JP2007152417A - 曲げ金型装置及び曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑なカム機構を使用することなく、また、リストライク工程を別途設けることなく１回のプレス加工で直角にワークを曲げる。
【解決手段】下型のダイ１上に置かれたワークＷを上型のワークパッド２で押さえ付けた後、上型のパンチ３で直角に折り曲げる曲げ金型装置であって、パンチには、ワークパッド２に近い方から順に第１加工部４、第２加工部５、第３加工部６が形成され、これら第１加工部、第２加工部、第３加工部を階段状としている。そして、第３加工部の予備曲げ部６ｃは、ワークを下方へ曲げる予備曲げを行うと共にパンチ底部にワークたわみ部７を生じさせ、第１加工部は、ワークたわみ部７を第２加工部へと流れ出させると共にダイに押し付け、第２加工部は、この第２加工部へと流れ出た部位７Ｂを直角に曲げると共に該第２加工部が最初にワークに接触して曲げた部位７Ａをダイのワーク直角曲げ加工面１ｂに押し付ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワークを直角に曲げる曲げ金型装置及び曲げ加工方法に関する。

例えば、ワークを曲げ金型装置により直角（９０度）に曲げるには、１回だけの成形では材料の持つ弾性回復現象（スプリングバック）によって狙い通りの精度を出すことは困難である。すなわち、曲げられた部位が材料の持つ弾性回復により、角度が開いてしまい９０度の精度を確保することができない。

そこで、曲げ精度を出すために、一度曲げた部位を直角よりも更に角度を追い込んで曲げる（９０度以下に曲げる）リストライク工程を追加して再度成形する方法が知られている。

特許文献１には、９０度曲げを行うヘッドパンチを上下方向に上下動させることに加えて横方向にも摺動自在なようにカム機構にて水平移動可能となし、下方へ折り曲げたワークの部位を、さらにこのヘッドパンチでリストライクする技術が開示されている（例えば、特許文献１など参照）。
特開平５−１９２７１３号公報

しかし、特許文献１に記載の技術を使用した場合は、複雑なカム機構が必要なため、金型製作費やメンテナンス費が増加する。

そこで、本発明は、複雑なカム機構を使用することなく、また、リストライク工程を別途設けることなく１回のプレス加工で直角にワークを曲げることのできる低金型コスト及び低メンテナンス費ですむ曲げ金型装置及び曲げ加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、下型のダイ上に置かれたワークを上型のワーク押さえ部材で押さえ付けた後、ダイから突き出たワークの突出部分を、上型のパンチで直角に折り曲げる曲げ金型装置において、パンチには、ワーク押さえ部材に近い方から順に第１加工部、第２加工部、第３加工部が形成され、これら第１加工部、第２加工部、第３加工部は階段状とされており、第３加工部は、第１加工部及び第２加工部よりも先にワークの突出部分に接触して該ワークを下方へ曲げる予備曲げを行うと共にパンチ底部にワークたわみ部を生じさせ、第１加工部は、ワークたわみ部を第２加工部へと流れ出させると共にダイに押し付け、第２加工部は、この第２加工部へと流れ出た部位を直角に曲げると共に該第２加工部が最初に前記ワークに接触して曲げた部位をダイの側面に押し付けることを特徴とする。

また、本発明は、下型のダイ上に置かれたワークを上型のワーク押さえ部材で押さえ付けた後、ダイから突き出たワークの突出部分を、上型のパンチで直角に折り曲げる曲げ加工方法において、ワーク押さえ部材に近い方から順に第１加工部、第２加工部、第３加工部を備えた段差状のパンチによって、第１加工部及び第２加工部よりも先にワークに接触する第３加工部で、ワークの突出部分を下方へ曲げる予備曲げを行うと共にパンチ底部にワークたわみ部を生じさせ、そのワークたわみ部を第１加工部で、第２加工部へと流れ出させると共にダイに押し付け、その第２加工部に流れ出た部位を該第２加工部で、直角に曲げると共に、第２加工部が最初に前記ワークに接触して曲げた部位を該第２加工部で、ダイの側面に押し付けることを特徴とする。

本発明によれば、階段状とした第１加工部、第２加工部、第３加工部を有したパンチにてワークを曲げ、第３加工部でパンチ底部にたわませたワークたわみ部を第１加工部で第２加工部へと流れ出し、その流れ出た部位を第２加工部で直角に曲げると共に、第２加工部が最初にワークに接触して曲げた部位をダイの側面に押し付けようにしているので、ワークを金型から取り出すと、第２加工部が最初にワークに接触して曲げられた部位がワーク先端を内側に変形させる（９０度以下となる）方向に作用し、第２加工部へ流れ出たワークたわみ部の一部である部位がワーク先端を外側に変形させる（９０度以上となる）方向に作用し、両者が相殺し合うことで狙い通りの角度（直角）が得られる。

このように、本発明の曲げ金型装置によれば、複雑なカム機構を使用することなく、また、リストライク工程を別途設けることなく一つのパンチとダイとにより１回のプレス加工で狙い通りの角度（直角）にワークを曲げることができるので、金型の製作費用増大を抑制することができ、しかも追い込み角度の調整機構を持たないカム構造での面倒な調整作業の必要も無くなり、さらにはメンテナンス費用も低く抑えることができる。

一方、本発明の曲げ加工方法によれば、リストライク工程を追加することなく１回の曲げ加工で材料の持つ弾性回復現象（スプリングバック）の影響を打ち消してワークを直角に曲げることができ、曲げ精度の高いワークを生産性良く製造することができ、製造コストも低減させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「曲げ金型装置の構成」
図１は本実施の形態の曲げ金型装置の要部拡大断面図、図２は下型ダイ上に置かれたワークと上型パンチとの寸法関係を示す図、図３は上型パンチの寸法関係を示す図、図４は本実施の形態の曲げ金型装置でワークを曲げ加工する工程図、図５は本実施の形態の曲げ金型装置で曲げられたワークの曲げ部分を示す要部拡大図である。

本実施の形態の曲げ金型装置は、図１に示すように、下型のダイ１と、このダイ１上に置かれたワークＷをワーク載置面１ａ上に押さえ付けるワーク押さえ部材であるワークパッド２と、ダイ１から突き出たワークＷの突出部分を直角に曲げる上型のパンチ３とから構成され、上型及び下型がプレス加工機に取り付けられ、固定されるダイ１に対してワークパッド２及びパンチ３が上下動してワークＷを直角に折り曲げるように構成されている。

ダイ１は、下型のベース部材（図示は省略する）に固定されており、ワークＷを上面に載置させるワーク載置面１ａと、このワーク載置面１ａに対して直角なダイ角部の側面であるワーク直角曲げ加工面１ｂとを有している。

ワークパッド２は、上型のベース部材（図示は省略する）に固定され、後述するパンチ３よりも先にワーク載置面１ａ上に置かれたワークＷをダイ１に押し付けるようになっている。このワークパッド２は、ワークＷに傷などを付けないようなウレタンなどで形成されている。

パンチ３は、ワークパッド２に近接して上型のベース部材に固定され、ワークパッド２と共にダイ１に対して接近及び離反方向に上下動自在とされている。かかるパンチ３には、ワークパッド２に近い方から第１加工部４、第２加工部５、第３加工部６が形成され、これら第１加工部４、第２加工部５、第３加工部６は階段状とされている。本実施の形態では、ワークパッド２から離れるに従い下方へと向かうような階段状のパンチ構造とされている。

第１加工部４は、ワーク載置面１ａと対応する位置に形成され、ダイ１に底付きしてワーク載置面１ａ上のワークＷを押圧する平坦面とされた底付き面４ａとされている。第２加工部５は、第１加工部４の底付き面４ａの一端から垂直に下方へ延びるようにして形成された垂直面とされる直角加工面５ａとされている。第３加工部６は、第２加工部５の直角加工面５ａの先端部５ｂから水平方向に延びる水平面６ａと、この水平面６ａの一端から垂直に下方へ延びるようにして形成された垂直面６ｂと、その垂直面６ｂの先端の予備曲げ部６ｃとからなる。

第３加工部６は、後述の曲げ加工方法の説明で詳しく述べるが、第１加工部４及び第２加工部５よりも先にダイ１から突出した突出部分に接触してワークＷを下方へ曲げる予備曲げを行う共にパンチ底部にワークたわみ部を生じさせる役目をする。第１加工部４は、ワークたわみ部を第２加工部５へと流れ出させると共にダイ１に押し付ける役目をする。第２加工部５は、この第２加工部５へと流れ出た部位を直角に曲げると共に第２加工部５が最初にワークＷに接触して曲げた部位をダイ１の側面である直角曲げ加工面１ｂに押し付ける役目をする。

第１加工部４、第２加工部５及び第３加工部６の各部位の寸法関係は、図２及び図３に示すような関係に設定されている。第１加工部４と第２加工部５の段差Ｌｃ（直角加工面５ａの垂直長さ）と、第２加工部５と第３加工部６の段差Ｌａ（垂直面６ｂの垂直長さ）との間には、Ｌｃ＜Ｌａなる関係（第１の寸法関係）が設定されている。また、ダイ１から飛び出たワークＷの突出部分の突出量Ｗｂ（突出長さ）と、第３加工部６の水平部である水平面６ａの幅Ｗａ（水平長さ）との間には、Ｗｂ×０．５＜Ｗａ＜Ｗｂなる関係（第２の寸法関係）が設定されている。

これら第１及び第２の寸法関係とすることで、第３加工部６の予備曲げ部６ｃでワークＷを曲げたときにパンチ底部にワークたわみ部７を生じさせる効果が得られる。また、これら第１及び第２の寸法関係によって、ワークたわみ部７のたわみ量をコントロールすることができる。

また、第１加工部４の水平部である底付き面４ａの幅Ｗｃ（底付き面４ａの水平長さ）と、第３加工部６の水平部である水平面６ａの幅Ｗａ（水平面６ａの水平長さ）との間には、Ｗａ＜Ｗｃなる関係（第３の寸法関係）が設定されている。

この第３の寸法関係とすることで、パンチ底部に生じたワークたわみ部７の第２加工部５への材料流し出しを生じさせる効果が得られる。

「曲げ加工方法」
次に、前記した曲げ金型装置を使用してワークＷを直角に折り曲げてフランジ部を形成する曲げ加工方法について説明する。

先ず、ダイ１のワーク載置面１ａの上に、前記した第２の寸法関係にあるようにダイ１からその突出量がＷｂとなるようにワークＷを載せる。次に、上型を下降させると、パンチ３よりも先にワークパッド２がワークＷと接触し、該ワークパッド２にてワークＷがダイ１に押し付けられる。

ワークパッド２にてワークＷがダイ１に押し付けられた後、今度は、パンチ３に形成された第３加工部６の予備曲げ部６ｃがダイ１から飛び出たワーク先端部に接触する。この状態からパンチ３がさらに下降すると、図４（Ａ）に示すように、ワーク先端部が下方へ曲げられる（予備曲げされる）と共に、パンチ底部に材料が余ってへの字のワークたわみ部７が生じる。

そして、パンチ３がさらに下降すると、図４（Ｂ）に示すように、第２加工部５の先端部５ｂがダイ１から飛び出たワークＷの下方へと曲げられた部位に接触する。この第２加工部５の先端部５ｂが接触したワークＷの部位を、初期曲げ位置部位７Ａとする。この状態からさらにパンチ３が下降すると、ワークＷのダイ１から飛び出た部分が９０度に曲げられて行く。このとき、パンチ底部にはワークたわみ部７が生じており、そのワークたわみ部７は、第１加工部４の底付き面４ａに押されることで第２加工部５へと流れ出される（押し出される）。

そして、ワークたわみ部７は、図４（Ｃ）に示すように、底付き面４ａによってワーク載置面１ａに押し付けられて曲げ状態から平坦状態とされる。また、第２加工部５へと流れ出たワークたわみ部７の一部である部位７Ｂは、新たに第２加工部５によって直角に曲げられる。このとき、前記した初期曲げ位置部位７Ａは、第２加工部５の直角加工面５ａにより、前記ダイ１の側面であるワーク直角曲げ加工面１ｂに押し付けられる。

前記初期曲げ位置部位７Ａは、第２加工部５の直角加工面５ａによってダイ１のワーク直角曲げ加工面１ｂに押し付けられることで、曲げ状態から平坦状態に戻される（いわゆる曲げ曲げ戻し変形される）。一方、第２加工部５へと流れ出たワークたわみ部７の一部である部位７ｂは、直角（９０度）に曲げられる。

このようにして、パンチ３が下死点まで下降し終えるとワークＷの曲げ加工が終了する。上型を下型から上方へ待避させて金型からワークＷを取り出すと、図５に示すように、前記した初期曲げ位置部位７Ａは、ワーク先端を内側に変形させる（９０度以下となる）方向に作用し、前記第２加工部５へと流れ出たワークたわみ部７の一部である部位７ｂは、ワーク先端を外側に変形させる（９０度以上となる）方向に作用し、両者が相殺し合うことで狙い通りの角度（直角）となる。

このように、本実施の形態の曲げ金型装置によれば、複雑なカム機構を使用することなく、また、リストライク工程を別途設けることなく一つのパンチ３とダイ１とにより１回のプレス加工で狙い通りの角度（直角）にワークＷを曲げることができるので、金型の製作費用増大を抑制することができ、しかも追い込み角度の調整機構を持たないカム構造での面倒な調整作業の必要も無くなり、さらにはメンテナンス費用も低く抑えることができる。

また、本実施の形態の曲げ金型装置によれば、前記した第１及び第２の寸法設定とすることで、パンチ底部にワークたわみ部７を生じさせることができ、さらに、前記した第３の寸法設定とすることで、そのワークたわみ部７を第２加工部５へと押し出すことができる。

一方、本実施の形態の曲げ加工方法によれば、リストライク工程を追加することなく１回の曲げ加工で材料の持つ弾性回復現象の影響を打ち消してワークＷを直角に曲げることができ、曲げ精度の高いワークＷを生産性良く製造することができ、製造コストも低減させることができる。

なお、前記した曲げのメカニズムをＦＥＭ（有限要素法）によってその効果を検証してみた。図６は本実施の形態の曲げ加工方法でのワーク曲げを解析する解析例を示す図、図７は解析結果を示す図である。図６（Ａ）はダイ１から突出したワークＷの突出部分がパンチ３の第３加工部６の予備曲げ部６ｃで下方へ曲げられた状態を示し、図６（Ｂ）は第１加工部４の底付き面４ａでワークたわみ部７が第２加工部５へと流れ出される状態を示し、図６（Ｃ）は第２加工部５へ流れ出たワークたわみ部７の一部の部位を直角に曲げると共に初期曲げ位置部位７Ａをワーク直角曲げ加工面１ｂに押し付ける状態を示す。

図７（Ａ）は、従来構造の曲げ金型装置で曲げ加工を行ったときの解析結果であり、ワークＷが弾性回復現象によって９０度ではなくそれよりも角度が大きくなってしまっていることが判る。これに対して図７（Ｂ）は、本実施の形態の曲げ金型装置で曲げ加工を行ったときの解析結果であり、ほぼ９０度にワークＷが曲げられた状態であることが確認される。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、上述の実施の形態は本発明の一例であり、ＦＥＭ解析を用いたこれら実施の形態に制限されることはない。

本実施の形態の曲げ金型装置の要部拡大断面図である。 下型ダイ上に置かれたワークと上型パンチとの寸法関係を示す図である。 上型パンチの寸法関係を示す図である。 本実施の形態の曲げ金型装置でワークを曲げ加工する工程図である。 本実施の形態の曲げ金型装置で曲げられたワークの曲げ部分を示す要部拡大図である。 本実施の形態の曲げ加工方法でのワーク曲げを解析する解析例を示す図である。 曲げ加工の解析結果である。

符号の説明

１…ダイ（下型のダイ）
２…ワークパッド（ワーク押さえ部材）
３…パンチ
４…第１加工部
４ａ…底付き面
５…第２加工部
５ａ…直角加工面
５ｂ…第２加工部の先端部
６…第３加工部
６ａ…水平面
６ｂ…垂直面
７…ワークたわみ部
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. 下型のダイ上に置かれたワークを上型のワーク押さえ部材で押さえ付けた後、前記ダイから突き出た前記ワークの突出部分を、前記上型のパンチで直角に折り曲げる曲げ金型装置において、
   前記パンチには、前記ワーク押さえ部材に近い方から順に第１加工部、第２加工部、第３加工部が形成され、これら第１加工部、第２加工部、第３加工部は階段状とされており、
   前記第３加工部は、前記第１加工部及び前記第２加工部よりも先に前記ワークの突出部分に接触して該ワークを下方へ曲げる予備曲げを行うと共にパンチ底部にワークたわみ部を生じさせ、前記第１加工部は、前記ワークたわみ部を前記第２加工部へと流れ出させると共に前記ダイに押し付け、前記第２加工部は、この第２加工部へと流れ出た部位を直角に曲げると共に該第２加工部が最初に前記ワークに接触して曲げた部位を前記ダイの側面に押し付ける
   ことを特徴とする曲げ金型装置。
2. 請求項１に記載の曲げ金型装置であって、
   前記第１加工部と前記第２加工部の段差Ｌｃと、前記第２加工部と前記第３加工部の段差Ｌａとの間には、Ｌｃ＜Ｌａなる関係があり、
   前記ワークの突出部分の突出量Ｗｂと、前記第３加工部の水平部の幅Ｗａとの間には、Ｗｂ×０．５＜Ｗａ＜Ｗｂなる関係がある
   ことを特徴とする曲げ金型装置。
3. 請求項２に記載の曲げ金型装置であって、
   前記第１加工部の水平部の幅Ｗｃと、前記第３加工部の水平部の幅Ｗａとの間には、Ｗａ＜Ｗｃなる関係がある
   ことを特徴とする曲げ金型装置。
4. 下型のダイ上に置かれたワークを上型のワーク押さえ部材で押さえ付けた後、前記ダイから突き出た前記ワークの突出部分を、前記上型のパンチで直角に折り曲げる曲げ加工方法において、
   前記ワーク押さえ部材に近い方から順に第１加工部、第２加工部、第３加工部を備えた段差状のパンチによって、第１加工部及び第２加工部よりも先に前記ワークに接触する第３加工部で、前記ワークの突出部分を下方へ曲げる予備曲げを行うと共にパンチ底部にワークたわみ部を生じさせ、そのワークたわみ部を第１加工部で、第２加工部へと流れ出させると共に前記ダイに押し付け、その第２加工部に流れ出た部位を該第２加工部で、直角に曲げると共に、第２加工部が最初に前記ワークに接触して曲げた部位を該第２加工部で、前記ダイの側面に押し付ける
   ことを特徴とする曲げ加工方法。

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