JP2004344968A - バーリング加工部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属板から延出する鍔部を有するバーリング加工部品を、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、根元内側（曲げ外側）の曲げ部を極力縮小して製造する。
【解決手段】金属板１ａから延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂを、バーリング加工によって形成した半加工部品（ワークＷ）に対し、その鍔部先端の内径と略同径の外径を有するパンチＰを、鍔部の軸と同軸上を移動可能に配置すると共に、加工目標の鍔部先端の外径と略同径の内径を有するダイスＤを配置する。そして、パンチが半加工部品の鍔部内に存在する状態で、ダイスの内周面が半加工部品の鍔部の先端から半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ金属板まで移動するように、金属板に対しパンチ及びダイスを相対的に駆動して、加工目標の鍔部を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】金属板１ａから延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂを、バーリング加工によって形成した半加工部品（ワークＷ）に対し、その鍔部先端の内径と略同径の外径を有するパンチＰを、鍔部の軸と同軸上を移動可能に配置すると共に、加工目標の鍔部先端の外径と略同径の内径を有するダイスＤを配置する。そして、パンチが半加工部品の鍔部内に存在する状態で、ダイスの内周面が半加工部品の鍔部の先端から半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ金属板まで移動するように、金属板に対しパンチ及びダイスを相対的に駆動して、加工目標の鍔部を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーリング加工部品の製造方法に関し、特に、金属板に対しバーリング加工を行い、金属板から延出する鍔部を形成して成るバーリング加工部品の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関に装着されるエキゾーストマニホールドのヘッドフランジ等においては、金属板に対しバーリング加工によって鍔部が形成されるが、この種のフランジを含むバーリング加工部品を製造する方法として、下記の特許文献１乃至３に記載の方法が知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１及び２には、金属板のバーリング加工において、鍔部（バーリング部）の曲げ外側の曲げ部（以下、曲げ外Ｒ部という）の所謂ダレを縮小する従来技術として、板材にバーリング加工を施し円筒状の鍔部を形成し、鍔部の周縁端面（板厚端面）を鍔部の軸方向に加圧する方法が開示されている。これらは、鍔部の周縁端面を加圧することにより、鍔部本体の肉（材料）を曲げ外Ｒ部に集めてダレを縮小する技術である。これに対し、剪断変形等により鍔部の曲げ内側の曲げ部（以下、曲げ内Ｒ部という）、即ち鍔部の根元外側が座屈するおそれがあるとして、更に、下記の特許文献３に記載の方法が提案されている。
【０００４】
即ち、特許文献３に記載の方法においては、先ずバーリング加工によりテーパ状の鍔部を形成し、次いで、バーリング加工方向と反対方向からパンチ及びダイスを移動させ、鍔部を拡径しつつ扱き、最後に、鍔部の周縁端面を軸方向に加圧して、鍔部の曲げ外Ｒ部を縮小する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平８−４８４９号公報
【特許文献２】
特許第２５９２０２２号公報
【特許文献３】
特開平１０−９４８４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、特許文献３に記載の方法においても、板材の条件（板厚のバラツキ等）によっては、鍔部の曲げ内Ｒ部が座屈するおそれがある。このような曲げ内Ｒ部における座屈の発生は、鍔部の周縁端面（板厚端面）に対する軸方向の加圧成分が存在する限り、完全に阻止することはできない。換言すれば、鍔部の周縁端面に対し軸方向の加圧を行なわないことが必須である。
【０００７】
この対策として、公知ではないが、本願の図１７に示すように、バーリング加工によって形成されたワークＷｘの鍔部に対し、その周縁端部を拡径する方法が考えられる。即ち、図１７において、ベースＢｘと押さえ部材Ｈｘとの間にワークＷｘを挟持し、白抜矢印で示すように、これらをパンチＰｘの先端部に押圧することによって鍔部の根元内側の曲げ外Ｒ部を縮小するものである。これによれば、曲げ外Ｒ部の縮小化は可能となるものの、鍔部の根元外側の曲げ内Ｒ部に新たに座屈が発生するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、金属板に対しバーリング加工を行い、金属板から延出する鍔部を形成して成るバーリング加工部品の製造方法において、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部を極力縮小することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、金属板にバーリング加工を行ない、前記金属板から延出し先端に向けて横断面の面積が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して半加工部品とし、該半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有するパンチを、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸上を移動可能に配置すると共に、加工目標の鍔部の先端外側の横断面形状と略一致する横断面形状の内側空間を有するダイスを配置し、前記パンチが前記半加工部品の鍔部内に存在する状態で、前記ダイスの内周面が前記半加工部品の鍔部の先端から前記半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ前記金属板まで移動するように、前記金属板に対し前記パンチ及び前記ダイスを相対的に駆動して、前記加工目標の鍔部を形成することとしたものである。
【００１０】
例えば、前記半加工部品の鍔部及び前記加工目標の鍔部が何れも、先端に向けて外径が漸減する円形断面のテーパ状外周面を有するものである場合には、前記パンチは、前記半加工部品の鍔部先端の内径と略同径の外径を有し、前記ダイスは、前記加工目標の鍔部先端の外径と略同径の内径を有するものとすればよい。これにより、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が縮小され、平面部が大となる。
【００１１】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、請求項２に記載のように、前記半加工部品の鍔部の先端に、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸で前記鍔部の先端内側の横断面形状の内側空間を有する筒状部を形成するように構成するとよい。例えば、前記半加工部品の鍔部が円形断面である場合には、前記半加工部品の鍔部の先端には、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸の円筒部を形成すればよい。
【００１２】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、請求項３に記載のように、前記パンチと前記ダイスが相互に対向する方向に、相対的に移動するように構成するとよい。あるいは、請求項４に記載のように、前記パンチと前記ダイスが同一方向に移動するように構成してもよい。
【００１３】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、更に、請求項５に記載のように、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部の外周面を前記ダイスによって拘束した状態で、当該鍔部内に、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部材を挿入し、該扱き部材を当該鍔部及び前記ダイスに対して相対的に駆動するように構成するとよい。これにより、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部に対して更に扱き（シゴキ）が行なわれ、当該鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、当該鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が一層縮小される。
【００１４】
前記パンチは、請求項６に記載のように、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有する先端部と、該先端部に隣接する所定部分の横断面形状を当該先端部の横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部を備えたものとし、該扱き部によって前記扱き部材を構成することとしてもよい。これにより、前記パンチによる一連の工程の中で、前記鍔部に対する扱きが連続して行なわれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
上記の本発明に係るバーリング加工部品の製造方法に関し、その具体的一態様を、図１乃至図５を参照して説明する。先ず、例えば前掲の特許文献３に記載のバーリング加工によって金属板が加工され、金属板から延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して成る半加工部品が製造される。この場合において、更に、半加工部品の鍔部の先端に、鍔部の軸と同軸の円筒部を形成することができ、本実施形態においては、図２に示す半加工部品が加工対象とされる。
【００１６】
即ち、図２は、本実施形態の加工対象である半加工部品（以下、ワークという）Ｗを示すもので、バーリング加工によって、金属板１ａから延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂが形成され、その先端に、鍔部１ｂの軸Ｚと同軸の円筒部１ｃが形成されている。換言すれば、円筒部１ｃは、ワークＷの基部（非バーリング加工部）、即ち金属板１ａの一般面に対し略直角に形成されている。本実施形態の金属板１ａとしては、例えば、材質はＳＰＨ２７０−Ｃで、板厚が３．２ｍｍのものが用いられている。尚、材質はこれに限定されるものではなく、ＳＵＳ材等任意であり、板厚も任意である。また、鍔部１ｂの横断面形状は、円、長円、楕円等、形状は任意である。因みに、本実施形態では、鍔部１ｂの先端の円筒部１ｃは内径３０ｍｍの円断面とし、バーリング角度（図２にθで示す）は６０°に設定している。このバーリング角度θは４５°以上とすることが望ましい。
【００１７】
図１は本実施形態に供する製造装置の一部を示すもので、ワークＷの基部（金属板１ａ）の周縁形状と略一致する凹部Ｇが、ベースＢの上面に形成されており、この凹部ＧにワークＷが収容される。また、鍔部１ｂの先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状（本実施形態では、鍔部１ｂ先端の円筒部１ｃの内径と略同径の外径を有する円断面）を有するパンチＰが、ベースＢの凹部Ｇを貫挿し、鍔部１ｂの軸Ｚと同軸上を移動し得るように配置される。
【００１８】
そして、ワークＷが押さえ部材Ｈによって押圧されて、ベースＢとの間に挟持されると共に、図３に示す加工目標たる加工後の部品Ｆにおける所望の曲げ内Ｒ形状に相当する肩部Ｄｓを有するダイスＤが軸Ｚに沿って上下動するように配置されている。本実施形態のダイスＤは、図３に示す加工後の部品Ｆの鍔部１ｄ先端の外径と略同径の内径を有し、このダイスＤを囲繞するように押さえ部材Ｈが配置され、これらが図１に２点鎖線で示す加圧手段Ｃに支持されている。尚、この加圧手段Ｃとしては油圧駆動装置等、周知のものと同様であるので説明は省略する。
【００１９】
而して、パンチＰがワークＷの鍔部１ｂ（及び円筒部１ｃ）内に存在する状態で、ダイスＤがワークＷの鍔部１ｂの先端からそのテーパ状外周面を押圧しつつ金属板１ａの一般面まで移動するように、金属板１ａに対しパンチＰ及びダイスＤが相互に対向する方向に、相対的に移動する構成とされている。本実施形態では、図４及び図５に示すように、金属板１ａに対しパンチＰを上方に駆動した後に、ダイスＤ及び押さえ部材Ｈを下方に駆動するように構成されており、具体的には、以下のように作動する。
【００２０】
先ず、図４に示すように、ベースＢの凹部Ｇ上にワークＷを載置し、鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）にパンチＰを挿入し当接させる。そして、押さえ部材Ｈを下降しワークＷの基部を保持した後、ダイスＤを鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）と押さえ部材Ｈとの間に挿入する。尚、押さえ部材Ｈの長さを、鍔部１ｂ（及び円筒部１ｃ）の軸方向長さ以上に設定しておけば、押さえ部材Ｈが、ダイスＤの挿入配置時、及び図５に示す鍔部１ｂの軸方向への加圧移動時のガイドとして機能し、後述する曲げ外Ｒ部の縮小化を、安定した状態で行なうことができる。
【００２１】
次に、図５に白抜矢印で示すように、ダイスＤを鍔部１ｂの軸方向に駆動すると、テーパ状外周面を有する鍔部１ｂがパンチＰ側に倒し込まれると共に、鍔部１ｂの肉（材料）が曲げ外Ｒ部（曲げ外側の曲げ部）１ｒに十分流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒが縮小される。本実施形態では、ダイスＤを加圧駆動することとしているが、ダイスＤを移動させずベースＢ及びパンチＰを移動させるように構成してもよいし、ダイスＤとベースＢ及びパンチＰとが近接する方向に移動させるように構成してもよい。
【００２２】
而して、上記の図４及び図５の加工方法によれば、曲げ外Ｒ部１ｒが適切に縮小される。具体的には、材質ＳＰＨ２７０−Ｃ、板厚３．２ｍｍの金属板の場合、曲げ外Ｒ部１ｒの曲率半径を２．５ｍｍ程度まで縮小することができる。しかも、曲げ内Ｒ部（曲げ内側の曲げ部）での座屈の発生を抑えることができる。これは、鍔部１ｂの先端部の板厚端面を加圧あるいは規制することはなく、座屈が発生する前に加圧の反力をダイスＤの表面上に滑らせて逃がすことができるからである。換言すれば、鍔部１ｂに対する「縮径を伴う軸押し」によって、周方向の余肉を軸方向（進行方向）へ塑性流動させ得るからである。尚、金属板１ａの材質および板厚によっては、バーリング角度（図２にθで示す）が４５°より小さい場合には、曲げ外Ｒ部１ｒの縮小化工程（図５）に対し、肉が曲げ外Ｒ部１ｒに十分に流れ込まず、曲げ外Ｒ部１ｒの縮小化が不十分となる場合があるので、前述のようにバーリング角度（θ）は４５°以上とすることが望ましい。
【００２３】
図６乃至図８は本発明の他の実施形態を示すもので、パンチとダイスが同一方向に移動するように構成したものである。また、本実施形態では、パンチとダイスが一体的に形成され、図６の工程から図７の工程に移行するときにはパンチ部Ｐｐがダイス部Ｄｐより先にワークＷの円筒部１ｃに挿入（又は圧入）されるように構成されている。これによって、ワークＷの円筒部１ｃの横断面形状が所望の形状になっていない場合や、鍔部１ｂの軸が傾きあるいはズレている場合でも、パンチ部Ｐｐのテーパ状先端及び本体部によってワークＷの円筒部１ｃの口径修正が可能となる。
【００２４】
そして、図７の工程から図８の工程に移行するときは、パンチ部Ｐｐが鍔部１ｂの内面と摺接するとともに、ダイス部Ｄｐによって前述の実施形態と同様、テーパ状の鍔部１ｂがパンチ部Ｐｐ側に倒し込まれ、テーパ部の肉が曲げ外Ｒ部１ｒに十分流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒが縮小される。従って、本実施形態においても、前述の実施形態と同様の効果を奏することができる。尚、本実施形態においても、パンチとダイスは一体でなく、別体としてもよい。この場合、パンチがダイスよりも先にワークＷの先端部に挿入（又は圧入）されればよく、パンチとダイスとの移動の同期や同調は任意に設定すればよい。
【００２５】
図９乃至図１１は本発明の更に他の実施形態を示すもので、パンチＰは、その先端部Ｐｔに隣接する所定部分の横断面形状が先端部Ｐｔの横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成されている。即ち、パンチＰは、図９に示すように、ワークＷの鍔部１ｂの先端の内径と略同径の外径を有する先端部Ｐｔと、この先端部Ｐｔに隣接する所定部分の外径が先端部Ｐｔの外径より大きく形成された扱き部Ｐｓを有する。換言すれば、パンチＰには、先端部Ｐｔの外周形状よりも一回り大きい外周形状の扱き部Ｐｓが形成されている。
【００２６】
而して、図９に示すように、パンチＰの移動及びダイスＤの加圧駆動により、前述の二つの実施形態と同様に、鍔部１ｂが倒し込まれると共に曲げ外Ｒ部１ｒが縮小された後に、図１０に示すように、パンチＰのみが図１０の下方に加圧駆動され、倒し込まれた鍔部１ｂ全体の内面がパンチＰの扱き部Ｐｓによって扱かれる。このとき、鍔部１ｂの外周面はダイスＤによって拘束されているため、鍔部１ｂが外方へ広がることなく（拡管されることなく）肉が曲げ外Ｒ部１ｒに流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒの更なる縮小化（例えば、曲率半径が２．５ｍｍ以下）が可能となる。しかも、鍔部１ｂの先端部の板厚端面が加圧あるいは規制されることはないので、座屈のおそれはない。
【００２７】
尚、本実施形態では、パンチＰは１個のみで鍔部１ｂの倒し込み及び扱きを行なうこととしているが、半加工部品の鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）内側の横断面形状と略一致する横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部材（図示せず）を別途用意し、これによって扱きを行なうこととしてもよい。即ち、図８に示すように形成された鍔部１ｂに対し、この鍔部１ｂの外周面をダイスＤによって拘束した状態（図１０に示す状態）で、当該鍔部１ｂ内に扱き部材（図示せず）を挿入して上記の扱きを行なうこととしてもよい。
【００２８】
上記の実施形態は何れも、鍔部１ｂの軸が金属板１ａの一般面に対し略垂直の部品を製造するものであるが、鍔部１ｂが金属板１ａの一般面に対して傾斜した部品を製造する場合には、金属板１ａの一般面に対し傾斜した先細テーパ状の鍔部を有するワークＷを用意し、図１２及び図１３に示すように、金属板１ａの一般面に対し傾斜方向からダイスＤを加圧駆動するように構成すればよい。
【００２９】
図１２及び図１３に示す実施形態においては、鍔部１ｅの軸Ｚが鉛直となるように配置し、ベースＢ２の上面が、水平面に対し加工目標の鍔部１ｆの傾斜角度αだけ傾斜するように形成し、従って、押さえ部材Ｈの当接面も傾斜面とし、パンチＰ及びダイスＤは鉛直方向に駆動するものである。
【００３０】
上記の実施形態に係るバーリング加工部品の製造方法は、自動車の内燃機関の排気系部品、例えば図１５及び図１６に示すエキゾーストマニホールドのヘッドフランジ（ガスケットを介してエンジンのシリンダブロックと締結するための継手フランジ）に適用すれば、図１６に示すように座面シール部分１ｓを拡大することが可能となり、またそれによるヘッドフランジのコンパクト化が可能となる。これら図１５及び図１６において、前述の実施形態における要素と実質的に同じ要素には同一の符号を示している。尚、ヘッドフランジＨＦにおいては、平面度が必要な部分１ｇには以下のようにコイニングが行なわれる。
【００３１】
図１４は上記のヘッドフランジＨＦの製造工程の一部を示すもので、孔抜き工程（Ａ）において、金属板１ａに対し必要な孔が穿設された後、端切工程（Ｂ）において外周が切除されて所望の外形に形成される。そして、バーリング工程（Ｃ）において、先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂが形成されると共に、先端に最小径の円筒部１ｃが形成される。このときの断面形状は図２と同様である。続いて、バーリング成形及びコイニング工程（Ｄ）において、図４及び図５に示すように加工され、鍔部１ｄが形成されると共に、その外周の平面度が必要な部分１ｇに対し、コイニングが行なわれる。尚、この後、端切工程、曲げ及びコイニング工程、寄孔抜き工程等を経て図１５に示すヘッドフランジＨＦが製造されるが、これらの工程の説明は省略する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１乃至４に記載のバーリング加工部品の製造方法においては、金属板から延出し先端に向けて横断面の面積が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して成る半加工部品に対し、前記所定形状のパンチが加工部品の鍔部内に存在する状態で、前記所定形状のダイスの内周面が半加工部品の鍔部の先端から半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ金属板まで移動するように、金属板に対しパンチ及びダイスを相対的に駆動して、加工目標の鍔部を形成することとしているので、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部を極力縮小し、所望のバーリング加工部品を製造することができる。
【００３３】
また、請求項５に記載のバーリング加工部品の製造方法によれば、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部に対して更に扱きが行なわれるので、当該鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、当該鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が一層縮小される。更に、請求項６に記載のように前記パンチを構成すれば、前記鍔部に対する扱きを、前記パンチによる一連の工程の中で連続して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るバーリング加工部品の製造方法に供する装置の一部を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における半加工部品を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における加工後の部品を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工準備状態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の別の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る製造方法をエキゾーストマニホールドのヘッドフランジの製造に適用した製造工程を示す平面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る製造方法を適用して製造したヘッドフランジの平面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る製造方法を適用して製造したヘッドフランジの断面図である。
【図１７】本発明と対比するため、半加工部品の鍔部の周縁端部を拡径する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｂ，Ｂ２ ベース， Ｐ パンチ， Ｄ ダイス， Ｈ 押さえ部材，Ｃ 加圧手段， １ａ 金属板， １ｂ 鍔部， １ｃ 円筒部，Ｗ ワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーリング加工部品の製造方法に関し、特に、金属板に対しバーリング加工を行い、金属板から延出する鍔部を形成して成るバーリング加工部品の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関に装着されるエキゾーストマニホールドのヘッドフランジ等においては、金属板に対しバーリング加工によって鍔部が形成されるが、この種のフランジを含むバーリング加工部品を製造する方法として、下記の特許文献１乃至３に記載の方法が知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１及び２には、金属板のバーリング加工において、鍔部（バーリング部）の曲げ外側の曲げ部（以下、曲げ外Ｒ部という）の所謂ダレを縮小する従来技術として、板材にバーリング加工を施し円筒状の鍔部を形成し、鍔部の周縁端面（板厚端面）を鍔部の軸方向に加圧する方法が開示されている。これらは、鍔部の周縁端面を加圧することにより、鍔部本体の肉（材料）を曲げ外Ｒ部に集めてダレを縮小する技術である。これに対し、剪断変形等により鍔部の曲げ内側の曲げ部（以下、曲げ内Ｒ部という）、即ち鍔部の根元外側が座屈するおそれがあるとして、更に、下記の特許文献３に記載の方法が提案されている。
【０００４】
即ち、特許文献３に記載の方法においては、先ずバーリング加工によりテーパ状の鍔部を形成し、次いで、バーリング加工方向と反対方向からパンチ及びダイスを移動させ、鍔部を拡径しつつ扱き、最後に、鍔部の周縁端面を軸方向に加圧して、鍔部の曲げ外Ｒ部を縮小する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平８−４８４９号公報
【特許文献２】
特許第２５９２０２２号公報
【特許文献３】
特開平１０−９４８４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、特許文献３に記載の方法においても、板材の条件（板厚のバラツキ等）によっては、鍔部の曲げ内Ｒ部が座屈するおそれがある。このような曲げ内Ｒ部における座屈の発生は、鍔部の周縁端面（板厚端面）に対する軸方向の加圧成分が存在する限り、完全に阻止することはできない。換言すれば、鍔部の周縁端面に対し軸方向の加圧を行なわないことが必須である。
【０００７】
この対策として、公知ではないが、本願の図１７に示すように、バーリング加工によって形成されたワークＷｘの鍔部に対し、その周縁端部を拡径する方法が考えられる。即ち、図１７において、ベースＢｘと押さえ部材Ｈｘとの間にワークＷｘを挟持し、白抜矢印で示すように、これらをパンチＰｘの先端部に押圧することによって鍔部の根元内側の曲げ外Ｒ部を縮小するものである。これによれば、曲げ外Ｒ部の縮小化は可能となるものの、鍔部の根元外側の曲げ内Ｒ部に新たに座屈が発生するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、金属板に対しバーリング加工を行い、金属板から延出する鍔部を形成して成るバーリング加工部品の製造方法において、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部を極力縮小することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、金属板にバーリング加工を行ない、前記金属板から延出し先端に向けて横断面の面積が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して半加工部品とし、該半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有するパンチを、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸上を移動可能に配置すると共に、加工目標の鍔部の先端外側の横断面形状と略一致する横断面形状の内側空間を有するダイスを配置し、前記パンチが前記半加工部品の鍔部内に存在する状態で、前記ダイスの内周面が前記半加工部品の鍔部の先端から前記半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ前記金属板まで移動するように、前記金属板に対し前記パンチ及び前記ダイスを相対的に駆動して、前記加工目標の鍔部を形成することとしたものである。
【００１０】
例えば、前記半加工部品の鍔部及び前記加工目標の鍔部が何れも、先端に向けて外径が漸減する円形断面のテーパ状外周面を有するものである場合には、前記パンチは、前記半加工部品の鍔部先端の内径と略同径の外径を有し、前記ダイスは、前記加工目標の鍔部先端の外径と略同径の内径を有するものとすればよい。これにより、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が縮小され、平面部が大となる。
【００１１】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、請求項２に記載のように、前記半加工部品の鍔部の先端に、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸で前記鍔部の先端内側の横断面形状の内側空間を有する筒状部を形成するように構成するとよい。例えば、前記半加工部品の鍔部が円形断面である場合には、前記半加工部品の鍔部の先端には、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸の円筒部を形成すればよい。
【００１２】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、請求項３に記載のように、前記パンチと前記ダイスが相互に対向する方向に、相対的に移動するように構成するとよい。あるいは、請求項４に記載のように、前記パンチと前記ダイスが同一方向に移動するように構成してもよい。
【００１３】
上記のバーリング加工部品の製造方法において、更に、請求項５に記載のように、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部の外周面を前記ダイスによって拘束した状態で、当該鍔部内に、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部材を挿入し、該扱き部材を当該鍔部及び前記ダイスに対して相対的に駆動するように構成するとよい。これにより、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部に対して更に扱き（シゴキ）が行なわれ、当該鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、当該鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が一層縮小される。
【００１４】
前記パンチは、請求項６に記載のように、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有する先端部と、該先端部に隣接する所定部分の横断面形状を当該先端部の横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部を備えたものとし、該扱き部によって前記扱き部材を構成することとしてもよい。これにより、前記パンチによる一連の工程の中で、前記鍔部に対する扱きが連続して行なわれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
上記の本発明に係るバーリング加工部品の製造方法に関し、その具体的一態様を、図１乃至図５を参照して説明する。先ず、例えば前掲の特許文献３に記載のバーリング加工によって金属板が加工され、金属板から延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して成る半加工部品が製造される。この場合において、更に、半加工部品の鍔部の先端に、鍔部の軸と同軸の円筒部を形成することができ、本実施形態においては、図２に示す半加工部品が加工対象とされる。
【００１６】
即ち、図２は、本実施形態の加工対象である半加工部品（以下、ワークという）Ｗを示すもので、バーリング加工によって、金属板１ａから延出し先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂが形成され、その先端に、鍔部１ｂの軸Ｚと同軸の円筒部１ｃが形成されている。換言すれば、円筒部１ｃは、ワークＷの基部（非バーリング加工部）、即ち金属板１ａの一般面に対し略直角に形成されている。本実施形態の金属板１ａとしては、例えば、材質はＳＰＨ２７０−Ｃで、板厚が３．２ｍｍのものが用いられている。尚、材質はこれに限定されるものではなく、ＳＵＳ材等任意であり、板厚も任意である。また、鍔部１ｂの横断面形状は、円、長円、楕円等、形状は任意である。因みに、本実施形態では、鍔部１ｂの先端の円筒部１ｃは内径３０ｍｍの円断面とし、バーリング角度（図２にθで示す）は６０°に設定している。このバーリング角度θは４５°以上とすることが望ましい。
【００１７】
図１は本実施形態に供する製造装置の一部を示すもので、ワークＷの基部（金属板１ａ）の周縁形状と略一致する凹部Ｇが、ベースＢの上面に形成されており、この凹部ＧにワークＷが収容される。また、鍔部１ｂの先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状（本実施形態では、鍔部１ｂ先端の円筒部１ｃの内径と略同径の外径を有する円断面）を有するパンチＰが、ベースＢの凹部Ｇを貫挿し、鍔部１ｂの軸Ｚと同軸上を移動し得るように配置される。
【００１８】
そして、ワークＷが押さえ部材Ｈによって押圧されて、ベースＢとの間に挟持されると共に、図３に示す加工目標たる加工後の部品Ｆにおける所望の曲げ内Ｒ形状に相当する肩部Ｄｓを有するダイスＤが軸Ｚに沿って上下動するように配置されている。本実施形態のダイスＤは、図３に示す加工後の部品Ｆの鍔部１ｄ先端の外径と略同径の内径を有し、このダイスＤを囲繞するように押さえ部材Ｈが配置され、これらが図１に２点鎖線で示す加圧手段Ｃに支持されている。尚、この加圧手段Ｃとしては油圧駆動装置等、周知のものと同様であるので説明は省略する。
【００１９】
而して、パンチＰがワークＷの鍔部１ｂ（及び円筒部１ｃ）内に存在する状態で、ダイスＤがワークＷの鍔部１ｂの先端からそのテーパ状外周面を押圧しつつ金属板１ａの一般面まで移動するように、金属板１ａに対しパンチＰ及びダイスＤが相互に対向する方向に、相対的に移動する構成とされている。本実施形態では、図４及び図５に示すように、金属板１ａに対しパンチＰを上方に駆動した後に、ダイスＤ及び押さえ部材Ｈを下方に駆動するように構成されており、具体的には、以下のように作動する。
【００２０】
先ず、図４に示すように、ベースＢの凹部Ｇ上にワークＷを載置し、鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）にパンチＰを挿入し当接させる。そして、押さえ部材Ｈを下降しワークＷの基部を保持した後、ダイスＤを鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）と押さえ部材Ｈとの間に挿入する。尚、押さえ部材Ｈの長さを、鍔部１ｂ（及び円筒部１ｃ）の軸方向長さ以上に設定しておけば、押さえ部材Ｈが、ダイスＤの挿入配置時、及び図５に示す鍔部１ｂの軸方向への加圧移動時のガイドとして機能し、後述する曲げ外Ｒ部の縮小化を、安定した状態で行なうことができる。
【００２１】
次に、図５に白抜矢印で示すように、ダイスＤを鍔部１ｂの軸方向に駆動すると、テーパ状外周面を有する鍔部１ｂがパンチＰ側に倒し込まれると共に、鍔部１ｂの肉（材料）が曲げ外Ｒ部（曲げ外側の曲げ部）１ｒに十分流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒが縮小される。本実施形態では、ダイスＤを加圧駆動することとしているが、ダイスＤを移動させずベースＢ及びパンチＰを移動させるように構成してもよいし、ダイスＤとベースＢ及びパンチＰとが近接する方向に移動させるように構成してもよい。
【００２２】
而して、上記の図４及び図５の加工方法によれば、曲げ外Ｒ部１ｒが適切に縮小される。具体的には、材質ＳＰＨ２７０−Ｃ、板厚３．２ｍｍの金属板の場合、曲げ外Ｒ部１ｒの曲率半径を２．５ｍｍ程度まで縮小することができる。しかも、曲げ内Ｒ部（曲げ内側の曲げ部）での座屈の発生を抑えることができる。これは、鍔部１ｂの先端部の板厚端面を加圧あるいは規制することはなく、座屈が発生する前に加圧の反力をダイスＤの表面上に滑らせて逃がすことができるからである。換言すれば、鍔部１ｂに対する「縮径を伴う軸押し」によって、周方向の余肉を軸方向（進行方向）へ塑性流動させ得るからである。尚、金属板１ａの材質および板厚によっては、バーリング角度（図２にθで示す）が４５°より小さい場合には、曲げ外Ｒ部１ｒの縮小化工程（図５）に対し、肉が曲げ外Ｒ部１ｒに十分に流れ込まず、曲げ外Ｒ部１ｒの縮小化が不十分となる場合があるので、前述のようにバーリング角度（θ）は４５°以上とすることが望ましい。
【００２３】
図６乃至図８は本発明の他の実施形態を示すもので、パンチとダイスが同一方向に移動するように構成したものである。また、本実施形態では、パンチとダイスが一体的に形成され、図６の工程から図７の工程に移行するときにはパンチ部Ｐｐがダイス部Ｄｐより先にワークＷの円筒部１ｃに挿入（又は圧入）されるように構成されている。これによって、ワークＷの円筒部１ｃの横断面形状が所望の形状になっていない場合や、鍔部１ｂの軸が傾きあるいはズレている場合でも、パンチ部Ｐｐのテーパ状先端及び本体部によってワークＷの円筒部１ｃの口径修正が可能となる。
【００２４】
そして、図７の工程から図８の工程に移行するときは、パンチ部Ｐｐが鍔部１ｂの内面と摺接するとともに、ダイス部Ｄｐによって前述の実施形態と同様、テーパ状の鍔部１ｂがパンチ部Ｐｐ側に倒し込まれ、テーパ部の肉が曲げ外Ｒ部１ｒに十分流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒが縮小される。従って、本実施形態においても、前述の実施形態と同様の効果を奏することができる。尚、本実施形態においても、パンチとダイスは一体でなく、別体としてもよい。この場合、パンチがダイスよりも先にワークＷの先端部に挿入（又は圧入）されればよく、パンチとダイスとの移動の同期や同調は任意に設定すればよい。
【００２５】
図９乃至図１１は本発明の更に他の実施形態を示すもので、パンチＰは、その先端部Ｐｔに隣接する所定部分の横断面形状が先端部Ｐｔの横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成されている。即ち、パンチＰは、図９に示すように、ワークＷの鍔部１ｂの先端の内径と略同径の外径を有する先端部Ｐｔと、この先端部Ｐｔに隣接する所定部分の外径が先端部Ｐｔの外径より大きく形成された扱き部Ｐｓを有する。換言すれば、パンチＰには、先端部Ｐｔの外周形状よりも一回り大きい外周形状の扱き部Ｐｓが形成されている。
【００２６】
而して、図９に示すように、パンチＰの移動及びダイスＤの加圧駆動により、前述の二つの実施形態と同様に、鍔部１ｂが倒し込まれると共に曲げ外Ｒ部１ｒが縮小された後に、図１０に示すように、パンチＰのみが図１０の下方に加圧駆動され、倒し込まれた鍔部１ｂ全体の内面がパンチＰの扱き部Ｐｓによって扱かれる。このとき、鍔部１ｂの外周面はダイスＤによって拘束されているため、鍔部１ｂが外方へ広がることなく（拡管されることなく）肉が曲げ外Ｒ部１ｒに流れ込み、曲げ外Ｒ部１ｒの更なる縮小化（例えば、曲率半径が２．５ｍｍ以下）が可能となる。しかも、鍔部１ｂの先端部の板厚端面が加圧あるいは規制されることはないので、座屈のおそれはない。
【００２７】
尚、本実施形態では、パンチＰは１個のみで鍔部１ｂの倒し込み及び扱きを行なうこととしているが、半加工部品の鍔部１ｂの先端部（円筒部１ｃ）内側の横断面形状と略一致する横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部材（図示せず）を別途用意し、これによって扱きを行なうこととしてもよい。即ち、図８に示すように形成された鍔部１ｂに対し、この鍔部１ｂの外周面をダイスＤによって拘束した状態（図１０に示す状態）で、当該鍔部１ｂ内に扱き部材（図示せず）を挿入して上記の扱きを行なうこととしてもよい。
【００２８】
上記の実施形態は何れも、鍔部１ｂの軸が金属板１ａの一般面に対し略垂直の部品を製造するものであるが、鍔部１ｂが金属板１ａの一般面に対して傾斜した部品を製造する場合には、金属板１ａの一般面に対し傾斜した先細テーパ状の鍔部を有するワークＷを用意し、図１２及び図１３に示すように、金属板１ａの一般面に対し傾斜方向からダイスＤを加圧駆動するように構成すればよい。
【００２９】
図１２及び図１３に示す実施形態においては、鍔部１ｅの軸Ｚが鉛直となるように配置し、ベースＢ２の上面が、水平面に対し加工目標の鍔部１ｆの傾斜角度αだけ傾斜するように形成し、従って、押さえ部材Ｈの当接面も傾斜面とし、パンチＰ及びダイスＤは鉛直方向に駆動するものである。
【００３０】
上記の実施形態に係るバーリング加工部品の製造方法は、自動車の内燃機関の排気系部品、例えば図１５及び図１６に示すエキゾーストマニホールドのヘッドフランジ（ガスケットを介してエンジンのシリンダブロックと締結するための継手フランジ）に適用すれば、図１６に示すように座面シール部分１ｓを拡大することが可能となり、またそれによるヘッドフランジのコンパクト化が可能となる。これら図１５及び図１６において、前述の実施形態における要素と実質的に同じ要素には同一の符号を示している。尚、ヘッドフランジＨＦにおいては、平面度が必要な部分１ｇには以下のようにコイニングが行なわれる。
【００３１】
図１４は上記のヘッドフランジＨＦの製造工程の一部を示すもので、孔抜き工程（Ａ）において、金属板１ａに対し必要な孔が穿設された後、端切工程（Ｂ）において外周が切除されて所望の外形に形成される。そして、バーリング工程（Ｃ）において、先端に向けて外径が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部１ｂが形成されると共に、先端に最小径の円筒部１ｃが形成される。このときの断面形状は図２と同様である。続いて、バーリング成形及びコイニング工程（Ｄ）において、図４及び図５に示すように加工され、鍔部１ｄが形成されると共に、その外周の平面度が必要な部分１ｇに対し、コイニングが行なわれる。尚、この後、端切工程、曲げ及びコイニング工程、寄孔抜き工程等を経て図１５に示すヘッドフランジＨＦが製造されるが、これらの工程の説明は省略する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１乃至４に記載のバーリング加工部品の製造方法においては、金属板から延出し先端に向けて横断面の面積が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して成る半加工部品に対し、前記所定形状のパンチが加工部品の鍔部内に存在する状態で、前記所定形状のダイスの内周面が半加工部品の鍔部の先端から半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ金属板まで移動するように、金属板に対しパンチ及びダイスを相対的に駆動して、加工目標の鍔部を形成することとしているので、鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部を極力縮小し、所望のバーリング加工部品を製造することができる。
【００３３】
また、請求項５に記載のバーリング加工部品の製造方法によれば、前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部に対して更に扱きが行なわれるので、当該鍔部の根元外側に座屈が生ずることなく、当該鍔部の根元内側、即ち曲げ外側の曲げ部が一層縮小される。更に、請求項６に記載のように前記パンチを構成すれば、前記鍔部に対する扱きを、前記パンチによる一連の工程の中で連続して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るバーリング加工部品の製造方法に供する装置の一部を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における半加工部品を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における加工後の部品を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工準備状態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態における半加工部品に対する加工中の状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の別の実施形態における半加工部品に対する加工完了状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る製造方法をエキゾーストマニホールドのヘッドフランジの製造に適用した製造工程を示す平面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る製造方法を適用して製造したヘッドフランジの平面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る製造方法を適用して製造したヘッドフランジの断面図である。
【図１７】本発明と対比するため、半加工部品の鍔部の周縁端部を拡径する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｂ，Ｂ２ ベース， Ｐ パンチ， Ｄ ダイス， Ｈ 押さえ部材，Ｃ 加圧手段， １ａ 金属板， １ｂ 鍔部， １ｃ 円筒部，Ｗ ワーク
Claims (6)
- 金属板にバーリング加工を行ない、前記金属板から延出し先端に向けて横断面の面積が漸減するテーパ状外周面を有する鍔部を形成して半加工部品とし、該半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有するパンチを、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸上を移動可能に配置すると共に、加工目標の鍔部の先端外側の横断面形状と略一致する横断面形状の内側空間を有するダイスを配置し、前記パンチが前記半加工部品の鍔部内に存在する状態で、前記ダイスの内周面が前記半加工部品の鍔部の先端から前記半加工部品のテーパ状外周面を押圧しつつ前記金属板まで移動するように、前記金属板に対し前記パンチ及び前記ダイスを相対的に駆動して、前記加工目標の鍔部を形成することを特徴とするバーリング加工部品の製造方法。
- 前記半加工部品の鍔部の先端に、前記半加工部品の鍔部の軸と同軸で前記鍔部の先端内側の横断面形状の内側空間を有する筒状部を形成することを特徴とする請求項１記載のバーリング加工部品の製造方法。
- 前記パンチと前記ダイスが相互に対向する方向に、相対的に移動するように構成することを特徴とする請求項１又は２記載のバーリング加工部品の製造方法。
- 前記パンチと前記ダイスが同一方向に移動するように構成することを特徴とする請求項１又は２記載のバーリング加工部品の製造方法。
- 前記加工目標の鍔部を形成後、該鍔部の外周面を前記ダイスによって拘束した状態で、当該鍔部内に、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部材を挿入し、該扱き部材を当該鍔部及び前記ダイスに対して相対的に駆動することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のバーリング加工部品の製造方法。
- 前記パンチが、前記半加工部品の鍔部の先端内側の横断面形状と略一致する横断面形状を有する先端部と、該先端部に隣接する所定部分の横断面形状を当該先端部の横断面形状より大の断面積を有する相似形状に形成して成る扱き部を備え、該扱き部によって前記扱き部材を構成することを特徴とする請求項５記載のバーリング加工部品の製造方法。
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