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プレス機械からみた中厚板成形
解 説 5 プレス機械から見た 中・厚板成形 アイダエンジニアリング㈱ グローバル化の進展に伴い、プレス成形の高付 井村隆昭＊ レスを紹介する。 加価値化、製品の高度化やコスト削減が求められ ている。中・厚板成形においてはこれらの要求に 中・厚板成形でのプレス設備の留意点 応えるものとして板成形と鍛造成形とを組み合わ せた板鍛造成形技術が開発され、高精度・複雑形 状の部品が多く量産されてきている。 通常のプレス加工は板厚が薄い場合が多く、成 形に必要とする荷重が小さくプレスの 3 要素（圧 本稿ではこれらの中・厚板成形を行う際のプレ 力能力、トルク能力、仕事能力）に対する要求は ス機械の一般的な留意点を述べるとともに、板金 比較的小さい。しかし中・厚板成形においては、 成形に塑性流動を積極的に取り入れた FCF 工法 製品によって打ち抜きでも下死点上 10 mm を越 （Flow Control Forming の略で板鍛造成形と同 える位置からの成形となるため、圧力能力以外に 義） 、ならびに FCF 工法に適した高付加価値成 トルク能力（駆動系の許容トルクにより制限され、 形に威力を発揮する当社の高精度成形機・UL プ 下死点上高さで異なる加圧能力）と仕事能力（作 ＊ 業エネルギー）の検討も重要となる。 （いむら たかあき） ：営業・サービス本部営業技術部マ ネージャー 〒252−5181 相模原市緑区大山町 2−10 TEL : 042−772−5271 FAX : 042−772−5261 図 1 は、プレスの行程圧力曲線と打ち抜き加工 での①の厚板と②の薄板の荷重−ストローク曲線 を示している。①の厚板はトルク能力をオーバー しており、せん断エネルギーも大きくなる。 薄板普通せん断 中・厚板のプレス成形の場合、前工程でつぶし、 厚板精密せん断 絞り・増肉などの FCF 工法が行われ精密せん断 が最終工程近辺で実施される例が多いため、工程 プレストルク能力 全体で必要となる圧力能力、トルク能力、仕事能 加 圧 能 力 ② 力はさらに大きくなる。また荷重の発生位置が各 工程により異なるために、成形開始から下死点ま での各位置での荷重・トルク能力を超えない確認 が必要になる。 ① 図 2 は多工程の冷間鍛造加工の事例であるが、 成形開始から下死点までの各位置での荷重の変化 下死点上距離 図 1 厚板精密せん断と薄板普通せん断における 荷重−ストローク曲線 42 と、プレスのトルク能力との関係を示す。合計の 最大荷重としては 2， 500 kN 以下ではあるが、下 死点上の 12 mm 付近に荷 重 の ピ ー ク が あ り、 プ レ ス 技 術 ◆特集◆ 高付加価値を生み出す中・厚板成形 工程別荷重−ストローク線図 4,500 4,000 プレスⅡ 3,500 3工程合計荷重 プレスⅠ 3,000 成 2,500 形 荷 重 2,000 3工程の連続成形例 ヘディング 前方押出し ① ピアス ② ③ ② ① 1,500 1,000 500 ③ 20 図2 多工程成形の成形荷重 15 10 0 下死点上の距離 偏心荷重 約600mm 5 0 約600mm 偏心荷重 スライドの傾き スライド サイジングパンチの傾き 合計荷重 3,200 kN 図3 偏心荷重の製品精度 への影響 オーバーボール径 サイジング 200 kN 0 φ77.24 −0.006 77.25 前後方向 公差の範囲 オーバーボール径 （mm） 他の加工工程 77.20 77.15 左右方向 左右方向 前後方向 2， 500 kN のプレスⅠではトルク能力をオーバー により、従来の板金成形では困難であった高い寸 するため 4， 000 kN のプレスⅡが必要になる。 法精度、差厚・段差や歯形のような高付加価値形 図 3 はトランスファ加工で、前半工程では据込 状の成形が可能になる。 み打ち抜きを利用した歯形成形を行い、最終工程 盧打ち抜き（せん断） で歯形部のサイジングを行ったものを示す。偏心 精密せん断を行う工法には、精密打ち抜き（フ 荷重によるスライドの傾きの影響を受けて、歯形 ァインブランキング） 、拘束打ち抜き、据込み（押 のオーバーボール寸法が前後方向と左右方向で異 出し）せん断、仕上げ抜きがある。いずれの工法 なってしまった事例である。 もせん断面を得るために静水圧効果を利用して破 断の発生を抑制している（図 4） 。 中・厚板成形と FCF 工法 盪絞りとしごき成形 FCF 工法は打ち抜き、絞り、曲げ、バーリン 素材成形に使用する。カップ成形を絞り加工で行 グなどの一般的な板金成形工法に、据込み、しご うメリットは低荷重で成形が可能なこと、材料に き、押出しなどの冷間鍛造工法を取り入れた複合 板素材を用いる成形のため偏肉の少ない高精度カ 成形である。板金成形のレイアウト中に鍛造成形 ップ素材の成形が可能なことと、中・厚板の場合 の特徴である塑性流動を積極的に取り入れること は板押えを必要としない構造の簡単な単動絞り金 中・厚板成形において絞り加工はカップ形状の 第 50 巻 第 2 号 （2012 年 2 月号） 43 ファインブランキング 静水圧発生機構 ○Vリング付き板押え ○復動（3軸） P2 P1 P2 拘束せん断 パンチ 板押え 材料 エジェクタ 静水圧発生機構 ○外周拘束力 ○微小クリアランス ○切り刃部面取り ダイ 通常打ち抜き 拘束打ち抜き せん断変形部の圧縮応力が弱い せん断変形部に圧縮応力が作用 全せん断 破断の発生 板押え パンチ 残りさん部の 変形 拘束ダイ 拘束ダイにより残りさん部の 変形を抑える ダイ P3 せん断変形に伴う外側への 材料流動 ダイ 精密せん断 静水圧発生機構 ○負のクリアランス 静水圧発生機構 ○微小クリアランス ○切り刃部面取り しごき面 パンチ 破断面 ダイR 仕上げ抜き 押出し・据込みせん断 図 4 精密せん断工法 型での成形が可能であることが挙げられる。 どの高付加価値形状を加える。 これらの高精度カップ素材に対して後工程でし 図 5 の電磁クラッチ用フィールドコアにおいて ごきや据込み成形を行うことで、歯形や異形状な は、板厚 5 mm の素材から内・外径部の先端壁厚 5mm→1.7mm 1． 7 mm のテーパ形状への成形を 1 工程で行って いる。 蘯複動成形 絞りは引張応力状の成形が一般的だが、図 6 の ダブルカップの成形は、内径ボス部に張力を付加 しながら上端面を押圧する複動圧縮絞り法で、大 材質：SPHC 板厚：5.0mm 幅な工程短縮が可能になる。このダブルカップは、 通常の絞り成形ではブランクから 6 工程を必要と 金型構造 マンドレル 焼きばめダイ パンチ する。本工法では、成形 3 軸＋ノックアウト 1 軸 の複動作動により 1 工程で成形することができる。 端面圧縮絞りは材料の側面を拘束して端面を押 絞り しごき サイジング 圧して成形するため、材料は圧縮応力場となり、 静水圧効果により高変形が可能になる。さらに通 常の絞りと比較すると成形力は高くなるが、材料 の塑性流動を促進する張力付加マンドレルにより、 リングパンチに作用する応力を下げている。 盻押出し 成形前 成形後 図 7 はフランジ付パイプのパイプ部の前方押出 し成形事例である。可動ダイ構造を用いることに 図 5 フィールドコア 44 より、成形中の金型による拘束状態を維持し、押 プ レ ス 技 術 ◆特集◆ 高付加価値を生み出す中・厚板成形 成形3軸＋ノックアウトの複動成形 ①常圧クッションに支えられたパンチによる絞り ダブルカップ ②アウターパンチによる圧縮絞り 張力付加クッション ノックアウト 図 6 複動成形事例 材質：SPHC 断面減少率：60% 板厚3→1.2mm 成形力 クッション 成形前 クッション 成形後 図 7 押出し成形事例 写真 1 カップ素材からの据込み成形事例 出し成形を成立させている。 眈据込み 据込みは、鍛造の中で最も一般的な工法で FCF UL プレスの紹介 工法でも、平面上の段差・差厚形状の成形に用い られている。応用範囲は広く、座ぐり、環状溝、 盧UL プレス開発のコンセプト 段差・差厚形状成形などの平面部への形状加工だ 「金型精度より高い精度のマシン」をコンセプ けでなく、カップの成形にも適用できる。絞りカ トとして製品精度の向上、金型寿命の延長、高い ップ素材の底部に据込み成形を行うことで、写 汎用性を極限まで追求することで UL プレスが誕 真 1 に示すようにカップコーナー部の絞り R の改 生した。FCF 工法においては、UL プレスの特徴 善やボス成形が可能となる。 によって、その高精度成形が始めて可能となる場 合も多い。以下に UL プレスの特徴を紹介する。 第 50 巻 第 2 号 （2012 年 2 月号） 45 ① 剛性に関しては、コンロッドレス構造によるス ⑤ ライド側の圧縮ひずみの極小化と 1 ポイント構造 によるスライドたわみの極小化を図り、鍛造加工 のような中央集中荷重にも強いスライド構造とし ている。またコンロッドをなくした結果としてプ ④ レス全高さも低くなり、成形時のフレーム伸びも ③ 少なくなる。 これらの剛性に配慮したスライド構造とフレー ム構造により、製品の底厚精度に影響する成形時 偏心荷重 ② のスライド下死点の変動も少ない。 成形荷重を受けるフレームはリング状の一枚板 からなる一体構造を採用し（一部の大型機を除く） 、 伸びと関係する縦方向の剛性を高めるとともに、 スライドの横方向の変位を抑えるために横方向の 剛性も高め、ゼロクリアランスのスライドガイド 図 8 UL プレスの構造 盪UL プレスの特徴 との相乗効果により、動的負荷時におけるスライ ドの横方向の移動を極小化している。 UL プレスは成形時の高精度・高剛性に徹底的 プレス機械の基本性能への徹底したこだわりに にこだわり開発された。従来のプレス機械でも高 より開発した UL プレスはスライド構造やフレー 精度、高剛性は重要な要素として開発されてきた ムの構造を変えずに、図 9 に示すように周辺装 が、あくまでも偏心荷重が少ない前提での精度・ 置やオプションとの組合せによりプログレッシブ 剛性であり、実際の成形負荷の影響を受けた動的 加工やトランスファ加工、冷間鍛造加工にも対応 状態においては、静的な精度に遜色ない動的精度 可能な優れた汎用性を持つ。 を得ることができない場合が多かった。 写真 2、図 10 は UL プレスの精度・剛性の有 これに対しULプレスでは次の3つの特徴を有す 利さを示すためのデモ製品および成形の結果であ ることにより、成形時においても高精度と高剛性 る。能力 6， 000 kN の UL プレスに評価のために を維持し、製品精度や金型寿命に明確な差が現れ 金型を左にずらして取り付け、金型のガイドポス る場合が多く、一般のプレスと差別化されている。 トを取り外す。加工工程は座ぐり、エンボス、仕 ①スライドギャップ“ゼロ”による高精度 上げ抜きのブログレッシブ成形で、成形荷重は ②コンロッドレスおよび中央 1 ポイント機構に 1， 900 kN、その荷重中心はプレスセンターから よる高剛性、少ない熱変形、コンパクト化 ③高剛性一体フレームによる高剛性 左に 452 mm ずれている。 座ぐり厚さの左右の差は図 10 に示すように 図 8 に UL プレスの構造を示す。スライドガイ 3， 500 kN の絞りプレスにおいては 0． 035 mm に ド部に球面座形状のシュー（4 カ所×2）を用い まで達し、スライドの傾きの影響が顕著である。 てゼロクリアランスでスライドをガイドすること 従来の製品ではこの差は影響のない範囲として無 により、ボルスタ上面に対するスライド上下運動 視されてきたが、今後の高精度化においては見逃 時の直角度は JIS 特級を優にしのぐ数μm を達成 せない。これに対し UL プレスでは左右の差はわ している。 ずか 0． 005 mm に収まる。また、UL プレスはガ 偏心位置に荷重が作用する成形時の受圧部はス イトポストを取り外した偏心荷重状態の加工であ ライド駆動部の①、下スライドガイドの前後②③ るにもかかわらず、100％ のせん断面を確保でき と上スライドガイドの前後④⑤の 5 ポイントにな ている。 り、これらの受圧部によりスライド精度を維持す る。 46 最近、UL プレスに当社が独自開発した低速・ 高トルク型サーボモーターを搭載したサーボプレ プ レ ス 技 術 ◆特集◆ 高付加価値を生み出す中・厚板成形 ＋トランスファ装置＆材料供給装置 ＋コイルフィーダー装置 基本構造 ULプレス トランスファブプレス プログレッシブプレス ＋ベッドノックアウト装置 各種の工法に 同一構造で対応 精密せん断＆復動成形用オプション 油圧クッションシステム 冷間鍛造仕様 図 9 UL プレスの汎用性 UL-6000 1,900kN プレスセンター 荷重センター 600kN 400kN 90tf 座ぐり 全せん断 エンボス 平面矯正 抜き 布 452 415 452 70 材質：SPCC、板厚：2.6mm 写真 2 UL プレスによる成形品（フランジ） ス DSF−U 1 シリーズを発表した。DSF−U 1 シリ ーズでは高精度と高剛性に加えて、サーボプレス の特徴を活かした最適モーションでの成形を可能 厚さ t（mm） 760 1.48 1.475 1.47 1.465 1.46 1.455 1.45 1.445 1.44 1.435 UL-6000 2ポイントプレス 左側 方向 右側 図 10 UL プレスの成形結果 にする。 ☆ ☆ 中・厚板成形においては、当然のことながらそ の成形に見合った能力のプレス機械が必要である。 一方、FCF 工法やネットシェイプ化、高精度化 による高付加価値成形への要求は、ますます高度 化してきている。これらの要求に対して、工法開 発の今後の進展に期待する一方、プレス機械にお いてもそれらの要求に見合った高精度化への対応 第 50 巻 第 2 号 （2012 年 2 月号） が必要である。金型、プレス機械そして周辺機器 も含めたトータルシステムとしての高精度化、高 剛性化、高機能化が必要である。 参考文献 1）井村隆昭：型技術 2008 年 2 月号 2）井村隆昭：プレス技術 2008 年 1 月号 3）中野隆志：第 58 回金属プレス加工技術研究会 47