JP2006281287A - プレス成形型およびプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、ブランクを精度良く絞り成形することができるプレス成形型およびプレス成形方法を提供する。
【解決手段】 プレス成形型は、絞り成形を行うものであって、相対向して配置されたポンチ１およびダイス２と、ダイス２と協働してブランクＰの周縁を所定の拘束力で拘束するクッション３と、ブランクＰの絞り成形時にブランクＰの素材流入抵抗を増大させるよう変化させる素材流入抵抗増大手段４と、を有する。ブランクＰの周縁を所定の拘束力で拘束してブランクＰを所定形状に絞り成形するに際して、ブランクＰの絞り成形時にブランクＰの素材流入抵抗を増大させるよう変化させて、ブランクＰに引張応力を付与し、板内と板外に生じる応力の方向の差を少なくする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、プレス成形型およびプレス成形方法に関し、さらに詳しくは、ブランクをポンチとダイスにより所定形状に絞り成形するプレス成形型およびプレス成形方法に関するものである。

薄板状の素材であるブランクを絞り成形するためのプレス成形型は、一般に、相対向して配置されたポンチおよびダイスと、ブランクの周縁をダイスと協働して所定の拘束力で拘束してブランクにしわが発生するのを防止するクッションとを備えている。このようなプレス成形型では、ダイスに対してポンチを相対的に近付けて絞り成形を行うのに伴って、ブランクの素材がプレス成形型内に流入する。
ところで、図１１に示すように、プレス成形型のポンチ１とダイス２の形状を、成形しようとするプレス成形品Ｐ’の形状通りに設定すると、そのブランクの弾性変形分が回復するスプリングバックＳＢにより、成形後にプレス成形品がポンチまたはダイスの表面からから離れるようにして戻り、ポンチ１およびダイス２の成形表面の形状と一致しないこととなる。この現象は、図１２の（ａ）に示すように、ブランクの曲げ部の板厚方向に関して、中立面から内側（板内）に圧縮応力が発生する一方で、中立面から外側（板外）に引張応力が発生して、板厚方向に異なる応力が生じることに起因している。そのため、このスプリングバックによってプレス成形品を所望の形状精度に絞り成形することができず、プレス成形品の形状が精度不良となる。そこで、従来の技術では、一般に、スプリングバック量を見込み、かかる見込み量を考慮してポンチとダイスの形状を設定していた。

また、このようなスプリングバックを低減させて精度のよいプレス成形品を得るために、凸状の曲面部と、曲面部の周囲に起立させた外周フランジ部とからなり、曲面部に局部的にビードなどの凹状部又は段差部を有するプレス成形品をブランクを素材としてプレス成形する方法において、ブランクの曲面部と外周フランジ部とに引張り力を及ぼす絞りをかけた後、前記曲面部及び外周フランジ部を引張り状態に維持しつつ、曲面部に局部的にビードなどの凹状部又は段差部を形成することを特徴とする薄板のプレス成形方法が知られている（特許文献１）。すなわち、特許文献１は、凹状部又は段差部を曲面部に形成するもので、パットとは別にビード形成具が設けられた構造を開示している。そして、特許文献１には、しわ押さえとダイの対向する表面はブランクの周縁部を単に押圧することが開示されている。

特開平６−５５２３１号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、スプリングバックの見込み量を考慮してポンチとダイスの形状を設定するものにあっては、プレス成形品のスプリングバック量を正確に見込むことは困難であり、成形精度を収束させるために必要な工数が多く、また、成形精度不良のプレス成形品に対して精度修正を行う必要があるため、手間や時間がかかるなどの問題があった。
また、上記特許文献１に開示されたものにあっては、絞り成形するに際してブランクの周縁部をしわ押さえ（クッション）とダイの対向する表面によって単に押圧するものであり、ブランクの周縁部に対して押圧する力を適切に変化させるものではなかったため、絞り成形に応じてブランクの素材の流入を適切に制御することができず、したがって、絞り成形に応じてブランクに加える張力を正確に制御することが困難であるという問題があっ
た。そして、特許文献１に開示されたプレス成形型にあっては、パットとは別にビード形成具を設ける必要があるため、構造が複雑であり、製造コストがかかるという問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ブランクを精度良く絞り成形することができるプレス成形型およびプレス成形方法を提供することを目的とする。

請求項１のプレス成形型に係る発明は、上記目的を達成するため、絞り成形を行うプレス成形型であって、相対向して配置されたポンチおよびダイスと、ブランクの周縁を所定の拘束力で拘束するクッションと、前記ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させる素材流入抵抗増大手段と、を有することを特徴とするものである。
また請求項２のプレス成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、ブランクの周縁を所定の拘束力で拘束してブランクを所定形状に絞り成形するプレス成形方法であって、前記ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、クッションによりブランクの周縁を所定の拘束力で拘束した状態でポンチとダイスとの間でブランクを絞り成形する。ブランクは、絞り成形されることによってその素材がプレス成形型内に流入するが、その周縁がクッションにより拘束されているため、素材の流入に所定の抵抗が生じている。そして、この絞り成形の途中の適当な時点で、クッションの拘束力による素材抵抗に加えて、素材流入抵抗増大手段により素材流入抵抗を、ブランクの板厚方向の圧力差を解消し得るように増大させるよう変化させると、ブランクに適切な引張力がさらに加えられることから、スプリングバックが抑制されて精度よく絞り成形されることとなる。
請求項２の発明では、ブランクの周縁を所定の拘束力で拘束してブランクを所定形状に絞り成形すると、その素材が所定の抵抗を受けた状態でプレス成形型内に流入する。この絞り成形の途中の適当な時点で、拘束力による素材抵抗に加えて、ブランクの板厚方向の圧力差を解消し得るように素材流入抵抗を増大させるよう変化させることにより、ブランクに適切な引張力をさらに加えて、ブランクを絞り成形する。ブランクは、適切な引張力がさらに加えられることにより、スプリングバックが抑制されて精度よく絞り成形されることとなる。

請求項１の発明によれば、ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させる素材流入抵抗増大手段を加えたという簡単な構成で、ブランクを精度良く絞り成形することができるプレス成形型を提供することができる。
請求項２の発明によれば、ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させるという簡単な工程を加えた構成で、ブランクを精度良く絞り成形することができるプレス成形方法を提供することができる。

最初に、本発明のプレス成形型の実施の一形態を図１に基づいて詳細に説明する。
本発明のプレス成形型は、概略、絞り成形を行うものであって、相対向して配置されたポンチ１およびダイス２と、ダイス２と協働してブランクＰの周縁を所定の拘束力で拘束するクッション３と、ブランクＰの絞り成形時にブランクＰの素材流入抵抗を増大させるよう変化させる素材流入抵抗増大手段４と、を有する。そして、この実施の形態では、ダイス２とクッション３との衝合面には、ブランクＰの周縁にビードＢを形成する突条２ａと凹溝３ａが形成されている。

プレスのボルスタ１０には下型１１が設けられ、スライド２０には上型２１が設けられている。
下型１１は、ボルスタ１０に取付けられたポンチホルダ１２と、このポンチホルダ１２に着脱可能に取付けられたポンチ１と、ポンチ１の周囲を取り囲むように設けられたクッション（以下、クッションリングという）３と、このクッションリング３を所定のクッション力で支持するクッションピン１３と、成形時にクッションリング３がクッションピン１３により所定のクッション力を受けながら下降するときに所定の位置から下死点まで、クッション力に加えてクッションリング３に圧力を加えて素材流入抵抗を増大させる素材流入抵抗増大手段４としてのシリンダ４０と、を備えている。ポンチホルダ１２の上面には突起１２ａが設けられており、突起１２ａと対応してポンチ１の下面に凹部１ａが形成されている。ポンチ１はポンチホルダ１２に対してその突起１２ａに凹部１ａを嵌合することにより位置決めされ、ボルト１４によって締結される。クッションリング３は、複数のクッションピン１３によって支持されており、各クッションピン１３はクッションリング３を昇降可能に支持するとともに、合計で所定のクッション圧（例えば１２０ton）をクッションリング３に付与する。クッションリング３の上面には、ダイス２の突条２ａと対応して、ブランクＰの周縁にビードＢを形成するための凹溝３ａが形成されている。図２に示すように、シリンダ４０はポンチ１の周囲に複数配列される。シリンダ４０は、そのピストンロッド４１が伸長した状態で、クッションリング３がポンチ１に対して相対的に下降したときに、下死点から所定の位置（例えば、４〜６mm）で、クッションリング３の下面に当接されるように設定されている。シリンダ４０は、例えば、作動流体としてその内部に窒素ガスを封入または供給・排出されるよう構成されたもので、合計で２７０tonの圧力をクッションリング３に付与することができるように設定されている。すなわち、クッションリング３は、例えば、下死点から４〜６mmの高さ以降で、クッションピン１３によるクッション圧（例えば１２０ton）にシリンダ４０による圧力（例えば２７０ton）が加えられるよう構成されている。

上型２１は、スライド２０に対してラムクッション２２を介して取付けられた保持部材２３と、保持部材２３に対して昇降可能に支持されたダイス２と、ダイス２とラムクッション２２との間に介装される複数のプレッシャピン２４と、を備えている。プレッシャピン２４は、成形品Ｐ’の形状などに応じて適宜配置される。保持部材２３は、ダイス２の周囲を取り囲むように形成されたもので、複数のピン２５がその内部に突出するように設けられている。ダイス２の周囲のピン２５と対応する位置にはピン２５に対して摺動可能に係合される長溝２６が形成されている。ダイス２の周縁の、クッションリング３の凹溝３ａと対応する位置には、ブランクＰの周縁にビードＢを形成するための突条２ａが形成されている。

なお、本発明のプレス成形型は、上述した実施の形態に限定されることはなく、例えば、素材流入抵抗増大手段４として、シリンダ４０に替えて、図７に示すようにウレタンなどの弾性体４２を使用することもできる。かかる場合には、プレス成形型の構造が簡単で安価に製作できる。
また、素材流入抵抗増大手段４は、図８に示すように、シリンダ４０のピストンロッド４１或いは弾性体４２の上端、または、クッションリング３の下面の対応する位置に所定の厚さを有するシムあるいはブロック４３を設けて、クッションリング３の下面に当接してクッション圧に素材流入抵抗を増大させるための所定の圧力を加え始める下死点からの位置（高さ）を調整することができるように構成することもできる。
さらに、図９に示すように、素材流入抵抗増大手段４として、ポンチホルダ１２にシリンダ室４４を形成し、このシリンダ室４４にクッションリング３をピストンとして嵌合して構成することもできる。この場合においては、例えば窒素ガスや油などの流体をシリンダ室４４に封入し、または、外部からシリンダ室４４内に必要な圧力で供給・排出するよ
う構成することもできる。このように構成した場合には、クッションピン１３を設けることなく、シリンダ室４４内の圧力によってクッション圧も生じさせるよう制御してもよい。
いずれの場合にも、クッションピン１３などによるクッション圧および素材流入抵抗増大手段４による圧力は、上述した実施の形態に限定されることはなく、成形条件など必要に応じて任意に設定することができる。素材流入抵抗増大手段４による圧力は、ブランクＰを正常に絞り成形することができる範囲で設定することができ、例えば１３０〜２７０ton程度とすることができる。また、素材流入抵抗増大手段４による圧力は、一定ではなく、必要に応じて変化させることもできる。

次に、本発明のプレス成形方法の実施の一形態を、上述したように構成されたプレス成形型を用いる場合によって、その作動とともに図１と図３〜図６、および図１０と図１２に基づいて説明する。
本発明のプレス成形方法は、概略、ブランクＰの周縁を所定の拘束力で拘束してブランクＰを所定形状に絞り成形するもので、ブランクＰの絞り成形時にブランクＰの素材流入抵抗を増大させるよう変化させるものである。

図１に示すように、ブランクＰを絞り成形するに際しては、上型２１が上昇して下型１１から離間した状態とされている。このとき、上型２１は、ダイス２がその自重により保持部材２３に対して下降しており、ピン２５が長溝２６の上端に係止した状態となっている。また、下型１１は、クッションピン１３が上昇しており、これに支持されたクッションリング３がポンチ１に対して上昇した状態となっている。また、シリンダ４０のピストンロッド４１は、伸長した状態となっているが、クッションリング３が上昇しているためにその下面から離間している。この状態で、ブランクＰは、搬入アーム５の吸着パッド５０に吸着されるなどしてクッションリング３上に位置決め載置される。次いで、図３に示すように、スライド２０の駆動によって上型２１を下降させると、最初にブランクＰの周縁がダイス２とクッションリング３の間で挟持される（ブランクホールド）。そして、図４に示すように、さらにスライド２０を下降させると、ダイス２とクッションリング３に設けられた突条２ａと凹溝３ａによってブランクＰの周縁にはビードＢが形成され、クッションリング３がクッションピン１３によるクッション圧に抗して下降されて、ブランクＰのビードＢの内側がポンチ１によって成形され始める。このとき、ブランクＰは、その周縁にビードＢを形成されてダイス２とクッションリング３との間で挟まれて拘束されているため、引張応力を受けることととなる。そして、ダイス２の下降によってスライド２０の下死点から所定の位置（例えば４〜６mm）で、シリンダ４０のピストンロッド４１の先端にクッションリング３の下面が当接する。このシリンダ４０のピストンロッド４１の先端とクッションリング３の下面との当接時点（高さ）は、後述するように素材の流入抵抗に起因する引張応力によってブランクＰに肌荒れが起きない位置に設定される。

続いて、図５に示すように、さらにスライド２０を下降させると、ダイス２がクッションピン１３によるクッション圧とシリンダ４０による素材流入抵抗増大のための圧力に抗してクッションリング３を下降させ、ブランクＰはダイス２とポンチ１との間で所定形状に成形されることとなる。このとき、ブランクＰの素材はプレス成形型内に流入しようとする。

ここで、ブランクＰの周縁がクッションピン１３によってクッション圧を付与されたクッションリング３とダイス２との間で挟持されて拘束されており、しかも、突条２ａと凹溝３ａの間でビードＢが形成されているために、図１０に示すように、素材の流入に抵抗が生じており、シリンダ４０のピストンロッド４１にクッションリング３の下面が接すると、クッションピン１３によるクッション圧にシリンダ４０による圧力が加えられて、ブランクＰの周縁がクッション圧よりもさらに強い力で挟まれて拘束されるために、素材の
流入抵抗が増大するよう変化することとなる。そのため、ブランクＰは、クッション圧による引張応力よりも強い引張応力を受けた状態で絞り成形されることとなる。なお、素材流入抵抗増大手段４としてシリンダ４０を採用する場合には、シリンダ４０に供給する窒素ガスなどの作動流体の圧力を制御することにより、素材の流入抵抗を増大させるよう変化させるパターンを任意に制御することができる。

図１２の（ａ）で説明したように、ブランクＰを曲げ成形するときには、一般にブランクＰの曲げ部の板厚方向内側（板内）に圧縮応力が発生するとともに、板厚方向外側（板外）に引張応力が発生して、板厚方向に応力差が生じてスプリングバックＳＢの原因となる。そこで、本発明では、ブランクＰを絞り成形するときに、しわ押さえを目的としてブランクＰの周縁を拘束するとともにビードＢを形成し、この絞り成形の途中の適当な時点から素材流入抵抗増大手段４によってさらにブランクＰの周縁を強く拘束してその素材流入抵抗を増大させ、引張応力を増大させるよう変化させる。すると、図１２の（ｂ）に示すように、板厚方向内側（板内）に発生する圧縮応力が打消し減少されることとなり、したがって板内と板外に生じる応力の方向の差が少なくなるため、スプリングバックＳＢを抑制することができ、精度よく絞り成形されたプレス成形品を得ることができる。

次に、本発明のプレス成形型の別の実施の形態を図１３〜図１７に基づいて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略する。
この実施の形態におけるプレス成形型の素材流入抵抗増大手段４は、クッションリング３ａがシリンダ４０による圧力を受けることによりブランクＰの周縁に対する拘束力を増大させる拘束力増大手段４３を備えている。

図１３および図１４に示した実施の形態における拘束力増大手段４３は、クッションリング３の凹溝３ａの外側に連続した環状または断続する突条４３ａを複数形成することにより構成されている。
シリンダ４０は、水平方向の位置関係に関して、クッションリング３の凹溝３ａの外側に配置されている。クッションリング３の上面の凹溝３ａから外側はその外周縁に向かって漸次低くなるように傾斜しており、この傾斜した面に突条４３ａが凹溝３ａと外周縁との間に複数形成されている。図１３および図１４に示した実施の形態では、各突条４３ａは、断面三角形に形成されている。

このように構成されたプレス成形型は、図１３に示すように、上型２１を下降させてブランクホールドし、クッションピン１３によるクッション圧のみを受けてシリンダ４０のピストンロッド４１に接していない状態では、クッションリング３が撓んでおらず、ブランクＰのビードＢの外側に突条４３ａが接していない。
その後、図１４に示すように、さらに上型２１が下死点手前の所定の位置まで下降してクッションリング３の下面外側にシリンダ４０のピストンロッド４１が接して、シリンダ４０による圧力が加えられると、クッションリング３は、内側に倒れるように撓み変形し、その断面三角形の突条４３ａの頂点がブランクＰのビードＢの外側に食い込み拘束力が増大する。この拘束力は、従来の一般的なプレス成形型において平滑なクッションリングに対するブランクの摩擦係数μが０．１〜０．１５であるのに対し、この実施の形態におけるプレス成形型ではクッションリング３に対するブランクＰの摩擦係数μが例えば０．４まで増大する。その結果、ブランクＰの素材流入抵抗が上述した実施の形態よりもさらに増大する。そのため、ブランクＰは、上述した実施の形態よりもさらに強い引張応力を受けた状態で絞り成形され、その板内と板外に生じる応力の方向の差が少なくなってスプリングバックＳＢを抑制することができ、精度よく絞り成形されたプレス成形品Ｐ’を得ることができる。

図１５〜図１７に示した実施の形態における拘束力増大手段４３は、クッションリング３の凹溝３ａに、ブランクＰのビードＢに食い込む食い込み部４３ｂを形成することにより構成されている。
シリンダ４０は、水平方向の位置関係に関して、クッションリング３の凹溝３ａの外側に配置されている。クッションリング３の上面の凹溝３ａから外側は外周縁に向かって漸次低くなるように傾斜しており、この傾斜した面と凹溝３ａとの境界角部に食い込み部４３ｂが凹溝３ａの内方に突出するように形成されている。

このように構成されたプレス成形型は、図１５に示すように、上型２１を下降させてブランクホールドし、クッションピン１３によるクッション圧のみを受けてシリンダ４０のピストンロッド４１に接していない状態では、クッションリング３が撓んでおらず、ブランクＰのビードＢに食い込み部４３ｂが食い込んでいない。
その後、図１６に示すように、さらに上型２１を下死点手前の所定の位置まで下降させてクッションリング３の下面外側にシリンダ４０のピストンロッド４１が接して、シリンダ４０による圧力が加えられると、クッションリング３は、内側に倒れるように撓み変形することにより、図１７に拡大して示すように、その食い込み部４３ｂがブランクＰのビードＢに食い込んで拘束力が増大して、ブランクＰの素材流入抵抗が上述した実施の形態よりもさらに増大する。そのため、ブランクＰは、上述した実施の形態よりもさらに強い引張応力を受けた状態で絞り成形され、その板内と板外に生じる応力の方向の差が少なくなってスプリングバックＳＢを抑制することができ、精度よく絞り成形されたプレス成形品Ｐ’を得ることができる。

本発明のプレス成形型の実施の一形態を説明するために示した断面図である。 クッションピンと素材流入抵抗増大手段の配置の一例を説明するために示した平面図である。 図１の状態からスライドを下降させてブランクホールドした状態を説明するために示した断面図である。 図３の状態からさらにスライドを下降させてブランクの周縁にビードを形成し、シリンダにクッションリングの下面を接して引張サイジングを開始した状態を説明するために示した断面図である。 図４の状態からさらにスライドを下降させて絞り成形を完了した状態を説明するために示した断面図である。 図５の状態からさらにスライドを下降させて下死点に達した状態で保持する様子を説明するために示した断面図である。 素材流入抵抗増大手段の変更例として、ウレタンなどの弾性体を使用した場合を示す断面図である。 素材流入抵抗増大手段とクッションリングとの間に所定の厚さを有するシムあるいはブロックを設けて、クッションリングの下面に当接してクッション圧に所定の圧力を加え始める下死点からの位置を調整することができるように構成した場合を説明するために示した要部拡大図である。 素材流入抵抗増大手段の変更例として、ポンチホルダにシリンダ室を形成し、クッションリングをピストンとしてシリンダ室に嵌合して構成した場合を説明するために示した断面図である。 素材流入抵抗の変化を説明するために示した概念図である。 プレス成形品の弾性変形分が回復するスプリングバックにより、成形後にプレス成形品がポンチまたはダイスの表面から離れるようにして戻った精度不良の状態を説明するために示した断面図である。 ブランクを曲げ成形したときの曲げ部の板厚方向に生じる応力を示した概念図である。 突条と溝からなる拘束力増大手段を備えた本発明のプレス成形型の別の実施の形態を説明するために示した要部断面図である。 図１３の状態から上型が下降してシリンダによる圧力が加えられ、クッションリングが内側に倒れるように撓み変形して突条の頂点がブランクに食い込み拘束力が増大した状態を説明するために示した要部断面図である。 食い込み部により構成された拘束力増大手段を備えた本発明のプレス成形型の別の実施の形態を説明するために示した要部断面図である。 図１３の状態から上型が下降してシリンダによる圧力が加えられ、クッションリングが内側に倒れるように撓み変形して食い込み部がブランクに食い込み拘束力が増大した状態を説明するために示した要部断面図である。 食い込み部がブランクに食い込んだ状態を説明するために示した要部拡大断面図である。

符号の説明

Ｐ：ブランク、 １：ポンチ、 ２：ダイス、 ３：クッション（クッションリング）、 ４：流入抵抗増大手段

Claims (2)

1. 絞り成形を行うプレス成形型であって、
   相対向して配置されたポンチおよびダイスと、
   ブランクの周縁を所定の拘束力で拘束するクッションと、
   前記ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させる素材流入抵抗増大手段と、
   を有することを特徴とするプレス成形型。
2. ブランクの周縁を所定の拘束力で拘束してブランクを所定形状に絞り成形するプレス成形方法であって、
   前記ブランクの絞り成形時にブランクの素材流入抵抗を増大させることを特徴とするプレス成形方法。
   

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