JP7731131B2 - Drawing and ironing method for metal materials - Google Patents
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Description
本開示は、金属材料の絞りしごき加工方法に関する。 This disclosure relates to a method for drawing and ironing metal materials.
金属材料の加工方法には、従来から種々の加工方法が提案されている。
例えば、プレス加工が挙げられる。プレス加工とは、ダイを含む一対の工具の間に金属等の材料を入れて圧力を加えることで、材料をダイに対応した形状に加工する加工方法である。
プレス加工の一種として、絞り加工が知られている。絞り加工とは、金属板成形法の一種で一枚の金属板から円筒、角筒、円錐等様々な形状の底付き容器を成形する加工法である。絞り加工を用いることで、つなぎ目の無い容器形状の金属を成形することができる。
2. Description of the Related Art Various methods have been proposed for processing metal materials.
For example, press working is a processing method in which a material such as metal is placed between a pair of tools including a die and pressure is applied to the material to form it into a shape that corresponds to the die.
Drawing is a type of press working known as a type of metal forming. Drawing is a metal sheet forming method that is used to form containers with bottoms of various shapes, such as cylinders, square tubes, and cones, from a single metal sheet. By using drawing, it is possible to form metal into a seamless container shape.
絞り加工法に用いられる金属材料としては、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅、マグネシウム等が挙げられる。中でも、チタン及びチタン合金については、高耐食性、高強度、低比重等の性質から、幅広い分野での適用が期待されており、チタン及びチタン合金の加工について、種々の検討がされている。 Metal materials used in drawing include, for example, titanium, titanium alloys, aluminum, iron, stainless steel, copper, and magnesium. Titanium and titanium alloys, in particular, are expected to be used in a wide range of fields due to their high corrosion resistance, high strength, and low specific gravity, and various methods for processing titanium and titanium alloys are being investigated.
例えば特許文献1には、工具を用いた絞りスピニング成形によってチタン合金材が成形される絞りスピニング成形加工方法であって、高周波誘導加熱によって、工具によるチタン合金材に対する作用点が、局所的に、加熱される加熱工程と、チタン合金材の外周側から内周側に向けての工具の移動により該チタン合金材の絞り変形が行われる変形工程とを具備することを特徴とするチタン合金材絞りスピニング成形加工方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a method for forming a titanium alloy material by spinning using a tool, characterized in that it comprises a heating step in which the point of application of the tool to the titanium alloy material is locally heated by high-frequency induction heating, and a deformation step in which the tool is moved from the outer periphery of the titanium alloy material to the inner periphery, thereby drawing and deforming the titanium alloy material.
また、例えば特許文献2には、付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、所望の回転度に加工物を回転させることと、を繰り返すことを含む、金属材料加工物を鍛造する方法が記載されている。 For example, Patent Document 2 describes a method for forging a metallic material workpiece, which includes repeating free press forging of the workpiece and rotating the workpiece to a desired degree of rotation until the total amount of imparted strain is sufficient to initiate microstructural refinement.
金属材料に対し、高温(例えば、700℃~870℃)の範囲にて加熱することで延性を付与してから加工する方法は存在するものの、例えばチタン合金等の低温(例えば、400℃以下)の範囲では延性が低い金属材料は、低温において延性が得られないため、低温にて加工することが非常に困難であった。
低温の範囲で延性が低い金属材料(例えばチタン合金)に対して、高温の範囲にて加熱して延性を付与させてから加工する方法として、例えば、バーナー等の加熱手段でチタン合金であるTi-6Al-4V合金を800℃程度にまで加熱し、成形を行う方法がある。しかし、この方法ではダイ全体を高温まで加熱するために大がかりな加熱装置を用いていると考えられ、コストが高くなり、さらに作業性が悪化しやすい。また、Ti-6Al-4V合金のみならず、装置までもが高温に曝される結果、装置の寿命を縮めやすいと考えられる。
上記特許文献1は、材料を変形する個所のみ簡易に加熱する方法であり、特許文献2は、結晶粒微細化のために、600℃~βトランザス変態点の温度範囲で、少しずつ材料の表面を鍛造する方法である。
以上の特許文献1及び特許文献2に記載の方法は、いずれも高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法であり、高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法では、特殊なダイ、特殊な加熱装置等を用いることが通常であると考えられ、製造コスト、作業の簡便性等の点は期待できない。
以上より、金属材料(特に、低温の範囲で延性が低い金属材料)を低温(例えば、400℃未満)にて加工できる技術が求められている。
Although there is a method of heating a metal material at a high temperature (e.g., 700°C to 870°C) to impart ductility to the material before processing, it has been extremely difficult to process metal materials at low temperatures, such as titanium alloys, which have low ductility at low temperatures (e.g., 400°C or lower), because ductility cannot be obtained at low temperatures.
As a method for imparting ductility to metal materials (e.g., titanium alloys) that have low ductility at low temperatures by heating them to high temperatures and then processing them, one method involves heating the titanium alloy Ti-6Al-4V alloy to approximately 800°C using a heating means such as a burner and then forming it. However, this method requires the use of a large-scale heating device to heat the entire die to a high temperature, which increases costs and tends to worsen workability. Furthermore, the exposure of not only the Ti-6Al-4V alloy but also the device to high temperatures is thought to shorten the life of the device.
The method described in Patent Document 1 simply heats only the portion of the material to be deformed, while Patent Document 2 describes a method in which the surface of the material is forged little by little in the temperature range of 600°C to the β transus transformation point in order to refine the crystal grains.
The methods described in Patent Documents 1 and 2 are both processing methods in which a titanium alloy is heated to a high temperature range, and it is considered that processing methods in which a titanium alloy is heated to a high temperature range usually require the use of special dies, special heating devices, etc., and therefore cannot be expected to be advantageous in terms of manufacturing cost, ease of operation, etc.
For these reasons, there is a demand for a technology that can process metal materials (especially metal materials that have low ductility in the low temperature range) at low temperatures (for example, below 400°C).
本開示の実施形態が解決しようとする課題は、低温で金属材料を角筒に加工することができる金属材料の絞りしごき加工方法を提供することである。 The problem that the embodiments of the present disclosure aim to solve is to provide a method for drawing and ironing metal materials that can process metal materials into rectangular tubes at low temperatures.
上記課題を解決する手段には、以下の態様が含まれる。
<1> ブランク材である金属材料を角筒に加工する金属材料の絞りしごき加工方法であって、温度が0℃~300℃である前記金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、前記ダイを用いてパンチによって前記金属材料を絞らず、かつ、前記ブランクホルダを用いて前記金属材料の周辺部を前記ダイに押圧する押圧工程と、温度が0℃~300℃である前記金属材料をブランクホルダと前記ダイとの間に配置した状態で、前記ブランクホルダを用いて前記金属材料の周辺部をダイに2kN以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記ダイを用いて前記パンチによって前記金属材料を角筒状に絞る絞り工程と、を含み、前記絞り工程において、加工前の前記金属材料の厚さt〔mm〕に対する、前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスc〔mm〕の比であるクリアランス比c/tが0.7以上1.0以下であり、前記押圧工程において、前記金属材料を押圧する押圧時間s〔秒〕が4.0t以上8.0t以下である金属材料の絞りしごき加工方法。
<2> 前記金属材料がチタン合金である<1>に記載の絞りしごき加工方法。
<3> 前記厚さt〔mm〕が0.50mm以上であり、前記クリアランス比c/tが1.0である<1>又は<2>に記載の絞りしごき加工方法。
<4> 前記金属材料は、外接円の直径が20mm~50mmであり、形状が八角形の平板形状である<1>~<3>のいずれか1つに記載の金属材料の絞りしごき加工方法。
<5> 前記押圧工程と前記絞り工程とを交互に繰り返すことにより、前記金属材料を角筒に加工する<1>~<4>のいずれか1つに記載の金属材料の絞りしごき加工方法。
The means for solving the above problems include the following aspects.
<1> A method for drawing and ironing a metal material blank into a rectangular tube, the method comprising the steps of: placing the metal material, which has a temperature of 0°C to 300°C, between a blank holder and a die; using the die to press the peripheral portion of the metal material against the die without drawing the metal material with a punch; and using the blank holder to press the peripheral portion of the metal material against the die while the metal material, which has a temperature of 0°C to 300°C, is placed between the blank holder and the die. a drawing step in which the edge portion is pressed or not pressed against a die with a force of 2 kN or less, and the metal material is squeezed into a rectangular tube shape by the punch using the die, wherein in the drawing step, a clearance ratio c/t, which is the ratio of the clearance c [mm] between the punch and the die to the thickness t [mm] of the metal material before processing, is 0.7 or more and 1.0 or less, and in the pressing step, a pressing time s [seconds] for pressing the metal material is 4.0 t or more and 8.0 t or less.
<2> The drawing and ironing method according to <1>, wherein the metal material is a titanium alloy.
<3> The drawing and ironing method according to <1> or <2>, wherein the thickness t [mm] is 0.50 mm or more and the clearance ratio c/t is 1.0.
<4> The method for drawing and ironing a metal material according to any one of <1> to <3>, wherein the metal material has a circumscribed circle with a diameter of 20 mm to 50 mm and an octagonal flat plate shape.
<5> The method for drawing and ironing a metal material according to any one of <1> to <4>, wherein the pressing step and the drawing step are alternately repeated to form the metal material into a rectangular tube.
本開示の実施形態によれば、低温で金属材料を角筒に加工することができる金属材料の絞りしごき加工方法を提供することができる。 According to an embodiment of the present disclosure, a method for drawing and ironing metal materials can be provided that can process metal materials into rectangular tubes at low temperatures.
以下、図1~図10を参照して、本開示の絞り加工方法の実施形態について具体的に説明する。但し、本開示においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the drawing method of the present disclosure will be described in detail with reference to Figures 1 to 10. However, the present disclosure is not limited to the embodiment shown below.
≪絞りしごき加工方法≫
本開示の金属材料の絞りしごき加工方法(本開示中、単に、本開示の絞りしごき加工方法ともいう)は、ブランク材である金属材料を角筒に加工する金属材料の絞りしごき加工方法であって、温度が0℃~300℃である金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、ダイを用いてパンチによって金属材料を絞らず、かつ、ブランクホルダを用いて金属材料の周辺部をダイに押圧する押圧工程と、温度が0℃~300℃である金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、ブランクホルダを用いて金属材料の周辺部をダイに2kN以下で押圧し又は押圧せず、かつ、ダイを用いてパンチによって金属材料を角筒状に絞る絞り工程と、を含み、
前記絞り工程において、加工前の金属材料の厚さt〔mm〕に対する、パンチとダイとの間のクリアランスc〔mm〕の比であるクリアランス比c/tが0.7以上1.0以下であり、
押圧工程において、金属材料を押圧する押圧時間s〔秒〕が4.0t〔秒〕以上8.0t〔秒〕以下である。
<Squeezing and ironing method>
The drawing and ironing method for metal material of the present disclosure (also simply referred to as the drawing and ironing method of the present disclosure in the present disclosure) is a drawing and ironing method for metal material, which is a blank material, to be processed into a rectangular tube, and includes: a pressing step in which, with a metal material having a temperature of 0°C to 300°C placed between a blank holder and a die, the die is used to press the peripheral portion of the metal material against the die without pressing the metal material with a punch, and the blank holder is used to press the peripheral portion of the metal material against the die with a force of 2 kN or less, with or without pressing the peripheral portion of the metal material against the die with a punch, and the die is used to draw the metal material into a rectangular tube shape;
In the drawing step, a clearance ratio c/t, which is a ratio of a clearance c [mm] between the punch and the die to a thickness t [mm] of the metal material before processing, is 0.7 or more and 1.0 or less,
In the pressing step, the pressing time s (seconds) for pressing the metal material is 4.0t (seconds) or more and 8.0t (seconds) or less.
なお、本開示においてクリアランスとは、絞り工程における、ダイの表面とパンチの表面との間の最短距離を指す。 In this disclosure, clearance refers to the shortest distance between the surface of the die and the surface of the punch during the drawing process.
上述の通り、低温の範囲で延性が低い金属材料は、成形するために高温に加熱される必要があり、低温での成形が困難であった。
しかし、高温(例えば、500℃以上)を付与するためには、別途金属材料、ダイ等を加熱するための装置及び工程が必要となり、製造コストが増大する点が懸念される。
As described above, metal materials that have low ductility in the low temperature range must be heated to a high temperature in order to be formed, and forming at low temperatures has been difficult.
However, in order to apply a high temperature (for example, 500° C. or higher), separate equipment and processes for heating the metal material, die, etc. are required, which raises concerns about increased manufacturing costs.
本開示の絞りしごき加工方法は、上述の構成をふくむことで、低温の範囲で延性が低い金属材料を加工する場合であっても、金属材料を高温に加熱することなく加工することができる。
上記の効果が得られる理由は以下の通りであると考えられる。
クリアランス比が1.0以下の状態にて絞り加工を行うことで、上記絞り工程において、ダイとパンチとの間において厚さが小さくなるように金属材料を角筒状に絞る、いわゆる絞りしごき加工を行うことができる。
クリアランス比が1.0以下の状態にて上記絞りしごき加工を行う場合、ダイを用いて金属材料を絞る際に、金属材料の一部はダイとパンチとの間に到達せず、曲げ部に留まることとなる。そして、絞りしごき加工の進展に伴って金属材料の流入量を一定の範囲内に制御することで、破断を生じやすい曲げ部の厚さを一定の範囲内とすることができる。その結果、破断を抑制することができる。
The drawing and ironing method of the present disclosure includes the above-described configuration, and therefore can process metal materials without heating them to high temperatures, even when processing metal materials that have low ductility in the low temperature range.
The reason why the above effects are obtained is believed to be as follows.
By performing the drawing process with the clearance ratio being 1.0 or less, the metal material can be squeezed into a rectangular tube shape so that the thickness becomes small between the die and the punch in the drawing process, which is known as drawing and ironing.
When the drawing and ironing process is performed with a clearance ratio of 1.0 or less, when the metal material is drawn using the die, some of the metal material does not reach the gap between the die and the punch and remains in the bent portion. By controlling the inflow of the metal material within a certain range as the drawing and ironing process progresses, the thickness of the bent portion, which is prone to fracture, can be kept within a certain range. As a result, fracture can be suppressed.
本開示の絞りしごき加工方法は、押圧工程と絞り工程とを交互に繰り返すことにより、金属材料を角筒に加工することが好ましい。
これによって、本開示の絞りしごき加工方法を、しわが発生しないように、また、壁厚が減少しないように緩やかに進行させることができる。その結果、得られる金属加工物のしわの発生を抑制しつつ、壁厚の均一性の高い金属加工物を得ることができる。
In the drawing and ironing method of the present disclosure, it is preferable to process the metal material into a square tube by alternately repeating a pressing step and a drawing step.
This allows the drawing and ironing method of the present disclosure to proceed slowly so as to prevent wrinkles from occurring and the wall thickness from decreasing, resulting in a metal workpiece with highly uniform wall thickness while suppressing the occurrence of wrinkles in the resulting metal workpiece.
本開示の絞りしごき加工方法は、低温(例えば、300℃未満)で金属材料を絞りしごき加工することが可能であることから、金属材料を高温に加熱する必要はないため、一般的に用いられる簡易な装置を用いて、金属材料を絞り成形することが可能となる。これによって、製造コストの低減、作業の簡便性を向上させることができる。
また、本開示の絞りしごき加工方法は、得られる金属加工物の壁厚が部分的に減少することを抑制できるため、壁厚の均一性に優れた金属加工物を製造することができる。
The drawing and ironing method of the present disclosure allows for drawing and ironing of metal materials at low temperatures (e.g., below 300°C), eliminating the need to heat the metal materials to high temperatures, and thus enabling metal materials to be drawn using simple, commonly used equipment, thereby reducing manufacturing costs and improving ease of operation.
Furthermore, the drawing and ironing method of the present disclosure can prevent the wall thickness of the resulting metal workpiece from being partially reduced, making it possible to produce a metal workpiece with excellent wall thickness uniformity.
本開示の絞りしごき加工方法は、ブランク材である金属材料を角筒に加工する金属材料の絞りしごき加工方法である。
絞りしごき加工方法により金属材料を角筒に加工する場合、4つの隅と4つの側面とで金属材料の流入量が異なる。そのため、角筒の厚みを均一にすることは困難性が高い。
本開示の絞りしごき加工方法は、上述の構成を含むことで、低温で金属材料を角筒に加工することができる。
The drawing and ironing method of the present disclosure is a drawing and ironing method for metal material, in which a metal material serving as a blank is processed into a square tube.
When metal material is formed into a square tube by drawing and ironing, the amount of metal material flowing into the four corners and the four sides is different, making it very difficult to make the thickness of the square tube uniform.
The drawing and ironing method of the present disclosure includes the above-described configuration, and can process a metal material into a square tube at a low temperature.
<クリアランス比>
本開示の絞りしごき加工方法において、加工前の金属材料の厚さt〔mm〕に対する、パンチとダイとの間のクリアランスc〔mm〕の比であるクリアランス比c/tが0.7以上1.0以下である。
これによって、上述の通り、絞りしごき加工を行うことができ、ダイを用いて金属材料を絞る際に、金属材料の一部はダイとパンチとの間に到達せず、曲げ部に留まることとなる。
そして、絞りしごき加工された部分における絞りしごき加工された量と、ブランクホルダ及びダイからなる金属材料が流入する部分における金属材料の流入量と、を制御することで、曲げ部の厚さを制御できる。その結果、得られる金属加工物において破断を発生しやすい曲げ部の厚さを大きくすることができる。
<Clearance ratio>
In the drawing and ironing method of the present disclosure, the clearance ratio c/t, which is the ratio of the clearance c [mm] between the punch and the die to the thickness t [mm] of the metal material before processing, is 0.7 or more and 1.0 or less.
This allows the drawing and ironing process to be performed as described above, and when the metal material is drawn using the die, part of the metal material does not reach the space between the die and the punch and remains in the bent portion.
The thickness of the bent portion can be controlled by controlling the amount of drawing and ironing in the drawn and ironed portion and the amount of metal material flowing into the portion consisting of the blank holder and die, which allows the thickness of the bent portion, which is prone to fracture, to be increased in the resulting metal workpiece.
上記について、図1及び図2を用いて詳細に説明する。
まず、図1に示す通り、クリアランス比が1.0超である場合には、クリアランス10の長さは、金属材料11の加工前の厚さtを超える。クリアランス比が1.0超の状態にて絞りしごき加工を行う場合、ダイ5を用いて金属材料11を絞る際に、金属材料11はダイ5とパンチ9との間を厚さが減少することなく通過できるため、加工中に金属材料11の一部が曲げ部8に留まりにくい。
一方で、図2に示す通り、クリアランス比が1.0以下である場合には、クリアランス10の長さは、金属材料11の加工前の厚さt以下である。クリアランス比が1.0以下の状態にて絞りしごき加工を行う場合、ダイ5を用いて金属材料11を絞る際に、金属材料11における絞りしごき加工された部分の全てがダイ5とパンチ9との間に到達することを抑制することができる。そして金属材料11における絞りしごき加工された部分の内、ダイ5とパンチ9との間に到達することができなかった金属材料11の一部は、曲げ部に留まることとなり、絞りしごき加工された部分における絞りしごき加工された量と、ブランクホルダ及びダイからなる金属材料が流入する部分における金属材料の流入量と、を制御することで、曲げ部の厚さを制御できる。その結果、得られる金属加工物において破断を発生しやすい曲げ部の厚さを大きくすることができる。
以上により、曲げ部の厚さを大きくすることにより、得られる金属加工物における破断の発生を抑制することができる。
The above will be described in detail with reference to FIGS.
1 , when the clearance ratio exceeds 1.0, the length of the clearance 10 exceeds the pre-processing thickness t of the metal material 11. When drawing and ironing is performed with the clearance ratio exceeding 1.0, when the metal material 11 is drawn using the die 5, the metal material 11 can pass between the die 5 and the punch 9 without decreasing in thickness, and therefore, a portion of the metal material 11 is less likely to remain in the bent portion 8 during processing.
On the other hand, as shown in FIG. 2 , when the clearance ratio is 1.0 or less, the length of the clearance 10 is less than the thickness t of the metal material 11 before processing. When drawing and ironing is performed with a clearance ratio of 1.0 or less, when the metal material 11 is drawn using the die 5, it is possible to prevent all of the drawn and ironed portion of the metal material 11 from reaching between the die 5 and the punch 9. The portion of the drawn and ironed portion of the metal material 11 that does not reach between the die 5 and the punch 9 remains in the bent portion. The thickness of the bent portion can be controlled by controlling the amount of drawing and ironing in the drawn and ironed portion and the amount of metal material flowing into the metal material flow section consisting of the blank holder and the die. As a result, the thickness of the bent portion, which is prone to fracture, can be increased in the resulting metal workpiece.
As described above, by increasing the thickness of the bent portion, it is possible to suppress the occurrence of fractures in the resulting metal processed product.
上記クリアランス比は、曲げ部の厚さを制御することで破断等の不具合なく金属材料を加工する観点から、1.00以下であることが好ましい。
また、上記クリアランス比は、破断を良好に抑制する観点、及び得られる金属加工物の強度を得る観点から、0.75以上であることがより好ましく、0.90以上であることがより好ましい。
The clearance ratio is preferably 1.00 or less from the viewpoint of processing the metal material without problems such as breakage by controlling the thickness of the bent portion.
Moreover, from the viewpoint of effectively suppressing breakage and obtaining sufficient strength in the metal processed product, the clearance ratio is more preferably 0.75 or more, and even more preferably 0.90 or more.
クリアランス比は、厚さtの値によって調整してもよい。
例えば、本開示の絞りしごき加工方法は、厚さtが0.50mm以上であり、クリアランス比が1.0であってもよい。
The clearance ratio may be adjusted by the value of the thickness t.
For example, in the drawing and ironing method of the present disclosure, the thickness t may be 0.50 mm or more and the clearance ratio may be 1.0.
<押圧工程>
本開示における押圧工程は、温度が0℃~300℃である金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、ダイを用いてパンチによって金属材料を絞らず、かつ、ブランクホルダを用いて金属材料の周辺部をダイに押圧する工程であり、金属材料を押圧する押圧時間sが4.0t〔秒〕以上8.0t〔秒〕以下である。
これによって、得られる金属加工物にしわが発生することを抑制することができる。
<Pressing process>
The pressing process in the present disclosure is a process in which a metal material having a temperature of 0°C to 300°C is placed between a blank holder and a die, and the metal material is not squeezed by a punch using the die, and the peripheral portion of the metal material is pressed against the die using the blank holder, and the pressing time s for pressing the metal material is 4.0t [seconds] or more and 8.0t [seconds] or less.
This can prevent wrinkles from occurring in the resulting metal workpiece.
金属材料を押圧する押圧時間sが4.0t〔秒〕以上8.0t〔秒〕以下である。
上記tは、加工前の金属材料の厚さ〔mm〕である。
金属材料を押圧する押圧時間sが、4.0t以上であることで、得られる角筒形状の成形体におけるしわを抑制することができる。また、ダイを用いて金属材料を絞る際に、ダイとパンチとの間に流入する金属材料の量を、角筒形状の成形体を成形できる程度に多くすることができる。
上記の観点から、金属材料を押圧する押圧時間sが4.0t以上であることが好ましく、5.0t以上であることがより好ましい。
The pressing time s for pressing the metal material is 4.0t seconds or more and 8.0t seconds or less.
The above t is the thickness (mm) of the metal material before processing.
By setting the pressing time s for pressing the metal material to 4.0 t or more, wrinkles in the resulting rectangular tubular compact can be suppressed. Furthermore, when squeezing the metal material using a die, the amount of metal material flowing between the die and the punch can be increased to an extent that a rectangular tubular compact can be formed.
From the above viewpoint, the pressing time s for pressing the metal material is preferably 4.0 t or more, and more preferably 5.0 t or more.
金属材料を押圧する押圧時間sが、8.0t以下であることで、スクラップ部の厚さを維持することができ、角筒形状の成形体が破断することを防ぐことができる。
上記の観点から、金属材料を押圧する押圧時間sが8.0t以下であることが好ましく、7.5t以下であることがより好ましい。
By setting the pressing time s for pressing the metal material to 8.0 t or less, the thickness of the scrap portion can be maintained, and the square cylindrical molded body can be prevented from breaking.
From the above viewpoint, the pressing time s for pressing the metal material is preferably 8.0 t or less, and more preferably 7.5 t or less.
~押圧工程の一実施形態~
本開示における押圧工程の一実施形態について、図3を参照して説明する。
本開示における押圧工程の一実施形態としては、図3に示すように、金属材料11をブランクホルダ7とダイ5との間に配置した状態で、ブランクホルダ7を用いて金属材料11の例えばスクラップ部13をブランクホルダ7からダイ5へ向かう方向に、4.0t秒~8.0t秒押圧する。この際、パンチ9によって金属材料11をダイ5の孔5C内に押し上げて孔5Cに絞ることは行わない。
~One embodiment of the pressing step~
An embodiment of the pressing step in the present disclosure will be described with reference to FIG.
3, in a state in which the metal material 11 is placed between the blank holder 7 and the die 5, the blank holder 7 is used to press, for example, the scrap portion 13 of the metal material 11 in the direction from the blank holder 7 toward the die 5 for 4.0t seconds to 8.0t seconds. At this time, the punch 9 does not push the metal material 11 up into the hole 5C of the die 5 and squeeze it into the hole 5C.
(金属材料)
本開示における金属材料は、本開示の絞りしごき加工方法によって得られる金属加工物の材料である。
本開示の絞りしごき加工方法によれば、低温の範囲で延性が低い金属材料を加工する場合であっても、金属材料を高温に加熱することなく加工することができる。
(metallic material)
The metal material in the present disclosure is the material of the metal workpiece obtained by the drawing and ironing method of the present disclosure.
According to the drawing and ironing method of the present disclosure, even when processing a metal material that has low ductility in the low temperature range, the metal material can be processed without heating the metal material to a high temperature.
本開示における金属材料としては、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅、マグネシウム、ニッケル等が挙げられる。 Metal materials referred to in this disclosure include, for example, titanium, titanium alloys, aluminum, iron, stainless steel, copper, magnesium, nickel, etc.
本開示における金属材料は、上記の中でも、低温の範囲で延性が低い金属材料であるチタン又はチタン合金であることが好ましい。
低温の範囲で延性が低い金属材料を低温の範囲で加工した場合に破断、しわ等の不具合が発生しやすく、良好な加工が困難であるところ、本開示の絞りしごき加工方法によれば、低温の範囲で延性が低い金属材料であるチタン及びチタン合金を、所望の形状に良好に加工することが可能である。
上記の観点から、本開示における金属材料は、チタン合金であることがより好ましい。
Among the above, the metallic material in the present disclosure is preferably titanium or a titanium alloy, which is a metallic material with low ductility in the low temperature range.
When metal materials with low ductility in the low temperature range are processed in the low temperature range, defects such as breakage and wrinkles are likely to occur, making good processing difficult. However, with the drawing and ironing method of the present disclosure, titanium and titanium alloys, which are metal materials with low ductility in the low temperature range, can be well processed into the desired shape.
From the above viewpoint, the metal material in the present disclosure is more preferably a titanium alloy.
チタン合金に含まれる、チタン以外の金属又は非金属としては、Al、V、Mo、Fe、Pd、Ru、Pt、Ni、Cr、Sn等が挙げられる。
本開示におけるチタン合金としては、Ti-6Al-4V、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al等が挙げられ、本開示の効果がより奏される観点から、Ti-6Al-4Vがより好ましい。
Examples of metals or non-metals other than titanium that may be contained in titanium alloys include Al, V, Mo, Fe, Pd, Ru, Pt, Ni, Cr, and Sn.
Examples of titanium alloys in the present disclosure include Ti-6Al-4V and Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, and Ti-6Al-4V is more preferred from the viewpoint of better achieving the effects of the present disclosure.
金属材料の加工前の厚さtは、加工後に得られる加工物の強度の観点から、0.30mm以上であることが好ましく、0.35mm以上であることがより好ましく、0.50mm以上であることがさらに好ましい。
また、金属材料の加工前の厚さtは、加工後に得られる加工物のしわを抑制する観点から、1.5mm以下であることが好ましく、1.2mm以下であることがより好ましく、1.0mm以下であることがさらに好ましい。
From the viewpoint of the strength of the workpiece obtained after processing, the thickness t of the metal material before processing is preferably 0.30 mm or more, more preferably 0.35 mm or more, and even more preferably 0.50 mm or more.
Furthermore, the thickness t of the metal material before processing is preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.2 mm or less, and even more preferably 1.0 mm or less, from the viewpoint of suppressing wrinkles in the workpiece obtained after processing.
本開示における金属材料の形状としては、特に制限はない。例えば、金属材料の形状は、八角形の平板形状であってもよい。 The shape of the metal material in this disclosure is not particularly limited. For example, the shape of the metal material may be an octagonal flat plate.
金属材料の外接円の直径は、20mm~50mmが好ましい。
上記外接円の直径が、20mm以上であることで、絞りしごき加工中、金属材料の流入量を良好に制御することができる。
上記の観点から、上記外接円の直径は25mm以上がより好ましく、30mm以上がさらに好ましい。
また、上記外接円の直径が50mm以下であることで、金属材料を破断させずに、金属材料をしごき面へ円滑に流入させることができる。
上記の観点から、上記外接円の直径は45mm以下がより好ましく、40mm以下がさらに好ましく、35mm以下が特に好ましい。
The diameter of the circumscribing circle of the metal material is preferably 20 mm to 50 mm.
When the diameter of the circumscribed circle is 20 mm or more, the inflow amount of the metal material can be well controlled during the drawing and ironing process.
From the above viewpoint, the diameter of the circumscribing circle is more preferably 25 mm or more, and even more preferably 30 mm or more.
Furthermore, by making the diameter of the circumscribed circle 50 mm or less, the metal material can be smoothly flowed onto the ironing surface without being broken.
From the above viewpoint, the diameter of the circumscribed circle is more preferably 45 mm or less, further preferably 40 mm or less, and particularly preferably 35 mm or less.
金属材料は、外接円の直径が20mm~50mmであり、形状が八角形の平板形状であることが好ましい。 The metal material preferably has a circumscribed circle with a diameter of 20 mm to 50 mm and is in the shape of an octagonal flat plate.
(潤滑剤)
金属材料は、表面に潤滑剤を含むことが好ましい。
これによって、ダイ及びパンチとの摩擦を軽減させることで金属材料を保護することができ、ダイ及びパンチへの金属材料の凝着を抑制することができる。
具体的には、金属材料の表面に潤滑剤を含むことで、絞り工程においてダイ及びパンチを用いて金属材料を絞る際に、ダイ及びパンチの少なくとも一方と金属材料との間の摺動を抑制することができる。従って、金属材料は、絞り工程を行った場合にダイ及びパンチの少なくとも一方と接触する部分に潤滑剤を含むことが好ましい。
(lubricant)
The metal material preferably contains a lubricant on the surface.
This reduces friction between the die and the punch, thereby protecting the metal material and suppressing adhesion of the metal material to the die and the punch.
Specifically, by including a lubricant on the surface of the metal material, when the metal material is drawn using a die and a punch in the drawing process, sliding between the metal material and at least one of the die and the punch can be suppressed. Therefore, it is preferable that the metal material include a lubricant in the portion that comes into contact with at least one of the die and the punch when the drawing process is performed.
潤滑剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PE(ポリエチレン)等が挙げられる。
上記の中でも、摩擦を軽減させる観点、及び凝着を抑制する観点から、潤滑剤は、固形の潤滑剤が好ましく、厚み10μm~200μmのPTFEがより好ましく、厚み50μm~100μmのPTFEがさらに好ましい。
Known lubricants can be used, such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and PE (polyethylene).
Among the above, from the viewpoint of reducing friction and suppressing adhesion, the lubricant is preferably a solid lubricant, more preferably PTFE having a thickness of 10 μm to 200 μm, and even more preferably PTFE having a thickness of 50 μm to 100 μm.
金属材料は、表面に酸化被膜を施したものであってもよい。これによって、金属材料を保護することができ、ダイへの金属材料の凝着を抑制することができる。
金属材料に酸化被膜を施す方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、大気酸化、陽極酸化等の方法が挙げられる。
大気酸化とは、空気中の酸素により、金属表面にアナターゼ型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
陽極酸化とは、金属を陽極として通電し、金属表面にルチル型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
The metal material may have an oxide coating on the surface, which can protect the metal material and prevent it from adhering to the die.
The oxide film can be formed on the metal material by any known method, such as atmospheric oxidation or anodic oxidation.
Atmospheric oxidation is a method of forming an oxide film by using oxygen in the air to form an anatase-type oxide film on the surface of a metal.
Anodization is a method of forming an oxide film in which a metal is used as an anode and an electric current is passed through it to form a rutile-type oxide film on the metal surface.
(ダイ)
ダイ5は、図5に示すように、中央に四角形状の孔5C及び側壁5Eを有し、ダイ5と接するようにして金属材料11が配置される側(下面5B側)における孔5Cの開口端に、屈曲部5Dを有することができる。ダイ5と接するように配置された金属材料11を、パンチ9を用いて、下面5Bから上面5Aに向かう方向に、上記孔5Cに沿って絞ることで、所望の角筒形状の金属加工物に加工することができる。
本開示の金属材料の絞りしごき加工方法は、ブランク材である金属材料を角筒に加工する金属材料の絞りしごき加工方法である。そのため、本開示におけるダイ5の孔5Cの形状は、角筒形状であることが好ましい。
(Thailand)
5, the die 5 has a square hole 5C in the center and a side wall 5E, and may have a bent portion 5D at the open end of the hole 5C on the side (lower surface 5B side) where the metal material 11 is placed so as to be in contact with the die 5. The metal material 11 placed so as to be in contact with the die 5 is squeezed along the hole 5C using a punch 9 in a direction from the lower surface 5B toward the upper surface 5A, thereby processing the metal workpiece into a desired rectangular cylindrical shape.
The drawing and ironing method for a metal material according to the present disclosure is a method for drawing and ironing a metal material blank into a rectangular tube, and therefore, the shape of the hole 5C of the die 5 according to the present disclosure is preferably a rectangular tube shape.
ダイ5の形状としては、例えば、内部に略角筒形状の孔5Cを備える円柱形状であってもよく、ダイ5の高さ5h、上面側における孔5Cの内径5r及び外径5Rは、目的とする金属加工物の形状等によって適宜調整することができる。
ダイ5の材質としては、特に制限はないが、例えば、SKD61、SKD11等が挙げられる。
The shape of the die 5 may be, for example, a cylindrical shape with an approximately rectangular cylindrical hole 5C inside, and the height 5h of the die 5 and the inner diameter 5r and outer diameter 5R of the hole 5C on the upper surface side can be adjusted appropriately depending on the shape of the target metal workpiece, etc.
The material of the die 5 is not particularly limited, but examples thereof include SKD61, SKD11, and the like.
(ブランクホルダ)
本工程において、ブランクホルダ7が金属材料11に与える圧力(BHF:Blank Holding Force)は、金属材料11の種類によって適宜調整できる。
本工程におけるBHFとしては、例えば5kN~100kNであってもよく、7kN~50kNであることが好ましく、10kN~30kNであることがより好ましい。
(Blank holder)
In this process, the pressure (BHF: Blank Holding Force) that the blank holder 7 applies to the metal material 11 can be adjusted appropriately depending on the type of the metal material 11 .
The BHF in this step may be, for example, 5 kN to 100 kN, preferably 7 kN to 50 kN, and more preferably 10 kN to 30 kN.
ブランクホルダ7は、図6に示すように、例えば四角形状である孔7Aを有し、図3に示すように、ダイ5との間に金属材料11を配置する際に、金属材料11を支持する。また、金属材料11のダイ5と接する面とは反対の面の周辺部(フランジ部)に対し、圧力を加える。これによって、金属加工物のしわの発生を抑制することができる。
図6に示すように、ブランクホルダ7は、パンチが通過するための四角形状である孔7Aを有するため、後述の絞り工程を行う際、パンチ9が上記孔7Aを通過し、金属材料11を押圧することで角筒状に絞り加工を行うことができる。
As shown in Fig. 6, the blank holder 7 has a hole 7A, which is, for example, rectangular, and supports the metal material 11 when it is placed between the blank holder 7 and the die 5, as shown in Fig. 3. The blank holder 7 also applies pressure to the peripheral portion (flange portion) of the surface of the metal material 11 opposite to the surface that contacts the die 5. This makes it possible to suppress the occurrence of wrinkles in the metal workpiece.
As shown in FIG. 6 , the blank holder 7 has a square hole 7A through which a punch passes. Therefore, when performing the drawing process described below, a punch 9 passes through the hole 7A and presses the metal material 11, thereby drawing the metal material 11 into a square tube shape.
ブランクホルダ7は、図6に示すように、中央に四角形状の孔7Aを有する円盤形とすることができる。
ブランクホルダ7の外径7Rは、ダイ5の外径5Rと同じ外径とすることが好ましい。
ブランクホルダ7の内径7rは、孔7Aを通過するパンチ9の通過を阻害しない内径が好ましい。
ブランクホルダ7の厚み7hは、特に制限はないが、例えば、1cm~2cmとすることができる。
ブランクホルダ7の材質は、特に制限はないが、例えば、SKD61、SKD11等が挙げられる。
The blank holder 7 may be disk-shaped with a square hole 7A in the center, as shown in FIG.
The outer diameter 7R of the blank holder 7 is preferably the same as the outer diameter 5R of the die 5.
The inner diameter 7r of the blank holder 7 is preferably an inner diameter that does not hinder the passage of the punch 9 through the hole 7A.
The thickness 7h of the blank holder 7 is not particularly limited, but may be, for example, 1 cm to 2 cm.
The material of the blank holder 7 is not particularly limited, but examples thereof include SKD61, SKD11, and the like.
<絞り工程>
本開示における絞り工程は、温度が0℃~300℃である金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、ブランクホルダを用いて金属材料の周辺部をダイに2kN以下で押圧し又は押圧せず、かつ、ダイを用いてパンチによって金属材料を角筒状に絞る工程である。
本工程によって、破断の原因である引張張力に起因するせん断変形を抑制し、かつ、金属材料を所望の角筒形状へと変形させることができる。
<Drawing process>
The drawing process in the present disclosure is a process in which a metal material having a temperature of 0°C to 300°C is placed between a blank holder and a die, and the blank holder is used to press the peripheral portion of the metal material against the die with a force of 2 kN or less, or not, and the die is used to draw the metal material into a rectangular tube shape with a punch.
This process suppresses shear deformation caused by tensile stress, which is the cause of fracture, and also enables the metal material to be deformed into the desired rectangular tube shape.
絞り工程において、上記ブランクホルダを用いて金属材料の周辺部をダイに押圧しない場合、ブランク材である金属材料の周端部側が、ブランクホルダとダイとの間に挟持された状態であってもよく、ブランク材である金属材料の周端部側が、ブランクホルダ及びダイの少なくとも一方と接触せずにブランクホルダとダイとの間に配置された状態であってもよい。 If the blank holder is not used to press the peripheral portion of the metal material against the die during the drawing process, the peripheral edge side of the metal material that is the blank may be sandwiched between the blank holder and the die, or the peripheral edge side of the metal material that is the blank may be positioned between the blank holder and the die without contacting at least one of the blank holder and the die.
~絞り工程の一実施形態~
本開示における絞り工程の一実施形態について、図4を参照して説明する。
本開示における絞り工程の一実施形態としては、図4に示すように、金属材料11をブランクホルダ7とダイ5との間に配置した状態で、パンチ9を動作させることで、パンチ9がブランクホルダ7の孔7Aを通過し、例えば金属材料11の内底面11D(図8参照)を押圧し、チタン合金をダイ5の孔5C内に押し上げて金属材料11を絞ることができる。この際、ブランクホルダ7を用いてチタン合金11を2kN以下で押圧するか、又は押圧はしない。
~One embodiment of the drawing process~
An embodiment of the drawing process in the present disclosure will be described with reference to FIG.
In one embodiment of the drawing process of the present disclosure, as shown in Figure 4, a punch 9 is operated while a metal material 11 is placed between a blank holder 7 and a die 5, so that the punch 9 passes through a hole 7A of the blank holder 7 and presses, for example, an inner bottom surface 11D (see Figure 8) of the metal material 11, pushing the titanium alloy up into a hole 5C of the die 5 and drawing the metal material 11. At this time, the titanium alloy 11 is pressed with a force of 2 kN or less using the blank holder 7, or is not pressed at all.
ブランクホルダを用いて金属材料を押圧する方法としては、例えば、ブランクホルダを可動させるサーボモーターを設け、サーボモーターによって、ブランクホルダをダイに向かう方向へ可動させていき、ブランクホルダとダイとの間に配置した金属材料を押圧することが考えられる。 One method of pressing metal material using a blank holder is to provide a servo motor to move the blank holder, and use the servo motor to move the blank holder toward the die, pressing the metal material placed between the blank holder and the die.
本工程は、金属材料を、ブランクホルダを用いて2kN以下で押圧し又は押圧せずに行う。これによって、得られる金属加工物の壁厚を均一にすることができる。上記の中でも、金属加工物の側部及び肩部の壁厚を良好に均一にすることができる。
特に肩部は、絞り加工中、パンチの押圧面の端部が接触する部分(図8の肩部113)であるために壁厚の減少が顕著であるところ、本開示の絞り加工方法であれば、壁厚(特に肩部)の減少を良好に抑制することができる。
壁厚減少を良好に抑制する観点から、金属材料を2kN以下で押圧し又は押圧しないことが好ましく、押圧しないことがより好ましい。
This process is carried out with or without pressing the metal material with a blank holder at a pressure of 2 kN or less, thereby achieving a uniform wall thickness of the resulting metal workpiece, particularly in the side and shoulder portions of the metal workpiece.
In particular, the shoulder portion is the portion that comes into contact with the end of the pressing surface of the punch during drawing (shoulder portion 113 in Figure 8), and therefore the reduction in wall thickness is significant.However, the drawing method disclosed herein can effectively suppress the reduction in wall thickness (especially the shoulder portion).
From the viewpoint of effectively suppressing a reduction in wall thickness, it is preferable to press the metal material with a pressure of 2 kN or less, or not press it at all, and it is more preferable to not press it at all.
(パンチ)
パンチ9は、図7に示すように、例えば略角筒形状とすることができ、胴体部9Bを有し、胴体部9Bに金属材料11を押圧するための四角形状の押圧面9Aを備えることができる。パンチ9は、図4に示す通り、金属材料11のダイ5と接する面とは反対の面の一部分を押圧して金属材料11をダイ5の孔5Cに絞るためのものである。
(punch)
7, the punch 9 can be, for example, a substantially rectangular cylindrical shape, has a body 9B, and can be provided with a rectangular pressing surface 9A on the body 9B for pressing the metal material 11. As shown in FIG. 4, the punch 9 presses a portion of the surface of the metal material 11 opposite to the surface that contacts the die 5, thereby squeezing the metal material 11 into the hole 5C of the die 5.
パンチ9の材質は、特に制限はないが、例えば、SKD61、SKD11等が挙げられる。 There are no particular restrictions on the material of the punch 9, but examples include SKD61, SKD11, etc.
本開示の金属材料の絞りしごき加工方法は、ブランク材である金属材料を角筒に加工する金属材料の絞りしごき加工方法である。そのため、パンチ9の形状は、角筒形状であることが好ましい。 The metal drawing and ironing method disclosed herein is a method for drawing and ironing a metal blank into a rectangular tube. Therefore, it is preferable that the shape of the punch 9 be a rectangular tube.
パンチ9が金属材料11を押圧する際の荷重(パンチロード)は、例えば図9に示すように、パンチ9のストローク(パンチストローク)の長さによって適宜調整することができる。チタン合金11の成形が進行しパンチストロークが長くなるにしたがって、パンチロードを増加させることができる。これによって、所望の形状にチタン合金11を成形することができる。 The load (punch load) applied by the punch 9 when pressing the metal material 11 can be adjusted appropriately by adjusting the length of the stroke (punch stroke) of the punch 9, as shown in Figure 9, for example. As the forming of the titanium alloy 11 progresses and the punch stroke becomes longer, the punch load can be increased. This allows the titanium alloy 11 to be formed into the desired shape.
パンチ9が金属材料11を押圧する際の荷重の最大値(最大パンチロード)は、金属材料11の種類によって適宜調整できる。例えば、最大パンチロードは2kN~200kNとすることができる。 The maximum load (maximum punch load) when the punch 9 presses against the metal material 11 can be adjusted appropriately depending on the type of metal material 11. For example, the maximum punch load can be set to 2 kN to 200 kN.
パンチ9が金属材料11を押圧する際の速度(パンチスピード)は、金属材料11の種類によって適宜調整できる。例えば、パンチスピードは5mm/分~500mm/分とすることができる。
なお、本開示においてパンチスピードとは、パンチにより、金属材料がダイの孔に押し込まれる速度を指す。
The speed at which the punch 9 presses the metal material 11 (punch speed) can be adjusted appropriately depending on the type of metal material 11. For example, the punch speed can be set to 5 mm/min to 500 mm/min.
In this disclosure, punch speed refers to the speed at which the punch pushes the metal material into the hole in the die.
上記押圧工程と上記絞り工程とは交互に行うことが好ましい。
この点について図9を参照して説明する。
図9は、本開示の絞りしごき加工方法を用いて金属材料を加工した場合の時間、BHF及びパンチストロークの関係を示すグラフである。
It is preferable that the pressing step and the drawing step are performed alternately.
This will be explained with reference to FIG.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between time, BHF, and punch stroke when a metal material is processed using the drawing and ironing method of the present disclosure.
図9には、押圧工程における押圧時間sがxの場合と2xの場合とを示す。
図9に示す通り、押圧時間sが2xである場合は、押圧時間sがxである場合と比較して、パンチストロークの増加速度が小さくなる。
また、押圧時間sがxの場合及び2xの場合の両方において、まず、押圧工程及び絞り工程を交互に繰り返していくことで、パンチストロークが増加していく。この際、最大パンチロード付近におけるパンチストロークは例えば9mm付近であってもよい。また、押圧工程において、BHFは20kN付近とし、パンチストロークの値に関わらずほぼ一定の値とする。
なお、パンチストロークとは、パンチによって金属材料を押圧する際の、パンチが金属材料に接触し、かつ、BHFが付加されていない状態から材料が破断に至る、又は、絞り加工が終了する位置までのパンチの移動距離をいう。
最大パンチロード付近までパンチストロークが増加した後は、金属材料を角筒形状に加工するために、パンチロードを調整することが好ましい。この際、パンチロードを徐々に低下させてもよく維持してもよい。最大パンチロード付近までパンチストロークが増加した後も、上記の調整を行う間にパンチストロークは増加し得る。
FIG. 9 shows the cases where the pressing time s in the pressing step is x and 2x.
As shown in FIG. 9, when the pressing time s is 2x, the increasing speed of the punch stroke is smaller than when the pressing time s is x.
In both cases where the pressing time s is x and 2x, the punch stroke is increased by alternately repeating the pressing step and the drawing step. In this case, the punch stroke near the maximum punch load may be, for example, around 9 mm. In the pressing step, the BHF is set to around 20 kN, which is a substantially constant value regardless of the value of the punch stroke.
The punch stroke refers to the distance traveled by the punch when pressing the metal material from the point where the punch comes into contact with the metal material and no BHF is added until the material breaks or the drawing process ends.
After the punch stroke has increased to near the maximum punch load, it is preferable to adjust the punch load in order to process the metal material into a rectangular tube shape. At this time, the punch load may be gradually decreased or maintained. Even after the punch stroke has increased to near the maximum punch load, the punch stroke may increase while making the above adjustment.
(絞り比)
金属材料11が角形の平板形状であり、かつ、パンチ9が角筒形状である場合に、パンチ9の直径(d)に対する金属材料11の外接円の直径(D)の比(絞り比:D/d)は1.5以上であることが好ましい。絞り比が1.5以上であることで、一般産業上の実用性を得られやすい。Dの値が大きい程、即ち、絞り比が大きい程、1回の絞りで金属加工物に破断を起こしやすく、絞り比は素材の絞り性の指標となり得る。
上記同様の観点から、上記絞り比が1.7以上であることがより好ましく、1.8以上であることが更に好ましい。
(Draw ratio)
When the metal material 11 has a rectangular flat plate shape and the punch 9 has a rectangular cylindrical shape, the ratio of the diameter (D) of the circumscribed circle of the metal material 11 to the diameter (d) of the punch 9 (drawing ratio: D/d) is preferably 1.5 or more. A drawing ratio of 1.5 or more is likely to be practical in general industry. The larger the value of D, i.e., the larger the drawing ratio, the more likely the metal workpiece is to break after one drawing, and the drawing ratio can be an indicator of the drawability of the material.
From the same viewpoint as above, the drawing ratio is more preferably 1.7 or more, and even more preferably 1.8 or more.
本工程におけるパンチロードは、パンチストロークの長さによって適宜調整できる。例えば、パンチロードは500kN~1000kNとすることができる。 The punch load in this process can be adjusted appropriately by changing the length of the punch stroke. For example, the punch load can be set to 500 kN to 1000 kN.
本工程におけるBHFは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば10kN~50kNとすることができる。 The BHF used in this process can be adjusted appropriately depending on the type of titanium alloy, but can be set to, for example, 10 kN to 50 kN.
本工程におけるパンチスピードは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば10mm/分~900mm/分とすることができる。
加工性の観点から、20mm/分~700mm/分であることが好ましく、30mm/分~300mm/分であることがより好ましい。
The punch speed in this step can be adjusted appropriately depending on the type of titanium alloy, but can be set to, for example, 10 mm/min to 900 mm/min.
From the viewpoint of processability, the speed is preferably 20 mm/min to 700 mm/min, and more preferably 30 mm/min to 300 mm/min.
(温度調整工程)
本開示の絞りしごき加工方法は、広い温度範囲にて金属材料を加工することが可能であるが、押圧工程及び絞り工程の前に、金属材料の温度を0℃~300℃に調整する温度調整工程をさらに含んでいてもよい。
金属材料の温度を0℃未満とする作業を行う場合、コストが増大すると考えられるところ、上記金属材料の温度を0℃以上に調整することで、コストの増大を抑制することができる。
上記の観点から、上記金属材料の温度は15℃以上が好ましい。
また、押圧工程及び絞り工程の前に、金属材料の温度を300℃以下に調整することで、金属材料とダイとの焼付きによる摺動性低下を抑制できる。また、金属材料及びダイ等の熱による損傷を抑制することができる。さらに、例えばPTFE等の固体潤滑剤を用いる場合に、上記固体潤滑剤の熱による損傷を抑制することができる。
上記の観点から、上記金属材料の温度は250℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、150℃以下がさらに好ましい。
(Temperature adjustment process)
The drawing and ironing method of the present disclosure is capable of processing metal materials over a wide temperature range, and may further include a temperature adjustment step of adjusting the temperature of the metal material to 0°C to 300°C before the pressing step and the drawing step.
When performing work in which the temperature of the metal material is set to less than 0°C, it is thought that costs will increase, but by adjusting the temperature of the metal material to 0°C or higher, the increase in costs can be suppressed.
From the above viewpoint, the temperature of the metal material is preferably 15° C. or higher.
Furthermore, by adjusting the temperature of the metal material to 300°C or less before the pressing and drawing processes, it is possible to prevent deterioration of the sliding properties due to seizure between the metal material and the die. Also, it is possible to prevent damage to the metal material, the die, etc. due to heat. Furthermore, when a solid lubricant such as PTFE is used, it is possible to prevent damage to the solid lubricant due to heat.
From the above viewpoint, the temperature of the metal material is preferably 250°C or less, more preferably 200°C or less, and even more preferably 150°C or less.
温度調整工程における温度調整の方法としては、特に制限はなく、例えば、ヒーター、炉内加熱等を用いた方法が挙げられる。
なお、室温(例えば25℃)であれば温度調整を行う必要はなく、温度調整を行わない場合においても、本開示の絞りしごき加工方法であれば、金属材料を破断等の不具合なく加工することが可能である。
The method for adjusting the temperature in the temperature adjustment step is not particularly limited, and examples thereof include methods using a heater, heating in a furnace, etc.
Furthermore, if the temperature is room temperature (e.g., 25°C), there is no need to adjust the temperature, and even if temperature adjustment is not performed, the drawing and ironing method disclosed herein can process metal materials without any problems such as breakage.
以下、本開示を実施例により更に具体的に説明するが、本開示はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。 The present disclosure will be explained in more detail below using examples, but the present disclosure is not limited to the following examples as long as it does not deviate from the gist of the disclosure. Unless otherwise specified, "parts" are by mass.
以下に記載の絞りしごき加工方法により、金属材料であるチタン合金(Ti-6Al-4V)に対して絞りしごき加工を行った。
なお、本実施例における、ダイ、パンチ、金属材料、絞り比、クリアランスc及びクリアランス比は以下の通りである。
A titanium alloy (Ti-6Al-4V) as a metal material was subjected to drawing and ironing by the drawing and ironing method described below.
In this example, the die, punch, metal material, drawing ratio, clearance c, and clearance ratio are as follows:
使用したダイの外形は、水平な面にダイを配置した場合、外径140mm×高さ18mmの円筒形状であり、孔の内径は、16.0mmであった。
使用したブランクホルダの外形は、外径140mm×高さ18mmの円筒形状であり、孔の内径は、16.0mmであった。
The die used had an outer shape of a cylinder with an outer diameter of 140 mm and a height of 18 mm when placed on a horizontal surface, and the inner diameter of the hole was 16.0 mm.
The blank holder used had a cylindrical shape with an outer diameter of 140 mm and a height of 18 mm, and the inner diameter of the hole was 16.0 mm.
使用したパンチの外形は、角形の押圧面の直径(d)が15.0mmであり、胴体部の長さが130mmの角柱形状であった。 The punch used had a rectangular column shape with a pressing surface diameter (d) of 15.0 mm and a body length of 130 mm.
使用した金属材料は、八角形の平板形状のチタン合金(Ti-6Al-4V)である。上記角筒形状の八角形の面における外接円の直径(D)は、表1に記載の通りである。
また、パンチの外接円の直径(d)に対する金属材料の外接円の直径(D)の比(絞り比:D/d)は、実施例1及び実施例2では1.71であり、実施例3では1.49であった。
The metal material used was a titanium alloy (Ti-6Al-4V) in the shape of an octagonal flat plate. The diameter (D) of the circumscribed circle on the octagonal surface of the square cylindrical shape is as shown in Table 1.
The ratio of the diameter (D) of the circumscribing circle of the metal material to the diameter (d) of the circumscribing circle of the punch (drawing ratio: D/d) was 1.71 in Examples 1 and 2, and 1.49 in Example 3.
上記パンチ及びダイによって得られるクリアランスcは0.5mmであった。また、各実施例又は比較例におけるクリアランス比については表1に記載した。
各実施例及び比較例におけるクリアランス比c/tは、表1に記載した。
The clearance c obtained by the punch and die was 0.5 mm. The clearance ratios in each example and comparative example are shown in Table 1.
The clearance ratio c/t in each of the examples and comparative examples is shown in Table 1.
(実施例1)
-金属材料の配置-
チタン合金(加工前の厚さt:0.50mm)をブランクホルダ上に配置し、ブランクホルダをサーボモーターにより駆動させることでダイに向けて接近移動させ、チタン合金をダイ5とブランクホルダとの間で挟持されるように配置した。なお、チタン合金の温度は、室温と同様の24℃であった。
Example 1
- Arrangement of metal materials -
The titanium alloy (thickness t before processing: 0.50 mm) was placed on a blank holder, and the blank holder was driven by a servo motor to move closer to the die, so that the titanium alloy was sandwiched between the die 5 and the blank holder. The temperature of the titanium alloy was 24°C, which was the same as room temperature.
-押圧工程-
図3に示すように、上記でブランクホルダとダイとの間に配置したチタン合金を、ブランクホルダを用いて、前記チタン合金のスクラップ部をブランクホルダからダイへ向かう方向に、BHFとして15kNの力で押圧した。この際、パンチによってチタン合金をダイの孔に絞ることは行わなかった。
また、金属材料を押圧する押圧時間s〔秒〕は、表1に記載した。
- Pressing process -
As shown in Figure 3, the titanium alloy placed between the blank holder and the die was pressed with a BHF force of 15 kN in the direction from the blank holder to the die by using the blank holder to press the scrap portion of the titanium alloy. At this time, the punch was not used to squeeze the titanium alloy into the hole in the die.
The pressing time s (seconds) for pressing the metal material is shown in Table 1.
-絞り工程-
図4に示すように、押圧工程後のチタン合金をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、パンチを動作させることで、パンチがブランクホルダの孔を通過して金属材料の内底面を押圧し、チタン合金をダイの孔内に押し上げて孔に絞った。この際、ブランクホルダを用いてチタン合金のフランジ部を押圧しなかった。なお、絞り工程におけるパンチスピードは30mm/分とした。
- Drawing process -
As shown in Figure 4, the titanium alloy after the pressing process was placed between the blank holder and the die, and the punch was operated so that the punch passed through the hole in the blank holder and pressed against the inner bottom surface of the metal material, forcing the titanium alloy up into the hole in the die and drawing it into the hole. At this time, the flange portion of the titanium alloy was not pressed using the blank holder. The punch speed in the drawing process was 30 mm/min.
パンチストローク、BHF及びパンチロードを適宜調整し、上記押圧工程及び絞り工程を交互に繰り返した。そして、得られた金属加工物のフランジ部が水平な面と接触するように配置した場合の、水平面から底面までの長さ(図8の11h)が9mmとなる位置まで内底面11Dを押し込んだ段階で、金属材料11の加工を終了し、金属加工物を製造した。 The punch stroke, BHF, and punch load were adjusted as needed, and the pressing and drawing processes were repeated alternately. The processing of the metal material 11 was completed when the inner bottom surface 11D was pressed to a position where the length from the horizontal plane to the bottom surface (11h in Figure 8) was 9 mm when the flange portion of the resulting metal workpiece was placed in contact with a horizontal surface, and the metal workpiece was manufactured.
得られた金属加工物は、底部の直径(図8の11R)が16mmであり、図8のように金属加工物を水平な面に配置した場合の、水平な面から底部までの垂直方向の高さ11hが9.5mmであった。
実施例1におけるパンチロード-パンチストローク曲線及びBHF-パンチストローク曲線を示すグラフを図10に示す。
実施例1で得られた金属加工物の写真を図11に示す。
The obtained metal workpiece had a bottom diameter (11R in Figure 8) of 16 mm, and when the metal workpiece was placed on a horizontal surface as shown in Figure 8, the vertical height 11h from the horizontal surface to the bottom was 9.5 mm.
A graph showing the punch load-punch stroke curve and the BHF-punch stroke curve in Example 1 is shown in FIG.
A photograph of the metal workpiece obtained in Example 1 is shown in FIG.
(実施例2)
押圧工程及び絞り工程の前に、以下の温度調整工程をさらに行ったこと以外は、実施例1と同様にして金属加工物を製造した。
-温度調整工程-
まず、実施例1と同様のチタン合金を、加熱装置(温間用ダイ、エリクセン株式会社製)を用いて300℃に加熱した。
次に、加熱したチタン合金をブランクホルダ上に配置し、ブランクホルダをサーボモーターにより駆動させることでダイに向けて接近移動させ、チタン合金をダイとブランクホルダとの間で挟持されるように配置した。
Example 2
A metal workpiece was produced in the same manner as in Example 1, except that the following temperature adjustment step was further carried out before the pressing step and the drawing step.
-Temperature adjustment process-
First, the same titanium alloy as in Example 1 was heated to 300°C using a heating device (warm die, manufactured by Erichsen Co., Ltd.).
Next, the heated titanium alloy was placed on a blank holder, and the blank holder was driven by a servo motor to move it closer to the die, so that the titanium alloy was sandwiched between the die and the blank holder.
(実施例3)
加工前のブランクの外接円の直径を表1に記載の通りに設定し、ブランクの内接円の直径に応じて、パンチストロークの停止位置を11mmに設定したこと以外は、実施例1と同様にして金属加工物を製造した。得られた金属加工物を水平な面に配置した場合における水平な面から底部までの垂直方向の高さ(図8の11h)が11.5mmであった。
実施例3におけるパンチロード-パンチストローク曲線及びBHF-パンチストローク曲線を示すグラフを図12に示す。
実施例3で得られた金属加工物の写真を図13に示す。
Example 3
A metal workpiece was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the diameter of the circumscribing circle of the blank before machining was set as shown in Table 1 and the stop position of the punch stroke was set to 11 mm according to the diameter of the inscribing circle of the blank. When the obtained metal workpiece was placed on a horizontal surface, the vertical height from the horizontal surface to the bottom (11h in Figure 8) was 11.5 mm.
FIG. 12 shows graphs illustrating the punch load-punch stroke curve and the BHF-punch stroke curve in Example 3.
A photograph of the metal workpiece obtained in Example 3 is shown in FIG.
(比較例1)
金属材料の板厚を変更することによってクリアランス比を表1の通りとしたこと、及び、チタン合金の表面に潤滑剤としてPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を塗布したこと以外は、実施例3と同様にして金属加工物を製造した。
(Comparative Example 1)
Metal workpieces were manufactured in the same manner as in Example 3, except that the clearance ratio was set as shown in Table 1 by changing the plate thickness of the metal material, and PTFE (polytetrafluoroethylene) was applied to the surface of the titanium alloy as a lubricant.
~評価~
(加工性の評価)
各実施例又は比較例で製造された金属加工物におけるしわ発生の有無やその状態を目視で調べて、下記評価基準に基づいて評価し、評価結果を表1に記載した。
-評価基準-
A:金属加工物に、しわ、割れ等の不良の発生が認められなかった。
B:金属加工物に、割れの発生が認められなかったが、しわの発生が認められた。
C:金属加工物に、割れの発生が認められた。
~Evaluation~
(Evaluation of processability)
The metal processed products produced in each of the Examples and Comparative Examples were visually inspected for the presence or absence of wrinkles and their state, and were evaluated based on the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
-Evaluation criteria-
A: No defects such as wrinkles or cracks were observed in the metal processed product.
B: No cracks were observed in the metal processed product, but wrinkles were observed.
C: Cracks were observed in the metal processed product.
(曲げ部の最大厚さに対する側部の厚さの比率(側部厚さ/曲げ部最大厚さ)の測定)
各実施例又は比較例で製造された金属加工物を、底部の面積が1/2となるように直線的に切断した。そして、切断した金属加工物の断面について、肩部及び側部の壁の厚み(壁厚ともいう。)をマイクロスコープ(DMI5000、ライカ マイクロシステムズ株式会社製)を用いて測定した。結果は表1に示す。
(Measurement of the ratio of the thickness of the side to the maximum thickness of the bent part (side thickness/maximum thickness of the bent part))
The metal workpieces produced in each Example or Comparative Example were linearly cut so that the area of the bottom was halved. The thicknesses of the shoulder and side walls (also referred to as wall thickness) of the cross sections of the cut metal workpieces were measured using a microscope (DMI5000, manufactured by Leica Microsystems). The results are shown in Table 1.
(金属加工物の壁厚の均一性の評価)
各実施例又は比較例で製造された金属加工物を、底部の面積が1/2となるように直線的に切断した。そして、切断した金属加工物の断面について、肩部及び側部の壁の厚み(壁厚ともいう。)をマイクロスコープ(DMI5000、ライカ マイクロシステムズ株式会社製)を用いて測定し、下記の評価基準に従って評価した。また、評価結果を表1に記載した。
なお、下記評価基準における壁厚のひずみとは、加工前のチタン合金の厚みを基準として、減少又は増加した壁厚の割合を指す。
壁厚のひずみは、加工前のチタン合金の厚みから、マイクロスコープで測定した加工後の壁厚を引いた値の絶対値を、加工前のチタン合金の厚みで除した百分率とする。
-評価基準-
A:肩部の壁厚のひずみが27%未満であり、側部の壁厚のひずみが27%未満であった。
B:肩部の壁厚のひずみが27%以上35%未満であるか、又は側部の壁厚のひずみが27%以上35%未満であった。
C:肩部及び側部の壁厚のひずみが35%以上であるか、又は、得られた金属加工物に破断が発生した。
(Assessing the uniformity of wall thickness of metal workpieces)
The metal workpieces produced in each Example or Comparative Example were linearly cut so that the area of the bottom was halved. The thicknesses of the shoulder and side walls (also referred to as wall thickness) of the cross sections of the cut metal workpieces were measured using a microscope (DMI 5000, manufactured by Leica Microsystems) and evaluated according to the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
In the following evaluation criteria, the distortion of wall thickness refers to the percentage of the wall thickness that has decreased or increased, based on the thickness of the titanium alloy before processing.
The distortion of the wall thickness is expressed as a percentage obtained by subtracting the wall thickness after processing measured with a microscope from the thickness of the titanium alloy before processing, and dividing the absolute value by the thickness of the titanium alloy before processing.
-Evaluation criteria-
A: The shoulder wall thickness strain was less than 27% and the side wall thickness strain was less than 27%.
B: The distortion in the wall thickness of the shoulder portion was 27% or more and less than 35%, or the distortion in the wall thickness of the side portion was 27% or more and less than 35%.
C: The strain in the wall thickness of the shoulder and side was 35% or more, or the resulting metal workpiece broke.
表1に示す通り、実施例1~実施例3は、加工性及び壁厚の均一性に優れていた。
一方、クリアランス比が1.0より大きい比較例1は、加工性及び壁厚の均一性に劣っていた。
As shown in Table 1, Examples 1 to 3 were excellent in processability and uniformity of wall thickness.
On the other hand, Comparative Example 1, in which the clearance ratio was greater than 1.0, was inferior in processability and uniformity of wall thickness.
5・・・ダイ
5A・・・上面
5B・・・下面
5C・・・孔
5D・・・屈曲部
5E・・・側壁
5h・・・高さ
5R・・・外径
5r・・・内径
7・・・ブランクホルダ
7A・・・孔
7R・・・外径
7r・・・内径
7h・・・高さ
8・・・曲げ部
9・・・パンチ
9A・・・押圧面
9B・・・胴体部
10・・・クリアランス
11・・・金属材料
11D・・・内底面
11h・・・高さ
11R・・・直径
13・・・スクラップ部
110・・・金属加工物
111・・・底部
112・・・側部
113・・・肩部
114・・・フランジ部
5... Die 5A... Upper surface 5B... Lower surface 5C... Hole 5D... Bending portion 5E... Side wall 5h... Height 5R... Outer diameter 5r... Inner diameter 7... Blank holder 7A... Hole 7R... Outer diameter 7r... Inner diameter 7h... Height 8... Bending portion 9... Punch 9A... Pressing surface 9B... Body portion 10... Clearance 11... Metal material 11D... Inner bottom surface 11h... Height 11R... Diameter 13... Scrap portion 110... Metal workpiece 111... Bottom 112... Side portion 113... Shoulder portion 114... Flange portion
Claims (5)
温度が0℃~300℃である前記金属材料をブランクホルダとダイとの間に配置した状態で、前記ダイを用いてパンチによって前記金属材料を絞らず、かつ、前記ブランクホルダを用いて前記金属材料の周辺部を前記ダイに押圧する押圧工程と、
温度が0℃~300℃である前記金属材料をブランクホルダと前記ダイとの間に配置した状態で、前記ブランクホルダを用いて前記金属材料の周辺部をダイに2kN以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記ダイを用いて前記パンチによって前記金属材料を角筒状に絞る絞り工程と、
を含み、
前記絞り工程において、加工前の前記金属材料の厚さt〔mm〕に対する、前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスc〔mm〕の比であるクリアランス比c/tが0.7以上1.0以下であり、
前記押圧工程において、前記金属材料を押圧する押圧時間s〔秒〕が4.0t以上8.0t以下であり、
前記押圧工程において、前記ブランクホルダが前記金属材料に与える圧力が5kN~100kNである、金属材料の絞りしごき加工方法。 A drawing and ironing method for a metal material in which a metal material blank is processed into a square tube,
a pressing step in which the metal material, whose temperature is 0°C to 300°C, is placed between a blank holder and a die, and the metal material is pressed against the die using the blank holder without being squeezed by a punch using the die;
a drawing process in which, in a state in which the metal material having a temperature of 0°C to 300°C is placed between a blank holder and the die, the peripheral portion of the metal material is pressed against the die with a force of 2 kN or less using the blank holder, or is not pressed, and the metal material is drawn into a rectangular tube shape by the punch using the die;
Including,
In the drawing step, a clearance ratio c/t, which is a ratio of a clearance c [mm] between the punch and the die to a thickness t [mm] of the metal material before processing, is 0.7 or more and 1.0 or less;
In the pressing step, the pressing time s [seconds] for pressing the metal material is 4.0 t or more and 8.0 t or less,
The method for drawing and ironing a metal material, wherein in the pressing step, the pressure applied by the blank holder to the metal material is 5 kN to 100 kN .
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