アルミニウム板の深絞り性におよぼす絞り速度の影響

論 文

アルミニウム板の深絞り性におよぼす絞り速度の影響

重 松 ^清＊

（昭和46年9月25日受理）

Effect of Drawing Speed on the Deep Drawability of an Aluminium Sheet

Kiyoshi SHIGEMATSU

（Received September 25， 1971）

 Tensile properties and deep drawability of an aluminium sheet were investigated mainly as a function of deformation speed． An Amsler universal testing rnachine was used to perfor皿the present experiment．

 The results obtained are as follows：

1． The tensile strength increased with testing speed， and  n  value and  r  value showed a slight tendency  to increase with the speed． However， totai eiongation showed a slight tendency to decrease w lth the  speed． On the other hand，  O  value and  u  value were independent of the speed．

2． Total elongation，  n ，  r ，  ￠  and  u  values of the specirnen which had a pulling direction of 45  degrees to the rolling direction of the sheet， were usually found to be larger than those of the specimens  having other pul！ing directions．

3． Limit of drbwing ratio （L． D． R．） was independent of draw speed．

4． L．D． R． decreased appreciably when the punch radius part was lubricated with vaseline．

5． Maximum deep drawing force increased with draw speed．

1 緒 ^言

 プレス加工の生産性を高めるためには金属薄板材料のプ レス成形性を予知することが重要であり，プレス成形性を 予知するため種種の試験法が提起されている。1）2）

 プレス成形性を予知する試験法には，大別して模型的試 験法と基礎的試験法がある。模型的試験法は，比較的簡単 な成形加工を金属薄板材料に加え，その成形の状況から直 接的に材料の成形性を評価するもので，深絞り試験，エリク セン試験，コニカルカップ試験および伸びフランジ試験3）

などがそれに相当する。基礎的試験法は，金属薄板材料の 機械的性質から間接的に成形性を予測するもので，それに は引張試験や硬さ試験などがある。

 模型的試験法のうち，深絞り試験から得られる成形性予 知の特性値は，限界絞り比（L．D．R）および最大絞り力な どであり，基礎的試験法のうち，引張試験から得られる成

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形性予知の特性値は，引張強さ，全伸び，n値， r値，4）

U値5）およびφ値6）などである。

 ところで，液圧プレス，クランクプラス，摩擦プレスな どのプレス機械を使用して金属薄板材料を成形加工する場 合，被加工材料はプレス型によって引張や圧縮の力を受け て塑性変形をおこして所要の形状に成形される。このと き，プレス型内における被加工材料の成形の速度は，加工機 械であるプレスの加工速度によって自ら定まるので，プレ ス機種によってちがってくる。

 一方，金属の引張，圧縮，全伸びなどの機械的性質は，

変形速度によって少なからぬ影響を受けることが知られて いる。7）故に，同じ被加工材料を同じプレス型を用いて同

じ形状に成形するとしても，加工速度の異なるプレスによ って成形されると，被加工材料の受ける変形速度がちがう ので変形抵抗にちがいを生じ，そのために成形性にも影響 があることが考えられる。

筆者らは，被加工材料としてO・6mm厚のAl板材をえら

び，Al板（2S−0材）の引張性質と引張速度の関係および 深絞り性（重錘による静荷重しわ押え方式の深絞り型を使 用）と絞り速度の関係を，3×10−2，2・5，3・3×10および 2．5×103mm／secの試験速度で求めてみた。s）

 次に筆者は，前記試験速度にくらべて比較的遅い2・05 mm／sec以下の4種類の試験速度の下で，1・Omm厚の Cu板材の引張性質と引張速度の関係および深絞り性（固 定しわ押え方式の深絞り型を使用）と絞り速度の関係を調

べた。9）

 今回は，1．Omm厚のAl板材について1・Omm厚のCu板 材の調査のときに採用したと同じ4種類の試験速度で，引 張性質と引張速度の関係および深絞り性（深絞り型はCu 板材のときと同じ）と絞り速度の関係を求めたので報告す

る。

2 試 験 方 法

 1．試  験  片

 供試材料は市販の1・Omm厚のAI P1−0材（純度99．5％）

のものである。

 引張試験片は，Fig．1に示すようなJIS 5号試験片で標 点距離50mm，平行部60mm，幅25mm，肩の丸味半径は30 mmである。試験片軸方向が供試材料板の圧延方向と異な

ると引張性質にちがいを生ずるので，その軸方向が圧延方 向に対して0。，45。および90。になるような3種の試験片 を準備した。試験片をフライス盤で作成するとき，カッタ 切削によって試験片の平行部両端にカエリが生じないよう に切込深さは0・5mm以下，仕上切込は0・1mm以下にし，

かつ切削油は十分に使用した。

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Fig．1 Tensile test piece

 深絞り試験片（以下ブランクという）は，限界絞り比に 相当する直径を中心としてO・25mmおきに旋削加工して作 成した。平削加工は，使用した旋盤の最低の回転数で行な

ったが，仕上旋削は手回し回転で行ない，旋削の終了時点 で発生しがちなブランクの湾曲を防止した。

 引張および深絞り用の両試験片の切削端面に発生したわ ずかなカエリは，目の細かい桝目ヤスリでていねいに除去 した。また，両試験片の切削端面付近の硬さをマイクロビ

ッカースで調べ，加工硬化の影響がほとんどないことを確 認した。

 2・引 張 試 験

 引張試験片の軸方向だけに荷重：が働くように自在継手式 チャックを使用し，アムスラー型万能試験機（島津製30 ton， REH−30TV型）で引張試験を行なった。採用した引 張速度は3．8x10−3，2．6×10−2，4．2×10−1および2．05mm

／secの4速度であり，試験機の起動後30分以上経過して その油圧駆動部内の油の粘性変化による引張速度の変動を 小にするように配慮した。引張荷重の測定は，引張速度が 3．8×10−3mm／secの場合は試験機の荷重指針の示度によ り，2．6×10−2mm／sec以上の3種の引張速度の場合は自 在継手式チャックにひずみゲージを貼用することによって 行なった。

 試験片の板幅と板厚の測定箇所は標点付近の2箇所であ る。標点距離と三幅の測定にはノギス（1／20mm）を，

また板厚の測定にはポイントマイクロメータ（1／100mm）

を使用した。

 3．深絞り試験

 深絞り試験に使用した深絞り型はFig．2に示すような固 定しわ押え方式で，各部の材質はポンチ上部のS55Cを除 いていずれもFC 25である。ポンチの上端は絞り荷重の偏 心を防ぐために半球形状にしてあり，ポンチの上部には絞 り力の測定のためにひずみゲージを貼付した。深絞り試験 機は引張試験に使用したアムスラー型万能試験機である。

 深絞りの速度（以下絞り速度という）は，引張試験の引 張速度と同じ4種類の速度であり，試験機の起動後30分以

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Fig．2 Apparatus for deep drawing．

アルミニウム板の深絞り性におよぼす絞り速度の影響  重 松

上経過して実験を開始した。絞り力の測定は，引張荷重の 測定と同じように絞り速度が3．8×10−3皿m／secの場合は 試験機の荷重指針により，2・6x10−2mm／sec以上の3種 の絞り速度ではポンチ部に貼付したひずみゲージからの出 力によって，それぞれ行なった。

 ブランクとしわ押え，ブランクとダイス間の潤滑にはワ セリンを使用した。また，ポンチラジヤス部にワセリンを 塗布した場合と塗布しない場合の両方の条件で深絞り試験 を行ない，ポンチラジヤス部の潤滑が深絞り性に与える影 響も調べた。

 限界絞り比は，同一直径のブランクを3枚とも絞り得た 最：大のブランク直径をポンチ直径33φで除した値である。

3 試験結果と考察

 1 引 張 試 験

 Fig．3〜Fig．8に示した各種の引張試験特性値のプロット は，同一の試験片4枚の平均値を表わす。

 （1）引張強さ  引張強さと引張速度の関係をFig．3に 示す。引張強さは引張速度とともに増大しており，試験片 軸が供試材料板の圧延方向に対して0。をなす試験片（以後 0。試験片という）は，90。，45。をなす試験片（以後9G。

試験片，45。試験片という）に比較してどの引張速度にお いても大きい引張強さを示している。同様の傾向は，さき に報告した0・6mm厚Al板 （2S−0材）の試験結果8）の うち，引張速度を2・5mm／secまでに限定したときの引張 強さと引張速度の関係にも見出される。また，1・Omm厚 Cu板の試験結果9）にも同じ傾向があった。このように，

引張強さが引張速度とともに増大する現象は，多くの金属 の変形抵抗が変形速度に依存するとしてよく知られた事実 である。0。試験片が90。試験片や45。試験片よりも常に 引張強さが大きい値を示したのは，圧延によって生じた繊 維組織の影響があらわれたものである。

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Fig．3 Tensile strength as a function of tensil speed．

   Numbers with curves represent pulling directiQns    to rolling direction of sheet．

（2）全伸び  全伸びと引張速度の関係をFig．4に示す。

全伸びは引張速度とともに増大を示さずに，反対にわずか ながら減少の傾向がある。0。試験片だけの全伸びをみても 引張速度とともに大きな変化がなく，やや減少を示してい る。しかし，0・6mm厚Al板 （2S−0材）の試験結果8）

のうち，引張速度を2・5mm／secまでに限定したときの全 伸びと引張速度の関係では，0。試験片は引張速度とともに 増大を示した。また，1・Om皿厚Cu板の全伸びと引張速度 の関係9）でも，0。試験片の全伸びは引張速度ともに増大す る結果を得ている。このようなちがいは，供試材料の組成，

圧延，熱処理，試験方法のちがいなどが原因と考えられる が真因についてはよくわからない。45。試験片の全伸びは 0。試験片よりも大きい。

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Fig．4 Total elongation as a function of tesile speed．

   Numbers with curves represent pulling directions    to rolling direction of shect．

 （3）n値  n値と引張速度の関係をFig．5に示す。 n値 は引張速度が変わっても大きい変化を示さないが，やや増 大の傾向が認められる。これはO，6mm厚Al板（2S−O材）

の試験結果8）のうち，引張速度を2・5mm／secまでに限定 したときのn値と引張速度の関係で見出された結果と一致 する。このn値の増大は均一伸びが増加することを示して いるようにおもえる。45。試験片のn値は0。試験片よりも やや大きいようである。

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Fig．5 n Value as a function of tensile speed． Numbers    with curves represent pulling directions to rolling    direction of sheet．

 （4）r値  r値（公称ひずみ20％のとき）と引張速廉 の関係をFig．6に示す。 r値は引張速度とともにやや増大

している。0・6mm厚Al板（2S−O材）の試験結果8）のう ち引張速度を2．5mm／secまでに限定したときのr値と引 張速度の関係では，90。試験片だけにr値の増大がみら れ，1・Omm厚Cu板の試験結果9）ではr値の引張速度依存 性に変化がみられなかった。このように異種金属だけでな

く同種の金属でも挙動にちがいがある。しかし，450試験 片のr値がいずれの引張速度においても90。試験片や0。試 験片よりも大きい値を示すという点では，今回の試験結果 は以前行なったAl板の試験8）とCu板の試験9）の結果と 一致する。これは後述の深絞り試験において，ブランクが コップ状に成形されたときの耳の発生方向と密接な関係が あり，Al板材の塑性異方性を示すものである。

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Fig．8 u Value as a function of tensile speed． Numbers    with curves represent pulling directions to roll−

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        Tensile speed，mm／sec

Fig．6 r Value as a function of tensile speed． Numbers    with curves represent pulling directions to rolling    direction of sheet．

 （5）φ値，u値  φ値と引張速度の関係をFig．7に， u 値と引張速度の関係をFig．8に示す。φ値もu値も引張速 度依存性が明らかでないが，この両者の値はどの引張速度 においても45。試験片で常に最も大きい。この有様は1・O mm厚Cu板の試験結＝果9）と一致している。

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Fig．7 ip Value as a function of tesile speed． Numbers    with curves represent pulling directions to roll−

   ing direction of sheet．

 2 深絞り試験

 （1）限界絞り比  限界絞り比（LD．R．）と絞り速度の 関係をFig．9に示す。 Fig．9にはポンチラジヤス部にワセリ

ンを塗布して深絞り試験を行なった結果も併記している。

限界絞り比は，ポンチラジヤス部にワセリンを塗布した場 合には4．2x10−1mm／sec以上の絞り速度でやや向上して いるものの，全般的にみると絞り速度とともに変化したと はいえない。これは，0・6mm厚Al板（2S−O材）の試験 結果8）のうち，絞り速度を2・5mm／secまでに限定したと きの限界絞り比と絞り速度の関係において，限界絞り比が 絞り速度とともに増大した結果を得たことは異なるもので あり，1・Omm厚Cu板の試験結果9）で限界絞り比が絞り速 度とともにやや減少する事実を見出したこととも異なるも のである。前者のちがいは，供試材料の組成，圧延，熱処 理のちがいの外にしわ押え方式のちがいも原因として考え られる。後者のちがいは，供試金属材料の材質のちがいが 主因であろう。

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Fig．9 Limit of drawing ratio （L．D．R．） as a function    of drawing speed．

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 ポンチラジヤス部へのワセリン塗布が限界絞り比に与え る影響は明らかであり，ワセリンを塗布すれば限界絞り比 が低下する。1．Omm厚Cu板の深絞り試験ではこのちがい を検出することができなかったものである。このワセリン 塗布が限界絞り比を低下させることについては次のように 一128一

アルミニウム板の深絞り性におよぼす絞り速度の影響 重 松

考えられる。一般に限界絞り比以上のブランクの深絞りを 行なうと，絞り成形を完了す．ることが不能でポンチラジヤ ス部に接するブランクが破断する。10）このことからわかる ように，深絞り加工のときの絞り力を負担するのはポンチ ラジヤス部に接する部分のブランクであり，ポンチラジヤ ス部の曲面に沿って湾曲するブランクの引張応力とポンチ ラジヤス部とブランク間の摩擦力の合計が絞り力となる。

そのためポンチラジヤス部にワセリンを塗布してポンチラ ジヤス部とブランク間の摩擦力を小にすると，それだけ絞 り力負担能力が減少し，ブランクの絞り込み能力が下るの で限界絞り比が低下する。ワセリン塗布の限界絞り比に与 える影響が1・Omm厚Cu板の試験9）であらわれず，この 1．0皿m厚Al板の試験であらわれた原因は，1・Omm厚 Al板の引張強さが1・0 mm厚Cu板の引張強さの約半分 にすぎず，1・Omm厚Al板では絞り力の中に占める摩擦力 の割合が1・Omm厚Cu板よりも大きいためであろう。

 （2）絞りカ  ブランク直径66・25φ（L，D．R．÷2・0）の 絞り力と絞り速度の関係をFig．10に示す。 Fig．10に示す絞 り力は深絞り工程中の最大絞り力である。Fig．11は絞り力 とブランク直径の関係を絞り速度をパラメータとして示

す。

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Fig．10 Maximum drawing force as a function of     drawing speed．

 絞り力は絞り速度とともに上昇し，ブランク直径ととも に増大する。絞．阯ﾍが絞り速度とともに上昇するのは，．

張試験のとき見出された引張強さやn値の増加で示された ように，ブランクの塑性変形抵抗が増したためである。ま た，絞り力がブランク直径とともに増大するのは，ブランク の絞り完了に必要な塑性変形量の増加によるものである。

 ポンチラジヤス部にワセリンを塗布したときの絞り力 は，塗布しない場合の絞り力よりも大きい。工業技術的に は，ポンチラジヤス面の潤滑状態によって絞り荷重はほと んど影響を受けず，単に製品のストリッピングに利する程 度の目的で潤滑すればよい11）といわれているが，この試験 のこのブランク直径に関する限りではちがいが見出されて いる。この真因については，潤滑状態をきびしく管理した 実験により検出する必要があるが，この試験では真因を発 見することができなかった。

4 結 ^雷

 1．Omm厚のAl板（AIPI−0材）の引張性質と引張速度 の関係および深絞り性と深絞り速度の関係をアムスラー型 万能試験機を使用して調べた結果，この試験速度の範囲内 において次のことを見出した。

 1引張速度とともに引張強さは増大し，n値とr値は    やや増大する傾向を示す。しかし，全伸びは引張速    度とともにやや減少する傾向を示し，φ値やU値に    は引張速度依存性がみられない。

 2 引張試験歯軸が供試板の圧延方向と45。の試験片の    全伸び，n値， r値，φ値およびu値は，0。や90。

   の試験片よりも大きくあらわれることが多い。

 3限界絞り比は絞り速度に依存しない。

 4限界絞り比は，ポンチラジヤス部にワセリンを塗布    すると低下する。

 5最大絞り力は絞り速度とともに増大する。

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Fig．11 Effects of blank diameter and drawing speed on drawing force．

 この研究の解析について有益なご助言をいただいた広島 大学工学部助教授大森正信先生に深謝します。

      参  考  文  献

1） J．C．Wright； Sheet Metal lnd．， 38−413 （1961−9），649 2） D．H．Lloyd； Sheet Metal lnd．， 39−417 （1962−1），6

3）阿部，新見，塩飽，深瀬；プレス技術，2−10（1964−

 2），28，31，36，39

4） W． T． Lankford； Trans．ASM，42（1950），1197 5）吉田；第15回塑性加工連合講演会前刷集，（1964），163 6）岡本，福田；住友金属，15（1963），161

7）大森，吉永，武井；金会誌，29−1（1965），1087 8）大森，吉永，重松，小林；日機会前刷集，151（1966−

 4），13

9）重松；津山高専紀要，3−1（1970），13 10）山田；プレス技術，1−1（1963−12），11 11）春日；プレス技術，2−12（1964−12），5