平成23年 機械・知能系 ５セメスター

4.成形加工 塑性加工 Forming processes: plastic forming

機械創成学Ｉ Creation and Production I

主な材料加工法 Manufacturing processes

成形加工 除去加工 付加加工

塑性加工

粉末・射出成形

切削加工

研削加工

特殊加工

接合・溶接

表面改質・処理

鋳造

めっき、蒸着

Forming processes Removal processing Joining processes

Casting

Plastic forming

Powder processing Injection molding

Cutting

Grinding

Advanced processes

Bonding and welding

Surface treatment, modification

塑性加工とは？ What is plastic forming?

● ( )して前素形材を製造したり、種々の形状寸法

の部品や製品を作る加工法

Processes that cause changes in the shape of solid metal articles via ( ). ・飲料水の缶（アルミ缶、スチール缶） aluminum can, steel can ・アルミホイル aluminum wheel ・フライパン flying pan ・針金 wire ・ネジ・ボルト screw, bolt ・自動車のボディ automobile body

塑性加工には変形のための力の加え方に様々な種類がある。

There are various types of plastic forming processes.

一次加工 Primary processing

平板圧延 形材圧延 リング圧延 ロール鍛造

自由鍛造 閉そく型鍛造 頭部成形 せん孔加工

直接押出し 冷間押出し 引き抜き 管引き抜き

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

二次加工 Secondary processing

打ち抜き加工 切断 穴抜き 穴あけ加工

曲げ加工 折り曲げ加工 ロール成形 深絞り加工

ストレッチフォーミング ハイドロフォーミング へら絞り 磁気パルス成形 S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

塑性加工の特徴 Characteristics of plastic forming

(1) ( )、人件費の削減 Reduction in ( ), labor cost reduction (2) 塑性加工による( )⇒粘り強く、高強度。 ( )⇒ increase in toughness and strength (3) 平らな工具で表面の突起を押しつぶすことにより、平滑面確保。 Smooth surface (4) 材料を無駄にしない Less waste of materials (5) ( )による製品の軽量化（軽量だけど高強度） Light weight but high strength due to ( ) (6) 継ぎ目なし製品による安全性向上 Seamless product ⇒Enhanced safety

・金型を使用することが多く、( ) に向かない。

Unfit for ( ) because of using dies and molds

加工温度による加工法の分類 Classification of process by working temperature

一次加工は( )、二次加工は( ) が主流。

Primary processing: Secondary processing:

種類 Types of processing

加工温度 Processing temperature

変形抵抗 Deformation resistance

延性Ductility 表面性状Surface

寸法精度Dimension accuracy

熱間加工 Hot processing

材料の再結晶温度以上 T>TRE*

小さい（加工硬化無し） Low (no work hardening)

大きい High

不良（酸化膜が付着） No good(with oxide film)

不良 No good

温間加工 Warm processing

熱間と冷間の中間 Intermediate between hot and cold processing

冷間加工 Cold processing

材料の再結晶温度以下 T<TRE*

大きい High

小さい Low

良好 Good

良好 Good

* TRE: 再結晶温度 Recrystallization temperature

塑性加工：圧延加工 Rolling

孔形ロールによる丸棒、角棒の加工 Rolling round and square bars

( ) による極薄板の加工

アルミ箔 aluminum foil：通常10mm→7mm

板の圧延 Flat rolling

極薄板の圧延 Sheet rolling

棒・線の圧延 （孔形圧延） Bar, wire, shape rolling

●( )の間に材料を通し、 厚さ・断面積を減少させ、 ( ) 加工方法 The process of reducing the thickness or changing the cross section of a long workpiece by compressive forces applied through a set of rolls.

Roll

Roll

Billet

Roll

Roll

管の製造 Rotary tube piercing

●( ) ⇒ 継ぎ目なし管の（油井管、高温配管、ボイラー管材料） Long, thick-walled seamless pipe and tubing used in such as oil well casings, high temperature piping, and boiler tubes

丸棒の中心部に生ずる圧縮応力と引張応力により孔の開きやすい状態になった ところにマンドレル（プラグ）を入れて中心部をくりぬく方法 When the rod is subjected continuously to compressive stresses, the bar begins to develop a small cavity at its center due to tensile stress, then an internal mandrel assists the operation by expanding the hole and sizing the inside diameter of the tube.

マンドレル

引張応力

圧縮応力

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

押し出し加工 Extrusion

●コンテナ中に素材（ ）を入れ、圧縮荷重をかけて、

( ) 製品を成形する方法。

一定以上の摩擦力で押し出し加工

コンテナ壁とビレット間の摩擦 → 押し出し力増大・割れの発生、材料焼き付き

管の押し出し

熱間圧着するもの：ブリッジダイスでの加工

摩擦低減

コンフォーム法

A billet is placed in a container and forced ( ) by a hydraulically driven ram (pressing stem or punch)

コンテナ

ダイス Seamless tube 管の押出し

コンテナ

管

マンドレル

ビレット

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

引き抜き加工 Drawing

●( )、ダイス断面形状と同じ形状の

棒・線・管などを成形する。：基本は押し出し加工と同じ。

The cross section of a long rod or wire is reduced or changed by ( ).

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

引き抜き装置 Drawing equipment

Lubricant

Extruded

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

内部割れ：( ) ともいう。ダイス直下のビレット材中央に生じる引張応力により生じる。ダイス角αが大きい場合やき裂の起点となるような不純物が多い場合に生じる。

Called ( ). These cracks are attributed to a sate of hydrostatic tensile stress at the centerline in the deformation zone in the die, and increases with increasing die angle and amount of impurities.

対策）

Measures)

押出し・引き抜き加工における内部割れ Internal Cracking

a

Internal Cracking

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

せん断加工 Shearing

●( )と呼ばれる一対の工具で素材を(

)させる加工 法。加工対象は、板材、棒材、管材など。

A sheet is cut by subjecting it to shear stress, generally using ( ). This process can be applied to not only sheets but also rods and tubes.

スリッティング加工 シヤーリング加工

打ち抜き加工 穴抜き加工

スリッター（せん断機）

シヤーリングマシン

プレスせん断工具

通常5-10%

パンチ

ダイス

Fracture surface

( )

ダイス

パンチ Punch

加工の良しあしを決める要素 The major processing parameters in shearing １．パンチとダイスの形状 The shape of the punch and die ２．パンチの速度 The speed of punching ３．潤滑 Lubrication ４．( )

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

( )

Fracture surface

Burnish surface

Punch side

Die side

精密打ち抜き Fine blanking press

せん断切り口形状 Shape of a punched hole

Lower

Stinger

シートを機械的に固定し、( ) Stinger mechanically locks the sheet tightly in place and prevents ( )

精密打ち抜き Fine blanking press

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鍛造 Forging

●鋳造素材の中の引け巣等の欠陥を修正 するには？ To diminish casting defects such as shrinkage cavities in a casting product: 素材の加熱軟化→鍛造 Heating of product ⇒ Forging →空隙減少、結晶粒微小化 Reduction in porosity and crystal grain →機械性質の改善 Improvement of mechanical properties

●平らな工具あるいは型彫り 工具で材料を圧縮変形させ、 種々の塊状部品を成形する 加工方法 A basic process in which the workpiece is shaped by compressive forces applied through various dies and tools.

Before After

Upper Die

Lower die

Flash

転造 Thread rolling

●ねじ山形や歯車の歯型を有するダイを素材に押し付けて転がすことで、それら の形状を転写して、( )。 Threads are formed on the rod or wire with a pair of flat reciprocating or rotary dies. Typical products are ( ). ●材料の歩留まりが良好、材料の( ) 高強度。 Good yield rate. ( ), thus, high strength is obtained.

移動ダイス

固定ダイス

移動丸ダイス

固定丸ダイス

切削ねじ 転造ねじ

( ) のねじとなるため、

旋盤で作ったねじよりも高強度

( ) increases strength of screw for rolled thread S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th

edition),Prentice Hall (2010).

曲げ加工 Bending

●素材に力を加えて、全体的ある

いは部分的に曲げることにより

材料に所要の曲率を与える方法。 A process in which the sheet is

bended and given bending radius by

forces applied through various dies

and tool

●スプリングバックの低減方法 1. 所定よりも大きく曲げる。 Over-bending the parts 2. 板の両端に引張り力を加える。 Stretch bending, in which the part is subjected to tension while bending

型曲げ Die bending 折曲げ folding

ロール曲げ Roll bending

引張り歪

Tensile

strain

圧縮歪 Compressive strain

Spring back

深絞り(deep drawing)

●平らな金属板の外周を縮めて( )状のものを 成形する加工法。 Process in which a punch forces a flat sheet-metal blank in to a die cavity to manufacture ( ).

パンチ

ダイス

Punch Die

Wrinkle

●深絞り加工では( ) が問題 ( ) is likely to occur in deep drawing. ⇒他のプレス加工に比べ、高度な技術が必要。

Sophisticated technology is needed compared with other press working. S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

その他の板材の成形 Other sheet forming processes

張り出し加工 Bulging

●成形型に素材を取り付け、へらやロールで押し付けて加工する。 A circular blank sheet metal is held against a mandrel and rotated while a rigid tool deforms and shapes the material over the mandrel.

●端部を押さえるため、しわ発生なし No wrinkle by holding blank

●深絞り製品を押し込み加工 Indenting deep drawing parts

Punch with spherical head

Blank holder

Die Die

Punch

ヘラ

マンドレル

S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (6th edition),Prentice Hall (2010).

2ピース缶 A two-piece aluminum beverage can

DI缶（deep drawing and Ironing)

●３ピース缶 three-piece can： 薄板を円筒状に丸めてはんだ付けをした 缶胴と上下の蓋からなる。 upper and bottom cap +can body

●２ピース缶 two-piece can： 底付きの薄い缶胴に蓋をつけたもの。 深絞りとしごき加工で作られる． upper cap +can body with bottom cap made by deep drawing and ironing

◆胴の厚さ：0.1mm以下 Thickness of can：<0.1 mm ◆アルミ缶の生産量（国内）：180億個 Production amount of aluminum can： 18 billion pieces

コイル状板材

（前素形材）

Aluminum sheet

トリミング

（不要部分をカット）

Trimming 開口部を

縮径加工

Reduction in

diameter of

opening

aperture

蓋の取り付け

Attachment

of top

●塑性加工

材料の塑性を利用して前素形材を製造したり、種々の形状寸法

の部品や製品を作る加工法 Processes that cause changes in the shape of solid metal articles via

plastic (permanent) deformations.

＜主な塑性加工方法＞

・圧延、押し出し、引き抜き、せん断、鍛造、転造、曲げ、深絞り、

張り出し、しごき、スピニング

Rolling, extrusion, drawing, shearing, forging, threading, bending, deep drawing, bulging, ironing, spinning

本日のまとめ Today’s summary

◆大量生産による加工時間の短縮、人件費の削減 Reduction in processing time due to large scale production ◆ 塑性加工による組織改良（繊維状組織）⇒粘り強く、高強度。 Fibrous structure ⇒ increase in toughness and strength ◆ 一次加工は熱間加工、二次加工は冷間加工 Hot processing for primary processing, cold processing for secondary processing