板鍛造
サーボプレスを用いた 摩擦を低減する荷重振動鍛造
豊橋技術科学大学 前野 智美
摩擦大 薄板の圧縮 荷重大
板鍛造
板鍛造成形の問題点
厚板材に複雑な板厚分布を成形
サイベックコーポレーションHP
段差加工 つぶし
段差
機能部品→精度 つぶし
だれ
サーボプレスを用いた荷重振動鍛造
ACサーボプレス フリーモーション サーボモータ
クランク
クランク式サーボプレス
成形途中における除荷
クランク
振動
時間
スライド位置
目 次
• 荷重振動鍛造による荷重の低減と メカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工 サーボプレスを用いた摩擦を低減する荷重振動鍛造
豊橋技術科学大学 前野智美
板材断面を複雑に成形する板鍛造においては摩擦の影響が大きく金型面圧などが問題となっ
ている。この板鍛造においてサーボプレスを用いて成形中の荷重を振動させることによっ
て、摩擦を低減させる荷重振動鍛造について紹介する。この加工では成形中に圧縮荷重の一
部を除荷することで潤滑液を板材の外周部分に自動的に再潤滑させる。圧縮荷重は荷重振動
によって顕著に低減し、圧縮された板材の板厚は大きく減少した。アルミニウム合金板の圧
縮において荷重低減のメカニズムを調査し、フランジ成形やステンレス合金板の板鍛造に適
用して荷重低減と形状精度を向上した例について紹介する。
⌀10mm
2.0mm
潤滑剤:水溶性プレス油 素材:アルミ合金板
A5052-H34
圧縮工具 変位計
圧縮試験機 荷重 F
素材 s
35 35
荷重振動すえ込み加工実験に用いた 素材と工具形状
ストローク s
×Fi
0
荷重F
F1
F2 Fi
Fn Ff
最大荷重：Ff=80~325kN 荷重振動回数：n=0~30 除荷率 ：=0~90%
実験条件 素材
金型
すえ込み加工における荷重振動の経路
0 50 100 150 200 250
0.5 1 1.5
ストロークs/mm
荷重F/kN
振動=75%, n=4
振動なし F
圧縮率54.2%
圧縮率65.6%
15.4 mm
18.2 mm
荷重振動すえ込み加工における 荷重-ストローク曲線，Ff
=200kN
0 50 100 150 200 250
50 55 60 65 70
最終圧縮率rf/%
最終荷重Ff/kN
振動なし
振動=50%, n=4
振動=75%, n=4 103
50%低減 各種の条件における最終荷重と 圧縮率の関係
0 10 20 30 40 50
50 55 60 65
中央と端部の板厚差t/ m
振動なし 振動=50%, n=4
振動=75%, n=4
tc te
t=tc-te
荷重低減による平坦度向上
最終圧縮率rf/%
端部拡大図 素材
圧縮工具
素材
圧縮工具
=75%, n=4, Ff =200kN
ストローク
荷重
有限要素シミュレーションによる変形挙動
75% 90%
=0%
腐食部
5mm (b) 除荷，10分放置 (a) 負荷，腐食液注入
腐食液注入 3%NaOH (a)
(b)
腐食実験による隙間の発生の確認
0 20 40 60 80 100
25 50 75 100
除荷率/%
素材の接触面積率/%
実験 計算
素材面積 素材面積－腐食面積 接触面積率=
途中除荷時の素材の接触面積率と 除荷率の関係
金型 素材 潤滑剤
除荷時 負荷時
素材：塑性変形 凸形状 面圧
金型：弾性変形 凹形状
=75%除荷 金型：弾性回復
すきま 潤滑剤 浸入 荷重振動による自動再潤滑のメカニズム
0 0.05
0.1 0.15 0.2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
ストローク
平均摩擦係数
振動なし（Ff=200kN）
振動α=75%
加工中の摩擦係数の変化
0.5 1 1.5
0 0.5 1 1.5 2
時間/sec
スライド位置/mm
0.15mm 0.23mm
振動 振動なし
サーボプレスを用いた振動モーション すえ込み実験
振動モーション
平均除荷率70～80％，除荷回数６回 素材
圧縮工具
サーボプレスを用いたすえ込み実験
荷重振動なし
荷重振動あり
ストロークs/mm
圧縮荷重F/kN
0 0.5 1 1.5 2
50 100 150 200 250 300
r
f=70%における振動モーションと
クランクモーションの荷重 －ストローク曲線
0 50 100 150 200 250 300 350
62 64 66 68 70 72 74 76 78
最終圧縮率r/%
最大荷重Ff/kN
荷重振動なし
荷重振動あり 40%低減 サーボプレスによる最大荷重と 最終圧縮率の関係
目 次
• 荷重振動鍛造による荷重の低減と メカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工
ビレットの圧縮
振動なし 振動あり
⌀ 10mm
10mm
ビレットの圧縮における焼付き低減
振動なし
振動あり
(d)振動あり (a) 振動なし 後方押出しへの荷重振動の適用
4.211.3
押出し比：2.9
コンテナ
パンチ
φ17
φ21 s
4
2 φ16.3
素材
0.45μmRa
0.2μmRa
Ff=240kN，∆s=0.1mm
5 上ダイス
上ピン
下ダイス
下ピン
151030
素材
ストロークs 荷重振動
加工前 予備成形 フランジ成形 素材: A5056
アルミ合金丸棒
⌀10mm
55mm
荷重振動フランジ成形実験に用いた 素材と工具形状
22.8mm
25.2mm
50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 10 20 30 40 50 60 70 80 最終直径拡大率rd/%
最大荷重Ff/kN
振動なし 振動あり
=100%
37%低減
rd=d – d0 d0
d0 d
最大荷重と最終直径拡大率の関係
47.0
d= 21.6
46.5
24.8
振動なし 振動あり
=100%,=20%
軸中間部にフランジ成形された軸部品
（
α =0, 100%, β =20% F
f=200kN
）10 20 30 40
直径拡大率rd/ %
軸長さ増加量l/mm
0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
50 60 70 80
1.50 1.75
振動なし
=100%, =20%
軸長さ増加量と直径拡大率の関係
負荷条件
=100%, Ff=200kN 175kN→0kN 素材
下ダイス 上ダイス
上ダイス側
下ダイス側 腐食実験結果 75m
79m
荷重振動による除荷によって生じる
素材
-
工具間の隙間 目 次• 荷重振動鍛造による荷重の低減と メカニズム
• 鍛造加工への適用
• ステンレス鋼部品の段差付け加工
0
Ff Fn Fi
×Fi
s1 si sf パンチストロークs
荷重F
段差付け加工に用いた工具と荷重負荷方法
ダイス
圧縮板
⌀10
⌀14 3
荷重振動回数：n=0~10回 除荷率 ：α=0~90%
試験片：SUS430 (173HV5) 潤滑剤：水溶性プレス油
振動なし
振動ありとなしにおける素材断面
振動ありα=90%,n=10 くぼみ だ
れ 1mm
0.1mm 焼付き焼付き
0 25 50 75
フランジ圧縮率r/%
0.5 1.0 1.5 2.0
平均接触面圧/GPa
SUS430 振動なし SPCC α=90%,n=10 SPCC振動なし SUS430 α=90%,n=10
フランジ圧縮率r =t 0– t t0
振動ありとなしにおける
平均接触面圧とフランジ部圧縮率の関係
t0接触面 t くぼみ深さh/mm1
0.2 0.4 0.6
25 50 75
フランジ圧縮率r/%
h1
0
振動ありとなしにおける 底部くぼみ深さとフランジ圧縮率の関係
振動なし 振動あり
0 0.2 0.4 0.6
25 50 75
凸部だれ高さh2/mm
フランジ圧縮率r/%
h2
振動ありとなしにおける 凸部だれ高さとフランジ圧縮率の関係
振動なし
α=90%,n=10
0 25 50 75
フランジ圧縮率r/%
0.05 0.1 0.15 0.2
凸部側壁そりh3/mm
振動なし
振動ありとなしにおける 凸部側壁凹みとフランジ圧縮率の関係
h3
α=90%,n=10
5mm 1 mm 5mm 1 mm
r =62%,
振動ありとなしにおけるフランジ底部焼付きに及ぼす荷重振動の影響
振動なし 焼付き
α=90%,n=10
r =62%,
振動ありとなしにおける荷重振動の影響0 0.5 1.0 1.5 2.0
平均接触面圧/GPa
SPCC
（98HV）
SUS430
（173HV）
なし 振動
くぼみ深さ/mm
0 0.1 0.2 0.3
SPCC SUS430
なし
振動
0 0.05 0.1 0.15
側壁反り/mm
SPCC SUS430
なし 振動 0
2.0 4.0 6.0
凸部表面粗さ/μmRa
SPCC SUS430
なし 振動
測定箇所
振動ありとなしにおける
内壁傾斜角度とフランジ圧縮率の関係
α=90%,n=10 振動なし
5 mm
5 10 15 20
内壁傾斜角度β/°
振動なし
α=90%,n=10
0 25 50 75
フランジ圧縮率r/%
25
β
