JP2007136476A - 冷間プレス成形法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが２０ｍｍを超える場合にも、冷間プレスによる打ち抜き加工によって外周輪郭部を寸法精度よく仕上げることができる冷間プレス成形法を提供する。
【解決手段】熱間鍛造された粗形材３をパンチ１３とカウンター１４で上下から挟圧し、ダイス１１の内部を昇降させて外周輪郭部を仕上げ加工する。ダイス孔１２の断面形状が、製品外形に対応する０.８〜５mmの垂直ストレート部２０と、その上端に形成された半径１００〜２５０mmの第１アール部２１と、垂直ストレート部２０の下端に形成された半径が１５００mm以上の第２アール部２２とを含み、しかも第１アール部の上端の面取部がダイス上面に達する点と垂直ストレート部の延長線がダイス上面に達する点との距離を２〜７mmとしたダイス１１を用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車部品などとして用いられる鍛造部品を、精度よく製造することができる冷間プレス成形法に関するものである。

自動車業界では車体の軽量化が進んでおり、そのために自動車部品として用いられる鍛造部品の軽量化が大きく貢献している。鍛造部品は旋盤加工ができない特異な輪郭を持つ部品であることが多く、機能的に必要な部分以外は必要最低限まで贅肉を軽減し、深い凹凸形状に鍛造されている。

鍛造部品は熱間鍛造のみによって製造されるものもあるが、加熱工程で発生する酸化皮膜（スケール）をショットブラストで除去してもアバタ肌が残るため、多くの場合そのままで部品として使用することは無理である。また熱間鍛造品は寸法バラツキも大きいため、相手部品との嵌合部や摺動部などの精度を要する部分はエンドミル等による切削加工を必要とする。特に旋盤加工ができない特異形状を持つ鍛造製品は、外周輪郭部の切削加工に最も多くの時間を要するうえ、工具の消耗も大きい。しかも切削加工された外周輪郭部を鏡面状に仕上げるためには、バフ仕上げまたは研磨仕上げを必要とし、多くの工数と製造コストを要している。

そこでこのような鍛造部品製造上の課題を解決するために、外周輪郭部の切削を冷間プレスによる打ち抜き加工に置き換え、寸法精度の向上と製造コストの低減を図る方法が検討されている。このような冷間プレスによる打ち抜き加工法としては、例えば特許文献１に記載されているように、粗形材をパンチとカウンターを用いてダイスの内部を昇降させて外周輪郭部を仕上げ加工する方法が、ファインブランキングの名称で知られている。

ところがこの加工方法は、元々は時計の針などの薄い製品をきれいに打ち抜き加工することを目的として開発された方法であり、薄板の打ち抜き加工には適しているものの、厚物に適用しようとすると金型の消耗が著しいという問題があった。特許文献１では、ダイス孔の先端面（製品外形に対応する垂直ストレート部、ベアリング部）の上下に１０〜６０°の角度のテーパ加工を施して厚さ１０ｍｍの製品を加工しているが、製品の厚さが１５ｍｍを超えるような場合にはダイスが短時間で磨滅するため実用化が困難であり、従来通りの外周輪郭部の切削加工に頼らざるを得なかった。
特許第２８２９２７０号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、製品厚さが２０ｍｍを超えるような厚物である場合にも、外周輪郭部の切削加工を必要とせず、冷間プレスによる打ち抜き加工によって外周輪郭部を寸法精度よく仕上げることができ、しかも金型の損耗を抑制して製造コストの引き下げが可能な冷間プレス成形法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、熱間鍛造された粗形材をパンチとカウンターで上下から挟圧し、ダイスの内部を昇降させて外周輪郭部を仕上げ加工する冷間プレス成形法であって、ダイス孔の断面形状が、製品外形に対応する０.８〜５mmの垂直ストレート部と、この垂直ストレート部の上端に形成された半径１００〜２５０mmの第１アール部と、この垂直ストレート部の下端に形成された半径が１５００mm以上の第２アール部とを含み、しかも第１アール部の上端の面取部がダイス上面に達する点Aと垂直ストレート部の延長線がダイス上面に達する点Bとの距離を２〜７mmとしたダイスを用いることを特徴とするものである。

なお、第１アール部の上端の面取部が、半径１〜３mmの第３アール部からなるダイスを用いることが好ましく、粗形材の下面に凹部を形成しておき、カウンターに突設した位置決め用突起にこの凹部を嵌合させて位置決めしながらダイスの内部を昇降させることが好ましい。

本発明の冷間プレス成形法によれば、上記した特殊な断面形状のダイス孔を持つダイスを使用することにより、金型の損耗を抑制しつつ厚さが２０〜３０ｍｍの粗形材の外周輪郭部をも、寸法精度及び表面精度よく打ち抜くことができる。このため旋盤加工ができない特異な外形の鍛造部品を、従来よりも安価に製造することが可能となる。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
この実施形態では、図１に示されるような特異形状のパーキングポールと呼ばれる鍛造部品１を製造する。周縁部の厚さは２５ｍｍであるが、軽量化のために中央部の上下両面には凹部２が形成され、中央部の厚さは５ｍｍとなっている。前工程でこのような最終形状に近い形まで熱間鍛造による加工が行われ、凹部２を備えた厚さ２５ｍｍの粗形材３が製造されている。前記したように、熱間鍛造された粗形材３は表面に酸化皮膜を有し、かつ寸法精度が低いので、以下に詳述する冷間プレス成形法によって相手部材との接触面となる外周輪郭部４を仕上げ加工する。

本発明の冷間プレス成形法に使用される金型の構成を図２に示す。
１１はダイスであり、そのダイス孔１２の内部で粗形材３を昇降させて外周輪郭部４を仕上げ加工する。１３は粗形材３の上面を押圧するパンチ、１４は粗形材３の下面を支持するカウンターである。粗形材３はこれらのパンチ１３とカウンター１４によって上下から挟圧された状態で、ダイス孔１２の内部を昇降する。パンチ１３とカウンター１４の外径寸法はダイス孔１２を通過できるように、ダイス孔１２の内径寸法よりも僅かに小さくなっている。１５はパンチ１３の外側に位置して抜きカスを除去するためのストリッパである。ストリッパ１５はパンチ１３に対して図示を略したスプリングにより、常に下方に弾発されている。これらの各金型は、従来と同様に油圧プレス機にセットして用いられる。なお図２に示されるように、粗形材３の外周輪郭部４には取り代５が設けられており、その部分をダイス孔１２によって抜き取ることとなる。取り代５は０.２〜０.６mm程度であることが好ましい。

本発明の特徴は使用するダイス１１のダイス孔１２の断面形状にあるが、その説明に先立ち、全体の工程を説明する。
先ず図３のように、カウンター１４を上昇させた状態で、その上に粗形材３を載せる。粗形材３の下面に形成された凹部２をカウンター１４の上面に突設した位置決め用突起１６に嵌合させることにより、ダイス孔１２に対して正しく位置決めすることができる。この実施形態ではパンチ１３にも位置決め用突起１６が突設されており、これを粗形材３の上面に形成された凹部２に嵌合させているので、より正確な位置決めが可能である。

次に図４のように、パンチ１３とカウンター１４によって粗形材３を上下から挟圧したまま、ダイス１１内を下降させる。粗形材３は取り代５の部分だけダイス孔１２の最小径部（後述する製品外形に対応する垂直ストレート部２０）よりも大きいため、図示のように塑性変形して上方に押し上げられる。そして粗形材３がダイス孔１２の最小径部を完全に通過すると、図５のように粗形材３の取り代５は分離され、リング状の抜きカス６となってパンチ１３の外周に付着する。なお図５の状態では、ストリッパ１５の下面はダイス１１の上面１７に密着している。

次に、パンチ１３とカウンター１４によって粗形材３を上下から挟圧したまま、図６のようにダイス１１内を上昇させる。このとき粗形材３の外周輪郭部４は再びダイス孔１２の最小径部を通過し、寸法精度及び表面精度よく仕上げ加工される。その後、図７のようにパンチ１３が上昇するが、このときリング状の抜きカス６はストリッパ１５によってパンチ１３から下方に掻き落とされる。

上記したように、粗形材３をパンチ１３とカウンター１４で上下から挟圧し、上部にストリッパ１５を備えたダイス１１の内部を昇降させて外周輪郭部４を仕上げ加工する冷間プレス成形法自体は公知であるが、本発明の特徴は使用するダイス１１のダイス孔１２の断面形状にあるので、以下にこの点を詳細に説明する。

図８はダイス孔１２の要部の拡大断面図である。ダイス１１の上面１７に近い部分に、製品外形に対応する垂直ストレート部２０が形成されている。この垂直ストレート部２０は粗形材３の外周輪郭部４を抜き取り加工する部分であり、ダイス孔１２の最小径部である。その垂直方向の長さＬ１は０.８〜５mmの範囲とする。０.８mm未満では断面図上において点接触に近くなるので、ダイス１１の垂直ストレート部２０の損耗が著しくなるので好ましくない。逆に５mmを越えると粗形材３の外周輪郭部４が断面図上において線接触になり、粗形材３がしごかれるようになって製品のダレ（粗形材３の全体の反り）が大きくなり、また酸化皮膜などの汚れが製品の外周輪郭部４に巻き込まれ易くなる。

この垂直ストレート部２０の上端には、半径１００〜２５０mmの第１アール部２１が形成されている。この部分は粗形材３が下降する際にその外周輪郭部４を垂直ストレート部２０に向かってガイドする部分である。特許文献１ではこの部分は１０〜６０°のテーパ面と説明されているが、本発明では半径１００〜２５０mmの円弧面とした点に特徴を持つ。従来のようなテーパ面とすると、断面図上において粗形材３が線接触することとなり、粗形材３が下降する際に外周輪郭部４がダイス１１と広い面積で接触しながら絞り込まれて行くので、前記したダレが大きくなってしまう。これに対して本発明のように円弧面とすれば粗形材３との接触面積が小さくなり、きれいに成形することができる。

この効果を得るためには第１アール部２１の半径を２５０mm以下とする必要があり、これより大きいと従来のテーパ面に近くなってダレが大きくなってしまう。しかし半径が１００ｍｍ未満であると粗形材３が下降する際に外周輪郭部４の取り代５が急速に絞り込まれ、やはり製品がダレ易くなる。なお、垂直ストレート部２０の上端と第１アール部２１とは接するのではなく、交点Ｐで接続されているものとする。

第１アール部２１の上端には、半径１〜３mmの第３アール部２３からなる面取部が形成されている。この第３アール部２３は第１アール部２１の上端と接しており、第１アール部２１の上端をダイス１１の上面１７で外側に広げている。そして第３アール部２３がダイス１１の上面１７に達する点Aと、前記した垂直ストレート部２０の延長線がダイス１１の上面１７に達する点Bとの距離Ｌ２は、２〜７mmとなっている。この距離Ｌ２が７mmを越えると点Pから点Aに向かう角度も大きくなり、抜く力が働くため製品に破断が出易くなる。２ｍｍ未満であると粗形材３がガイドされにくくなって、ダイス１１の上面１７に引っ掛かり易くなる。なお、第３アール部２３の半径も１ｍｍ未満ではガイドされにくくなり、３mmを越えると絞込みアールに近くなってダレを生じたり、製品が反り易くなる。

以上に説明した垂直ストレート部２０の上方部分は、粗形材３が下降するときの打ち抜き特性を左右するが、粗形材３が上昇するときには垂直ストレート部２０の下方部分の形状が重要となる。特許文献１ではこの部分も１０〜６０°のテーパ面と説明されているが、本発明では半径１５００mm以上の第２アール部２２とし、円弧面とした点に特徴を持つ。この実施形態では、第２アール部２２は垂直ストレート部２０の下端Ｑと約２°の角度で交差させてある。

この第２アール部２２は粗形材３が上昇するときにガイドとなる部分であり、半径１５００mm以上の緩やかな円弧面とすることによって粗形材３の外周輪郭部４を緩やかにしぼり、外周輪郭部４の表面精度を高めることができる。この部分も断面図上において粗形材３と点接触となるように円弧面とする必要があり、テーパ面では線接触となるので好ましくない。本発明はこのように垂直ストレート部２０の下方に半径１５００mm以上の第２アール部２２を形成することにより、粗形材３を上昇させる際の力を従来の１/５以下に小さくしながら、美しい外周輪郭部４を持つ製品を得ることができる。

なお、図８は第１アール部２１と第３アール部２３をともに数値限定の上限とした場合のイメージを示す図であり、図９は第１アール部２１と第３アール部２３をともに数値限定の下限とした場合のイメージを示す図である。

本発明によれば、このような断面形状を持つダイス１１を用い、熱間鍛造された粗形材３を昇降させて外周輪郭部４を仕上げ加工することにより、外周輪郭部４を寸法精度よく仕上げることができる。またダイス１１内を往復させることにより製品の反りを防止できるうえ、表面精度も高いので従来のような外周輪郭部４の切削加工を必要としない。しかも金型の損耗も抑制することができ、製造コストの大幅な引き下げが可能となる。

図１に示した厚さが２５ｍｍのパーキングポールと呼ばれる鍛造部品を製造した。材質はＳＣＲ２０であり、棒鋼切断、加熱、熱間鍛造、輪郭トリミング、焼きならし、ショット加工の工程で製造された粗形材の外周輪郭部を、実施形態に説明した通りの金型をセットした油圧プレス機を用いて仕上げ加工した。取り代は０.５ｍｍである。使用したダイスのダイス孔の断面形状は、３mmの垂直ストレート部の上端に半径２００mmの第１アール部と半径２mmの第３アール部を形成し、垂直ストレート部の下端に半径が１６５０mmの第２アール部を形成した形状である。なおダイス孔の表面はラップ仕上げにより表面粗さを０.１ｚ以下とした。

その結果、１４０トンの打ち抜き力により、ダレやクラックのない成品を得ることができた。なお厚さ２５ｍｍの鋼板を直接打ち抜く場合には８００トン以上の打ち抜き力を要するので、本発明による効果が明らかである。得られた製品の外周輪郭部の表面粗さは３.２ｚ以下であり、きれいな表面が得られた。また寸法精度は０.０５mm以下と良好であった。

鍛造製品であるパーキングポールの平面図及び断面図である。 金型構成の説明図である。 粗形材をカウンター上に載せた状態を示す工程説明図である。 粗形材を下降中の状態を示す工程説明図である。 粗形材を下降させた状態を示す工程説明図である。 粗形材を上昇させた状態を示す工程説明図である。 パンチを上昇させた状態を示す工程説明図である。 ダイス孔の要部の拡大断面図であり、数値限定の上限の場合を示す。 ダイス孔の要部の拡大断面図であり、数値限定の下限の場合を示す。

符号の説明

１ 鍛造部品
２ 凹部
３ 粗形材
４ 外周輪郭部
５ 取り代
６ 抜きカス
１１ ダイス
１２ ダイス孔
１３ パンチ
１４ カウンター
１５ ストリッパ
１６ 位置決め用突起
１７ ダイスの上面
２０ 垂直ストレート部
２１ 第１アール部
２２ 第２アール部
２３ 第３アール部

Claims (3)

1. 熱間鍛造された粗形材をパンチとカウンターで上下から挟圧し、ダイスの内部を昇降させて外周輪郭部を仕上げ加工する冷間プレス成形法であって、ダイス孔の断面形状が、製品外形に対応する０.８〜５mmの垂直ストレート部と、この垂直ストレート部の上端に形成された半径１００〜２５０mmの第１アール部と、この垂直ストレート部の下端に形成された半径が１５００mm以上の第２アール部とを含み、しかも第１アール部の上端の面取部がダイス上面に達する点Aと垂直ストレート部の延長線がダイス上面に達する点Bとの距離を２〜７mmとしたダイスを用いることを特徴とする冷間プレス成形法。
2. 第１アール部の上端の面取部が、半径１〜３mmの第３アール部からなるダイスを用いることを特徴とする請求項１記載の冷間プレス成形法。
3. 粗形材の下面に凹部を形成しておき、カウンターに突設した位置決め用突起にこの凹部を嵌合させて位置決めしながらダイスの内部を昇降させることを特徴とする請求項１記載の冷間プレス成形法。

Images