JP2004025256A - 形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いるフランジ加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】縦壁部とフランジ部を有する金属板部品をプレス加工で得る際、縦壁部の反りが小さい部品を能率良く製造することができる形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いるフランジ加工工具を提供する。
【解決手段】ポンチ２およびダイス３を有する曲げ加工工具を用い、縦壁部Ａとフランジ部Ｂを有する金属板部品のプレス加工を行う際、先ず金属板素材の両端部を自由端とした状態でポンチおよびダイスにより金属板素材１を曲げて縦壁部を形成し、引き続いて形成された縦壁部の先端部を曲げることにより、一工程でフランジ部を形成するプレス加工方法、およびそれに用いるフランジ加工工具であって、金属板素材を曲げて形成された縦壁部の先端部を曲げることが可能である一対のフランジ曲げ工具６がその工具の間隔を可変とし、ポンチの頭部から所定距離離れた位置に設けられているフランジ加工工具。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンチおよびダイスを有する曲げ加工工具を用い、縦壁部とフランジ部を有する金属板部品のプレス加工を行う際の形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いるフランジ加工工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排ガスを少なくするためエンジンの改良などとともに自動車車体重量の軽減化が進められている。このためには車体構成素材の軽量化が有効であり、金属板素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などの金属板が使用されるようになった。これらの金属板素材は従来材料に比べて強度が大きいか、またはヤング率（縦弾性係数）が小さいため、プレス加工によってアンダーボディー用部品などにする際、プレス加工後にスプリングバックおよび反りが発生し、所定の形状を得難い場合がある。
【０００３】
例えば、図７（ａ）に示すような縦壁部ＡとフランジＢを有する断面形状が倒立ハット形の部品を金属板１から得る場合、図７（ｂ）に示す通り目標とする実線の形状に対し、縦壁部Ａの反りとハット頭部Ｃコーナーでのスプリングバックにより一点鎖線のような形状を呈する。このような部品のスプリングバックに関しては、図８あるいは図９に示すポンチおよびダイスの曲げ加工工具に見込みを入れることにより、すなわちスプリングバック後に所定の形状となるように多目に曲げるようにすることにより解消することが可能である。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
しかし、反りに関しては、その解消が難しいという問題があった。すなわち、図８に示すように加工工具としてしわ押さえ工具１１を用いた場合には、プレス加工時、金属板１の両端部をしわ押さえ工具１１によりダイス３に押し付け、金属板１の両端部を拘束するために、縦壁部Ａがダイス３の肩部５により曲げ、曲げ戻し加工を受け、加工工具から部品を取り出すと、縦壁部Ａに大きい反りが生じる。
【０００５】
この縦壁部Ａの反りを抑制できる方法として、図９に示すポンチ張り出し部２Ｐを設けたつば付きポンチ２を用いるプレス加工方法が知られている。しかしながら、加工工具としてつば付きポンチ２を用いた場合、プレス加工の初期段階では金属板１の両端部を拘束していないため、若干、縦壁部Ａの反りが小さくなるが、プレス加工の途中からは図９（ｂ）に示すように金属板１の両端部がポンチ張り出し部２Ｐの下面で押さえられ、反りを誘発する曲げ変形が成形途上で生じるため反りの減少効果が不十分であるという問題があった。
【０００６】
また、特開平４−１３８８２２号公報には、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す３工程で金属板１から図１０（ｄ）に示す縦壁部Ａとフランジ部Ｂを有する金属板部品をプレス加工により得る方法が開示されている。この方法では、ワーク１をＵ形状に曲げる図１０（ａ）の工程の後、図（ｂ）、（ｃ）の工程でフランジを形成するため、反りの問題は小さく、Ｕ形状の曲げ部に発生するスプリングバックのみを改善することで、寸法、精度を確保できる。しかしながら、このような加工工具を用いた場合、プレス加工時、３工程を必要とし、ポンチを２→２０→３０、それに対応するダイスを３→２２→３２と交換し、またストリッパー２１、３１をプレス機に取り付ける作業が発生し、能率が低いという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の問題点を解決することにあり、縦壁部とフランジ部を有する金属板部品をプレス加工で得る際、縦壁部の反りが小さい部品を能率良く製造することができる形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いるフランジ加工工具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
請求項１記載の発明は、ポンチおよびダイスを有する曲げ加工工具を用い、縦壁部とフランジ部を有する金属板部品のプレス加工を行う際、先ず金属板素材の両端部を自由端とした状態で前記ポンチおよびダイスにより前記金属板素材を曲げて前記縦壁部を形成し、引き続いて形成された縦壁部の先端部を曲げることにより、一工程で前記フランジ部を形成することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、ポンチおよびダイスを有する曲げ加工工具に付帯する、フランジ部を形成するためのフランジ加工工具であって、金属板素材を曲げて形成された縦壁部の先端部を曲げることが可能である一対のフランジ曲げ工具が、その工具の間隔を可変とし、ポンチの頭部から所定距離離れた位置に設けられていることを特徴とするフランジ加工工具である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図１１に示す曲げ加工工具を用い、図５に示したハット頭部Ｃの左右に繋がる縦壁部ＡとフランジＢを有する金属板部品を得る場合について説明する。図１は、図１１に示す曲げ加工工具を正面側（図１１において矢印Ａで示す側）から見た図である。この部品は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように矩形状の金属板１を素材とし、ポンチ２およびダイス３を有する曲げ加工工具を用い、プレス加工で得ることができる。
【００１１】
先ず、曲げ加工工具について説明すると、図１（ａ）〜（ｃ）に示すポンチ２およびダイス３は、図示しないプレス機に取り付けられている。この場合、ポンチ２が上下動し、ポンチ２の側壁が左右方向に向くようにプレス機に配置されているとともに、ダイス３は上下動しないようにその上面が水平で、ダイス３長手方向が前後となるようにプレス機に固定して配置されている。
【００１２】
このポンチ２には、図２に示すポンチの側面図、図３に示す図２のＸ−Ｘ断面図に示すように同寸法のフランジ曲げ工具６、コイルバネ６Ａおよび押し込み工具７を備えた複数のフランジ加工工具が付帯されている。ポンチ頭部から所定距離、すなわちフランジ曲げを施す位置に相当する距離離れた位置に設けられる一対のフランジ曲げ工具６は、ポンチに形成されたガイド溝２Ａ内に摺動可能に装着されている。この一対のフランジ曲げ工具間にはこの工具の間隔を可変とできるよう楔状の押し込み工具７が挿入されており、押し込み工具７を下降させ、押し込み工具７をさらに押し込むと一対のフランジ曲げ工具６間の間隔が広がり、一方、押し込み工具７を元の位置にまで上昇させると一対のフランジ曲げ工具６間の間隔が狭まり、ガイド溝２Ａ内に収まるように構成されている。
【００１３】
なお、楔状の押し込み工具７の上下動は、プレス機に取り付けた押し棒７Ａを介して行うことができ、プレス加工時、プレス機に取り付けたポンチ２を所定位置まで下降させた後、ポンチ２を停止し、続いて押し棒７Ａを下降させ、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すように一対のフランジ曲げ工具６間に挿入された押し込み工具７の下降行程で一対のフランジ曲げ工具６により縦壁部Ａの先端部を曲げることができる。その際、ポンチ２の側壁とダイス３の側壁との隙間が金属板１素材の厚みｔに対して　１．０〜１．１０としてあるため、その間で部品の縦壁部Ａとなる部分が拘束され、フランジ部Ｂとなる縦壁部Ａの先端部だけがフランジ曲げ工具６の肩部８とダイス３の肩部５との間で曲げられ、部品の縦壁部Ａとなる部分には曲げ歪みが及ばない。また、本発明に係る加工工具は、しわ押さえがなく、ポンチ張り出し部のないポンチとしてあり、プレス加工時、図１（ａ）〜（ｂ）に示すポンチ２の下降行程で上記フランジ部Ｂを形成することなく、金属板素材の両端部を自由端とした状態においてポンチ２の肩部４とダイス３の肩部５との間で金属板１素材を曲げて縦壁部Ａを形成することができる。
【００１４】
ここで、一対のフランジ曲げ工具６間に挿入された押し込み工具７の上昇行程で一対のフランジ曲げ工具６間の間隔が狭まる機構としては、引張り力を付与されたコイルバネ６Ａなどの引張手段を図３に示すように一対のフランジ曲げ工具６間に取り付けておくのが構造が簡単となるから好ましい。また、ハット頭部押さえ工具１２を介しクッション棒１２Ａ　によりハット頭部Ｃを拘束すると、スプリングバック量のバラツキ、縦壁部Ａの曲率バラツキを小さくすることができるので、クッション棒１２Ａ　およびハット頭部押さえ工具１２を曲げ加工工具に加えるのが好ましい。
【００１５】
次いで、上記の曲げ加工工具を用い、縦壁部ＡとフランジＢを有する金属板部品を得るプレス加工方法について、図１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ詳細に説明する。
最初、図１（ａ）に示すように矩形状の金属板１素材をダイス３上に載置し、金属板素材の両端部を自由端とした状態でその中央部をポンチ２の頭部とハット頭部押さえ工具１２で挟み、ポンチ２を所定位置まで下降させる。その際、一対のフランジ曲げ工具６がポンチ側壁面より外側に出ないように押し込み工具７が一対のフランジ曲げ工具６間に挿入されている。図１（ｂ）の状態でポンチ２を停止し、押し込み工具７を一対のフランジ曲げ工具６間に押し込み、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すようにして一対のフランジ曲げ工具６により形成された金属板１の縦壁部Ａを曲げ、フランジ部Ｂを形成する。このようにしてフランジ部Ｂを形成した後、ポンチ２、一対のフランジ曲げ工具６などの曲げ加工工具を初期状態に戻し、金属板部品を取り出して、プレス加工の一工程が終了する。
【００１６】
ここで、部品の縦壁部Ａとなる部分は、図１（ｂ）に示す状態で既に形成されている。すなわち、本願発明のプレス加工方法においては、縦壁部Ａは、図１（ａ）に示す状態からややポンチ２を下降させたポンチ下降行程の初期段階においてハット頭部Ｃに含まれる金属板１の部分を曲げることにより形成され、その後のポンチ下降行程においては、形成された縦壁部Ａには曲げ変形が加わっていない。また、上記したポンチ下降行程の初期段階において曲げ変形を受けている部分は、ポンチ２の肩部４に相当する金属板１の部分であり、この部分は部品の縦壁部Ａから外れている。また、形成された縦壁部Ａを一対のフランジ曲げ工具６により曲げ、フランジ部Ｂを形成する際に、部品の縦壁部Ａとなる部分にはフランジ曲げ変形の影響が及ばないことは上述した。
【００１７】
このため、本発明においては、部品を曲げ加工工具から取り出した場合、部品の縦壁部Ａは曲げ変形を受けていないから、反りが発生することはない。また、金属板素材をプレス機の曲げ加工工具に載置してから金属板部品を取り出すまでのプレス加工の一工程で、例えば、金属板部品の取り出し作業時などに部品の縦壁部Ａとなる部分に弾性範囲内の曲げ変形が与えられたとしても、弾性範囲内の曲げ変形は反りに影響を与えないから曲げ変形は弾性範囲内であれば問題となることはない。
【００１８】
ところで、本発明に用いる曲げ加工工具は、図１１および図１〜図３に示したものに限定されず、例えば、図４に示すような一対のフランジ曲げ工具９を設けたものとすることもできる。一対のフランジ曲げ工具９は、一体のポンチ２の左右の側壁面にそれぞれ上下方向に摺動可能に設けられている。なお、ポンチ２には下方ほどポンチ２の側壁面間の厚みが厚くなる傾斜角度θのテーパー部が形成され、図４（ａ）に示すようにテーパー部の厚みが厚くなり始める上端位置において、フランジ曲げ工具９の下面と形成された金属板１の縦壁部Ａとが当接するとともに、図４（ｂ）に示すようにテーパー部下端位置において、フランジ曲げ工具の下面がポンチ頭部から所定距離、すなわちフランジ曲げを施す位置に相当する距離離れた位置にくるとともに、金属板１のフランジ部Ｂを十分にダイス３押し付けることができるように一対のフランジ曲げ工具９の下面が形成されている。ここで、図示しないプレス機のサブシリンダーにより一対のフランジ曲げ工具９をテーパー部の傾斜面に沿って下降させ、また、フランジ部Ｂを形成した後、プレス機のサブシリンダーを上昇させることにより一対のフランジ曲げ工具９をテーパー部上端に戻す機構を採用している。なお、テーパー部の傾斜角度θは、一対のフランジ曲げ工具９がテーパー部の傾斜面に沿ってスムーズに移動できるように１５〜４５°とするのが好ましい。
【００１９】
この場合においても、プレス加工時、フランジ部Ｂを一対のフランジ曲げ工具９の下降に伴う左右方向への移動により形成する際、ポンチ２の側壁とダイス３の側壁との隙間が金属板１素材の厚みｔに対して　１．０〜１．１０としてあるため、その間で部品の縦壁部Ａとなる部分が拘束され、フランジ部Ｂとなる縦壁部Ａの先端部だけがフランジ曲げ工具９の肩部８とダイス３の肩部５との間で曲げられ、部品の縦壁部Ａとなる部分には曲げ歪みが及ばない。また、図４（ａ）に示す状態に至るまでに形成されている縦壁部Ａは、図１で説明したように塑性曲げひずみを受けないで形成されている。
【００２０】
以上説明したことからわかるように、図１１および図１〜図３もしくは図４に示したようなフランジ加工工具を付帯した工具を用いることにより、ポンチやダイスをを交換せずに、一工程で、縦壁部Ａおよびフランジ部Ｂを有する部品をプレス加工で得ることができる。また、このような曲げ加工工具に付帯するフランジ加工工具を用い、プレス加工時、ポンチ下降行程の初期段階で部品の縦壁部Ａとなる部分には塑性曲げひずみが加わらないように金属板素材の両端部を自由端とした状態でポンチとダイスにより金属板素材を曲げて縦壁部Ａを形成し、引き続いて形成された縦壁部Ａの両端部を曲げてフランジ部Ｂを形成することができるから、金属板部品を能率良く製造でき、曲げ加工工具から金属板部品を取り出したときに縦壁部Ａに反りが発生することはない。
【００２１】
【実施例】
ポンチ２およびダイス３を有する曲げ加工工具を用い、プレス加工により縦壁部とフランジ部を有する断面形状がハット型の金属板部品を加工し、部品の縦壁部における曲率を図５に示すようにして測定し、測定した部品の縦壁部における曲率の最大値を、発明例と従来例１、２とで比較して図６に示した。発明例では、図１１および図１〜図３に示したフランジ加工工具を付帯した工具を用いた。従来例１、２では、それぞれ図８、図９に示した加工工具を用いた。
【００２２】
いずれの場合も、ポンチ２の側壁とダイス３の側壁との隙間は材料板厚×１．０５とし、ポンチ２の肩部４の半径は５ｍｍ、ポンチ２の幅は８０ｍｍ、ダイス３の肩部５の半径は６ｍｍとし、部品の加工高さを１００ｍｍ　とした。また、部品の縦壁部における曲率は、脚幅２０ｍｍの中央の変位をダイヤルゲージにより求める治具により縦壁部の曲率半径Ｒを計算し、この半径Ｒを分母にした曲率（１／Ｒ）を求めた。曲率（１／Ｒ）が大きいほど反りが大きいことになる。供試材は、表１に示す板厚１．６ｍｍ　の４種類の高張力鋼板（引張強さ：４４０ＭＰａ、５９０ＭＰａ、７８０ＭＰａ、９８０ＭＰａ）ならびに５０００系のアルミニウム合金板（ヤング率：７０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）であり、アルミニウム合金板は１．６ｍｍ　と２．０ｍｍ　の２種類を用いた。
【００２３】
【表１】

【００２４】
図６に示す縦壁曲率の結果から、発明例の場合、従来例１、２より部品の縦壁部における反りが小さいことがわかる。なお、従来例１の方が従来例２より金属板素材が高強度になるとともに反りが大きくなること、また、ヤング率の小さいアルミニウム合金板の反りが大きいこと、板厚が薄い方が反りが大きいこともわかる。発明例では、強度が高く、またヤング率の小さな金属板に対しても反りを防止でき、反り防止効果が顕著である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、使用する金属板素材の引張強さ、ヤング率および板厚によらず、縦壁部の反りが小さい部品を能率良く製造することができる。この結果、使用する金属板素材によらず精度の良い部品を得ることができ、組み立てが容易行えるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施の形態に係る曲げ加工工具を用いた場合の概略加工工程図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る曲げ加工工具の概略側面図である。
【図３】図３は、図２におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図４は、本発明に用いることができる他の曲げ加工工具の縦断面図である。
【図５】図５は、部品の縦壁部における曲率測定方法の説明図である。
【図６】図６は、本発明の効果を従来方法と比較したグラフである。
【図７】図７は、金属板部品の形状を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図８は、従来の曲げ加工工具を用いた場合の概略加工工程図である。
【図９】図９は、従来の他の曲げ加工工具を用いた場合の概略加工工程図である。
【図１０】図１０は、スプリングバックを防止する従来の加工工具を用いた概略加工工程図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係る曲げ加工工具の模式図である。
【符号の説明】
１　金属板
Ａ　縦壁部
Ｂ　フランジ部
Ｃ　ハット頭部
２　ポンチ
２Ａ　ガイド溝
３　ダイス
４、５　肩部
６　フランジ曲げ工具
６Ａ　コイルバネ
７　押し込み工具
７Ａ　押し棒
８　肩部
９　フランジ曲げ工具
１１　しわ押さえ工具
１２　ハット頭部押さえ工具
１２Ａ　　クッション棒
２Ｐ　ポンチ張り出し部

Claims (2)

1. ポンチおよびダイスを有する曲げ加工工具を用い、縦壁部とフランジ部を有する金属板部品のプレス加工を行う際、先ず金属板素材の両端部を自由端とした状態で前記ポンチおよびダイスにより前記金属板素材を曲げて前記縦壁部を形成し、引き続いて形成された縦壁部の先端部を曲げることにより、一工程で前記フランジ部を形成することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。
2. ポンチおよびダイスを有する曲げ加工工具に付帯する、フランジ部を形成するためのフランジ加工工具であって、金属板素材を曲げて形成された縦壁部の先端部を曲げることが可能である一対のフランジ曲げ工具が、その工具の間隔を可変とし、ポンチの頭部から所定距離離れた位置に設けられていることを特徴とするフランジ加工工具。

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