間:4.7 s 14.2 s 23.9 s 保持時間 t [s] 1.0 0.8 4.1 s 15.9 s 0.6 0.4 2.5 s 0.2 2.0 s 0 5 10 振動回数 n [-] 15 (a) u = 1.2 mm 20 0 5 振動回数 n [-] (b) u = 2.4 mm 振動押出しにおける振動周期および上昇量上昇量1.2 , 2.4mmで成形されたスプライン容器オイルピット深さ（n = 4）オイルピット; 10μm 20[μm] 上昇量負圧; 小保持必要負圧;大保持不用潤滑供給：小オイルピット：浅潤滑供給：大オイルピット：深 10 0 -10 -20 (a) u = 1.2mm, t = 0.5s オイルピット; ≈15~20μm ≈15~20μm (a) 上昇量; 小 (b)上昇量; 大 -30 上昇量; 供給量を制御保持；小さい負圧で十分な供給 (b) u = 2.4mm, t = 0s (c) u = 2.4mm t = 0.5s ボンデ処理と振動後方押出し成形されたスプライン容器スプライン成形における低サイクル振動によるボンデフリー化まとめ • 油性潤滑剤においても振動後方押出しによって焼付きなしにスプラインが成形できた． • パンチ上昇時のスライドを停止保持によって十分な再潤滑が得られ，振動回数を低減できる． • 振動後方押出しでは高すぎない粘度の潤滑剤がのぞましい • 過度な潤滑剤はオイルピットを深くするだけでなく，潤滑剤の噴出を引起こし成形品の損傷を招く振動あり，液状潤滑剤振動なし，ボンデ潤滑剤アプローチ成形工程アプローチ初期に付与する潤滑剤の性能維持成形途中で性能を回復