乗用車用スチールホイールディスクの 多段プレス成形における加工条件の決定

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1 乗用車用スチールホイールディスクの 多段プレス成形における加工条件の決定
乗用車用スチールホイールディスクの　　　多段プレス成形における加工条件の決定 塑性加工研究室　安部 洋平 リム ディスク 乗用車用スチールホイール 1, ショックライン 2, 取付け面角部の肉厚減少

2 ディスク成形におけるショックライン (C) 第3段 (a) 第1段 ショックライン (b) 第2段 (d) 第5段
・ショックラインが現れる成形をモデル化し，発生挙動を　実験と計算により調べる.

3 ショックライン (b) 曲げ戻し成形 (a) 絞り成形 SPCCの機械的性質 しわ押え力：19.6ｋN
乗用車用ホイールディスクの約1/5 φ45 R=2,4mm パンチ しわ押え ダイス φ63 R4　 α φ63 φ45 ダイス しわ押え ポンチ R4　 φ85 R=2,4mm 0.8 しわ押え力：19.6ｋN 素板直径：85mm（ｔ0＝0.8mm） φ37 φ40 下工具 押え β hc 上工具 拡大　 (a)　絞り成形 (b)　曲げ戻し成形 SPCCの機械的性質 降伏点 引張強さ F値 ｎ値 195MPa 308MPa 527MPa 0.21

4 曲げ戻し成形前後の形状 ショックライン (b) 曲げ戻し成形後（β=27°） (a) 曲げ戻し成形前 （R/t0=2.5，α=35°）

5 ショックライン深さ比の定義 窪み深さh 初期板厚ｔ0 ｈ 拡大 曲げ戻し成形中の断面形状 ショックライン深さ比＝
拡大　 曲げ戻し成形中の断面形状 （ R/t0=2.5 ，α=47°，β＝30°）

6 剛塑性有限要素シミュレーションによる軸対称変形の計算結果
摩擦係数=0.1 ポンチ しわ押え 上工具 ダイス 節点を拘束 下工具 (a)　絞り成形（α=47°） (b)　曲げ戻し成形（β=35°）

7 角部の内面形状の変化（R/t0=2.5,α=48°) 角部拡大 上工具 β 実験 計算 0° 5° 29° 押え β 下工具 0.05mm

8 盛り上がりと窪みの変化(R/t0= 2.5,α＝ 47°)
: 実 験 計 算 全 体 窪 み 盛り上がり 窪み ショックライン深さ比 角部拡大 曲げ戻し角度　β　/　° 曲げ戻し角度の増加とともに大きくなる． ショックライン　＝　盛り上がり　+　窪み

9 β＝αー10°におけるショックライン深さ比 (a)β=11° (b)β=17° (c)β=30° ショックライン深さ比
R / t 2 . 5 ： 計算 実験 ショックライン深さ比 (b) (a) 曲げ戻し角度 β / °

10 実験による曲げ戻し成形前後の肉厚の変化（α= 47°,R/t0= 2.5 ）
曲げ戻し前 肉厚ひずみ 曲げ戻し後 中心からの距離 / mm 絞り加工による肉厚減少が原因

11 ディスク成形における取付け面角部の肉厚減少
(a)　第1段 (C)　第3段 絞り成形時のポンチ角部になる 肉厚減少 取付け面 (b)　第2段 (d)　第5段 ・取付け面角部の肉厚減少に及ぼす成形条件の影響を実験と計算により調べる.

12 ディスクの2段モデル成形 (b) 第2段 (a) 第1段 SAPH440の機械的性質 素板直径= 120mm、板厚ｔ0= 1.6mm
乗用車用ホイールディスクの約1/4 ダイス R6 R7 ポンチ しわ押え 11.4 素板 R7 ダイス φ57.6 12.7 ポンチ R6 φ53.4 (b)　第2段 (a)　第1段 素板直径= 120mm、板厚ｔ0= 1.6mm　　 潤滑剤：プレス潤滑油 SAPH440の機械的性質 降伏点 引張強さ 伸び Ｆ値 ｎ値 353MPa 465MPa 35.2％ 780.1MPa 0.19

13 加工条件 絞り比β１ rp1 (a) 第1段 (b) 第2段 実成形における計算条件 素板直径 / mm 120 初期板厚 / mm 1.6
ダイス R7 ポンチ しわ押え 11.4 素板 R7 ダイス φ57.6 12.7 ポンチ R6 φ53.4 絞り比β１ rp1 (a)　第1段 (b)　第2段 　実成形における計算条件 素板直径　/　mm 120 初期板厚　/　mm 1.6 第1段ポンチ肩半径比 ｒｐ1/t0 1.88，3.75，5.63 絞り比β１ 1.76，1.91，2.08，2.25（1段成形） 潤滑剤 プレス油 工具-素板間摩擦係数 0.15

14 剛塑性有限要素シミュレーションによる軸対称変形の計算結果（ β１ = 1.91， rp1/t0= 3.75 ）
ポンチ しわ押え ポンチ ダイス ダイス (a)　第1段 (b)　第2段 摩擦係数=0.15 底部が第2段ポンチ角部になる

15 計算と実験による肉厚分布の比較（ β１ = 1.91， rp1/t0= 3.75 ）
取付け面角部 肉厚ひずみ 肉厚ひずみ 計算 計算 実験 実験 中心からの距離 / mm 中心からの距離 / mm 　　(a)　第1段　　　製品高さ= 13.9mm 　　(b)　第2段　　　製品高さ= 14.3mm

16 取付け面角部最小肉厚に及ぼす ポンチ肩半径比rp1 / ｔ0の影響（ β１ = 1.91） この範囲の最小肉厚 最適 第2段成形後の断面形状
角部最小肉厚ひずみの定義 実験 ポンチ ダイス 計算 角部最小肉厚ひずみ この範囲の最小肉厚 最適 第2段成形後の断面形状 第１段ポンチ肩半径比　rp1 / ｔ0

17 第２段における位置の変化 （ β１ = 1.91， rp1/t0= 3.75 ） 　　(a)第1段成形後　 　　(b)　第2段成形後

18 実験によるポンチ肩半径比を変化させたときの 肉厚分布（β１= 1.91）
肉厚減少幅Δｘ 第1段 Δｘ 第1段 肉厚ひずみ 第2段 肉厚ひずみ 第2段 取付け面角部 最小肉厚 ひずみεt 取付け面角部 中心からの距離 / mm 中心からの距離 / mm 　　(a)　rp1 / ｔ0= 1.88　 　　(b)　rp1 / ｔ0= 5.63　

19 実験による1段成形後の最小肉厚，肉厚減少幅 に及ぼすポンチ肩半径の影響（β１= 1.91）
Δｘ / t0 肉厚減少幅比 Δｘ / t0 最小肉厚ひずみ εt εt 第１段ポンチ肩半径比　rp1 / ｔ0 最小肉厚，肉厚減少幅の相互作用

20 取付け面角部最小肉厚に及ぼす 絞り比β1の影響（rp1/t0= 3.75） 最適 角部最小肉厚ひずみ （1段成形） 第1段絞り比 β1 実験
計算 角部最小肉厚ひずみ 最適 （1段成形） 第1段絞り比　β1

21 実験による絞り比を変化させたときの 肉厚分布（rp1/t0= 3.75） (a) 第1段 (b) 第2段 肉厚ひずみ 肉厚ひずみ
β1 1.78 1.91 2.08 β1 1.78 1.91 2.08 取付け面角部 中心からの距離 / mm 中心からの距離 / mm 　　(a)　第1段　　 　　(b)　第2段　 第1段の絞り比大→肉厚減少大 　　　　　　 小→第2段目で肉厚減少大

22 実成形を対象とした計算条件 絞り比β１ (a) 第1段 (b) 第2段 実成形における計算条件 素板直径 / mm 410 板厚 / mm
ポンチ R20 R25 ダイス φ175 φ185 30 50 絞り比β１ ポンチ rp1 しわ押え 45.5 R25 ダイス (a)　第1段 (b)　第2段 　実成形における計算条件 素板直径　/　mm 410 板厚　/　mm 3.5 摩擦係数 0.15 第1段ポンチ肩半径比 ｒｐ1/t0 2.0，2.86，4.29，5.71，8.57 絞り比β１ 1.6, 1.8, 2.0, 2.2

23 実成形を対象とした計算による取付け面角部に及ぼすポンチ肩半径rp1/t0 ，絞り比β1の影響
角部最小肉厚ひずみ 角部最小肉厚ひずみ 最適 最適 第１段ポンチ肩半径比　rp1 / ｔ0 絞り比　β1 （a）β1= 2.0 （b）rp1/t0= 4.29

24 実成形を対象とした計算による 変形挙動（rp1/ｔ0＝4.29， β１=2.0 ） (a) 第1段 (b) 第2段 ポンチ ポンチ ダイス

25 まとめ 1）ショックラインは，絞り成形におけるポ ンチ肩部での肉厚減少により生じる．
1）ショックラインは，絞り成形におけるポ　ンチ肩部での肉厚減少により生じる． 2）ショックラインは，曲げ戻し成形におけ　る曲げ戻し角度の増加とともに大きくなる． 3）第１段成形後の肉厚減少幅および肉厚減　少の相互作用により，取付け面角部の肉厚減　少を最小にする最適な第1段のポンチ肩半径　が存在した． 4）第1段の絞り比を大きくしすぎると肉厚減　少が多くなり，最適な絞り比が存在する.