JP2007275977A - プレス金型、バーリング加工方法およびプレス加工品 - Google Patents

Abstract

【課題】バーリング加工によりボスを成形する場合において、ボスに連続する平面部に生じる反りを低減することを可能としたプレス金型、このプレス金型を利用したバーリング加工方法およびこのバーリング加工方法により成形されたプレス加工品を提案する。
【解決手段】バーリング穴２ａが形成されたダイ２と、ダイ２と金属板１０を介して対向するように配置されるストリッパ６と、バーリング穴２ａに挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチ４と、からなり、金属板１０にボス１１を成形するプレス金型１とこのプレス金型１を利用したバーリング加工方法であって、ダイ２には、ボス１１の周縁に沿った形状からなる突部２ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス金型、このプレス金型を利用したバーリング加工方法およびこのバーリング加工方法により成形されたプレス加工品に関する。

バーリング加工は、平板等の被加工材に下穴をあけて、この下穴の縁にフランジ（ボス）を成形するプレス加工方法である。

バーリング加工は、被加工材の下穴の直径よりも大きく、設計されたボスの外径と同程度の内径からなるバーリング穴が形成されたダイと、設計されたボスの内径と同程度の外径を有した棒状のバーリングパンチを利用して行う。そして、ダイのバーリング穴と被加工材の下穴との中心が略一致するように、被加工材をダイの表面に配置した後、被加工材のダイと反対側表面からバーリングパンチをバーリング穴に挿入する。これにより、下穴の縁がバーリングパンチの押圧力により押し広げられながらダイのバーリング穴の縁に沿って押し曲げられるため、被加工材にボスが成形される（例えば、特許文献１参照）。

この時、被加工材はダイとストリッパとにより挟まれた状態で固定されている。これにより、被加工材がバーリングパンチの押圧力によりバーリング穴に流れ込むことを防止して、ボスの高さや部材厚が均一となるように加工を施す。

従来、より強固に被加工材を固定することを目的として、図７に示すように、ダイ１２０のバーリング穴１２１の周縁の被加工材１１０側の表面と、ストリッパ１３０のバーリングパンチ１４０の周囲であって被加工材１１０側の表面とに、それぞれ突部１２２，１３１を形成する場合があった。

特開２００２−１１５２６号公報

ところが、前記従来のバーリング加工方法は、ダイ１２０とストリッパ１３０とに形成された突部１２２，１３１により、被加工材１１０を強固に固定し、被加工材１１０のバーリング穴１２１への流入を防止するため、高品質のボス１１１を成形することを可能としているものの、ボス１１１に連続する平面部が大きく反ってしまうという問題点を有していた。特に、部材厚の薄い被加工材１１０では、平面部の平面度が悪くなる傾向にあった。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、バーリング加工によりボスを成形する場合において、ボスに連続する平面部に生じる反りを低減することを可能としたプレス金型、このプレス金型を利用したバーリング加工方法およびこのバーリング加工方法により成形されたプレス加工品を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、バーリング穴が形成されたダイと、前記ダイと被加工材を介して対向するように配置されるストリッパと、前記バーリング穴に挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチと、からなり、前記被加工材にボスを成形するプレス金型であって、前記ダイと前記ストリッパのいずれか一方には、前記ボスの周縁に沿った形状からなる突部が形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプレス金型であって前記突部の幅が、前記被加工材の加工前の部材厚の５０％以上４００％以下、好ましくは１５０％以上から３００％以下の範囲内であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプレス金型であって、前記突部の高さが、前記被加工材の加工前の部材厚の５％以上２０％以下の範囲内であることを特徴としている。

かかるプレス金型によれば、ダイまたはストリッパのいずれか一方に突部が形成されているため、ボスの根元を鋭角に押し曲げることが可能となり、バウンジングにより生じる平面部の反りを低減することを可能としている。また、このプレス金型は、ダイまたはストリッパのいずれか一方に形成された突部と、ストリッパまたはダイとにより強固に被加工材を固定するため、バーリングパンチの押圧力により被加工材がバーリング穴に流入することを防止し、良好な形状のボスを成形することを可能としている。

また、請求項４に記載の発明は、バーリング穴が形成されたダイと、ストリッパとにより被加工材を狭持することで該被加工材を固定して、前記被加工材の前記ダイとの当接面の反対側の面から前記バーリング穴に挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチを該バーリング穴に押し込むことにより、前記被加工材にボスを成形するバーリング加工方法であって、前記ダイと前記ストリッパのいずれか一方には、前記ボスの周縁に沿った形状からなる突部が形成されていることを特徴としている。

かかるバーリング加工方法によれば、ボスを有して成形されるプレス加工品について、ボスに連続する平面部の反りが従来に比べて減少され、かつ、平面度が良好に成形される。

また、請求項５に記載の発明は、被加工材にバーリング加工を施すことにより少なくとも１つのボスが成形されたプレス加工品であって、前記ボスが突出している側の面またはその反対側の面のいずれか一方であって、該ボスの根元近傍に、凹部が成形されていることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプレス加工品であって、前記凹部の幅が、前記被加工材の加工前の部材厚に対して５０％以上４００％以下、好ましくは８０％以上３００％以下の範囲内であることを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載のプレス加工品であって、前記凹部の深さが、前記被加工材の加工前の部材厚に対して３％以上１７％以下の範囲内であることを特徴としている。

さらに、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のプレス加工品であって、前記被加工材の加工前の部材厚が、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以下であることを特徴としている。

本発明のプレス金型およびバーリング加工方法によれば、バーリング加工によりボスを成形する場合において、ボスに連続する平面部に生じる反りを低減することが可能となる。また、本発明のプレス加工品は、反りが小さく、平面度が良好なため、精密部品等の部材として好適に使用することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、プレス加工品として、磁気媒体を収納するカートリッジの部品、より詳しくは、カートリッジのシャッタ部材を成形する場合について説明する。
参照する図面において、図１（ａ）は、本実施形態に係るプレス金型を示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）の一部分を示す拡大図である。図２（ａ）は本実施形態に係るプレス加工品を示す斜視図であって、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図３は、本実施形態に係るバーリング加工方法の各施工段階を示す断面図である。

本実施形態に係るプレス金型１は、図１（ａ）に示すように、バーリング穴２ａが形成されたダイ２と、このダイ２と被加工材である金属板１０を介して対向するように配置されるストリッパ６と、バーリング穴２ａに挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチ４とを備えている。

本実施形態では、金属板１０として、その板厚（部材厚）ｔ（図１（ｂ）参照）が、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以下のものを使用する。本実施形態では、金属板１０について、図２（ａ）に示すように、バーリング加工を施すことにより、中央にボス１１が成形された、プレス加工品１５を成形するものとする。そして、ボス１１に連続する平面部１２は、バーリング加工に伴い、反りが生じることがないように（低減されるように）、品質が確保されている。なお、図面において、符号１３は、金属板１０の周縁に絞り加工を施すことにより成形された縁壁である。また、符号１４は、平面部１２に段差加工を施すことにより成形された段差である。なお、図２（ｂ）では、段差１４を省略している。

ダイ２は、図１（ａ）に示すように、ダイプレート３に形成された凹部３ａに配置されている。本実施形態に係るプレス金型１は、ダイ２を変更可能に構成されており、設計されたボス１１の形状に応じて、所望のバーリング穴２ａが形成されたダイ２を配置する。

ダイ２は、設計されたプレス加工品１５のボス１１（図２参照）の形状に応じて形成されたバーリング穴２ａが中央に形成された円筒状の鋼製部材により構成されている。また、ダイ２の上面におけるバーリング穴２ａの周縁には、ストリッパ６側に突出する突部２ｂが形成されている。なお、ダイ２を構成する材料は限定されるものではなく、金属板１０のプレス加工により変形することがない強度を有している公知の材料から適宜選定して使用すればよい。

バーリング穴２ａは、ダイ２の略中央に形成されており、本実施形態では、設計されたボス１１の形状に応じて円形に形成されている。バーリング穴２ａの内径は、バーリングパンチ４の外径よりも大きく形成されており、図１（ｂ）に示すように、バーリングパンチ４がバーリング穴２ａに挿入された状態で、所定幅のクリアランスＳが形成されるように構成されている。本実施形態では、バーリングパンチ４とバーリング穴２ａのクリアランスＳが、金属板１０の板厚（部材厚）ｔに対して６０％〜１００％の範囲内となるように構成されている。なお、バーリングパンチ４とバーリング穴２ａとのクリアランスＳは、６０％〜１００％の範囲内であれば限定されるものではないが、好ましくは６５％〜１００％の範囲内、さらに好ましくは７５％〜９５％の範囲内とする。
なお、本実施形態では、バーリング穴２ａの形状を円形に形成した場合について説明したが、例えば、正方形、矩形、楕円形等、設計されたボス１１の形状に応じて適宜形成すればよく、円形に限定されるものではない。

突部２ｂの形状は、この突部２ｂとストリッパ６とにより、バーリング加工時に金属板１０がずれることがないように強固に金属板１０を把持することが可能であれば限定されるものではないが、本実施形態では、幅ｗが、金属板１０の板厚ｔの５０％〜４００％、好ましくは１５０％〜３００％の範囲内であって、高さｈが、金属板１０の板厚ｔの５％〜２０％の範囲内に形成する（図１（ｂ）参照）。

バーリングパンチ４は、パンチプレート５に固定されており、パンチプレート５の下降に伴い、先端部分がダイ２のバーリング穴２ａに挿入されるように、構成されている（図１（ａ）参照）。

バーリングパンチ４は、図１（ａ）に示すように、鋼製の棒状部材であって、外径が設計されたボス１１の内径と略同じ形状に形成されているとともに、バーリング穴２ａとのクリアランスＳが、前記の範囲になるように構成されている。そして、バーリングパンチ４の先端（下端）部は、先端に行くに従ってその直径が小さくなるように、先細りに形成されている。なお、バーリングパンチ４の形状は限定されるものではなく、適宜公知の形状に形成されていればよい。

本実施形態では、バーリングパンチ４が金属板１０の上方から下降することで金属板１０にバーリング加工を施す構成としたが、バーリングパンチ４が下方から上昇する構成としてもよいことはいうまでもなく、バーリングパンチ４の動作方向は限定されるものではない。

ストリッパ６は、金属板１０のダイ２との当接面と反対側の面から、金属板１０に当接して、ダイ２とにより金属板１０を把持する板状材である。ストリッパ６は、パンチプレート５と隙間を介して配置されており、ストリッパ６とパンチプレート５との間には図示しないバネ部材が配置されている。
なお、ストリッパ６は、ダイ２と把持することにより金属板１０を強固に固定することが可能であればその構成は限定されないことはいうまでもない。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、本実施形態によるバーリング加工方法について、説明する。
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、金属板１０（プレス加工品１５）に円形のボス１１を成形する場合について説明する。なお、ボス１１の形状は、円形に限定されるものではなく、プレス加工品１５の使用目的に応じて、適宜任意の形状に成形可能である。

本実施形態に係るバーリング加工方法は、ダイ２に金属板１０を配置する配置工程と、ダイ２の上面に配置された金属板１０の上面にストリッパ６を当接させて、金属板１０を固定する固定工程と、固定された金属板１０にバーリングパンチ４を押し込むことによりボス１１を成形するバーリング工程と、からなる。

＜配置工程＞
配置工程は、図３（ａ）に示すように、バーリング穴２ａが形成されたダイ２の表面に、予め下穴１０ｈが形成された金属板１０を配置する工程である。この時、バーリング穴２ａの中心と、下穴１０ｈの中心とが略一致するように配置し、バーリング加工により成形されるボス１１の高さが一定となるようにする。

配置工程では、ストリッパ６は、上昇した位置に配置されており、ストリッパ６とダイ２との間には隙間が形成されて、金属板１０の移動が可能な状態となっている。一方、ストリッパ６とパンチプレート５との隙間は、ストリッパ６の上昇に伴い、隙間が狭くなっている。

＜固定工程＞
固定工程は、図３（ｂ）に示すように、ダイ２の上面に配置された金属板１０の上面（ダイ２側と反対側の面）にストリッパ６を押し当てて、このストリッパ６とダイ２とにより、金属板１０を把持して固定する工程である。このとき、金属板１０は、ダイ２のバーリング穴２ａの周縁に形成された突部２ｂが金属板１０に食い込むことにより、強固に固定される。

金属板１０の固定は、ストリッパ６を下降させることにより行う。このストリッパ６の下降に伴い、ストリッパ６は金属板１０に隙間なく密着するとともに、ストリッパ６とパンチプレート５との隙間は広がる。

＜バーリング工程＞
バーリング工程は、図３（ｃ）に示すように、固定工程により金属板１０が固定されたダイ２のバーリング穴２ａに、パンチプレート５を下降させて、バーリングパンチ４を押し込むことにより、金属板１０にバーリング加工を施す工程である。バーリングパンチ４は、先細りになった先端が、金属板１０の下穴１０ｈに対応するように配置されており、この状態でバーリング穴２ａに押し込むことにより、下穴１０ｈの周縁をバーリング穴２ａの周壁に沿って押し曲げる。また、バーリング穴２ａとバーリングパンチ４とのクリアランスは、金属板１０の板厚ｔ以下に形成されているため、バーリング穴２ａとバーリングパンチ４とにより、金属板１０のボス１１部分は、しごかれるとともにバーリング加工が施される。

前記バーリング加工方法により成形されたプレス加工品１５には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ボス１１の根元近傍であって、バーリング加工時に突部２ｂが当接していた側の面に、凹部１１ａが成形されている。この凹部１１ａは、幅ｗ１が金属板１０の加工前の板厚ｔに対して５０％〜４００％の範囲内、その高さｈ１は金属板１０の板厚ｔに対して３％〜１７％の範囲内に成形されている。なお、凹部１１ａの形状寸法は、前記の範囲内であれば、限定されないことはいうまでもないが、好ましくは、幅ｗ１が８０％〜３００％の範囲内に成形されているのがよい。

また、このプレス加工品１５は、ボス１１の部材厚が、金属板１０の加工前の板厚ｔの７０％〜１００％に成形される。なお、ボス１１は、プレス金型１のダイ２とバーリングパンチ４とのクリアランスＳ（板厚ｔに対して６０％〜１００％の範囲内）により、しごかれたのち、プレス金型１から取り外すとわずかに膨張することから、前記の部材厚に成形される。ここで、ボス１１の部材厚は、前記の範囲内であれば限定されるものではないが、好ましくは７５％〜１００％の範囲内、さらに好ましくは８６％〜９７％の範囲内がよい（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。

また、このプレス加工品１５は、ボス１１と平面部１２との角度φが、８５°〜９５°の範囲内であって、平面部１２の平面度が、ボス１１からプレス加工品１５の縁壁１３までの距離ｘの９％以下に構成されている（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。つまり、平面部１２に生じた反りや凹凸の高さが、距離ｘ×０．０９ｍｍ以下となるように構成されている。

本実施形態に係るプレス金型およびこのプレス金型を利用したバーリング加工方法によれば、前記のように、成形されたプレス加工品のボス１１に連続する平面部１２に生じる反りを低減することが可能となる。そのため、例えば、記録ディスクカートリッジのシャッタなど、ボスに連続する平面部に反りを有していると、その開閉移動が妨げられて、要求される機能を発揮することができないような、精密部品のバーリング加工について、適用することが可能である。

また、プレス金型１は、ダイ２の上面であって、バーリング穴２ａの周縁に突部２ｂが成形されているため、金属板１０を強固に固定し、バーリングパンチ４により押圧力が負荷された際に、金属板１０が動くことがない。そのため、バーリングパンチ４の加工とともに、金属板１０がバーリング穴２ａに流れ込むことを防止し、ボス１１の高さが一定に成形される。

また、プレス金型１は、ダイ２とバーリングパンチ４とのクリアランスが、金属板１０の板厚ｔと略同じか、板厚ｔよりもわずかに小さく構成されているため、加工後のボス１１の部材厚が、一定に成形される。

バーリングパンチ４は、先端部が、先端に行くに従い細くなるように形成されているため、バーリング加工時に下穴１０ｈを徐々に押し広げながらボス１１を成形することが可能となり、ボス１１の成形を高品質に行うことを可能としている。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、突部がダイに形成される場合について説明したが、突部の形成箇所は、ダイまたはストリッパのいずれか一方であれば限定されるものではなく、図４（ａ）および（ｂ）に示すプレス金型１’のように、ストリッパ６に突部６ａが形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、金属板の板厚を、０．５ｍｍ以下としたが、本発明に係るプレス金型およびバーリング加工方法により加工可能な被加工材の部材厚は、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、被加工材の材質も限定されないことはいうまでもない。

また、本発明のプレス金型は、個別の金型として使用してもよく、順送金型の一部として使用してもよいことはいうまでもない。
さらに、前記実施形態では、プレス加工品として、磁気媒体を収納するカートリッジの部品、より詳しくは、カートリッジのシャッタ部材を成形する場合について説明したが、本発明のプレス金型およびバーリング加工方法により成形されるプレス加工品の使用用途や形状等が限定されないことはいうまでもない。

以下、本発明に係るプレス金型およびバーリング加工方法によるプレス加工品の品質の向上について、実証実験結果について記載する。

本実証実験では、突部の設置条件を変化させて、バーリング加工後の被加工材の平面部の反りを測定することで、突部の有無によるバーリング加工の品質への影響について測定を行った。なお、実験において、板厚が０．１５ｍｍの金属板１０（ステンレス鋼ＳＵＳ３０４−ＳＰ）を使用する。

本実証実験では、図５に示すように、（１）突部をダイ２とストリッパ６に両方に形成した場合、（２）突部を形成しない場合、（３）ストリッパのみに形成した場合および（４）ダイ２にのみ形成した場合について、それぞれバーリング加工後の平面部の反り変化量を測定し、比較を行った。なお、本実証実験では、ダイとバーリングパンチとのクリアランスＳを被加工材の板厚ｔとした場合と板厚ｔ×０．５とした場合との２種類のクリアランスについて行った。ここで、図５では、ダイ２に突部を形成した場合を「下有」、ダイ２に突部を形成しない場合を「下無」、ストリッパ６に突部を形成した場合を「上有」、ストリッパ６に突部を形成しない場合を「上無」と表示している。

図５に示すように、クリアランスＳが部材厚の半分（Ｓ＝０．５ｔ）の場合は、突部を両方に形成された場合（１）は反り変化量が０．４ｍｍ、突部がない場合（２）は０．３６ｍｍとなるのに対し、突部がダイにのみ形成されている場合は０．２５ｍｍと小さい。また、クリアランスＳが部材厚と同じ（Ｓ＝ｔ）場合は、突部がない場合（２）の反り変化量が０．２０ｍｍとなるのに対し、突部がストリッパのみに形成されている場合は０．１５ｍｍ、突部がダイにのみ形成されている場合は０．１２ｍｍと小さい。
故に、突部をダイとストリッパとのいずれか一方につけた場合（３），（４）の方が、突部を両方に形成された場合（１）または突部をつけない場合（２）よりも、反りの変化量が小さくなり、高品質の製品の成形が可能であることが実証された。

ここで、反り（平面度）の測定は、図６（ａ）に示すように、レーザ変位計Ｌにより、ボス１１の根元における３点（ａ，ｂ，ｃ）の座標を測定し、仮想面Ａを形成する。そして、レーザ変位計Ｌをボスが成形された金属板１０の縦断方向、横断方向、対角方向に移動させながら平面部１２の変位を測定することで、３点ａ，ｂ，ｃの座標により形成された仮想面Ａに対する平面部１２の反り（凹凸）を測定する。ここで、反り（平面度）の＋−は、図６（ｂ）に示すように、ボス１１の突出部分と反対側への反り（平面度）を＋、ボス１１側への反り（平面度）を−とする。

以上の結果により、ダイおよびストリッパのいずれか一方に、突部を形成することで、バーリング加工後のプレス加工品の平面部の反りが、抑えられることが実証された。

なお、金属板１０として、アルミニウム（Ａｌ）製の板材やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）について同様の試験を行った結果、同様の傾向が示された。

本実施形態に係るプレス金型を示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）の一部分を示す拡大図である。 （ａ）は本実施形態に係るプレス加工品を示す斜視図であって、（ｂ）は（ａ）のプレス加工品の拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るバーリング加工方法の各段階を示す断面図である。 本実施形態に係るプレス金型の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を示す拡大図である。 突部の設置条件とバーリング加工後の反りの関係を示すグラフである。 （ａ）は、反りの測定方法を示す概略図であり、（ｂ）は、反りの方向を示す説明図である。 従来のバーリング加工方法を示す断面図である。

符号の説明

１ プレス金型
２ ダイ
２ａ バーリング穴
２ｂ 突部
４ バーリングパンチ
６ ストリッパ
１０ 金属板（被加工材）
１１ ボス
１２ 平面部
１５ プレス加工品
Ｓ クリアランス
ｔ 板厚（部材厚）

Claims (8)

1. バーリング穴が形成されたダイと、前記ダイと被加工材を介して対向するように配置されるストリッパと、前記バーリング穴に挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチと、からなり、前記被加工材にボスを成形するプレス金型であって、
   前記ダイと前記ストリッパのいずれか一方には、前記ボスの周縁に沿った形状からなる突部が形成されていることを特徴とする、プレス金型。
2. 前記突部の幅が、前記被加工材の加工前の部材厚の５０％以上４００％以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載のプレス金型。
3. 前記突部の高さが、前記被加工材の加工前の部材厚の５％以上２０％以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプレス金型。
4. バーリング穴が形成されたダイと、ストリッパとにより被加工材を狭持することで該被加工材を固定して、前記被加工材の前記ダイとの当接面の反対側の面から前記バーリング穴に挿入可能な形状に形成されたバーリングパンチを該バーリング穴に押し込むことにより、前記被加工材にボスを成形するバーリング加工方法であって、
   前記ダイと前記ストリッパのいずれか一方には、前記ボスの周縁に沿った形状からなる突部が形成されていることを特徴とする、バーリング加工方法。
5. 被加工材にバーリング加工を施すことにより少なくとも１つのボスが成形されたプレス加工品であって、
   前記ボスが突出している側の面またはその反対側の面のいずれか一方であって、該ボスの根元近傍に、凹部が成形されていることを特徴とする、プレス加工品。
6. 前記凹部の幅が、前記被加工材の加工前の部材厚に対して５０％以上４００％以下の範囲内であることを特徴とする、請求項５に記載のプレス加工品。
7. 前記凹部の深さが、前記被加工材の加工前の部材厚に対して３％以上１７％以下の範囲内であることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のプレス加工品。
8. 前記被加工材の加工前の部材厚が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のプレス加工品。

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