超 高 強 度 鋼 部 材 のホットスタンピング 豊 橋 技 術 科 学 大 学 森 謙 一 郎 http://plast.me.tut.ac.jp/ 1kg 軽 量 :1km/l 燃 費 向 上 電 気 自 動 車 では 非 常 に 重 要 軽 量 材 料 の 成 形 超 高 張 力 鋼 板 (7.8) アルミニウム(2.7),マグネ(1.8), チタン(4.5) 超 高 張 力 鋼 板 の 自 動 車 部 材 への 適 用 超 高 張 力 鋼 板 :1GPa 以 上 高 張 力 鋼 板 の 冷 間 成 形 における スプリングバック 及 び 低 い 成 形 性 大 きなスプリングバック 低 い 延 性 サイドドアビーム 骨 格 部 材 :36% センターピラー 焼 付 き 1.2GPa 以 上 の 冷 間 プレスは 困 難 高 張 力 鋼 板 の 供 給 地 域 98MPa ヨーロッパ 日 本 アジア 44MPa 59MPa 北 米 南 米 超 高 張 力 鋼 板 の 高 温 引 張 特 性 ホットスタンピング: 成 形 荷 重 低 下, スプリングバックなし, 成 形 性 向 上 1 15 引 張 強 さ /MPa 8 6 4 2 1 5 2 4 6 8 温 度 / 伸 び /%
加 熱 ホットスタンピング プレス 成 形 下 死 点 保 持 トリミング, 穴 抜 き 後 加 工 ホットスタンピングにおける ダイクエンチによる 硬 さの 上 昇 硬 さ /HV2 6 5 4 3 2 素 板 金 型 急 冷 による 焼 入 れ, 1.5GPa 級 1 硬 さ 測 定 部 7 8 9 加 熱 温 度 / ホットスタンピングの 長 所 成 形 荷 重 低 下 スプリングバックなし 成 形 性 増 加 1.5GPa 級 成 形 品 現 行 熱 間 プレス 成 形 の 問 題 点 高 額 な 設 備 低 い 生 産 性 狭 い 適 用 範 囲 通 電 型 内 加 熱 を 用 いた 温 熱 間 プレス 成 形 炉 加 熱 大 型 温 度 低 下 酸 化 高 価 な 酸 化 防 止 材 強 大 な 加 熱 炉 長 い 加 熱 時 間 加 熱 油 圧 プレス 1 段 成 形 プレス 成 形 下 死 点 保 持 レーザー 加 工 後 加 工 自 動 車 の 骨 格 部 材 適 用 範 囲 通 電 加 熱 加 熱 搬 送 成 形 加 熱, 成 形 利 点 小 さい 温 度 低 下 プレス 作 業 との 同 期 少 ない 酸 化 スケール 高 い 加 熱 効 率
通 電 加 熱 の 映 像 (SPFC98) 通 電 加 熱 とサーボプレスの 連 動 高 速 加 熱 高 速 成 形 : 酸 化 防 止 成 形 性 の 増 加 通 電 電 源 サーボプレス 通 電 電 源 サーボプレス 通 電 加 熱 ハット 曲 げ 成 形 装 置 実 験 条 件 ポンチ 通 電 電 圧 :1V 板 サイズ:13mm 2mm 中 心 間 距 離 :12mm 98 ºCにおける 通 電 加 熱 ハット 曲 げ 成 形 素 板 ダイ 絶 縁 体 通 電 (.2 秒 ) A ON OFF ~ 変 圧 器 2V 6Hz プレス 3.5 秒 保 持 98 ºCにおける 通 電 加 熱 ハット 曲 げ 成 形 通 電 加 熱 85,3.3s 通 電 加 熱 ホットスタンピング 搬 送 2s 成 形 抜 残 し 加 工 1s 下 死 点 保 持 5s (a) 高 温 炉 加 熱 成 形 金 型 試 験 片 (b) 通 電 加 熱 搬 送 装 置
矩 形 に 応 用 が 限 定 長 方 形 ブランク 台 形 ブランク 温 度 / 1 95 9 85 8 75 7 65 6 現 行 熱 間 プレス 成 形 の 問 題 点 熱 間 絞 り 成 形 における 速 度 効 果 高 価 な 酸 化 防 止 材 強 大 な 加 熱 炉 長 い 加 熱 時 間 高 額 な 設 備 低 い 生 産 性 狭 い 適 用 範 囲 油 圧 プレス 1 段 成 形 レーザー 加 工 自 動 車 の 骨 格 部 材 反 射 鏡 加 熱 プレス 成 形 後 加 工 適 用 範 囲 (a) 低 速 モーション (26 mm/s) (b) 高 速 モーション (149 mm/s) ホットスタンピングにおける 成 形 速 度 の 影 響 熱 間 成 形 における 高 速 と 低 速 の 温 度 分 布 の 比 較 (a) 冷 間 (b) 熱 間,149 mm/s サーボプレスによる 高 速 成 形 (c) 熱 間,26mm/s (a) 149 mm/s (b) 26 mm/s
熱 間 成 形 における 高 速 と 低 速 のサーモ グラフィーで 測 定 された 温 度 分 布 の 比 較 直 接 水 冷 と 退 避 による ダイクエンチ 性 向 上 とフランジ 部 焼 入 れ 防 止 スプリング スペーサ ブランク 水 ブロック (a) 149 mm/s / ºC 9 725 55 375 2 (b) 26 mm/s メカニカルサーボプレス (a) 成 形 開 始 (b) 成 形 終 了 (c) 退 避 (d) 下 死 点 保 持 水 冷 を 用 いたホットスタンピング スペーサ 水 ビッカース 硬 さ /HV2 5 4 3 2 1 下 死 点 保 持 時 間 を 変 化 させた 時 の 半 径 方 向 ビッカース 硬 さ 分 布 2μm 5s 3s 水 冷 あり 容 器 底 部 43HV2 1s t h =s 水 冷 なし 素 板 トリミング 部 x フランジ 部 226HV2 容 器 底 部 テーパー 部 フランジ 部 成 形 品 1 2 3 4 5 6 7 8 中 心 からの 距 離 x /mm 素 板 23HV2 水 冷 あり, 下 死 点 保 持 時 間 3sの 焼 入 れ 防 止 ありとなしにおけるフランジ 部 のせん 断 荷 重 遅 れ による 成 形 性 向 上 方 法 1 5 せん 断 位 置 f 16 突 出 し 量 :L 成 形 品 深 さ:s せん 断 荷 重 /kn 8 6 4 2 せん 断 荷 重 硬 さ 焼 入 れ 防 止 あり なし 4 3 2 1 ビッカース 硬 さ /HV2 29 ブランク L (a) 成 形 開 始 (b) 成 形 初 期 (c) 成 形 後 期 s (d) 成 形 完 了
成 形 性 に 及 ぼす 突 出 し 量 の 影 響 成 形 品 深 さ s /mm 25 2 15 1 5 破 断 成 形 s しわ 残 存 5 1 15 2 25 突 出 し 量 L /mm 現 行 熱 間 プレス 成 形 の 問 題 点 強 度 分 布 を 有 する 成 形 品 の テーラードダイクエンチ 高 価 な 酸 化 防 止 材 強 大 な 加 熱 炉 長 い 加 熱 時 間 高 額 な 設 備 低 い 生 産 性 狭 い 適 用 範 囲 油 圧 プレス 1 段 成 形 レーザー 加 工 自 動 車 の 骨 格 部 材 高 強 度 A-A 断 面 ダイクエンチ: 金 型 による 急 冷 で 高 強 度 化 A 加 熱 プレス 成 形 後 加 工 適 用 範 囲 A シートレール 局 部 通 電 加 熱 法 強 度 分 布 を 持 つ 成 形 品 電 流 分 極 法 押 え 銅 バイパス 法 銅 バイパス 電 流 通 電 加 熱 搬 送 (2s) 成 形 ダイクエンチ (3.5s) 成 形 完 了 試 験 片 押 え 加 熱 安 定 性 装 置 構 造 低 複 雑 高 単 純 シートレール A A 穴 抜 き 高 強 度 A-A 断 面
全 面 加 熱 と 局 部 加 熱 ハット 曲 げ 成 形 品 ハット 曲 げ 成 形 品 の 長 手 方 向 硬 さ 分 布 6 5 全 面 加 熱 x 全 面 加 熱 (Q = 18kJ) 加 熱 部 分 硬 さ /HV2 4 3 2 1 バイパス 成 形 領 域 素 板 12mm l = 4mm 加 熱 部 分 バイパス 局 部 加 熱 (Q = 13kJ) 1mm 2 4 6 中 心 からの 距 離 x /mm ホットチューブフォーミング 中 空 アクスルビーム 液 圧 による 座 屈 防 止 水 ハイテンチューブの 冷 間 液 封 成 形 + 熱 処 理 ホットチューブフォーミング 焼 入 れ 用 鋼 管 直 径 32mm 肉 厚 1.8mm (C:.19%, Si:.18%, Mn:1.28%, Cr:.24%, B:.37%) ホットチューブフォーミング サーボプレス 電 極 6 12 A 電 極 R5 9 2 電 極 管 材 電 極 32. A 6 1.8 A-A
成 形 された 管 材 非 接 触 (a) p =. MPa (c) 炉 加 熱 p =. MPa (b) p =1.5 MPa 割 れ (d) 冷 間 棒 材 形 状 変 化 高 強 度 鋼 部 品 の 板 鍛 造 削 取 り 材 料 損 失 切 削 塑 性 変 形 板 鍛 造 成 形 荷 重 : 大 現 状 ホットスタンピング プレス 成 形 + レーザ 切 断 炉 加 熱 ダイクエンチ 大 型 部 品 現 状 板 鍛 造 曲 げ 穴 抜 き トリム 多 工 程 プレス 成 形 アルミ, 軟 鋼 窒 化, 浸 炭 コイル 材 板 鍛 造 焼 入 れ 高 強 度 鋼 部 品 ホットスタンピングとの 結 合 窒 化, 浸 炭 焼 入 れ 中 小 型 部 品 1ショットホットスタンピング 電 流 急 速 通 電 加 熱 1ショットプレス 中 小 部 品 +ダイクエンチ 自 動 車 用 シート 部 品 寸 法 82 トリム 刃 局 部 増 肉 1ショットホットスタンピング 増 肉 穴 抜 き 33 増 肉 部 押 え 3.15 2.6 増 肉 量 2% 材 質 寸 法 /mm スミクエンチ 14 L 54 W 2.6 t 下 カウンター プレート 銅
局 部 増 肉 1ショットホットスタンピング 金 型 1ショットホットスタンピング 増 肉 穴 抜 き 増 肉 穴 開 け 押 え 1.5 Φ19.7 Φ25.7 Φ21.92 Φ19.92 下 カウンター.52 Φ15.55 Φ19.55 カウンター プレート 銅 1ショットホットスタンピングされた 自 動 車 用 シート 部 品 ホットスタンピングによるビード 加 工 をされた 自 動 車 シート 用 部 品 B 1.5 B (a) 正 面 (c) 丸 穴 切 口 面 (a) 正 面 (c) B-B 断 面 (b) 側 面 5.2 2.6 34 (b) 側 面 成 形 荷 重 /kn ビード 部 の 成 形 荷 重 とビッカース 硬 さ 2 15 1 5 45HV 165kN 23HV 19kN 熱 間 加 工 冷 間 加 工 5 4 3 2 1 成 形 品 ビッカース 硬 さ /HV2 1ショットホットスタンピングの 特 徴 現 状 ホット スタンピン グ 板 鍛 造 1ショット ホットスタン ピング 部 品 サイズ 大 型 小 型 中 小 型 生 産 性 低 中 ( 焼 入 れ 高 を 含 む) レーザ 切 断 有 無 無 設 備 大 型 中 型 小 型 成 形 荷 重 小 大 小 成 形 工 程 数 1 工 程 多 工 程 1-2 工 程 焼 入 れ 工 程 無 有 無 肉 厚 変 化 小 小 大 順 送 加 工 への 適 用
部 分 通 電 加 熱 を 用 いたギア 部 品 の 順 送 ホットスタンピング 穴 あけ トリミング 通 電 加 熱 現 状 板 鍛 造, 順 送 成 形 穴 あけ トリミング 歯 の 打 抜 き ダイクエンチ 焼 入 れ 打 抜 き 焼 入 れ 工 程 省 略, 部 分 加 熱 部 分 通 電 加 熱 打 抜 き 局 部 通 電 加 熱 打 抜 き 成 形 動 画 通 電 加 熱 (16.5s) 退 避 搬 送 (4s) せん 断 (.1s) ダイクエンチ (1s) 試 験 片 成 形 されたギア 部 品 歯 先 を 圧 縮 した 成 形 品 の 歯 先 硬 さ 分 布 6 圧 縮 あり (a) 正 面 図 ビッカース 硬 さ / HV2 5 4 3 2 1 圧 縮 なし 切 断 面 No1 No.2 No.9 硬 さ 測 定 位 置 (b) ギア 部 1 2 3 4 5 6 7 8 9 測 定 個 所 No. / 番 目
高 さ /mm 4. c=5%における 歯 先 近 傍 圧 縮 工 程 の 有 無 における 成 形 品 の 歯 先 切 り 口 面 状 態 3. せん 断 面 だれ 破 断 面 2. せん 断 面 圧 縮 工 程 なし 1. 破 断 面 -1. ばり なし あり 歯 先 圧 縮 工 程 せん 断 面 圧 縮 工 程 あり だれ だれ かえり スマートホットスタンピングの 開 発 通 電 加 熱 +サーボプレス コンパクトな 装 置 低 コスト 高 生 産 性 課 題 : 矩 形, 安 定 加 熱, 加 熱 と 成 形 サイク ル, 金 型, 冷 却, 潤 滑, 後 加 工, 強 度 と 遅 れ 破 壊, 酸 化 防 止,チタン,アルミニウム 日 本 金 属 プレス 工 業 協 会 ホットスタンピング 研 究 部 会 第 1 回 ガイダンス (9 月 2 日 ( 金 )14:より 東 京 機 械 振 興 会 館 ) ホットスタンピング 利 用 上 の 課 題 等 についての 意 見 交 換 会 等 第 2 回 ホットスタンピングの 初 歩 1 (11 月 か12 月 ) ホットスタンピング 材 料, 加 熱 成 形 冷 却 条 件, 成 形 品 の 特 性 第 3 回 豊 橋 技 術 科 学 大 学 極 限 成 形 システム 研 究 室 見 学 研 究 発 表 ( 平 成 26 年 2 月 28 日 ( 金 )) 第 4 回 ホットスタンピングの 初 歩 2 ホットスタンピングにおける 装 置 : 加 熱,プレス, 後 加 工 第 5 回 ホットスタンピングの 初 歩 3 ホットスタンピングのシミュレーション 技 術 その 後 の 内 容 ホットスタンピングにおける 新 しい 成 形 方 法, 後 加 工 方 法 ホットスタンピングの 見 学, 実 習 新 しいホットスタンピングの 方 向 性 : 中 小 型 部 材,アルミ,チタン, 管 材 への 適 用