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しごき加工 電気自動車 ステンレス鋼板 二次電池用ケース

ヘテロ表面ダイによるしごき加工性の向上

パンチ しごきダイス 深絞り ダイス 素板 しわ押え

TiCNサーメットダイスは耐焼付き性が高く有効

(b) TiCNサーメット (a) 工具鋼SKD11 良好 焼付き 豊橋技科大 安部 洋平 Formin

潤滑剤保持

ヘテロ表面サーメットダイ

Formin g しごきダイス ダイ表面に くぼみ 目的： TiCNサーメットヘテロ表面ダイによる加工性の向上 変形とともに 潤滑剤が流出 容器の凹凸が 潤滑剤持ち込み パンチ ラッピング ヘテロ表面 しごき加工後容器 (b) ヘテロ表面 (a) ラッピング 容器 ダイ 潤滑剤

• ヘテロ表面サーメットダイとしごき

加工条件

• ヘテロ表面ダイのしごき加工

• 潤滑メカニズム

目次

Formin g

パンチ速度 潤滑剤 A3003:極圧添加剤なし 高粘度潤滑剤(562mm2_/s) R2 R5 ヘテロ表面

c

パンチ SUS:塩素系極圧添加剤あり 低粘度潤滑剤(2.9mm2_/s)

d

_p

深絞り容器のしごき加工条件

Formin g

φ

34

ステンレス鋼：SUS430, SUS304 アルミニウム合金：A3003-O d_p=32.85～33.41mm v=50～150mm/s 容器 板厚 0.6mm ダイ r_n=10～50% 公称しごき率 材料 引張強さ [MPa] 伸び [%] n値 r値 硬さ [HV5] SUS430 547 25.7 0.20 1.17 167

ヘテロ表面 研削 ラッピング ショットピーニング

ダイ製作プロセス

Formin g 凹凸処理 研磨処理 観察部 TiCNサーメット ダイ材料 _放電加工 研磨処理

しごきダイランド部の軸方向表面性状

Formin g R_h=0.05µmRa -2 0 軸方向の位置 [µm] 高さ [µm] 1 -1 0 100 200 300 400 R_h=0.12µmRa (a) ヘテロ表面 R_s=0.05µmRa R_s=0.17µmRa (c) ショットピーニングのみ 0.1mm (b) ラッピング 0.02µmRa ダイ

しごきダイランド部の3次元表面性状

Formin g 200 200 100 100 0 /µm 200 200 100 100 0 200 200 100 100 0 2 3 4 5 6 9 7 8 [µm] (a) ラッピング (0.02μmRa) (b) ショットピーニングのみ (0.17μmRa) (c) ヘテロ表面 (0.06μmRa) 観察部 軸方向 円周方向 /µm /µm 1 0

容器表面と表面粗さ

Formin g (b) SUS430容器, 0.27μmRa (c) SUS304容器, 0.30μmRa (d) A3003容器, 0.35μmRa 0.1mm 0 軸方向の位置 [µm] 高さ [µm] 1 -1 0 100 200 300 400 (a) ヘテロ表面, R_h=0.05µmRa

• ヘテロ表面サーメットダイとしごき

加工条件

• ヘテロ表面ダイのしごき加工

• 潤滑メカニズム

目次

Formin g

(a) 加工前

破断

SUS430におけるしごき加工後の容器

Formin g r=7.4%

10mm

焼付き

(c) ラッピング, r=17.7%

0.2mm

(d) ショットピーニングのみ (0.37μmRa),

良好

(b) ヘテロ(0.12μmRa), r=26.7%

焼付き

成形限界に及ぼすダイランド部の影響

(塩素系低粘度潤滑剤, v=100mm/s)

Formin g 20 10 0 0.20 0.10 0.15 0.05 欠陥なし 焼付き 破断 しごき率 r [%] ダイの表面粗さ R_s [µmRa] ラッピング (a) ショットピーニングのみ 破断 しごき率 r [%] 30 20 10 0 欠陥なし 0.20 0.10 0.15 0.05 ダイの表面粗さ R_h [µmRa] 焼付き ラッピング (b) ヘテロ表面 25 15 5 焼付き ₂₅ 15 5 35 焼付き 0.1mm ダイ SKD11 SKD11 焼付き

20 40 60 70 ストローク [mm] しごき荷重 [kN] 0 5 10 15 20 25 30 35 10 30 50 ラッピング，r=14.1% ヘテロ表面， r=26.7%

焼付き限界付近におけるしごき荷重-スト

ローク線図(塩素系低粘度潤滑剤, v=100mm/s)

Formin g

20 40 60 70 ストローク /mm しごき荷重 /kN 0 5 10 15 20 25 30 35 10 30 50 ラッピング，r=14.1%

焼付き限界付近におけるしごき荷重-スト

ローク線図(塩素系低粘度潤滑剤, v=100mm/s)

Formin g 加工仕事量 ヘテロ表面， r=26.7%

加工仕事量に及ぼすヘテロダイ表面の影響

1.2 0.8 0.4 1.6 0 5 10 15 20 25 30 加工仕事量 [kJ] しごき率 r [%] ヘテロ表面 ラッピング ショット ピーニングのみ Formin g

摩擦係数に及ぼすヘテロ表面ダイの影響

Formin 摩擦係数 ラッピング (0.02μmRa) ヘテロ表面 (0.06μmRa~0.15μmRa) ショットピーニングのみ(0.06μmRa~0.14μmRa) 10 15 20 25 30 5 0 しごき率 r [%] 0.05 0.10 0.15 0.20

x 30 20 15 10 5 25 0.3 0.2 0.1 0.4 0 しごき加工前 ヘテロ, 0.06 µmRa 円周方向の平均粗さ [μ mRa] 容器底からの距離 x [mm] ヘテロ, 0.12 µmRa

0.1mm

しごき加工前

容器表面粗

さに

及

ぼすヘテロ表面の

影響

Formin g ヘテロ(0.12µmRa), r_r=15.43% ラッピング, r_r=13.76% ピーニングのみ(0.06µmRa), r_r=13.74% ヘテロ(0.06µmRa), r_r=17.09% ラッピング, 0.02 µmRa ピーニングのみ, 0.06 µmRa

SUS304の成形限界に及ぼすヘテロ表面の影響

(塩素系低粘度潤滑剤, v=100mm/s, R

_h

=0.06

μmRa)

Formin 30 20 10 0 0.1mm 破断 欠陥なし 焼付き ラッピン グ ヘテロ表 面 しごき率 r [%] ダイランド部 最大しごき荷重 [kN] 30 20 10 40 0 50 80 70 60 (a) しごき加工限界 (b) 最大荷重と仕事 ラッピング r=9.0% ヘテ ロ表面, r=18.4 % 0 しごき加工仕事 [kJ] 0.4 0.8 1.2 荷重 仕事 1.6 2.0 25 15 5

A3003の成形限界に及ぼすヘテロ表面の影響

(塩素系低粘度潤滑剤, v=100mm/s, R

_h

=0.06

μmRa)

超硬合金 SKD11 しごき率 r [%] 0 20 10 30 破断 ラッピング 40 50 0.05 0.10 0.15 ランド部表面平均粗さR_h [ mRa] 良好 0.20 焼付き 焼付き 0.1mm 観察部

• ヘテロ表面サーメットダイとしごき

加工条件

• ヘテロ表面ダイのしごき加工

• 潤滑メカニズム

目次

Formin g

引掛り 少 潤滑剤保持 (b) ラッピング, 0.02µmRa (c) ショットピーニングのみ, 0.06µmRa (d) ヘテロ表面, 0.06µmRa (a) 切削後, 0.45µmRa 容器の変形とともに 潤滑剤が流出 ダイ側で潤滑剤を保持, 耐焼付き性が向上 引掛り 大 容器 ダイ

ダイ表面と容器間の潤滑メカニズム

Formin g 潤滑剤 平滑な部分にくぼみを有する形状,

紫外線光による残留潤滑剤観察方法

Formin g 蛍光塗料 1wt%で混合 紫外線光 青白く発光 カメラ し ご き ダイ 紫外線LED カメラ 回転 極圧添加剤あり塩素系低粘度潤滑剤 (動粘度：2.9mm2_/s)

(a) ラッピング (b) ヘテロ

加工後容器表面の残留潤滑剤(

v=100mm/s)

Formin g 紫外線LED カメラ し ご き ダイ カメラ 回転

残留潤滑剤量 多 残留潤滑剤量 少

しごき加工後の残留潤滑剤

Formin g 容器 (a) ラッピング (b) ヘテロ表面 加工後ダイ 加工後容器 LED反射

観察部 (a) ラッピング (b) ヘテロ表面

無潤滑状態でのしごき加工実験

Formin g 0.1mm 5mm r=9.8%, 焼付き r=8.1%, 焼付き, 破断

ヘテロ表面ダイスにおける潤滑油の量

Formin g 潤滑油の塗布量 [µg/mm] 3 0 30 45 15 370 側壁に残る潤滑油の 平均厚さ [μ m] 1 2 4 ヘテロ表面 ヘテロ表面 ラッピング 10mm ラッピング 焼付きなし 焼付き

30 35 25 15 10 5 0 20 /µm 測定部 20 軸方向 円周方 向 /µm 100 ₁₀₀ (a) 研磨なし 200 (c) 円周方向研磨 (b) 軸方向研磨 回転 容器 軸方向研磨 研磨紙 : 80番 円周方向研磨 パンチ

研磨により粗さを変化させた容器

Formin g

研磨された容器の表面性状

Formin g 測定部 20 円周方向θ 軸方向 z

(a) 研磨なし R_z=0.30μmRa R_θ=0.27μmRa

50 100 150 4 z [µm] 高さ /µm 50 0 100 150 4 θ [µm 8 50 0 100 150 4 z [µm] 50 0 100 150 4 8 θ [µm] (b) 軸方向研磨 R_z=0.35μmRa R_θ=0.60μmRa 0.1mm 50 0 100 150 4 8 θ [µm] 50 0 100 150 4 8 z [µm] (c) 円周方向研磨 R_z=0.60μmRa R_θ=0.11μmRa 研磨紙 0

成形限界に及ぼす容器表面粗さの影響

（硫黄系潤滑剤96mm

2

_/s）

Formin g 容器表面の軸方向表面粗さ R_z [µmRa] 良好 焼付き 軸方向 研磨 30 20 10 0 _{0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6} しごき率 r [ %] 研磨なしの塩素系添加剤 研磨 なし しごき率 r [%] 0.6 0.4 0.2 0.3 0.5 0.1 30 20 10 0 焼付き 良好 研磨なしの塩素系添加剤 容器表面の軸方向表面粗さ R_z [µmRa] (a) ラッピング (b) ヘテロ表面 研磨 なし

しごき加工回数 n 容器の表面粗さ [μ mRa] ラッピング ヘテロ表面 60 120 0.50 0.20 0.10 30 90 150 0.40 0.30 素板 0 焼付き大 焼付き小 20 焼付き小 焼付き

容器表面粗さに及ぼす加工回数の影響(

r

=9%)

_Forming

観察部 n=100 n=150 n=50 ヘテロ表面 ラッピング 20µm 焼付き 焼付き 焼付き n=0 n=100 n=150 n=10 n=0 しごき加工回数 n ラッピング ヘテロ表面 60 120 5 4 3 2 1 30 90 150 6 焼付きの割合 [%] 0

容器表面粗さに及ぼす加工回数の影響(r=9%)

Formin g

1) ヘテロ表面では0.05μmRaから0.12μmRaの範囲でラッピ ングされた表面よりも限界が高くなっており，最適な ヘテロ表面ダイによって焼付き限界を向上できた． 2) いずれの表面においてもしごき率とともに摩擦係数が 増加してたが，ヘテロ表面，ショットピーニングのみ の表面，ラッピングされた表面の順で低くなっており， ヘテロ表面の高潤滑により摩擦力が低減していると考 えられる． 3) 平らな部分と潤滑ポケットから構成されるヘテロ表面 では，潤滑ポケットによって潤滑膜が厚くなるととも に，ダイ表面の凸部がないために容器とダイの接触が 抑制されて高潤滑になっているようであった． 4) ヘテロ表面ダイによってSUS304容器とA3003容器に対 しても焼付き限界が向上できた．

ま と め

Formin g

20µm 高さ /µm 10μm 1μ m w h θ i i -2 0 2 200 0 400 600 800

Position in axial direction /µm

潤滑剤ポケット深さ h /μm 0.4~1.0 潤滑剤ポケット幅 w /μm 9~15 潤滑剤ポケット間平均距離 i /μm 50~200 潤滑剤ポケットのエッジの角度

θ

/° 5~15 潤滑剤ポケット面積の割合 /% 25~30

有効なヘテロ表面形状