JP2005186156A - Method and device for press molding of metal sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属板のプレス成形加工方法および装置に関し、特に、金属板に複数の突起を形成するエンボス加工に用いて好適な、金属板のプレス成形加工方法および装置に関する。 The present invention relates to a metal plate press forming method and apparatus, and more particularly, to a metal plate press forming method and apparatus suitable for embossing for forming a plurality of protrusions on a metal plate.
金属板を所望の形状の部材に加工するのに、多くの場合、プレス成形が用いられる。プレス成形後の部材にさらに加工が施されることも多い。プレス成形は、他の方法に比較して、生産性が高く、歩留も高いことから、金属板の成形方法としては最もよく用いられる。プレス成形には張り出しによるものと絞りによるものとがある。例えば、図9に示すように、凹型であるダイと凸型であるパンチ、さらにしわ押さえの組み合わせで金属板を突起状に成形する。このとき、しわ押さえにより金属板を強く押さえ、金属板の外縁部が凹型内に引き込まれないようにするのが張り出しによる成形方法である。この張り出しによる成形方法では、延性の小さいフェライト系ステンレスやアルミといった素材金属板は、成形により破断したり、穴が開いたりする場合が少なくない。この点、絞りによる成形方法によれば、金属板の外縁部が中心方向に引き込まれて突起の縦壁部になることにより、比較的延性が小さく、破断しやすいフェライト系ステンレスやアルミといった素材金属板でも、深い突起状に成形することができる。ところが図10に示すように、突起が複数あるいわゆるエンボス形状のような場合は、同じように成形しようとしても、素材金属板が周囲から流入する作用が隣同士で競合してしまうため上記のように外縁が引き込まれるようにできず、素材金属板の延性にもっぱら依存して主として張り出し成形することになる。ここで、張り出し成形性は素材金属板の延性でほとんど決定されるため、フェライト系ステンレスやアルミといった延性の小さな材料では、深い突起状に成形できない。このための改善策として、第1工程において第1のプレス型により張り出し部を形成し、次の第2工程において第2のプレス型によって、第1工程において形成された張り出し部の周縁部より張り出し部の中心に近い内側部分を押圧し、突起の成形を完了する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の方法にあっても、第2工程において突起頂部の平坦部を押圧する際、素材金属板が薄いほど押圧荷重が高くなり、かつ素材金属板の周囲への押し流し効果が小さいため、結局素材金属板が足りずに破断に至る等の不具合が生じ易く、深い突起状に成形することは依然として難しい。
本発明は上記課題を解決するべくなされたもので、素材金属板の延性が小さく、板厚が薄い金属板を用いても、複数の突起を効率よく形成できるプレス成形加工方法、特に金属板に複数の突起を形成するエンボス加工を効率よく行うための成形加工方法および成形加工装置を提案することを目的とする。
However, even in the above method, when pressing the flat portion of the projection top in the second step, the thinner the material metal plate, the higher the pressing load, and the less the effect of swept around the material metal plate, Eventually, the material metal plate is not sufficient, and a failure such as breakage is likely to occur, and it is still difficult to form a deep protrusion.
The present invention has been made to solve the above-described problems. A press forming method, particularly a metal plate, can efficiently form a plurality of protrusions even when a metal plate having a small ductility and a thin plate thickness is used. An object of the present invention is to propose a molding method and a molding apparatus for efficiently performing embossing to form a plurality of protrusions.
本発明の加工方法は、ダイとパンチを用いて金属板に複数の突起を形成する金属板のプレス成形加工方法において、前記ダイと前記パンチのうちの一方に、所望形状の複数の凹部を有する凹型を用い、他方に、その先端径が前記凹部の最小代表寸法よりも小さい複数の凸部を有する凸型を用い、前記金属板を、前記ダイと前記パンチとで前記複数の凹部と前記複数の凸部が嵌るようにプレスするとともに、相対的に、前記凸部が前記凹部の側壁内周に沿って周回移動するよう、前記凹型と前記凸型のうちの少なくとも一方を運動させて前記金属板に形成されつつある前記突起の壁部をしごき加工する、ことを特徴とする。 The processing method of the present invention is a metal plate press forming method in which a die and a punch are used to form a plurality of protrusions on a metal plate, and one of the die and the punch has a plurality of concave portions having a desired shape. A concave mold is used, and on the other hand, a convex mold having a plurality of convex portions whose tip diameter is smaller than the minimum representative dimension of the concave portion is used, and the plurality of concave portions and the plurality of the metal plate are formed by the die and the punch. The metal is pressed so that the convex part of the metal part is fitted, and at least one of the concave part and the convex part is moved so that the convex part moves around the inner periphery of the side wall of the concave part. The wall portion of the protrusion being formed on the plate is ironed.
また、前記凸型又は前記凹型の運動は、前記凸部の前記凹部中心からのシフト量を変えて、該凸部を前記凹部の側壁内周に沿って複数回周回させるものであることを特徴とする。 Further, the movement of the convex shape or the concave shape is to change the shift amount of the convex portion from the center of the concave portion and to make the convex portion circulate a plurality of times along the inner periphery of the side wall of the concave portion. And
また、前記凸型又は前記凹型の運動は、前記凸部を前記凹部の中心部から側壁方向へ螺旋状にシフトさせることも含むことを特徴とする。 Further, the movement of the convex shape or the concave shape includes shifting the convex portion in a spiral shape from the central portion of the concave portion toward the side wall.
本発明の加工装置は、ダイとパンチを用いて金属板に複数の突起を形成するプレス成形加工装置であって、前記ダイと前記パンチのうちの一方は、所望形状の複数の凹部を有する凹型であり、他方は、その先端径が前記凹部の最小代表寸法よりも小さい複数の凸部を有する凸型であって、前記凹型と前記凸型のうちの少なくとも一方が、他方に向けて前進後退可能に配置され、相対的に、前記凸部が前記凹部の側壁内周に沿って周回移動できるように前記凹型と前記凸型の少なくとも一方が運動可能に形成されていることを特徴とする。 The processing apparatus of the present invention is a press forming apparatus that forms a plurality of protrusions on a metal plate using a die and a punch, and one of the die and the punch has a concave shape having a plurality of recesses of a desired shape. And the other is a convex shape having a plurality of convex portions whose tip diameter is smaller than the minimum representative dimension of the concave portion, and at least one of the concave shape and the convex shape is advanced and retracted toward the other. The at least one of the concave mold and the convex mold is movably formed so that the convex section can relatively move around the inner periphery of the side wall of the concave section.
また、上記の加工装置において、前記凸型の凸部先端部を着脱可能としたことを特徴とする。 Further, in the above processing apparatus, the tip of the convex convex portion is detachable.
本発明によれば、延性が小さくかつ板厚が薄い金属板に、複数の突起を同時に形成することができる。特に、通常のプレス成形では加工不可能な、深いエンボスを金属板に加工することができ、電気製品等意匠性が求められる用途に使用されるエンボス板が効率よく製造できる。 According to the present invention, a plurality of protrusions can be simultaneously formed on a metal plate having a small ductility and a thin plate thickness. In particular, deep embossing, which cannot be processed by ordinary press molding, can be processed into a metal plate, and an embossed plate used for applications that require design properties such as electrical products can be efficiently manufactured.
以下、本発明の実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の各図において、同じ構成要素又は相当物については同じ符号を用いる。図1(a)は本発明のプレス成形加工方法を実施する型の構造の一例を示す断面模式図である。本発明のプレス成形には、パンチとしての凸型1と、この凸型1と組み合わせて用いられるダイとしての凹型2を用いる。凹型2には素材金属板10を加工して形成しようとする突起の形状に対応した所望形状の凹部21が複数形成されている。一方、凸型1には凹型2の凹部21に嵌る複数の凸部11が形成されている。この凸部11のうち、図1(b)に示すように金属板10を凹部21に押し込んだときに実質的に成形に供される部分の外径deは、図1(c)に示すように金属板10に形成しようとする突起の内径Dより小さく構成されるようにしたい。その目的を達成するため、凸部11の先端径dを、凹部21の最小代表寸法よりも小さくする。凸部11の断面の最大径Dmaxを、凹部21の最小代表寸法よりも小さくしても良い。凹部21の最小代表寸法とは、凹部21の口元の断面形状が図1(d)に示すような円形の場合はその直径a、図1(e)に示すような楕円形の場合は短直径b、図1(f)に示すような角丸矩形の場合はその短辺cとする。
また、図中の符号3は、凹型2との間で金属板10を挟圧して保持するホルダーであり、それには凸部11が貫通できるように凸部11の最大径Dmaxより若干大きな径からなる複数の貫通孔31が設けられている。そして、これらの凸部11、凹部21および貫通孔31を複数備えて、金属板10に複数の突起を同時に形成するようにしたものである。なお、以降の工程図では、1つの突起の成形状況を図示する。次に、これらの凸型1、凹型2およびホルダー3を利用した本発明のプレス成形加工方法について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are used for the same components or equivalents. Fig.1 (a) is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the structure of the type | mold which implements the press molding process method of this invention. In the press molding of the present invention, a convex mold 1 as a punch and a
実施形態1
図2は本発明方法の第1の実施形態を説明する工程図である。この方法では、まず、凹型2とホルダー3の間に素材金属板10が固定され、凹型2の凹部21とホルダー3の貫通孔31に対応する位置に凸部11が位置するように凸型1が配置される(図2(a))。この状態では、凸部11の中心軸12と凹部21の中心軸22が一致している。続いて、凸型1の凸部11が、凹型2の凹部21の中心軸22に対して距離r1シフトし、この距離を保ちながら中心軸22の回りを公転(周回)し、かつ下降し、金属板10の一部に接触する(図2(b))。さらに、凸型1の凸部11は凹型2の凹部21の側壁周囲に沿って移動して、中心軸22の回りに公転(周回)し1周の加工を終える(図2(c))。このとき、凸部11と凹部21との間でしごき加工が行われ、金属板10の厚み、特に突起40の縦壁部の厚みが減肉させられる。
Embodiment 1
FIG. 2 is a process diagram for explaining the first embodiment of the method of the present invention. In this method, first, the
次に、凸型1の凸部11は、凹型2の凹部21中心軸22に対して距離r2(この場合には、r2≦r1)となる位置にシフトし、中心軸22の回りを公転(周回)しながら最終の高さまで下降する(図2(d))。そして引き続き凸型1の凸部11は凹型2の凹部21の側壁周囲に沿って移動して、中心軸22の回りに公転(周回)し1周の加工を終える(図2(e))。これによっても、凸部11と凹部21との間で金属板10の厚みが減肉させられるしごき加工が行われる。その結果、金属板10には所定の形状の突起40が形成される。
Next, the
なお、2回目の凸部11のシフト量r2は、必ずしも、r2≦r1、の関係である必要はなく、成形しようとする突起40の形状に応じて定めてよい。例えば、その突起40が円筒形状であれば、r2≧r1、とした方がしごき加工にとって効果的である。また、凸部11の凹部21側壁周囲に沿う周回の回数については、突起40の成形状態に応じて適宜定めればよく、1回で良い場合もあり、また2回以上としても良い。
Note that the shift amount r2 of the second
このような方法により、突起40の成形が絞りではなくしごき加工を中心とした成形により行われるため、それが複数箇所で同時に行われたとしても、素材金属板10の流入が隣同士で競合するような問題は相当程度解消され、延性が小さくかつ板厚が薄い金属板10であっても、複数の突起40を同時に成形することが可能となる。
According to such a method, since the
実施形態2
図3は本発明方法の第2の実施形態を説明する工程図である。この方法の場合も、まず、凹型2とホルダー3の間に素材金属板10が固定され、凹型2の凹部21とホルダー3の貫通孔31に対応する位置に凸部11が位置するように凸型1が配置される(図3(a))。この状態では、凸部11と凹部21のそれぞれの中心軸12,22が一致している。続いて、凸型1の凸部11が、最終高さまで下降し、金属板10を擂鉢状に押し下げて張り出し成形を行う(図3(b))。次に、凸型1の凸部11を凹部21の側壁方向へ螺旋状にシフトさせた後、凸部11を凹部21の側壁周囲に沿って移動させ、突起40の縦壁部をしごき加工して減肉させる(図3(c))。なお、ここでは、凸部11を凹部21の側壁周囲に沿って再度周回させ、縦壁部をさらに減肉して所定の形状の突起を形成している(図3(d))。
FIG. 3 is a process diagram for explaining a second embodiment of the method of the present invention. Also in this method, first, the
このような方法により、突起40の成形が絞りではなく張り出し成形にしごき加工を加えた成形となるため、それが複数箇所で同時に行われたとしても、素材金属板10の流入が隣同士で競合するような問題は相当程度解消され、延性が小さくかつ板厚が薄い金属板10であっても、多数の突起40を同時に成形することが可能となる。
By such a method, since the
なお、上記実施形態1および2では、説明の都合上、凸部11が凹部21に対して移動する構成、すなわち、凸型1が凹型2に対して移動する構成としたが、両者の関係は相対的なものであり、凹部21が凸部11に対して移動する構成、すなわち、凹型2が凸型1に対して移動する構成としてもよいし、両方が移動する構成としても良い。
In the first and second embodiments, for convenience of explanation, the
実施形態3
図4は本発明のプレス成形加工方法を実施するのに好適なプレス加工装置の構成図である。図4において、51,52は加工装置の外殻を構成するハウジングであり、53はハウジングの一部を構成する柱である。また、54は凸型1又は凹型2の一方を前進後退運動(ここでは上下移動)させる油圧シリンダであり、55は他方を2次元的にある面内(ここでは、水平面内)の任意の方向に運動させることができるXYテーブルである。さらに、61は素材金属板10を凸型1又は凹型2の一方(図の場合には凹型2)との間に挟んで固定する固定具61である。なお、本加工装置を用いて加工を効率よく行うには、油圧シリンダ54およびXYテーブル55の位置制御をNC制御とする構成が望ましい。
FIG. 4 is a block diagram of a press working apparatus suitable for carrying out the press forming method of the present invention. In FIG. 4, 51 and 52 are housings constituting the outer shell of the processing apparatus, and 53 is a pillar constituting a part of the housing.
また、例えば、油圧シリンダとXYテーブルを一体に組み合わせて、XYZ軸方向(3次元空間内)の任意の方向に運動可能な3軸ステージを構成し、その3軸ステージに凸型1又は凹型2の一方の型(例えば凸型1)を配置し、他方の型(例えば凹型2)を完全に固定した加工装置としても、本発明のプレス成形加工方法を実施することが可能である。なお、3軸ステージに一方の型を配置した場合でも、他方の型をXYZ軸の少なくとも一方向に移動可能にしても差し支えない。 In addition, for example, a hydraulic cylinder and an XY table are integrally combined to form a three-axis stage that can move in any direction in the XYZ-axis direction (in a three-dimensional space). It is possible to implement the press molding method of the present invention even in a processing apparatus in which one mold (for example, convex mold 1) is disposed and the other mold (for example, concave mold 2) is completely fixed. Even when one mold is arranged on the three-axis stage, the other mold may be movable in at least one direction of the XYZ axes.
さらに、凸型1の凸部11先端部の金属板10と直接接触する部分を着脱可能な構成とすると、その先端部が摩耗した場合等にそれを容易に交換することができる。これには、例えば図5に示すように、凸部11の先端部111の外周にリング状突起112を形成し、交換用先端片113にはそれに対応する溝114を形成し、リング状突起112と溝114との嵌合および交換用先端片113の弾性作用を利用して、交換用先端片113を先端部111に着脱する方法が挙げられる。もちろん、この方法に限られるものではなく、要は、しごき加工中に先端片113が脱落するのを防止できるような方法であればどのような方法によるものであっても良い。
Furthermore, if the portion directly contacting the
図6に上記加工装置を利用し、本発明の方法にて成形した部材の形状と寸法を示す。なお、図6(a)は部材の全体を示す斜視図、図6(b)は形成された突起40の1つを示す断面図である。ここで用いた金属板10はSUS430であり、引張試験による伸び値が28%と延性の小さい材料であるが、突起40の縦壁部に破断等を生ずることなく加工が可能であった。なお、この部材は、上記の第1および第2のいずれの実施形態によっても製造可能であった。
FIG. 6 shows the shape and dimensions of a member formed by the method of the present invention using the above processing apparatus. FIG. 6A is a perspective view showing the entire member, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing one of the formed
さらに、比較のために、図6と同様な部材の成形を、図7に示すような従来のプレス成形方法により行ってみた。この場合、ダイとパンチのクリアランスは下死点において素板(金属板)厚と同じに設定しており、張り出し成形となる。本発明の実施例と同じ材料(SUS430)を用いたこの方法による成形では、図8(a)および(b)に示すように、突起の縦壁部がほとんど破断し成形不良となった。これは伸びが約28%の金属板を、50%以上伸ばすような成形を行うためであり、理論的にも不可能である。これに対して本発明の方法は、素板をしごき加工により減肉することにより展伸させる作用を利用するため、より歪の大きな成形が可能となる。 For comparison, the same member as that shown in FIG. 6 was formed by a conventional press forming method as shown in FIG. In this case, the clearance between the die and the punch is set to be the same as the thickness of the base plate (metal plate) at the bottom dead center, and is overhang forming. In the molding by this method using the same material (SUS430) as that of the example of the present invention, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the vertical wall portion of the protrusion was almost broken, resulting in molding failure. This is because a metal plate having an elongation of about 28% is formed to be stretched by 50% or more, which is theoretically impossible. On the other hand, since the method of the present invention uses the effect of expanding the base plate by reducing the thickness by ironing, it is possible to form a larger strain.
ところで上記の実施形態では、円錐台状の突起を複数形成する例を挙げて本発明のプレス成形加工方法を説明したが、本発明のプレス成形加工方法は、円筒状、断面楕円状、断面角丸矩形状等任意の形状の突起を形成するのに適用できる。その場合には、それらの各形状に対応した所望形状の凹部を複数有する凹型を用い、対応する凸型には、その凸部の先端径が対応する凹型の凹部の最小代表寸法よりも小さいものを複数有するものを用いる。さらに、本発明に特有のしごき加工のためには、凸型の凸部の方を凹型の凹部の側壁内周に沿って移動させるか、あるいは凹型の凹部の方を凸型の凸部に対して運動させて、凹型の凹部の側壁内周に沿って凸型の凸部を移動させるようにするか、あるいはその両方による。このとき、凸型の凸部は、形成しようとする突起の縦壁の成形状況に応じて凹型の凹部の側壁内周に沿って複数回周回させてもよい。また、凸型は、その凸部の上記凹部中心からのシフト量を変えて、該凸部をその凹部の側壁内周に沿って複数回周回させるように運動させるようにしてもよい。なお、凸型の運動には、その凸部を凹部の側壁方向へ螺旋状にシフトさせることを含めてもよい。 In the above embodiment, the press molding method of the present invention has been described by giving an example of forming a plurality of frustoconical protrusions. However, the press molding method of the present invention has a cylindrical shape, a cross-sectional elliptical shape, and a cross-sectional angle. It can be applied to form a protrusion having an arbitrary shape such as a round rectangular shape. In that case, a concave mold having a plurality of concave portions of a desired shape corresponding to each of those shapes is used, and the corresponding convex mold has a tip diameter of the convex portion smaller than the minimum representative dimension of the corresponding concave concave portion. The thing which has multiple is used. Furthermore, for the ironing process peculiar to the present invention, the convex convex portion is moved along the inner wall of the concave concave portion, or the concave concave portion is moved with respect to the convex convex portion. The convex protrusion is moved along the inner periphery of the side wall of the concave recess, or both. At this time, the convex convex portion may be rotated a plurality of times along the inner periphery of the side wall of the concave recess according to the molding condition of the vertical wall of the projection to be formed. Further, the convex mold may change the shift amount of the convex portion from the center of the concave portion and move the convex portion so as to circulate a plurality of times along the inner periphery of the side wall of the concave portion. Note that the convex movement may include a spiral shift of the convex portion toward the side wall of the concave portion.
本発明のプレス成形加工方法や装置は、延性が小さく板厚の薄い金属板に対して、複数の突起を効率よく形成できるため、自動車や各種機械製品および電気製品等に用いられる部材の製造に広く利用できる。そして特に、意匠性が求められる用途に使用されるエンボス板やそれを用いた加工製品を製作するのに好適である。 The press molding method and apparatus of the present invention can efficiently form a plurality of protrusions on a thin metal plate having a small ductility, so that it can be used for manufacturing members used in automobiles, various machine products and electrical products. Widely available. In particular, it is suitable for producing an embossed plate used for applications requiring design properties and a processed product using the embossed plate.
1…凸型(パンチ)、2…凹型(ダイ)、3…ホルダー、10…金属板(素材)、11…凸型の凸部、12…凸部の中心軸、21…凹型の凹部、22…凹部の中心軸、40…突起、51,52…ハウジング、53…ハウジングの柱、54…油圧シリンダ、55…XYテーブル、61…固定具、111…凸部の先端部、112…リング状突起、113…交換用先端片、114…溝。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Convex type (punch), 2 ... Concave type (die), 3 ... Holder, 10 ... Metal plate (material), 11 ... Convex convex part, 12 ... Center axis of convex part, 21 ... Concave concave part, 22 ... center axis of recess, 40 ... projection, 51, 52 ... housing, 53 ... housing column, 54 ... hydraulic cylinder, 55 ... XY table, 61 ... fixture, 111 ... tip of projection, 112 ...
Claims (5)
前記ダイと前記パンチのうちの一方に、所望形状の複数の凹部を有する凹型を用い、
他方に、その先端径が前記凹部の最小代表寸法よりも小さい複数の凸部を有する凸型を用い、
前記金属板を、前記ダイと前記パンチとで前記複数の凹部と前記複数の凸部が嵌るようにプレスするとともに、
相対的に、前記凸部が前記凹部の側壁内周に沿って周回移動するよう、前記凹型と前記凸型のうちの少なくとも一方を運動させて前記金属板に形成されつつある前記突起の壁部をしごき加工する、
ことを特徴とする金属板のプレス成形加工方法。 In a metal plate press forming method of forming a plurality of protrusions on a metal plate using a die and a punch,
A concave mold having a plurality of concave portions of a desired shape is used for one of the die and the punch,
On the other hand, using a convex mold having a plurality of convex portions whose tip diameter is smaller than the minimum representative dimension of the concave portion,
While pressing the metal plate so that the plurality of recesses and the plurality of projections fit with the die and the punch,
The wall portion of the protrusion being formed on the metal plate by moving at least one of the concave shape and the convex shape so that the convex portion moves relatively along the inner periphery of the side wall of the concave portion. Ironing,
A press forming method for a metal plate.
前記ダイと前記パンチのうちの一方は、所望形状の複数の凹部を有する凹型であり、
他方は、その先端径が前記凹部の最小代表寸法よりも小さい複数の凸部を有する凸型であって、
前記凹型と前記凸型のうちの少なくとも一方が、他方に向けて前進後退可能に配置され、
相対的に、前記凸部が前記凹部の側壁内周に沿って周回移動できるように前記凹型と前記凸型の少なくとも一方が運動可能に形成されていることを特徴とする金属板のプレス成形加工装置。 A press forming apparatus for forming a plurality of protrusions on a metal plate using a die and a punch,
One of the die and the punch is a concave mold having a plurality of concave portions of a desired shape,
The other is a convex shape having a plurality of convex portions whose tip diameter is smaller than the minimum representative dimension of the concave portion,
At least one of the concave shape and the convex shape is arranged to be able to advance and retreat toward the other,
The metal plate is press-molded, wherein at least one of the concave mold and the convex mold is movable so that the convex section can relatively move along the inner periphery of the side wall of the concave section. apparatus.
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