JP2000288655A - パイプ材のダイレス穴抜き法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な方法により厚肉のパイプ材にダイレスで
変形量の少ない穴を抜くことができる方法を提供する。 【解決手段】パイプ材をダイレスで穴抜きする方法であ
って、刃部が等間隔の溝付き輪郭形状のパンチを使用
し、往路にて穴抜きを行い、材料分離後パンチを軸線の
周りで所要角度回転させ、復路では周方向で変位した刃
により穴輪郭の一部をせん断するとともに往路で発生し
た穴周囲の変形を曲げ戻して矯正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパイプ材のダイレス
穴抜き法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の部品たとえばリアクロスメン
バーやフロントメンバーなど足回り部品などにおいて
は、軽量化、安全性の向上およびコスト低減を目的とし
て従来の板金プレス成形加工品からパイプ素材を主体と
した成形品に置き換えられている。 このようなパイプ
成形部品には、図１１のように、塗装液の導入、排出の
ためや、使用時に水抜きをするために穴ｈが設けられ
る。これらの穴は、塗装時のエアポケットや塗装液の残
留を確実に防止するため、また走行中や清掃時に浸入し
た水などが完全に排除できるようにするため、変形がで
きるだけ小さなことが要求される。また、これらの穴
は、穴あけ加工後のパイプ材加工工程において、基準穴
などとしても利用されるので、高い穴位置精度が要求さ
れる。

【０００３】こうした穴は現状では厚肉のパイプ材を曲
げ加工やスエージング加工などで成形した後に、ドリル
による機械加工やレーザ加工で行われていたため、生産
効率が低く、このためコストが高くなるという大きな問
題があった。この対策としては、プレスによる穴抜き加
工が考えられる。しかし、かかる穴明け加工する段階
で、パイプ材は成形加工によって平面Ｕ字状に曲げられ
ていたり、断面形状が部分的に変化したりしていること
が多い。このためハイプ材の内部にダイを挿入すること
は困難であり、ダイレス穴抜き加工とならざるを得な
い。このため、パイプ材に大きな変形が生じやすく、高
速打抜きによる穴抜きなどの加工法によっても厚肉（一
般に肉厚が２．５．ｍｍ以上）のパイプ材に前記のよう
な変形の少ない穴を得ることは困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解消するために創案されたもので、その目的と
するところは、簡単な方法によりパイプ材にダイレスで
変形量の少ない穴を抜くことができる方法を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、パイプ材にダイを内挿せずに穴抜きする方法
において、パンチとして刃部が等間隔の溝付き輪郭形状
ものを使用し、往路にて穴抜きを行い、材料分離後パン
チを軸線の周りで所要角度回転させ、復路では周方向に
変位した刃で穴輪郭の一部をせん断するとともに往路で
発生した穴周囲の変形を曲げ戻して矯正することを特徴
とするものである。本発明はまた、前記１往復穴抜きを
行なった後、そのままの回転位置で再度パンチをパイプ
内に挿入して所要角度回転した後引き上げる２往復穴抜
きを含んでいる。

【０００６】

【作用】本発明は単純にパンチをパイプ材に突入させて
抜き加工を行なうのでなく、溝付きパンチを使用して往
路で穴抜きをし、その位置から穴抜きで発生した穴輪郭
（内径側に突出する部分が複数ある）における突出部分
に刃部が位置するようにパンチを回転させ、その状態で
復路に移行するため、穴抜きにより発生した穴の周囲の
変形がパンチ復路行程で矯正され、最終的に変形の少な
い良好な穴を形成することができる。また、２往復行程
を採用した場合には、一往復穴抜きで穴部の数か所に切
口面の一部が穴内側に突出した場合でも、その突出部を
せん断除去することにより矯正効果がより高まるため、
さらに一段と軸方向および円周方向の変形を小さくする
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施態様を添付図面
を参照して説明する。図１ないし図３は本発明の第１態
様を示している。図１において、１は穴抜きすべきパイ
プ材であり、ボルスタ４に設けた分離可能な下型５ａ，
５ｂに着脱可能に嵌装されている。２はパンチであり、
プレスのスライド６に設けたホルダ３に自軸の周りに回
転可能に取り付けられている。

【０００８】前記パンチ２は先端に刃部２ａを有してい
る。該刃部２ａはパイプ材２の肉厚ｔよりも厚く軸線方
向に複数の溝の付いた輪郭形状を有している。この例で
は図２のように円周上で等間隔で４つの刃２０と溝２１
が設けられている。前記刃部２ａの後方が相対的に細径
の軸部２ｂとなっていて、該軸部２ｂの後方には太径の
シャンク部２ｃを介してつば部２ｄが設けられている。
前記パンチの回転機構を説明すると、つば部２ｄはホル
ダ３に取り付けた軸受７によって回転可能に支持されて
おり、前記つば部２ｄの直下には被動ギヤ８が固定され
ている。ホルダ３には前記被動ギヤ８と噛み合う中間ギ
ヤ９が取り付けられており、ホルダまたはその近傍のス
ライド６には前記中間ギヤ９に噛み合う駆動ギヤ１１と
これを所要回転角駆動するアクチュエータ１０たとえば
サーボモータやステッピングモータが装備されている。
したがって、アクチュエータ１０の駆動によりパンチ２
は所要の回転角θで回動されるようになっている。この
所要の回転角θとは、往路で抜かれた穴の内側への突出
部すなわち刃部２ａの溝２１に対応する部分に、刃部２
ａの刃２０が位置する回転角を意味する。

【０００９】下型５ａには前記パンチ２の刃部２ａと微
小なクリアランスを有するガイド筒１１が固定されてい
る。このガイド筒１１は本発明では、パンチ２の復路に
おいてダイの役目を果たすものである。

【００１０】パイプ材１に穴抜き加工を行なうにあたっ
ては、図１のようにパイプ材１を下型５ａ，５ｂにしっ
かりと固定し、この状態で図１のようにパンチ２を上死
点に位置させる。次いでプレスを作動してスライド６を
下降させる。これにより図３（ａ）のようにパンチ２は
ガイド筒１１内を下り、刃部２ａによりパイプ材１は穴
抜きされる。１００は分離された材料であり、パンチ２
はパイプ材１内に突入する。刃部２ａが溝２１を有する
輪郭形状であるため、穴１２は図３（ｂ）に示すように
刃部輪郭形状に則したものとなり、溝２１に対応する部
分は内方突出部１２０となっている。

【００１１】このように材料分離後、アクチュエータ１
０を４５°の回転角が得られるように駆動する。これに
よる回転が駆動ギヤ車１１から中間ギヤ車９を介して被
動ギヤに伝達されるため、パンチ２は図３（ｃ）のよう
に自軸を中心として４５°回転され、（ｄ）のように刃
部２ａの各刃２０が穴１２の各内方突出部１２０の直下
に位置する状態になる。

【００１２】この状態でプレスは上昇工程（復路）に移
行し、パンチ２は４５°回転された状態を保ちながら図
３（ｅ）のようにパイプ内から外部へと戻される。この
過程で刃部２ａの各刃２０は上面が各内方突出部１２０
に当り、各内方突出部１２０がせん断され、（ｆ）のよ
うに略円形の穴１２’が形成される。それと同時に、パ
ンチ２の下方から上方への移動により、往路で発生した
穴の周囲が強制的に曲げ戻され、これにより穴周囲の凹
入変形が矯正され、ダイレスでありながら、パイプ軸方
向および円周方向での変形の少ない穴となる。

【００１３】図４は本発明の第２の態様を示している。
この第２態様は、前記のように第１態様で１往復の穴抜
きを行なった後、前記回転角位置のまま、（ａ）（ｂ）
のように再度パンチ２を下降させてパイプ１内に挿入す
る。この挿入は図３（ｅ）（ｆ）の一部せん断と矯正工
程を行なった穴に対する挿入であるため、抵抗なくスム
ーズに行われる。そして、この状態でアクチュエータ１
０を４５°の回転角が得られるように駆動する。こうす
れば、図４（ｃ）（ｄ）のように刃部２ａの各刃２０が
第１回の穴抜き時の往路と同じ回転角位置になり、この
状態で図４（ｅ）のようにパンチ２を引き上げることに
より仕上げのせん断が行われ、（ｆ）のようにほぼ真円
に近い丸穴が得られる。

【００１４】第１回の往路で変形した状態で穴抜きされ
た切口面１２１が復路による矯正効果で曲げ戻されるた
め、穴１２’の内側に切口面の一部が突出する（突出部
１２１’が発生する）が、この２回目の往復穴抜きを行
なえば、前記回転により刃部２ａの各刃２０が突出部１
２１’の直下に位置され、この状態で復路により突出部
１２１’がせん断除去される。このため、外観がよくな
ると共に後工程で基準穴として用いる場合に支障も来さ
ない穴１２”が得られる。また、この第２往復時に第１
往復時の穴１２’の周囲がさらに矯正されるため、軸方
向、円周方向の変形をさらに小さくすることができる。

【００１５】第１態様と第２態様において、パンチ２の
回転開始は材料分離直後から復路せん断・矯正開始直前
までの比較的長いストローク（時間）に行なえばよく、
下死点でいったん停止させた状態でパンチ２を回転させ
る必要がないため、クランクプレスなどを使用するサイ
クルタイムの短い加工を行なえる。なお、２回の往復だ
けでなくさらにもう一度の往復を行なってもよいが、変
形の矯正効果はほとんどないため、あまり実益はない。

【００１６】本発明のパンチ２の回転機構は図示するよ
うなギヤ方式に限定されない。たとえば、パンチのつば
部から半径方向にバーを突出させ、そのバーを並進型な
どのアクチュエータで角度変位させるようにしてもよ
い。図５はパンチ２の回転方式の他の例を示している。
この例においては、下型５ａに（ｂ）のように平行四辺
形に類する案内溝１５を形成し、パンチ２のシャンク部
２ｃには案内溝１５に突入するトレース用のピン１６を
固着している。

【００１７】この機構においては、パンチ２が下降する
と、ピン１６が案内溝１５内をａ→ｂ→ｃと移動し、ｂ
とｃ間で刃部２ａにより穴抜きを行なう。せん断後、下
側の横傾斜溝部によりピン１６がｃ→ｄと移動するた
め、パンチ２は所定の角度だけ回転させられる。この場
合、パンチ２には荷重が作用していないため容易に回転
が行われる。そして、回転が終了すると、パンチ２は縦
溝部によりｄ→ｅ→ｆと移動し、ｅとｆの間で内方突出
部１２０のせん断と周囲の変形矯正が行われる。さらに
横傾斜溝部ｆ→ａへとピンが移動することにより、パン
チ２は元の回転位置まで戻る。この態様は特別なアクチ
ュエータを使用しないで往復穴抜きを行なえるため、装
置コストを安価にすることができる利点がある。ただ、
この態様は前記第２態様のような２往復穴抜きは行なえ
ない。

【００１８】なお、図示するものではパンチ２の刃部２
ａの溝は４か所であるが、これに限定されるものではな
く、３か所あるいは５か所以上であってもよい。また、
本発明は必ずしも丸パイプに対する場合に限定されず、
角状のパイプに対するダイレス穴抜きにも適用される。

【００１９】

【実施例】次に本発明のダイレス穴抜きの実施例を説明
する。パイプ材として自動車足回り部品の素材として広
く利用されている直径５７ｍｍ、肉厚３．２ｍｍのＳＴ
ＫＭ１３Ｂ材を使用した。パンチとしては、刃部が図１
（ｂ）に示す４つの溝（溝深さ１．５ｍｍ）を有し、刃
の外径が１５．４ｍｍの超硬合金製のものを使用した。
パンチ回転機構としてはステッピングモータとギヤの組
み合わせを使用し、θを４５度回転させるようにした。
ガイド筒はパンチ間のクリアランスを０．０４ｍｍとし
た。プレスとしては２０トン油圧プレスを使用し、ラム
移動速度約１０ｍｍ／ｓｅｃとした。

【００２０】比較のため、刃部の輪郭形状が真円の円形
パンチ（直径１５．４ｍｍ）を使用し、慣用ダイレス穴
抜きを行なってみた。その結果、図６（ａ）（ｂ）
（ｃ）のように穴の周辺に大きな陥没状の変形が生じ、
パイプ材円周方向、軸方向に大きな変形が発生してい
た。次に、前記パンチを使用して本発明による１往復抜
き加工を行なった。その結果を図７に示す。この図７か
ら明らかなように、パイプ材円周方向、軸方向のいずれ
も大きな変形矯正効果が認められた。ただ、この１往復
抜きでは往路で変形した状態で穴抜きされた切口面が復
路の矯正により曲げ戻されて穴内側に４か所突出部が発
生していた。

【００２１】図８は、前記１往復穴抜きを行なった後、
そのままの回転位置でパンチを下降し、パイプ内で４５
°回転した後引き上げる２往復穴抜きを行なった結果で
ある。 この図から明らかなように穴の輪郭形状がよく
なり、かつパイプ材円周方向、軸方向の変形量もさらに
低減している。なお、比較のため、図９のように真円の
両側を切除して平行面とし全体を欠円形状ないし小判形
状としたパンチを使用し、本発明のように往路せん断
後、パイプ内で９０度パンチを回転し、その状態で引き
上げる１往復穴抜きを行なってみた。その結果、パイプ
材軸方向の変形はかなり矯正されたものの、復路でせん
断が行われない円周方向断面については十分な矯正が行
われず、したがって不十分であることが判明した。

【００２２】図１０は前記各種ダイレス穴抜き方法で得
られた穴部の変形量を実測した結果を示しており、本発
明は著しく変形量を減少できることがわかる。ことに２
往復穴抜き法は著効が得られることがわかる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、パイプ材
に対して、極めて変形量の少ない穴をダイレスのプレス
加工により簡単に加工することができ、これにより、曲
げ加工やスエージング加工後のバイブ材に、塗装液導出
用、水抜き用、後加工の基準穴のための穴を低コストで
製造することができるというすぐれた効果が得られる。
請求項２によれば、外観も良好でさらに軸方向および円
周方向の変形量が少ない穴を加工することができるとい
うすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパイプ材のダイレス穴抜き法の第
１態様を初期位置で示す部分切欠断面図である。

【図２】図１におけるパンチの刃部の底面図である。

【図３】（ａ）は第１態様の往路穴抜き行程を示す断面
図、（ｂ）は同じくその底面図（ｃ）はパンチ回転段階
の断面図、（ｄ）は同じくそのときのパンチの底面図、
（ｅ）は復路せん断矯正行程を示す断面図、（ｆ）は同
じくその底面図である。

【図４】２往復穴抜きを行なう第２態様を示しており、
（ａ）は図３（ｄ）に続いて復路に移行した行程を示す
断面図、（ｂ）は同じくその底面図、（ｃ）はパンチ回
転段階の断面図、（ｄ）は同じくそのときのパンチの底
面図、（ｅ）は復路せん断矯正行程を示す断面図、
（ｆ）は同じくその底面図である。

【図５】（ａ）は本発明におけるパンチ回転方式の他の
例を示す断面図，（ｂ）は（ａ）におけるガイド溝とピ
ンノ移動軌跡を示す説明図である。

【図６】（ａ）は慣用の丸パンチによる穴抜きで得られ
た穴部の外観を示す斜視図、（ｂ）は軸方向断面図、
（ｃ）は周方向断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の一往復穴抜きで得られた穴部
の外観を示す斜視図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）は
周方向断面図である。

【図８】（ａ）は本発明の二往復穴抜きで得られた穴部
の外観を示す斜視図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）は
周方向断面図である。

【図９】本発明の比較例に使用したパンチの刃部の底面
図である。

【図１０】本発明と慣用法および比較法により得られた
穴の変形量を測定した結果を示す線図である。

【図１１】パイプ材の一例を天地を反転した状態で示す
斜視図である。

【符号の説明】

１ パイプ材 ２ パンチ ２ａ 刃部 ２０ 刃 ２１ 溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パイプ材にダイを内挿せずに穴抜きする方
   法において、パンチとして刃部が等間隔の溝付き輪郭形
   状ものを使用し、往路にて穴抜きを行い、材料分離後パ
   ンチを軸線の周りで所要角度回転させ、復路では周方向
   で変位した刃により穴輪郭の一部をせん断するとともに
   往路で発生した穴周囲の変形を曲げ戻して矯正すること
   を特徴とするパイプ材のダイレス穴抜き法。
2. 【請求項２】１往復穴抜きを行なった後、そのままの回
   転位置で再度パンチをパイプ内に挿入し、所要角度回転
   した後引き上げる２往復穴抜きを行なう請求項１に記載
   のパイプ材のダイレス穴抜き法。