純チタン板の多段深絞り加工における焼付き防止

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1 純チタン板の多段深絞り加工における焼付き防止
塑性加工研究室　加藤 幸司 チタンの特徴 焼付いたダイス 焼付いた製品 密　度：小さい 耐食性：高い 深絞り加工性（r値）：良い 純チタン板 しわ押え ダイス パンチ 純チタン ダイス

2 皮膜 皮膜処理 皮膜処理の種類 １．陽極酸化皮膜処理（交流電解法） ２．大気酸化皮膜処理 ３．その他の処理
しわ押え パンチ ダイス 皮膜 純チタン 皮膜処理の種類 １．陽極酸化皮膜処理（交流電解法） ２．大気酸化皮膜処理 ３．その他の処理 　　・陽極酸化皮膜処理（直流電解法，ｶﾗｰﾁﾀﾝ市販材） 　　・窒化皮膜処理（窒化チタン市販材）

3 多段深絞りの実験方法 加工条件 パンチ しわ押え 試験片 ダイス 試験片 ダイス材質 パンチ材質 絞り比 1段 2～10段 酸化皮膜 処理
陽極酸化 皮膜処理材 JIS1種 超硬合金 工具鋼SKD11 1.6 1.3～1.1 JIS2種 銅合金 工具鋼SKH51 （1絞り:SKD11） （1絞りのみ　　 超硬合金）　 工具鋼 SKD11 カラーチタン 大気酸化 窒化皮膜 窒化チタン

4 潤滑剤の種類 CD400（硫黄系） 硫化油脂＋Ca微粉末 A 液体（液状） 硫化油脂＋Ca微粉末 B 炭酸カルシウム液
PG-3080（SPCE用油） G-3280H（塩素系） 固体 粉末 ステアリン酸カルシウム 二硫化モリブデン 乾燥被膜 レジコートA（ウレタン系樹脂） レジコートB（アクリル系樹脂） レジコートC（ウレタン系樹脂） レジコートD（アクリル系樹脂） 混合体 ステアリン酸カルシウム：CD400　（1：4） ステアリン酸カルシウム：ワセリン　（1：2） ステアリン酸カルシウム：炭酸カルシウム　（1：4）

5 実験結果 （１）　陽極酸化皮膜処理 （２）　大気酸化皮膜処理 （３）　その他の皮膜処理 　　　　・カラーチタン板用処理 　　　　・窒化チタン板用処理

6 陽極酸化皮膜処理工程 脱脂 水洗い 酸洗 エッチング 陽極酸化皮膜処理 処理電圧：35,50,70(V)

7 0.15 0.10 0.05 20 40 60 80 陽極酸化皮膜処理材 m エッチングなし エッチングあり 酸化皮膜厚さ／μ
20 40 60 80 陽極酸化処理電圧 /V 陽極酸化皮膜処理における皮膜厚さと電圧の関係

8 陽極酸化皮膜処理材 限界絞り回数 1段 2段 3段 4段 5段焼付き (a) 皮膜処理 1段 2段 3段 4段 5段 6段 7段焼付き
1段　 2段 　3段　 4段　5段焼付き (a)　皮膜処理 1段　 2段 3段 4段　5段 6段　7段焼付き (b)　エッチング処理　+　皮膜処理 超硬合金，JIS1種，70V

9 陽極酸化皮膜処理材 1 2 3 4 5 6 0.05 0.10 0.15 酸化皮膜厚さ／μ m 絞り回数 超硬合金，JIS1種 35V
35V 酸化皮膜厚さ／μ m 絞り回数 50V 70V 70V, エッチング 皮膜処理なし 超硬合金，JIS1種

10 陽極酸化皮膜処理材 10 8 6 4 2 20 40 60 80 限界絞り回数 陽極酸化処理電圧 /V 超硬合金ダイス エッチングなし
銅合金ダイス 酸化処理なし エッチングあり 10 超硬合金ダイス エッチングなし 8 エッチングあり 限界絞り回数 6 4 2 20 40 60 80 陽極酸化処理電圧 /V

11 実験結果 （１）　陽極酸化皮膜処理 （２）　大気酸化皮膜処理 （３）　その他の皮膜処理 　　　　・カラーチタン板用処理 　　　　・窒化チタン板用処理

12 大気酸化皮膜処理 大気酸化皮膜処理 雰 囲 気：大気炉中 加熱温度：500℃，600℃ 洗浄 加熱時間：0.5～8時間 エメリー研磨
雰 囲 気：大気炉中 加熱温度：500℃，600℃ 加熱時間：0.5～8時間 洗浄 エメリー研磨 ＃120，240，400，800

13 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 大気酸化皮膜処理材 エメリー研磨なし 500 ℃ ＃ 800 エメリー研磨 500 ℃ 600
酸化皮膜厚さ / μ m 600 ℃ 0.6 0.4 0.2 1 2 処理時間 /h

14 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 大気酸化皮膜処理材 限界絞り回数 CD400 500 ℃ 600 ℃ 処理時間 /h
ステアリン酸カルシウム 500 ℃ 600 10 8 6 限界絞り回数 CD400 500 ℃ 4 600 ℃ 2 2 4 6 8 10 処理時間 /h 工具鋼SKD11

15 大気酸化皮膜処理材 10 8 6 4 2 限界絞り回数 120 240 400 800 エメリー研磨/＃ 工具鋼SKD11
ステアリン酸カルシウム 研磨あり 研磨なし 10 8 限界絞り回数 6 CD400 研磨あり 研磨なし 4 2 120　 240 　　400　　　　　　 　　　　800 エメリー研磨/＃ 工具鋼SKD11

16 大気酸化皮膜処理材，５００℃ 10 8 限界絞り回数 6 4 2 潤滑剤 大気酸化皮膜処理材＃800研磨，工具鋼SKD11 G-3280H
CD400 PG-3080 炭酸Ca 硫化油脂＋Ca微粉末 B ステアリン酸Ca＋CD400 ステアリン酸Ca＋ワセリン ステアリン酸Ca＋炭酸Ca 2 限界絞り回数 6 8 10 4 液体 固体 混合体 硫化油脂＋ Ca微粉末 A レジコートD ステアリン酸Ca レジコートA レジコートB レジコートC 二硫化モリブデン 潤滑剤 大気酸化皮膜処理材＃800研磨，工具鋼SKD11

17 大気酸化皮膜処理材，６００℃ 10 液体 固体 8 限界絞り回数 硫化油脂＋Ca微粉末 A 6 二硫化モリブデン ステアリン酸Ca 4
2 限界絞り回数 6 8 10 4 液体 固体 CD400 硫化油脂＋Ca微粉末 A ステアリン酸Ca 二硫化モリブデン 潤滑剤 大気酸化皮膜処理材＃800研磨，工具鋼SKD11

18 実験結果 （１）　陽極酸化皮膜処理 （２）　大気酸化皮膜処理 （３）　その他の皮膜処理 　　　　・カラーチタン板用処理 　　　　・窒化チタン板用処理

19 市販材料の利用 量産化 陽極酸化皮膜処理 大気酸化皮膜処理 生産工程において 大きな負担 市販材料 ・カラーチタン板 ・窒化チタン板
皮膜処理済み

20 カラーチタン板 10 8 限界絞り回数 6 4 2 潤滑剤 ダイス：工具鋼SKD11 CD400（硫黄系 油性潤滑剤） 炭酸Ca
液体 固体 混合体 CD400（硫黄系 油性潤滑剤） 炭酸Ca ＋Ca微粉末 A 硫化油脂 硫化油脂＋Ca微粉末 B ステアリン酸Ca ステアリン酸Ca＋炭酸Ca レジコートA レジコートB レジコートC レジコートD 潤滑剤 ダイス：工具鋼SKD11

21 カラーチタン板の多段深絞り加工をした容器
素板　　　　1段　　2段　　3段　4段　5段　6段　7段　8段　　9段　10段 潤滑剤：ステアリン酸カルシウム ダイス：工具鋼SKD11

22 まとめ 純チタン板の多段深絞り加工の実用化 皮膜処理 陽極酸化皮膜 大気酸化皮膜 カラーチタン板用皮膜（陽極酸化）
皮膜処理　陽極酸化皮膜 　　　　　大気酸化皮膜 　　　　　カラーチタン板用皮膜（陽極酸化） 　　　　　窒化チタン板用皮膜（窒化） ダ イ ス　銅合金ダイス 潤 滑 剤　ステアリン酸Ca，レジコート 純チタン板の多段深絞り加工の実用化

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24 10 液体 固体 8 6 限界絞り回数 CD400（硫黄系 油性潤滑剤） 4 ステアリン酸Ca 2 窒化チタン板における各種潤滑剤の影響

25 窒化チタン板の多段深絞り加工をした容器 潤滑剤：ステアリン酸カルシウム ダイス ー 1絞り:超硬，2～10絞り:SKD11
1段　　2段　　3段　 4段　 5段　　6段 　7段　　8段　 9段　 10段 潤滑剤：ステアリン酸カルシウム ダイス ー 1絞り:超硬，2～10絞り:SKD11

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27 160 140 120 100 結晶粒径/μm 80 60 40 20 処理なし 窒化チタン カラーチタン 500℃，2時間 600℃，2時間 700℃，2時間 図　各種処理材の結晶粒径

28 工具鋼での各種皮膜処理材の限界絞り回数 10 8 6 限界絞り回数 4 2 1絞り:超硬合金ダイス，2～10絞り:SKD11，
カラーチタン，JIS2 4 陽極酸化皮膜処理，JIS2， エッチング，70V 大気酸化皮膜処理，JIS2， #800，600℃，2h 窒化チタン，JIS2 2 　　1絞り:超硬合金ダイス，2～10絞り:SKD11， 　　潤滑剤：CD400（硫黄系油性潤滑剤）

29 エッチング処理を組み入れた陽極酸化皮膜処理 と銅合金ダイスを組み合わせた製品適用例 （JIS1種，70V，エッチング）
3 59 1段 2段 3段 4段 5段 6段 7段 8段 9段 10段 11段 12段 皮膜処理70V　+　エッチング 　　エッチング処理を組み入れた陽極酸化皮膜処理　　と銅合金ダイスを組み合わせた製品適用例 　　（JIS1種，70V，エッチング）

30 （a）陽極酸化皮膜処理後 大気酸化皮膜処理，10絞り （b）陽極酸化皮膜処理 　　 7絞り，焼付き 　　陽極酸化皮膜処理と大気酸化皮膜処理の組み合わせ 　 　JIS2種，1絞り:超硬合金ダイス，2～10絞り:SKD11 　　 潤滑剤:CD400（硫黄系油性潤滑剤）

31 陽極酸化皮膜処理材 銅合金ダイス （JIS2種，70V，エッチング，CD400）
陽極酸化皮膜処理材　　銅合金ダイス 1段　 　2段　　3段　 4段　 5段　 6段　 7段　 8段 　9段　10段 （JIS2種，70V，エッチング，CD400）

32 大気酸化皮膜処理材 銅合金ダイス （JIS2種，#800，600℃，2時間,CD400）
大気酸化皮膜処理材　　銅合金ダイス　 1段　 2段　　3段　 4段　 5段　 6段　 7段　 8段 　9段 　10段 　　（JIS2種，#800，600℃，2時間,CD400）

33 大気酸化皮膜処理における硬さと処理時間の関係

34

35 1 2 4 6 8 10 処理時間 /h 限界絞り回数 / 回 500 ℃ 600 ℃ ステアリン酸 カルシウム CD400（硫黄系
処理時間 /h 限界絞り回数 / 回 500 ℃　 600 ℃ ステアリン酸 カルシウム CD400（硫黄系 油性潤滑剤） 大気酸化皮膜処理の限界絞り回数（#800研磨）

36 ＃800　　　 　240 　0 　　120 　　大気酸化皮膜処理材の限界絞り回数と表面粗さの関係 　　（500℃，2h，CD400）1絞り:超硬合金，2～10絞り:SKD11

37 カラーチタン板の発色

38 皮膜厚さ 2.5 2 1.5 皮膜厚さ/μm 1 0.5 カラーチタン （酸化皮膜） 窒化チタン （窒化皮膜）