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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023116299
(43)【公開日】2023-08-22
(54)【発明の名称】金属材料の絞りしごき加工方法
(51)【国際特許分類】
B21D 22/20 20060101AFI20230815BHJP
B21D 24/00 20060101ALI20230815BHJP
B21D 24/04 20060101ALI20230815BHJP
【ＦＩ】
B21D22/20 H
B21D22/20 E
B21D24/00 F
B21D24/00 H
B21D24/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022019031
(22)【出願日】2022-02-09
(71)【出願人】
【識別番号】506209422
【氏名又は名称】地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥出 裕亮
(72)【発明者】
【氏名】岩岡 拓
(72)【発明者】
【氏名】中村 勲
(72)【発明者】
【氏名】片桐 嵩
【テーマコード（参考）】
4E137
【Ｆターム（参考）】
4E137AA15
4E137BA01
4E137BA02
4E137BA04
4E137BA05
4E137BA06
4E137BA07
4E137BB01
4E137BC05
4E137CA09
4E137DA02
4E137DA11
4E137EA02
4E137GA02
4E137HA07
(57)【要約】
【課題】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。
【解決手段】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、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以上８．０ｔ以下である金属材料の絞りしごき加工方法。
【選択図】図１
【解決手段】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、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以上８．０ｔ以下である金属材料の絞りしごき加工方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項2】
前記金属材料がチタン合金である請求項１に記載の絞りしごき加工方法。
【請求項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である請求項１又は請求項２に記載の絞りしごき加工方法。
【請求項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請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の金属材料の絞りしごき加工方法。
【請求項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請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の金属材料の絞りしごき加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、金属材料の絞りしごき加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１２－１９２４１４号公報
【特許文献2】特表２０１６－５１２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
＜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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】クリアランス比が１．０以上である状態にて金属材料を角筒状に絞る場合を説明するための断面図である。
【図2】クリアランス比が１．０未満である状態にて金属材料を角筒状に絞る場合を説明するための断面図である。
【図3】本開示における押圧工程を説明するためのダイ、金属材料、パンチ及びブランクホルダの断面図である。
【図4】本開示における絞り工程を説明するためのダイ、金属材料、パンチ及びブランクホルダの断面図である。
【図5】本開示におけるダイの一例を示す断面図である。
【図6】本開示におけるブランクホルダの一例を示す断面図である。
【図7】本開示におけるパンチの一例を示す断面図である。
【図8】本開示における金属加工物の一例を示す断面図である。
【図9】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。
【図10】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である。
【図11】実施例１で得られた金属加工物の写真である。
【図12】実施例２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である。
【図13】実施例２で得られた金属加工物の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
【0013】
≪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。
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
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。
【0016】
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。
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。
【0017】
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。
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。
【0018】
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。
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。
【0019】
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。
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。
【0020】
＜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。
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。
【0021】
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。
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。
【0022】
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。
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。
【0023】
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。
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。
【0024】
＜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。
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。
【0025】
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。
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。
【0026】
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。
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。
【0027】
～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。
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。
【0028】
（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。
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
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。
【0031】
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。
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。
【0032】
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。
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
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。
【0035】
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。
【0036】
（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。
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。
【0037】
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。
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。
【0038】
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。
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。
【0039】
（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。
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。
【0040】
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。
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。
【0041】
（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。
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。
【0042】
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。
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。
【0043】
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。
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。
【0044】
＜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。
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。
【0045】
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。
【0046】
～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。
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
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。
【0049】
（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。
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
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。
【0055】
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。
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。
【0056】
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。
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。
【0057】
（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。
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
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。
【0061】
（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。
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。
【0062】
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。
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。
【実施例0063】
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。
【0064】
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。
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。
【0065】
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。
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
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。
【0068】
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。
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。
【0069】
（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。
－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。
【0070】
－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。
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。
【0071】
－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。
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
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。
【0074】
（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。
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。
【0075】
（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。
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。
【0076】
（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。
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。
【0077】
～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。
（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。
【0078】
（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。
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。
【0079】
（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。
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。
【0080】
【表1】
【0081】
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。
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。
【符号の説明】
【0082】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
