JP2004322104A - 絞り成形金型および絞り成形方法 - Google Patents

絞り成形金型および絞り成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】内ボス付のコップ状製品を小規模な設備で成形する。
【解決手段】一端側から開口した有底筒状体10の側面部20の外周側および底部周囲部31にダイス1と押さえパンチ2を当接させて挟持しながら、端面パンチ4で有底筒状体10の端面21を側面部20から底部周囲部31に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチ3で有底筒状体10の底部中央部32を有底筒状体10の外周側から内周側に向かって加圧してボス部40を成形する。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は絞り成形金型および絞り成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の変速機用ドラムなど内ボス付のコップ状製品をプレス成形する場合、内ボスを成形後、コップ形状を成形するか、コップ形状を成形後、内ボスを成形することが考えられる。いずれにせよ、内ボスやコップ形状の深絞り成形を一度に行うと、コーナ部が割れてしまうため、パンチの直径を変えて数回に分けて成形する必要がある。しかし数回に分けて成形しても、成形回数を重ねるごとにコーナ部で肉厚ヒケが発生し局部的な肉厚減少が生じ強度、剛性が不足する問題がある。またパンチの直径を変えて成形する必要から、パンチごとに成形機を設ける必要があるので、大規模な設備が必要となる問題がある。そのため、従来はコップ状部品と内ボスを別部品として溶接する製造方法が行われていた。これは、溶接工程が必要なためコスト高となるとともに、内ボスとコップ形状の同軸精度が得られにくいこと、溶接による歪が製品に発生するなどの問題があった。
【0003】
従来技術として、特許文献1には、コップ形状を成形後、内ボスを逆絞りして成形したのち、内ボスを縮径しつつ軸方向に潰して増肉する成形方法が開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−57913号公報(請求項1、図4〜11)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術1は、その図5に示されているように、内ボスを逆絞りするときに順に縮径しながら3段階の深絞り成形を行っているので、複数の成形機が必要となり設備が大規模化する問題点ある。このとき内ボスの先端部の肉厚が小さくなる問題点もある。また内ボスの肉厚が不十分であるため、3段階の増肉工程が必要であるが、それぞれに金型が必要であるので、設備が大規模化する問題点ある。
【0006】
本発明は上記課題を解決したもので、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる絞り成形金型および絞り成形方法を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項1において講じた技術的手段(以下、第1の技術的手段と称する。)は、一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型である。
【0008】
上記第1の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0009】
すなわち、有底筒状体の端面を端面パンチが側面部から底部周囲部に向かう方向に加圧している圧力により、成形されるボス部のコーナ部に加わる応力が圧縮応力となり破断を防止できるとともに、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むため、ボス部の肉厚ヒケを防止できるので、一回の絞り成形で、内ボス付のコップ状製品が製造できる。このため内ボス付のコップ状製品を製造する設備を小規模にできる。
【0010】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項2において講じた技術的手段(以下、第2の技術的手段と称する。)は、前記有底筒状体の前記底部周囲部の前記側面部に隣接する部分が、前記端面パンチの加圧方向と直交する平面に対して傾斜しているか、または湾曲していることを特徴とする請求項1記載の絞り成形金型である。
【0011】
上記第2の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0012】
すなわち、有底筒状体の底部周囲部の側面部に隣接する部分が、有底筒状体の底部中央部の平板面に対し傾斜しているか、湾曲しているので、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込みやすくできる。
【0013】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項3において講じた技術的手段(以下、第3の技術的手段と称する。)は、前記押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の絞り成形金型である。
【0014】
上記第3の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0015】
すなわち、押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であるので、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込みやすくできる。
【0016】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項4において講じた技術的手段(以下、第4の技術的手段と称する。)は、請求項1〜3のいずれかに記載の絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法である。
【0017】
上記第4の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0018】
すなわち、請求項1と同様、有底筒状体の端面を端面パンチが側面部から底部周囲部に向かう方向に加圧している圧力により、成形されるボス部のコーナ部に加わる応力が圧縮応力となり破断を防止できるとともに、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むため、ボス部の肉厚ヒケを防止できるので、一回の絞り成形で、内ボス付のコップ状製品が製造できる。このため内ボス付のコップ状製品を製造する設備を小規模にできる。
【0019】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項5において講じた技術的手段(以下、第5の技術的手段と称する。)は、前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より小さいことを特徴とする請求項4記載の絞り成形方法である。
【0020】
上記第5の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0021】
すなわち、上記した圧力の比が所定値より小さいと、インナーパンチの圧力でボス部が引き延ばされるより早く側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むので、ボス部の肉厚を元に厚さより厚くすることができる。
【0022】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項6において講じた技術的手段(以下、第6の技術的手段と称する。)は、前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より大きいことを特徴とする請求項4記載の絞り成形方法である。
【0023】
上記第6の技術的手段による効果は、以下のようである。
【0024】
すなわち、上記した圧力の比が所定値より大きいと、、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むより早くインナーパンチの圧力でボス部が引き延ばされるので、ボス部の肉厚を元に厚さより薄くすることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。この実施形態は、自動車のATM(オートマチックトランスミッション)のドラムを製造する場合を模式的に示している。図1は実施形態で使用した有底筒状体の断面図である。有底筒状体10は一端が開口した有底円筒状であり、円筒状の側面部20(図1でaa線より上の部分)とこれにつながっている底部30からなっっている。底部30は対称軸Cの周辺に位置する円盤状の底部中央部32と、この底部30と側面部20の間に位置する底部周囲部31からなっている。図1において底部中央部32はbb線より対称軸C側の部分であり、底部周囲部31はbb線とaa線の間の部分である。底部周囲部31のうち側面部20に隣接している部分が隣接部33であり、この隣接部33が底部中央部32の平板面に対してなす傾斜角度はB度である。21は有底筒状体10の端面である。有底筒状体10は平板状部材を打ち抜いて所定の大きさの円盤状部材を製造し、この円盤状部材を有底筒状体10の外周径に合わせて絞り成形することににより製造し準備する。
【0026】
図2は実施形態の絞り成形前の状態を説明する絞り成形金型断面図である。図3は実施形態の絞り成形後の状態を説明する絞り成形金型断面図である。図4は実施形態の絞り成形中の有底筒状体の底部と内ボス部との屈曲部付近の拡大断面図である。
【0027】
この実施形態の絞り成形金型は、ダイス1、押さえパンチ2、インナーパンチ3、端面パンチ4などから構成されている。ダイス1の中央にはインナーパンチ3がXY方向に通過することができる穴部1aが設けられている。ダイス1は筒状形状であり、その内周側は有底筒状体10の外周形状に合った形状となっている。すなわちダイス1の内周側は有底筒状体10の側面部20および底部周囲部31の外周側に当接できるようになっている。隣接部33と同様に、ダイス1の傾斜部1bが底部中央部32の平板面に対してなす傾斜角度はB度である。
【0028】
押さえパンチ2は略円筒状であり、その先端部分は有底筒状体10の底部周囲部31の内周側に合った形状となっている。すなわち押さえパンチ2は有底筒状体10の内周側の側面部20および底部周囲部31に当接できるようになっている。押さえパンチ2の内周側先端部Fの断面形状は湾曲形状をしている。
【0029】
端面パンチ4は有底筒状体10の端面21をY方向に加圧するパンチである。
底部中央部32の平板面は端面パンチ4が端面21を加圧するY方向に直交している。したがって隣接部33およびダイス1の傾斜部1bの端面パンチ4が端面21を加圧するY方向に直交する平面に対する傾斜角度はB度である。
【0030】
有底筒状体10の内周側とは有底筒状体10の開口側に面した側であり、有底筒状体10の外周側とは有底筒状体10の開口側とは反対側の外部に面した側である。
【0031】
有底筒状体10にボス部40を形成する絞り成形方法について説明する。ダイス1の内周側に有底筒状体10を載置する。これにより有底筒状体10の側面部20の外周側および底部周囲部31の外周側がダイス1に当接する。このとき押さえパンチ2および端面パンチ4はダイス1からX方向の遠方にあり、有底筒状体10が簡単にダイス1の内周側に載置できるようになっている。
【0032】
次に押さえパンチ2をY方向に動かし、有底筒状体10の側面部20の内周側および底部周囲部31の内周側に当接させる。これにより有底筒状体10がダイス1と押さえパンチ2で挟持され位置固定状態となる。
【0033】
次に端面パンチ4をY方向に動かし、有底筒状体10の端面21に当接させる。一方、インナーパンチ3をX方向に動かし、有底筒状体10の底部中央部32の外周側に当接させる。この後、有底筒状体10の端面21を端面パンチ4でY方向すなわち側面部20から底部周囲部31に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチ3で有底筒状体10の底部中央部32を有底筒状体10の外周側から内周側に向かうX方向に加圧し絞り成形する。このとき押さえパンチ2が有底筒状体10を押圧する圧力は端面パンチ4が端面21を加圧する圧力に比べてごくわずかにし、押さえパンチ2が有底筒状体10を塑性変形しない範囲の圧力としている。この成形により、有底筒状体10の中央部分に有底筒状体10の開口方向に突出するボス部40が形成される。
本実施形態の実施例として、以下の条件で絞り成形を行った。有底筒状体10として、外径212mm、高さ155mm、厚さ4mm、隣接部33の底部中央部32の平板面に対する傾斜角度(B)20度、材質 SAPH440(熱延鋼板)のものを用いた。ダイス1の内周側は有底筒状体10の外周形状に合った形状である。押さえパンチ2は、内径85mm、内周側先端部Fの曲率半径25mmであり、その外周側は有底筒状体10の内周形状に合った形状である。端面パンチ4の端面21に当接する面は端面21の形状に合った形状、すなわち外径212mm、内径204mmのリング形状である。インナーパンチ3は外径72mmの円柱形状で、先端が曲率半径の大きな円弧状になっている。ダイス1の内周側および押さえパンチ2の表面粗度は0.4Rzになっている。
【0034】
押さえパンチ2、インナーパンチ3、端面パンチ4は、図示しない制御装置からの指示に基づき油圧により駆動される。端面パンチ4が端面21を加圧する圧力は600MPaである。押さえパンチ2が有底筒状体10を押さえる圧力は20MPaである。インナーパンチ3が有底筒状体10を外周側から内周側に向かって加圧する圧力は60MPaである。ボス部40の有底筒状体10の底面からの高さが70mmに達する位置で、端面パンチ4、インナーパンチ3の圧力を解除し元の位置に戻したのち、押さえパンチ2をX方向に動かして元の位置に戻し、金型内から成形品を取り出した。ボス部40の肉厚を測定したところ3.9〜4.2mmであり、成形前の有底筒状体10とほぼ同等の肉厚であった。
【0035】
以上のように、本発明では一回の絞り成形でボス部40を製造しても、そのコーナ部が破断したり、肉厚ヒケが生ずることがなくなった。したがって、絞り成形に多くの成形機を必要とすることはなくなり、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる。これは端面21を端面パンチ4が側面部20から底部周囲部31に向かう方向に加圧している圧力により、コーナ部A、Dに加わる応力が圧縮応力となり、コーナ部A、Dの破断を防止できたものである。また端面パンチ4が側面部20から底部周囲部31に向かう方向に加圧している圧力により、側面部20や底部周囲部31の材料がボス部40側に流れ込むため、ボス部40、特にコーナ部A、Dの肉厚ヒケを防止できたものである。
【0036】
側面部20や底部周囲部31の材料がボス部40側に流れ込みやすくするためには、押さえパンチ2の圧力、隣接部33の底部中央部32の平板面に対する傾斜角度(ダイス1の傾斜部1bの底部中央部32の平板面に対する傾斜角度)、押さえパンチ2の内周側先端部Fの曲率半径、ダイス1の内周側および押さえパンチ2の表面粗度が重要な要因となる。
【0037】
押さえパンチ2の圧力は、有底筒状体10の押さえパンチ2とダイス1とで挟持された部分にかかる圧力を小さくし、この部分の材料のボス部40側への流れ込みやすさを確保するため、端面パンチ4の圧力に対して3分の1以下とすることが望ましい。隣接部33の傾斜角度(傾斜部1bの傾斜角度)は、側面部20や底部周囲部31の材料がボス部40側に流れ込むときに方向を大きく変えるので、方向転換をしやすくするために10〜45度が望ましい。さらに望ましくは15〜30度がよい。隣接部33は傾斜でなく、有底筒状体10の外周側に凸形状の湾曲形状でもよい。湾曲形状の曲率半径は特に限定されないが、5〜30mmが望ましく、15〜25mmがさらに望ましい。
【0038】
押さえパンチ2の内周側先端部Fの曲率半径は材料流れの方向転換をしやすくするために5〜30mmが望ましい。さらに望ましくは20〜30mmがよい。内周側先端部Fの湾曲形状は円弧形状であるが、他の湾曲形状でもよい。ダイス1の内周側および押さえパンチ2の表面粗度は、材料の滑りを良くするために、できるかぎり小さい方が望ましい。
【0039】
実施例ではインナーパンチ3の圧力は端面パンチ4の圧力の10分の1に設定されており、ボス部40を成形する力は端面パンチ4の圧力であり、インナーパンチ3はボス部40の形状を誘導するために使用されている。インナーパンチ3の圧力と端面パンチ4の圧力の比によりボス部40の肉厚を制御することができる。端面パンチ4の圧力に対する、インナーパンチ3の圧力の比が10分の1より小さいと、インナーパンチ3の圧力でボス部40が引き延ばされるより早く側面部20や底部周囲部31の材料がボス部40側に流れ込むので、ボス部40の肉厚を元の厚さより厚くすることができる。一方、端面パンチ4の圧力に対する、インナーパンチ3の圧力の比が10分の1より小さいと、側面部20や底部周囲部31の材料がボス部40側に流れ込むより早くインナーパンチ3の圧力でボス部40が引き延ばされるので、ボス部40の肉厚を元の厚さより薄くすることができる。すなわち、目的とするボス部の肉厚を得るためには、インナーパンチ3の圧力と端面パンチ4の圧力の比を予め決められた所定値と同じにするか、小さくするか、大きくするか、制御すればよい。この予め決められた所定値は、実施例では10分の1であるが、有底筒状体の材質や形状などにより異なる。所定値は、予め実験して求められる値である。
【0040】
なお、実施形態の有底筒状体としては、単純なコップ状形状で説明したが、底部や側面部に穴部や付属部分が設けられていてもよい。絞り成形に伴うこれらの部位の変形は、変形を想定して成形前の形状を決めたり、他の手段で変形を防止したりすればよい。側面部の形状も円筒形状でなくてもよい。底部中央部の形状も円板形状でなくともよい。この場合、底部中央部の平板面でなくなり、傾斜角度Bを決める基準となる平板面は、端面パンチが有底筒状体の端面を加圧する方向に直交する平面である。有底筒状体の材質も実施例に限定されず、冷間圧延材、熱間圧延材等の鋼鈑、特殊鋼、炭素鋼の鋼鈑、アルミ鋼鈑、チタン、亜鉛等の鋼鈑などでもよい。成形時にダイス、押さえパンチが有底筒状体に当接するとは、互いに対面する位置ですべて当接している必要はなく、部分的に隙間があってもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型およびこの絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法であるので、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態で使用した有底筒状体の断面図
【図2】実施形態の絞り成形前の状態を説明する絞り成形金型断面図
【図3】実施形態の絞り成形後の状態を説明する絞り成形金型断面図
【図4】実施形態の絞り成形中の有底筒状体の底部と内ボス部との屈曲部付近の拡大断面図
【符号の説明】
1…ダイス
2…押さえパンチ
3…インナーパンチ
4…端面パンチ
10…有底筒状体
20…側面部
20…端面
30…底部
31…底部中央部
32…底部周囲部
33…隣接部
40…ボス部
F…内周側先端部

Claims (6)

  1. 一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型。
  2. 前記有底筒状体の前記底部周囲部の前記側面部に隣接する部分が、前記端面パンチの加圧方向と直交する平面に対して傾斜しているか、または湾曲していることを特徴とする請求項1記載の絞り成形金型。
  3. 前記押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の絞り成形金型。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法。
  5. 前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より小さいことを特徴とする請求項4記載の絞り成形方法。
  6. 前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より大きいことを特徴とする請求項4記載の絞り成形方法。
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