アルミニウム板材のプレス絞り成形方法
【課題】アルミニウム板材の絞り成形において、広範囲の成形限界が得られる絞り成形方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持してしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながらダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとによりアルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が、０．８≦Ｂであり、アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であるアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【解決手段】アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持してしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながらダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとによりアルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が、０．８≦Ｂであり、アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であるアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム板材のプレス絞り成形方法に関し、所定の表面状態を満たすアルミニウム板材を用い、プレス成形時のパンチ荷重及びしわ押さえ面圧を制御することによって成形限界を向上できるプレス絞り成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費削減のために車体の軽量化が進められている。その対策の一つとして、従来、軟鋼板等の成形パネルが用いられていた自動車ボディシートに、より軽量なアルミニウム板材の成形パネルが用いられている。しかしながら、アルミニウム板材は、軟鋼板と比べると成形性が劣り、自動車ボディシートの中でも複雑な形状を有する部位や深い側壁を有する部位を一体成形することができず、アルミニウム板材の適用には制約があった。
【０００３】
加えて近年、成形後の洗浄のし易さ、コスト面及び防錆の観点から、アルミニウム板材は低粘度の防錆油を塗布してプレスされる。しかしながら、低粘度の防錆油の使用により成形限界を狭めてしまうことになる。
【０００４】
さらに、アルミニウム板材を自動車部品に成形する際に発生するスプリングバックに起因する形状凍結不良が問題になっている。この形状凍結不良は、部品間の建付け隙間の均一性の問題を含む最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われる組立作業において溶接不良の原因ともなる。このため、プレス成形時の形状凍結不良の改善が切望されている。
【０００５】
曲げ加工で観察されるスプリングバックは、曲げ加工時に金型内のブランクに生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形するために生ずる現象であり、成形終了時点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することが原因である。
【０００６】
形状凍結不良を低減させるためには、プレス成形時の曲げ加工部において発生する板厚方向の応力差を減少させることが効果的である。これは、特に成形ストロークの終盤においてブランクに対して引張応力を負荷することによって実現できる。この引張り応力は、成形中にダイとブランクホルダーの間にあるアルミニウム板材のフランジ部分にしわ押さえ荷重を負荷しながら、絞り加工を行うことによって発生させることができる。但し、このしわ押さえ荷重には適正な範囲があり、大き過ぎると割れを発生させてしまう。アルミニウム板材では軟鋼板に比べて、この適正なしわ押さえ荷重の範囲が狭いことが知られており、プレス成形品の品質を一定に保つことの障害の一つとなっていた。
【０００７】
成形性に対する素板の表面粗度の影響について、例えば非特許文献１で調査されているが、試験材はアルミキルド低炭素鋼冷延薄板であり、プレス成形用アルミニウム板材とは異なる。また、使用した潤滑油の動粘度の範囲は２３〜３９０ｍｍ２／ｓ（５０℃）のものを用いている。これは単に低粘度の防錆油が潤滑油となっているに過ぎない自動車部品等向けのアルミニウム板材とは成形性が大きく異なるので、非特許文献１の技術を必ずしも直ちに適用できるわけではない。
【０００８】
従来、プレス成形用の金属板の表面に関して、特許文献１、２に記載されている。特許文献１では、材料が亜鉛めっき鋼板であり、中心線平均粗さをある一定値以下とすることにより、真接触面積を増加させて局部的な凝着反応を抑制できるとしている。特許文献２では、材料の周辺部からの深さを２種類にしたことを特徴とし、プレス成形において広い面圧領域で成形性を改善できるとしている。
【０００９】
一方、特許文献３〜５においては、アルミニウム板材のプレス絞り成形での表面性状について記載されている。しかしながら、これら特許文献には、しわ押さえ面圧の制御方法について何も記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−４０２０号公報
【特許文献２】特開平０９−２９３０５号公報
【特許文献３】特開平０１−１１１８５０号公報
【特許文献４】特開昭６３−２３８９０３号公報
【特許文献５】特開昭６１−１８６１１０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】『塑性と加工』，深絞り性に及ぼす工具と薄板の表面粗さの影響、３０−１４（１９６２−３）、ｐ．２０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記従来技術における問題に鑑み、成形可能高さの拡大を図ることによって深い側壁部位を成形することを可能として、アルミニウム板材の成形限界を向上することができ、また、耐形状凍結不良を向上させたアルミニウム板材のプレス絞り成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上型ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーと上型ダイとでブランクであるアルミニウム板材の一部を狭持することによりしわ押さえ面圧を発生させた後、スライド及び前記クッションパッドを同時に下降させることによりしわ押さえ面圧を保持しつつブランクの下方位置に固定された下型パンチと上型ダイとでブランクの絞り成形加工を行なうアルミニウム板材のプレス絞り成形方法において、しわ押さえ荷重としわ押さえ部面積から算出されるしわ押さえ面圧の制御を所定の条件で行うことでパンチ肩部での割れを抑制しながら、耐形状凍結不良を向上できることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明は請求項１において、アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持して当該アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながら前記ダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとにより前記アルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が０．８≦Ｂであり、アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であることを特徴とするアルミニウム板材のプレス絞り成形方法とした。
【００１５】
本発明は請求項２において、しわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いるものとした。
【００１６】
本発明は請求項３において、潤滑油の４０℃における動粘度を２〜２０ｍｍ２／ｓとした。
【００１７】
本発明は請求項４において、前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍ（μｍ）を７５≦Ｓｍ≦１００とした。
【００１８】
本発明は請求項５において、アルミニウム板材を５０００系又は６０００系のアルミニウム合金とした。
【００１９】
本発明は請求項６において、しわ押さえ面圧を制御する手段としてＮＣダイクッション機構を備えたプレス絞り成形機械を使用するものとした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る方法により、所定の表面形状を有するアルミニウム板材を用いて、成形中のしわ押さえ面圧を制御することによって、パンチ肩部での割れを発生させることなく、耐形状凍結性を向上することができる、アルミニウム板材のプレス絞り成形法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】縮みフランジ変形を説明する概念図である。
【図２】本発明に係るプレス絞り成形方法における、成形高さと加工速度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係るプレス絞り成形方法に使用することができるプレス絞り成形機械の正面図である。
【図４】本発明に係るプレス絞り成形方法における、しわ押さえ面圧とパンチ頭部−縦壁部の角度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るプレス絞り成形方法に用いられるプレス絞り成形機械では、ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーとダイとでブランクであるアルミニウム板材の一部を狭持する。これによって、アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させる。その後、スライド及びクッションパッドを同時に下降させることによりアルミニウム板材に対するしわ押さえ面圧を保持しつつブランクの下方位置に固定されたパンチとダイとでブランクの深絞り成形加工を行うものである。
【００２３】
本発明者らは、アルミニウム板材のプレス絞り成形につき検討した結果、単にアルミニウム板材の表面形状だけを制御しても、パンチ肩部における割れの防止や形状凍結不良の改善は困難であることが判明した。プレス絞り成形においては、アルミニウム板材の表面凹凸がつぶれることにより、表面凹凸に保持された潤滑油が板表面と金型の接触する部分に供給され、金型と材料との間に潤滑油膜が形成される効果でパンチ肩部のわれを防止し、高いしわ押さえ面圧をかけることで形状凍結不良を改善することが出来る。表面凹凸の変形を制御するためには、しわ押さえ面圧を厳密に制御する必要がある。本発明は、しわ押さえ面圧を制御することによって、アルミニウム板材の表面凹凸変形を制御し、成形中の潤滑状態を良好とすることで、アルミニウム板材の成形性を向上させるものである。
【００２４】
Ａ．しわ押さえ面圧
アルミニウム板材の表面の凹凸はプレス絞り成形中に変形するが、成形中のしわ押さえ面圧を制御することでその変形度合いを制御できると本発明者らは考え、プレス絞り成形について試行錯誤を繰り返した。その結果、ブランクであるアルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上の場合に、変形度合いを良好に制御できることが判明した。ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合には、アルミニウム板材の表面凹凸の変形が不十分なため、表面凹凸に保持した潤滑油を金型との接触部に供給することが出来ない。ここで、成形ストロークとは、ブランクがパンチに接触した時点から下死点に至るまでの距離をいう。なお、成形開始直後におけるしわ押さえ面圧は、４．４３ＭＰａ以上となるように設定することが望ましい。４．４３ＭＰａ未満では、成形過程においてアルミニウム板材のフランジ部にしわが発生し、成形不良となってしまう。
【００２５】
しわ押さえ部とは、スライドに取り付けられたダイとクッションパッドに接続されたブランクホルダーとによって狭持されているアルミニウム板材部分を指す。しわ押さえ部の面積は、しわ押さえ部が引張り力を受けてダイス内側に流入していくため、成形とともに変化する。ある成形量時点でのしわ押さえ部面積Ｄ（ｍｍ２）は、成形開始直後のしわ押さえ部面積Ｆ（ｍｍ２）、成形高さＧ（ｍｍ）、パンチ周長Ｈ（ｍｍ）、パンチ肩半径Ｉ（ｍｍ）及びダイ肩半径Ｊ（ｍｍ）とすると、Ｄ＝Ｆ−Ｈ×（Ｇ−Ｉ−Ｊ）によって算出することができる。ここで、しわ押さえ面圧Ｅ（ＭＰａ）は、しわ押さえ荷重Ｃ（Ｎ）、しわ押さえ部面積Ｄ（ｍｍ２）とすると、Ｅ＝Ｃ／Ｄによって算出される。ただし、成形高さＧ（ｍｍ）がパンチ肩半径Ｉ（ｍｍ）とダイ肩半径Ｊ（ｍｍ）との和を超えるまでの間は、絞り変形が板材に与えられておらず張り出し成形に近い変形となるので、しわ押さえ部面積減少は無視できるほど小さく、Ｄ＝Ｆで計算される。
【００２６】
また、ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％のときのしわ押え面圧を規定する理由は次のとおりである。本発明は、アルミニウム板材のしわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形することにより、材料表面凹凸が変形する現象を利用するものである。成形高さが低いときにしわ押さえ面圧を高くすると、縮みフランジ変形が有効に発生しておらず、潤滑油を供給する効果が得られないため、割れが発生する。また成形高さが高くなりすぎたときにしわ押さえ面圧を高くした場合には、残りのストロークが短いため形状凍結性向上効果が得られない。本発明者らはアルミニウム板に縮みフランジ変形が有効に発生し、アルミニウム板材表面の凹凸がつぶれて、潤滑油を十分に保持し供給するために、成形ストロークが８０％である時点からのしわ押さえ面圧を規定するのが最もよいことを見出した。このような理由からブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％のときのしわ押え面圧を規定するものである。
以上のように、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧を１０ＭＰａ以上とする。
【００２７】
Ｂ．中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）
アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１に規定され、カットオフ０．８ｍｍとした値である。アルミニウム板材の圧延方向に直交する方向の中心線平均粗さＲａを５点測定し、その平均値をＢ（μｍ）とした。
【００２８】
プレス絞り成形中において、アルミニウム板材の表面凹凸は、縮みフランジ変形と金型との摺動により変形する。この凹凸の変形のし易さの程度を良く示しているのは、表面粗さパラメーターの中では中心線平均粗さＲａであると本発明者らは考え、プレス絞り成形について試行錯誤を繰り返した。その結果、中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）として、０．８≦Ｂがアルミニウム板材の表面凹凸の変形との関係で良好な範囲であることを見出した。
【００２９】
Ｂが０．８μｍ未満では、金型との摺動によって成形初期に大半の潤滑油がアルミニウム板と金型の接触部分から掃きだされてしまうため、成形中に十分な量の潤滑油が保持されず、しわ押さえ面圧を高くすると割れが発生する。一方で、アルミニウム板材のＢが０．８μｍ以上であれば、十分な量の潤滑油を保持することが可能となり、しわ押さえ面圧を高くすることで割れが発生せず、形状凍結性を向上することが出来る。したがって、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）を０．８以上とする。また、Ｂの上限は規定していないが、２．０μｍを超えると表面に目視で確認できる程の凹凸が生じるため外観が劣化するなどの理由から工業的に使用される例は少ない。したがって、アルミニウム板材のＢは２．０μｍ以下が好ましい。
【００３０】
Ｃ．縮みフランジ変形
図１に示すように、アルミニウム板材のしわ押さえ部が引張り力を受けてダイス内側に流入する際に、板面内で流入方向と直角方向に圧縮応力を受ける変形を縮みフランジ変形という。縮みフランジ変形は板表面の凹凸形状の変形を大きくし、潤滑油の供給状態を良好にすることができる。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材のしわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いるのが好ましい。
【００３１】
Ｄ．潤滑油
プレス絞り成形方法に用いられる潤滑油の動粘度については、２ｍｍ２／ｓ（４０℃）未満のものは、プレス成形が不安定になる場合があり成形不良を生じ易くなる。一方、動粘度が２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）を超えるものは、プレス成形後の洗浄を行い難い場合がある。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法においてアルミニウム板材に塗布する潤滑油としては、４０℃における動粘度が２〜２０ｍｍ２／ｓを用いるのが好ましい。
本発明は、アルミニウム板材の絞り成形において、防錆油のような低粘度の油を潤滑油として用いた場合でも、パンチ肩部での割れの発生を防止し、生産性を低下させることなく、成形限界を向上できるプレス絞り成形方法を提供できるものである。
【００３２】
Ｅ．凹凸の平均間隔Ｓｍ
上述の中心線平均粗さＲａの平均値Ｂに加えて、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍが７５μｍ≦Ｓｍ≦１００μｍを満たすアルミニウム板材を用いることにより、更に良好な成形状態を得ることができる。Ｓｍが７５μｍ未満では、曲げモーメントに対する変形抵抗が小さくなり、凸部の変形で潤滑油の大半を成形開始直後から消費してしまう場合がある。一方、Ｓｍが１００μｍを超えると、曲げモーメントに対する抵抗が大きくなり過ぎて変形が進行せず、潤滑油を十分に消費しないまま、成形が終了する場合がある。したがって、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍは、７５〜１００μｍとするのが好ましい。
【００３３】
ここで、ＳｍはＪＩＳＢ０６０１に規定され、カットオフ０．８ｍｍとした値である。アルミニウム板材の圧延方向に直行する方向のＳｍを５点測定し、その平均値をもってＳｍとした。
【００３４】
Ｆ．アルミニウム板材
本発明で用いるアルミニウム板材としては、成形性及び強度の観点から５０００系又は６０００系のアルミニウム合金が好適に用いられる。５０００系アルミニウム合金板材は、強度が高く、成形性が良好なことから様々な用途に用いられている。６０００系アルミニウム合金板材は、５０００系に比べて成形性は若干劣るが、塗装焼付け時に強度が上昇する特性を有しており、近年フード等の自動車用パネルとして採用されている。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法において用いるアルミニウム板材は、５０００系又は６０００系のアルミニウム合金が好ましい。なお、５０００系及び６０００系のアルミニウム合金はいずれも鋼板に比べて成形性が劣るので、この点については今後の改善が望まれている。また、本発明で用いるアルミニウム板材の厚さは、一般のプレス絞り成形において成形されるブランクの厚さであり、０．６〜２．０ｍｍである。
【００３５】
Ｇ．プレス絞り成形機械
本発明に係るプレス絞り成形方法を具体的に実現するには、しわ押さえ面圧を所望の通りに制御することが可能なプレス絞り成形機械が使用される。これには、ＮＣダイクッション機構を備えたものを使用するのが、本発明の目的を達成するために極めて有効である。
【００３６】
Ｈ．成形速度
本発明に係るプレス絞り成形方法における、成形高さと加工速度の関係を表わすグラフを図２に示す。生産性の観点からプレス絞り成形の成形速度は、１００ｍｍ／ｓ以上とするのが望ましい。
【００３７】
Ｉ．金型
本発明は、アルミニウム板材のプレス成形ならではのものである。但し、金型の表面粗度が大きすぎると成形品の表面に目視できる凹凸を生じさせる懸念がある。したがって、目視レベルでの表面凹凸を認識させないため、金型の表面粗度を５μｍ以下とすることが望ましい。加えて、金型の材料に関しては成形品の寸法精度やプレス成形が安定して行えるよう、形状や表面粗度が容易に変化しない通常用いられている鋼製の金型が望ましい。
【実施例】
【００３８】
実施例としてプレス絞り成形を行った。公称の板厚が１ｍｍで表面粗度の異なる５０００系アルミニウム板材ＪＩＳ５０２３−Ｏ材、ＪＩＳ５１８２−Ｏ材、ＪＩＳ５０５２−Ｏ材、６０００系アルミニウム板材ＡＡ６０２２−Ｔ４材、ＡＡ６０１６−Ｔ４材、ＡＡ６１１１−Ｔ４材を用いた。アルミニウム板材の表面は、ミルフィニッシュとダルフィニッシュで仕上げた。潤滑油として、市販の潤滑油１（動粘度３．９ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油２（動粘度１６．５ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油３（動粘度１．５ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油４（動粘度２０．７ｍｍ２/ｓ(４０℃)）を用いた。
【００３９】
プレス絞り成形には、図３に示すプレス絞り成形機械を使用した。ダイ２を取り付けたスライド１を上死点から下降させて、クッションピン５を介してクッションパッド８に接続されたブランクホルダー４とダイ２とでブランクであるアルミニウム板材３の一部を狭持することによりアルミニウム板材３にしわ押さえ面圧を発生させた。次いで、スライド１及びクッションパッド８を同時に下降させることにより、しわ押さえ面圧を保持しつつアルミニウム板材３の下方位置に固定されたパンチ６とダイ２とでアルミニウム板材３の絞り成形加工を行なった。しわ押さえ荷重としわ押さえ部面積から求められるしわ押さえ面圧は、ＮＣダイクッション機構によって制御した。
【００４０】
このプレス絞り成形機械は、リンク機構をサーボモーターで制御するリンクサーボプレスであり、成形中の速度としわ押さえ面圧を制御できる。リニアスケール２０でスライドの位置を検出し、圧力センサ１０で油圧室９内の圧力を検出し、パルスコーダ１７からのパルス信号を制御部１８にフィードバックして、記憶部１９に接続された制御部１８がサーボモーター１１を制御する。サーボモーター１１は小プーリー１６に接続され、タイミングベルト１５を介して小プーリー１６と大プーリー１４が配置される。大プーリー１４はボールナット１２で固定されたボールねじ１３に接続されている。
【００４１】
成形試験では、短辺１５０ｍｍ、長辺３００ｍｍの長方形状の角筒絞り金型で絞り成形を行った。アルミニウム板材の形状は、短辺３０４ｍｍ、長辺４２６ｍｍでコーナーをカットした。成形条件として、成形開始直後のしわ押さえ部の面圧を４．９５ＭＰａとし、成形高さを５０ｍｍとした。アルミニウム板材の両面には、上記潤滑油を塗布した。ダイ、ブランクホルダー、パンチの表面の粗度は１．６μｍとした。
【００４２】
パンチとアルミニウム板材とが当接する時のスライド下降速度は、１７５ｍｍ／ｓとした。各加速度条件において出来るだけ加速して成形する時間を長くとり、成形中に８７１ｍｍ／ｓ２の加速度で加速してその後に減速を行う速度パターンを実施した。今回の試験では絞り抜くわけではないので、下死点で成形速度は必ず０にならなければならない。よって、パンチの減速は必ず行わなければならない。
【００４３】
発明例１〜２６および比較例１〜２０として、種々の表面形状を持つ材料種５０２３−Ｏ、５１８２−Ｏ、５０５２−Ｏ、６０２２−Ｔ４、６０１６−Ｔ４、６１１１−Ｔ４、潤滑油１、潤滑油２、潤滑油３、潤滑油４を用いて、成形ストロークが８０％に達した際における種々のしわ押さえ面圧での成形性、形状凍結性、脱脂性を評価した。成形性の評価は、コーナーのパンチ肩部での括れおよび割れによって判定した。判定は目視によって行った。具体的には、割れが発生していないものを○、括れが発生したものを△、割れが発生したものを×とした。○、△を合格とし、×を不合格とした。形状凍結性の評価は、成形体のパンチ頭部と縦壁部の角度を測定した。測定した結果を図４に示す。この角度が９２．０°以内に収まっているものを○、それを超えるものを×とした。○を合格とし、×を不合格とした。なお、測定には輪郭形状測定器を用いた。参考評価として脱脂性も評価した。具体的には、成形パネルをアルカリ脱脂し、その水濡れ性を評価した。パネル表面全体（１００％）が水に濡れた場合を○、パネル表面の８０％以上で１００％未満が水に濡れた場合を△、８０％を下回る場合を×とした。成形性が○、△、形状凍結性が○の場合を発明例とし、結果を表１に示す。成形性及び形状凍結性の少なくともいずれかが×の場合を比較例とし、結果を表２に示す
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
発明例１〜１８は、材料種５０２３−Ｏ、５１８２−Ｏ、５０５２−Ｏ、６０２２−Ｔ４、６０１６−Ｔ４、６１１１−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油１、潤滑油２を用いた場合であり、成形性、形状凍結性が合格、脱脂性が○となった。
【００４７】
発明例１９、２０は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油３を用いた場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部に括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００４８】
発明例２１、２２は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油４を用いた場合であり、脱脂性評価の結果、水濡れ性が△となり、脱脂性が劣った。
【００４９】
発明例２３、２４は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、凹凸の平均間隔Ｓｍが１００μｍより大きい場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００５０】
発明例２５、２６は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、凹凸の平均間隔Ｓｍが７５μｍより小さい場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００５１】
比較例１〜４は、Ｒａが０．８μｍ未満、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上の場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で割れが発生し、成形性が不合格となった。
【００５２】
比較例５〜１０は、材料種５０２３−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５３】
比較例１１〜１２は、材料種５１８２−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５４】
比較例１３〜１４は、材料種５０５２−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５５】
比較例１５〜１６は、材料種６０２２−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５６】
比較例１７〜１８は、材料種６０１６−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５７】
比較例１９〜２０は、材料種６１１１−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るアルミニウム板材のプレス絞り成形方法によって、深い側壁部位の成形、成形限界の向上、ならびに、耐形状凍結不良の向上を達成することが可能となった。
【符号の説明】
【００５９】
１…スライド
２…ダイ
３…アルミニウム板材（ブランク）
４…ブランクホルダー
５…クッションピン
６…パンチ
７…ボルスタ
８…クッションパッド
９…油圧室
１０…圧力センサ
１１…サーボモーター
１２…ボールナット
１３…ボールねじ
１４…大プーリー
１５…タイミングベルト
１６…小プーリー
１７…パルスコーダ
１８…制御部
１９…記憶部
２０…リニアスケール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム板材のプレス絞り成形方法に関し、所定の表面状態を満たすアルミニウム板材を用い、プレス成形時のパンチ荷重及びしわ押さえ面圧を制御することによって成形限界を向上できるプレス絞り成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費削減のために車体の軽量化が進められている。その対策の一つとして、従来、軟鋼板等の成形パネルが用いられていた自動車ボディシートに、より軽量なアルミニウム板材の成形パネルが用いられている。しかしながら、アルミニウム板材は、軟鋼板と比べると成形性が劣り、自動車ボディシートの中でも複雑な形状を有する部位や深い側壁を有する部位を一体成形することができず、アルミニウム板材の適用には制約があった。
【０００３】
加えて近年、成形後の洗浄のし易さ、コスト面及び防錆の観点から、アルミニウム板材は低粘度の防錆油を塗布してプレスされる。しかしながら、低粘度の防錆油の使用により成形限界を狭めてしまうことになる。
【０００４】
さらに、アルミニウム板材を自動車部品に成形する際に発生するスプリングバックに起因する形状凍結不良が問題になっている。この形状凍結不良は、部品間の建付け隙間の均一性の問題を含む最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われる組立作業において溶接不良の原因ともなる。このため、プレス成形時の形状凍結不良の改善が切望されている。
【０００５】
曲げ加工で観察されるスプリングバックは、曲げ加工時に金型内のブランクに生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形するために生ずる現象であり、成形終了時点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することが原因である。
【０００６】
形状凍結不良を低減させるためには、プレス成形時の曲げ加工部において発生する板厚方向の応力差を減少させることが効果的である。これは、特に成形ストロークの終盤においてブランクに対して引張応力を負荷することによって実現できる。この引張り応力は、成形中にダイとブランクホルダーの間にあるアルミニウム板材のフランジ部分にしわ押さえ荷重を負荷しながら、絞り加工を行うことによって発生させることができる。但し、このしわ押さえ荷重には適正な範囲があり、大き過ぎると割れを発生させてしまう。アルミニウム板材では軟鋼板に比べて、この適正なしわ押さえ荷重の範囲が狭いことが知られており、プレス成形品の品質を一定に保つことの障害の一つとなっていた。
【０００７】
成形性に対する素板の表面粗度の影響について、例えば非特許文献１で調査されているが、試験材はアルミキルド低炭素鋼冷延薄板であり、プレス成形用アルミニウム板材とは異なる。また、使用した潤滑油の動粘度の範囲は２３〜３９０ｍｍ２／ｓ（５０℃）のものを用いている。これは単に低粘度の防錆油が潤滑油となっているに過ぎない自動車部品等向けのアルミニウム板材とは成形性が大きく異なるので、非特許文献１の技術を必ずしも直ちに適用できるわけではない。
【０００８】
従来、プレス成形用の金属板の表面に関して、特許文献１、２に記載されている。特許文献１では、材料が亜鉛めっき鋼板であり、中心線平均粗さをある一定値以下とすることにより、真接触面積を増加させて局部的な凝着反応を抑制できるとしている。特許文献２では、材料の周辺部からの深さを２種類にしたことを特徴とし、プレス成形において広い面圧領域で成形性を改善できるとしている。
【０００９】
一方、特許文献３〜５においては、アルミニウム板材のプレス絞り成形での表面性状について記載されている。しかしながら、これら特許文献には、しわ押さえ面圧の制御方法について何も記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−４０２０号公報
【特許文献２】特開平０９−２９３０５号公報
【特許文献３】特開平０１−１１１８５０号公報
【特許文献４】特開昭６３−２３８９０３号公報
【特許文献５】特開昭６１−１８６１１０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】『塑性と加工』，深絞り性に及ぼす工具と薄板の表面粗さの影響、３０−１４（１９６２−３）、ｐ．２０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記従来技術における問題に鑑み、成形可能高さの拡大を図ることによって深い側壁部位を成形することを可能として、アルミニウム板材の成形限界を向上することができ、また、耐形状凍結不良を向上させたアルミニウム板材のプレス絞り成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上型ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーと上型ダイとでブランクであるアルミニウム板材の一部を狭持することによりしわ押さえ面圧を発生させた後、スライド及び前記クッションパッドを同時に下降させることによりしわ押さえ面圧を保持しつつブランクの下方位置に固定された下型パンチと上型ダイとでブランクの絞り成形加工を行なうアルミニウム板材のプレス絞り成形方法において、しわ押さえ荷重としわ押さえ部面積から算出されるしわ押さえ面圧の制御を所定の条件で行うことでパンチ肩部での割れを抑制しながら、耐形状凍結不良を向上できることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明は請求項１において、アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持して当該アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながら前記ダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとにより前記アルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が０．８≦Ｂであり、アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であることを特徴とするアルミニウム板材のプレス絞り成形方法とした。
【００１５】
本発明は請求項２において、しわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いるものとした。
【００１６】
本発明は請求項３において、潤滑油の４０℃における動粘度を２〜２０ｍｍ２／ｓとした。
【００１７】
本発明は請求項４において、前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍ（μｍ）を７５≦Ｓｍ≦１００とした。
【００１８】
本発明は請求項５において、アルミニウム板材を５０００系又は６０００系のアルミニウム合金とした。
【００１９】
本発明は請求項６において、しわ押さえ面圧を制御する手段としてＮＣダイクッション機構を備えたプレス絞り成形機械を使用するものとした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る方法により、所定の表面形状を有するアルミニウム板材を用いて、成形中のしわ押さえ面圧を制御することによって、パンチ肩部での割れを発生させることなく、耐形状凍結性を向上することができる、アルミニウム板材のプレス絞り成形法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】縮みフランジ変形を説明する概念図である。
【図２】本発明に係るプレス絞り成形方法における、成形高さと加工速度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係るプレス絞り成形方法に使用することができるプレス絞り成形機械の正面図である。
【図４】本発明に係るプレス絞り成形方法における、しわ押さえ面圧とパンチ頭部−縦壁部の角度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るプレス絞り成形方法に用いられるプレス絞り成形機械では、ダイを取り付けたスライドを上死点から下降させて、クッションパッドに接続されたブランクホルダーとダイとでブランクであるアルミニウム板材の一部を狭持する。これによって、アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させる。その後、スライド及びクッションパッドを同時に下降させることによりアルミニウム板材に対するしわ押さえ面圧を保持しつつブランクの下方位置に固定されたパンチとダイとでブランクの深絞り成形加工を行うものである。
【００２３】
本発明者らは、アルミニウム板材のプレス絞り成形につき検討した結果、単にアルミニウム板材の表面形状だけを制御しても、パンチ肩部における割れの防止や形状凍結不良の改善は困難であることが判明した。プレス絞り成形においては、アルミニウム板材の表面凹凸がつぶれることにより、表面凹凸に保持された潤滑油が板表面と金型の接触する部分に供給され、金型と材料との間に潤滑油膜が形成される効果でパンチ肩部のわれを防止し、高いしわ押さえ面圧をかけることで形状凍結不良を改善することが出来る。表面凹凸の変形を制御するためには、しわ押さえ面圧を厳密に制御する必要がある。本発明は、しわ押さえ面圧を制御することによって、アルミニウム板材の表面凹凸変形を制御し、成形中の潤滑状態を良好とすることで、アルミニウム板材の成形性を向上させるものである。
【００２４】
Ａ．しわ押さえ面圧
アルミニウム板材の表面の凹凸はプレス絞り成形中に変形するが、成形中のしわ押さえ面圧を制御することでその変形度合いを制御できると本発明者らは考え、プレス絞り成形について試行錯誤を繰り返した。その結果、ブランクであるアルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上の場合に、変形度合いを良好に制御できることが判明した。ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合には、アルミニウム板材の表面凹凸の変形が不十分なため、表面凹凸に保持した潤滑油を金型との接触部に供給することが出来ない。ここで、成形ストロークとは、ブランクがパンチに接触した時点から下死点に至るまでの距離をいう。なお、成形開始直後におけるしわ押さえ面圧は、４．４３ＭＰａ以上となるように設定することが望ましい。４．４３ＭＰａ未満では、成形過程においてアルミニウム板材のフランジ部にしわが発生し、成形不良となってしまう。
【００２５】
しわ押さえ部とは、スライドに取り付けられたダイとクッションパッドに接続されたブランクホルダーとによって狭持されているアルミニウム板材部分を指す。しわ押さえ部の面積は、しわ押さえ部が引張り力を受けてダイス内側に流入していくため、成形とともに変化する。ある成形量時点でのしわ押さえ部面積Ｄ（ｍｍ２）は、成形開始直後のしわ押さえ部面積Ｆ（ｍｍ２）、成形高さＧ（ｍｍ）、パンチ周長Ｈ（ｍｍ）、パンチ肩半径Ｉ（ｍｍ）及びダイ肩半径Ｊ（ｍｍ）とすると、Ｄ＝Ｆ−Ｈ×（Ｇ−Ｉ−Ｊ）によって算出することができる。ここで、しわ押さえ面圧Ｅ（ＭＰａ）は、しわ押さえ荷重Ｃ（Ｎ）、しわ押さえ部面積Ｄ（ｍｍ２）とすると、Ｅ＝Ｃ／Ｄによって算出される。ただし、成形高さＧ（ｍｍ）がパンチ肩半径Ｉ（ｍｍ）とダイ肩半径Ｊ（ｍｍ）との和を超えるまでの間は、絞り変形が板材に与えられておらず張り出し成形に近い変形となるので、しわ押さえ部面積減少は無視できるほど小さく、Ｄ＝Ｆで計算される。
【００２６】
また、ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％のときのしわ押え面圧を規定する理由は次のとおりである。本発明は、アルミニウム板材のしわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形することにより、材料表面凹凸が変形する現象を利用するものである。成形高さが低いときにしわ押さえ面圧を高くすると、縮みフランジ変形が有効に発生しておらず、潤滑油を供給する効果が得られないため、割れが発生する。また成形高さが高くなりすぎたときにしわ押さえ面圧を高くした場合には、残りのストロークが短いため形状凍結性向上効果が得られない。本発明者らはアルミニウム板に縮みフランジ変形が有効に発生し、アルミニウム板材表面の凹凸がつぶれて、潤滑油を十分に保持し供給するために、成形ストロークが８０％である時点からのしわ押さえ面圧を規定するのが最もよいことを見出した。このような理由からブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％のときのしわ押え面圧を規定するものである。
以上のように、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、ブランクがパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧を１０ＭＰａ以上とする。
【００２７】
Ｂ．中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）
アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１に規定され、カットオフ０．８ｍｍとした値である。アルミニウム板材の圧延方向に直交する方向の中心線平均粗さＲａを５点測定し、その平均値をＢ（μｍ）とした。
【００２８】
プレス絞り成形中において、アルミニウム板材の表面凹凸は、縮みフランジ変形と金型との摺動により変形する。この凹凸の変形のし易さの程度を良く示しているのは、表面粗さパラメーターの中では中心線平均粗さＲａであると本発明者らは考え、プレス絞り成形について試行錯誤を繰り返した。その結果、中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）として、０．８≦Ｂがアルミニウム板材の表面凹凸の変形との関係で良好な範囲であることを見出した。
【００２９】
Ｂが０．８μｍ未満では、金型との摺動によって成形初期に大半の潤滑油がアルミニウム板と金型の接触部分から掃きだされてしまうため、成形中に十分な量の潤滑油が保持されず、しわ押さえ面圧を高くすると割れが発生する。一方で、アルミニウム板材のＢが０．８μｍ以上であれば、十分な量の潤滑油を保持することが可能となり、しわ押さえ面圧を高くすることで割れが発生せず、形状凍結性を向上することが出来る。したがって、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）を０．８以上とする。また、Ｂの上限は規定していないが、２．０μｍを超えると表面に目視で確認できる程の凹凸が生じるため外観が劣化するなどの理由から工業的に使用される例は少ない。したがって、アルミニウム板材のＢは２．０μｍ以下が好ましい。
【００３０】
Ｃ．縮みフランジ変形
図１に示すように、アルミニウム板材のしわ押さえ部が引張り力を受けてダイス内側に流入する際に、板面内で流入方向と直角方向に圧縮応力を受ける変形を縮みフランジ変形という。縮みフランジ変形は板表面の凹凸形状の変形を大きくし、潤滑油の供給状態を良好にすることができる。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材のしわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いるのが好ましい。
【００３１】
Ｄ．潤滑油
プレス絞り成形方法に用いられる潤滑油の動粘度については、２ｍｍ２／ｓ（４０℃）未満のものは、プレス成形が不安定になる場合があり成形不良を生じ易くなる。一方、動粘度が２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）を超えるものは、プレス成形後の洗浄を行い難い場合がある。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法においてアルミニウム板材に塗布する潤滑油としては、４０℃における動粘度が２〜２０ｍｍ２／ｓを用いるのが好ましい。
本発明は、アルミニウム板材の絞り成形において、防錆油のような低粘度の油を潤滑油として用いた場合でも、パンチ肩部での割れの発生を防止し、生産性を低下させることなく、成形限界を向上できるプレス絞り成形方法を提供できるものである。
【００３２】
Ｅ．凹凸の平均間隔Ｓｍ
上述の中心線平均粗さＲａの平均値Ｂに加えて、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍが７５μｍ≦Ｓｍ≦１００μｍを満たすアルミニウム板材を用いることにより、更に良好な成形状態を得ることができる。Ｓｍが７５μｍ未満では、曲げモーメントに対する変形抵抗が小さくなり、凸部の変形で潤滑油の大半を成形開始直後から消費してしまう場合がある。一方、Ｓｍが１００μｍを超えると、曲げモーメントに対する抵抗が大きくなり過ぎて変形が進行せず、潤滑油を十分に消費しないまま、成形が終了する場合がある。したがって、本発明に係るプレス絞り成形方法においては、アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍは、７５〜１００μｍとするのが好ましい。
【００３３】
ここで、ＳｍはＪＩＳＢ０６０１に規定され、カットオフ０．８ｍｍとした値である。アルミニウム板材の圧延方向に直行する方向のＳｍを５点測定し、その平均値をもってＳｍとした。
【００３４】
Ｆ．アルミニウム板材
本発明で用いるアルミニウム板材としては、成形性及び強度の観点から５０００系又は６０００系のアルミニウム合金が好適に用いられる。５０００系アルミニウム合金板材は、強度が高く、成形性が良好なことから様々な用途に用いられている。６０００系アルミニウム合金板材は、５０００系に比べて成形性は若干劣るが、塗装焼付け時に強度が上昇する特性を有しており、近年フード等の自動車用パネルとして採用されている。そこで、本発明に係るプレス絞り成形方法において用いるアルミニウム板材は、５０００系又は６０００系のアルミニウム合金が好ましい。なお、５０００系及び６０００系のアルミニウム合金はいずれも鋼板に比べて成形性が劣るので、この点については今後の改善が望まれている。また、本発明で用いるアルミニウム板材の厚さは、一般のプレス絞り成形において成形されるブランクの厚さであり、０．６〜２．０ｍｍである。
【００３５】
Ｇ．プレス絞り成形機械
本発明に係るプレス絞り成形方法を具体的に実現するには、しわ押さえ面圧を所望の通りに制御することが可能なプレス絞り成形機械が使用される。これには、ＮＣダイクッション機構を備えたものを使用するのが、本発明の目的を達成するために極めて有効である。
【００３６】
Ｈ．成形速度
本発明に係るプレス絞り成形方法における、成形高さと加工速度の関係を表わすグラフを図２に示す。生産性の観点からプレス絞り成形の成形速度は、１００ｍｍ／ｓ以上とするのが望ましい。
【００３７】
Ｉ．金型
本発明は、アルミニウム板材のプレス成形ならではのものである。但し、金型の表面粗度が大きすぎると成形品の表面に目視できる凹凸を生じさせる懸念がある。したがって、目視レベルでの表面凹凸を認識させないため、金型の表面粗度を５μｍ以下とすることが望ましい。加えて、金型の材料に関しては成形品の寸法精度やプレス成形が安定して行えるよう、形状や表面粗度が容易に変化しない通常用いられている鋼製の金型が望ましい。
【実施例】
【００３８】
実施例としてプレス絞り成形を行った。公称の板厚が１ｍｍで表面粗度の異なる５０００系アルミニウム板材ＪＩＳ５０２３−Ｏ材、ＪＩＳ５１８２−Ｏ材、ＪＩＳ５０５２−Ｏ材、６０００系アルミニウム板材ＡＡ６０２２−Ｔ４材、ＡＡ６０１６−Ｔ４材、ＡＡ６１１１−Ｔ４材を用いた。アルミニウム板材の表面は、ミルフィニッシュとダルフィニッシュで仕上げた。潤滑油として、市販の潤滑油１（動粘度３．９ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油２（動粘度１６．５ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油３（動粘度１．５ｍｍ２／ｓ（４０℃））、潤滑油４（動粘度２０．７ｍｍ２/ｓ(４０℃)）を用いた。
【００３９】
プレス絞り成形には、図３に示すプレス絞り成形機械を使用した。ダイ２を取り付けたスライド１を上死点から下降させて、クッションピン５を介してクッションパッド８に接続されたブランクホルダー４とダイ２とでブランクであるアルミニウム板材３の一部を狭持することによりアルミニウム板材３にしわ押さえ面圧を発生させた。次いで、スライド１及びクッションパッド８を同時に下降させることにより、しわ押さえ面圧を保持しつつアルミニウム板材３の下方位置に固定されたパンチ６とダイ２とでアルミニウム板材３の絞り成形加工を行なった。しわ押さえ荷重としわ押さえ部面積から求められるしわ押さえ面圧は、ＮＣダイクッション機構によって制御した。
【００４０】
このプレス絞り成形機械は、リンク機構をサーボモーターで制御するリンクサーボプレスであり、成形中の速度としわ押さえ面圧を制御できる。リニアスケール２０でスライドの位置を検出し、圧力センサ１０で油圧室９内の圧力を検出し、パルスコーダ１７からのパルス信号を制御部１８にフィードバックして、記憶部１９に接続された制御部１８がサーボモーター１１を制御する。サーボモーター１１は小プーリー１６に接続され、タイミングベルト１５を介して小プーリー１６と大プーリー１４が配置される。大プーリー１４はボールナット１２で固定されたボールねじ１３に接続されている。
【００４１】
成形試験では、短辺１５０ｍｍ、長辺３００ｍｍの長方形状の角筒絞り金型で絞り成形を行った。アルミニウム板材の形状は、短辺３０４ｍｍ、長辺４２６ｍｍでコーナーをカットした。成形条件として、成形開始直後のしわ押さえ部の面圧を４．９５ＭＰａとし、成形高さを５０ｍｍとした。アルミニウム板材の両面には、上記潤滑油を塗布した。ダイ、ブランクホルダー、パンチの表面の粗度は１．６μｍとした。
【００４２】
パンチとアルミニウム板材とが当接する時のスライド下降速度は、１７５ｍｍ／ｓとした。各加速度条件において出来るだけ加速して成形する時間を長くとり、成形中に８７１ｍｍ／ｓ２の加速度で加速してその後に減速を行う速度パターンを実施した。今回の試験では絞り抜くわけではないので、下死点で成形速度は必ず０にならなければならない。よって、パンチの減速は必ず行わなければならない。
【００４３】
発明例１〜２６および比較例１〜２０として、種々の表面形状を持つ材料種５０２３−Ｏ、５１８２−Ｏ、５０５２−Ｏ、６０２２−Ｔ４、６０１６−Ｔ４、６１１１−Ｔ４、潤滑油１、潤滑油２、潤滑油３、潤滑油４を用いて、成形ストロークが８０％に達した際における種々のしわ押さえ面圧での成形性、形状凍結性、脱脂性を評価した。成形性の評価は、コーナーのパンチ肩部での括れおよび割れによって判定した。判定は目視によって行った。具体的には、割れが発生していないものを○、括れが発生したものを△、割れが発生したものを×とした。○、△を合格とし、×を不合格とした。形状凍結性の評価は、成形体のパンチ頭部と縦壁部の角度を測定した。測定した結果を図４に示す。この角度が９２．０°以内に収まっているものを○、それを超えるものを×とした。○を合格とし、×を不合格とした。なお、測定には輪郭形状測定器を用いた。参考評価として脱脂性も評価した。具体的には、成形パネルをアルカリ脱脂し、その水濡れ性を評価した。パネル表面全体（１００％）が水に濡れた場合を○、パネル表面の８０％以上で１００％未満が水に濡れた場合を△、８０％を下回る場合を×とした。成形性が○、△、形状凍結性が○の場合を発明例とし、結果を表１に示す。成形性及び形状凍結性の少なくともいずれかが×の場合を比較例とし、結果を表２に示す
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
発明例１〜１８は、材料種５０２３−Ｏ、５１８２−Ｏ、５０５２−Ｏ、６０２２−Ｔ４、６０１６−Ｔ４、６１１１−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油１、潤滑油２を用いた場合であり、成形性、形状凍結性が合格、脱脂性が○となった。
【００４７】
発明例１９、２０は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油３を用いた場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部に括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００４８】
発明例２１、２２は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、潤滑油４を用いた場合であり、脱脂性評価の結果、水濡れ性が△となり、脱脂性が劣った。
【００４９】
発明例２３、２４は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、凹凸の平均間隔Ｓｍが１００μｍより大きい場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００５０】
発明例２５、２６は、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上、凹凸の平均間隔Ｓｍが７５μｍより小さい場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で括れが発生し、成形性が若干劣った。
【００５１】
比較例１〜４は、Ｒａが０．８μｍ未満、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上の場合であり、成形性評価の結果、パンチ肩部で割れが発生し、成形性が不合格となった。
【００５２】
比較例５〜１０は、材料種５０２３−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５３】
比較例１１〜１２は、材料種５１８２−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５４】
比較例１３〜１４は、材料種５０５２−Ｏを用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５５】
比較例１５〜１６は、材料種６０２２−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５６】
比較例１７〜１８は、材料種６０１６−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【００５７】
比較例１９〜２０は、材料種６１１１−Ｔ４を用いて、Ｒａが０．８μｍ以上、しわ押さえ面圧が１０ＭＰａ未満の場合である。形状凍結性評価の結果、パンチ頭部と縦壁部の角度が９２．０°を超え、形状凍結性が不合格となった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るアルミニウム板材のプレス絞り成形方法によって、深い側壁部位の成形、成形限界の向上、ならびに、耐形状凍結不良の向上を達成することが可能となった。
【符号の説明】
【００５９】
１…スライド
２…ダイ
３…アルミニウム板材（ブランク）
４…ブランクホルダー
５…クッションピン
６…パンチ
７…ボルスタ
８…クッションパッド
９…油圧室
１０…圧力センサ
１１…サーボモーター
１２…ボールナット
１３…ボールねじ
１４…大プーリー
１５…タイミングベルト
１６…小プーリー
１７…パルスコーダ
１８…制御部
１９…記憶部
２０…リニアスケール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持して当該アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながら前記ダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとにより前記アルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が０．８≦Ｂであり、当該アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であることを特徴とするアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項２】
前記しわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いる、請求項１に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項３】
前記潤滑油の４０℃における動粘度が２〜２０ｍｍ２／ｓである、請求項１又は２に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項４】
前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍが７５〜１００μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項５】
前記アルミニウム板材が５０００系又は６０００系のアルミニウム合金板材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項６】
前記しわ押さえ面圧を制御する手段としてＮＣダイクッション機構を備えたプレス絞り成形機械を使用する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項１】
アルミニウム板材の表面に潤滑油を塗布し、これをダイとブランクホルダーとで狭持して当該アルミニウム板材のしわ押さえ部にしわ押さえ面圧を発生させ、しわ押さえ面圧を付与しながら前記ダイとブランクホルダーを同時に下降させてダイとパンチとにより前記アルミニウム板材のプレス絞り成形を行う方法において、前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における中心線平均粗さＲａの平均値Ｂ（μｍ）が０．８≦Ｂであり、当該アルミニウム板材がパンチに接触した時点から下死点までの成形ストロークの８０％に達した際におけるしわ押さえ面圧が１０ＭＰａ以上であることを特徴とするアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項２】
前記しわ押さえ部の全体又は一部が縮みフランジ変形する金型を用いる、請求項１に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項３】
前記潤滑油の４０℃における動粘度が２〜２０ｍｍ２／ｓである、請求項１又は２に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項４】
前記アルミニウム板材の表面の粗さ曲線における凹凸の平均間隔Ｓｍが７５〜１００μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項５】
前記アルミニウム板材が５０００系又は６０００系のアルミニウム合金板材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【請求項６】
前記しわ押さえ面圧を制御する手段としてＮＣダイクッション機構を備えたプレス絞り成形機械を使用する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム板材のプレス絞り成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３５２８２（Ｐ２０１２−３５２８２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５７８６（Ｐ２０１０−１７５７８６）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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