JP2008254001A

JP2008254001A - 絞りプレス成形装置及び絞りプレス成形方法

Info

Publication number: JP2008254001A
Application number: JP2007095767A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Matsumoto; 和秀松元; Yasuo Takagi; 康夫高木; Takeo Sakurai; 健夫櫻井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP4794492B2

Abstract

【課題】絞り性の向上としわの抑制を共に実現させることができる絞り型プレス加工法及びその金型を提供することを目的とする。
【解決手段】アルミ板材を上段部と、この上段部の周囲に１段低い平坦部を備え、前記上段部に対して段差が生成される段差部と、前記台座部の縁辺にフランジ部とを有する形状に絞り成形する過程において、前記フランジ部と前記段差部とを加熱し、さらに前記上段部を冷却することが可能な金型を用いて絞り型プレス加工を行う。前記加熱温度は２００℃乃至３００℃とする。
【選択図】図２

Description

本発明はしわ抑制と絞り成形性が優れた絞り型プレス加工に使用される絞りプレス成形装置及び絞りプレス成形方法に関する。

一般に、絞り型プレス加工においては、所定の成形形状を有する凹部（ダイ穴）をもつダイスに対して、その凹部内に進入するように駆動されるポンチにより、ダイスの成形面上に配置されたブランク（素板）を押し込んで、ポンチの形状及びダイスの形状にブランクをプレス成形する。

加工する素板をダイ上に設置して、ポンチがダイ側にはまり込むように駆動することによって、素板がダイ穴に流入され加工される。ポンチがダイ穴に押し込まれ素板の成形が始まると、フランジ部の素板は、外周方向に圧縮応力を受けて縮もうとして、その結果、しわ又は面歪みなどが発生する。このしわ又は面ひずみを抑えるために、ダイ上でフランジ部の素板を押さえ込む方法が一般に行われている。

アルミニウム板材はプレス成形性があまりよくなく、成形性の向上には温間成形及び局部加熱成形が有効であることが知られている。特許文献１では、プレス用板材（ワーク）の被保持部を複数の加熱ブロックに形成し、ブロックごとに温度制御することにより、ワーク形状に応じた良好なプレス成形性を得ることができると記載されている。また、特許文献２では、温間成形性が良好なアルミニウム合金圧延板の成分組成が記載されている。

特許第３３８０２８６号公報特公平７−９０５１号公報

通常の成形品は自動車用ドアインナー材等のように、深絞りとともに複雑な形状が一般的であり、絞り性以外に形状に起因する諸問題（しわ等）が問題となるケースがある。しわを抑制する場合、しわ押さえ力を増圧することや金型内にビードを設けることで解決できる場合もあるが、絞り性が低下してしまうという問題点が生じる。このため、絞り性の向上と共にしわを抑制することは、相反する現象であるため、通常の成形法で実現させることは難しい。

前述した特許文献１，２は、主に絞り性に着目した成形技術であり、フランジ部を軟質化させて変形抵抗を下げる一方で、ポンチ肩部及びダイス肩部の強度を維持することで絞り性を向上させるものである。そのため、しわを抑制するという点では従来技術では解決できていないという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、絞り型プレス加工において従来相反する現象とされてきた絞り性の向上としわの抑制を共に実現させることができる絞りプレス成形装置及び絞りプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係る絞りプレス成形装置は、ブランクが載置されるブランクホルダと、このブランクホルダとの間で前記ブランクを保持するダイスと、前記ブランクホルダ及びダイスに対して相対的に移動して前記ブランクホルダ及びダイスに保持されたブランクを前記ダイスと共にプレス成形する金型と、を有し、前記金型は、中央部の上段部を成形する上段部と、その周囲の台座部とを有し、前記ダイス及び前記ブランクホルダ並びに前記台座部を加熱する加熱ユニットと、前記上段部を冷却する冷却ユニットとが設けられていることを特徴とする。

この絞りプレス成形装置において、前記加熱ユニットは、前記台座部を２００乃至３００℃に加熱することが好ましい。また、前記加熱ユニットは、前記ダイス及び前記ブランクホルダを２００乃至３００℃に加熱することが好ましい。

本発明に係るプレス成形方法は、上段部と、この上段部の周囲に１段低い平坦部を備え前記上段部に対して段差が形成されている台座部と、この台座部の縁辺に成形されたフランジ部と、を有する成形体を成形する方法において、この成形過程で、前記上段部は冷却し、前記台座部及びフランジ部は加熱することを特徴とする。

この絞りプレス成形方法において、前記加熱温度が２００乃至３００℃であることが好ましい。

本発明によれば、絞り性の向上と共にしわ発生部を加熱することでしわも抑制することができる。そのため、絞り型プレス加工において、従来相反する現象とされてきた絞り性の向上としわの抑制を共に実現させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る絞り型プレス加工の絞りプレス成形装置及びプレス成形方法について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る絞り型プレス成形用金型（以下、金型あるいはポンチとする）を示している。

この金型は台座部１２と、台座部１２の台部から凸状に突き出た上段部１１とが一体となって構成される。ポンチ肩部１６は、成形中に素板が破断したり、しわが発生しないように、素材の材質や寸法を考慮して適切なＲ加工が施される。

図２は本実施形態に係る絞り型プレス成形法を示した概略図である。

台座部１２を有するポンチ１０の凸部が上部に向けて設置され、ポンチ肩部１６には所定のＲ加工が施される。ブランクホルダ１３は柱部材１９に支えられる。ブランクホルダ１３はプレス成形時に成形品のフランジに発生するしわの発生を抑えるため、素板２０をダイス１４との間に挟みこんでしわ押え力を作用させる。ダイス１４はブランクホルダ１３とともに素板２０をはさみ、素板２０の曲げ加工をするダイ肩部１５には、適切なＲ加工が施される。柱部材１９は図面上下方向に可動し、ブランクホルダ１３とダイス１４を上下方向に移動させるとともに、素板２０をポンチ１０に押し付ける。

ポンチの台座部１２とブランクホルダ１３とダイス１４の段差部はヒータ１８により加熱される。またポンチの上段部１１には水冷管１７が配設され、冷却用の水が水冷管１７内を循環することにより上段部１１は冷却される。

図３は素板２０が本実施形態に係る絞り型プレス成形法により成形された状況を示した概略図である。素板２０を挟み込んでいるブランクホルダ１３とダイス１４とが固着されている柱部材１９により下側に移動されることにより、素板２０がポンチ１０に押し当てられて所定の形状に成形される。素板２０はダイ肩部１５とポンチ肩部１６に施されたＲ加工により、素板の曲げ加工部には適切なＲ加工が施され、破断やしわの発生が抑えられる。成形中の素板２０はポンチの上段部１１に接触する部分が冷却され、その他ポンチ台座部１２とブランクホルダ１３とダイス１４の段差部とに接触する部分は加熱される。

通常、段差を有する金型１０を用いて素板２０に絞り型プレス成形を行った場合、成形品の段差部２２（図４）にしわが発生しやすい。そこで、ポンチの上段部１１は水冷を行い、しわが発生しやすい台座部１２とフランジ部２３（図４）が形成されるブランクホルダ１３とダイス１４の段差部は２００〜３００℃で加熱を行う。素板２０はアルミニウム板材で、例えば成形用途に利用される合金３０００系、５０００系、６０００系等があげられる。

加熱温度を２００〜３００℃とした理由は、２００℃より低い温度ではアルミニウム板材への影響（低強度と高延性）が顕著に現れず、絞り成形性、及びしわ抑制に効果が得られないからである。一方、３００℃を越える温度で加熱した場合は潤滑油の劣化が激しくなる。潤滑油には、成形時の材料の破断、焼付き、しわ発生、製品の表面傷あるいは型摩耗などを防止する機能があり、潤滑油の劣化は素板の絞り成形性にも悪影響を与える。

また、アルミ板材の材種を特に規定していないのは、合金種によらず通常２００〜３００℃程度で低強度、高延性が認められるからである。

図４は、本実施形態に係る絞り型プレス成形法により製作された成形品の斜視図である。

成形品はポンチ１０の上段部１１から成形される上段部２１と、ポンチ１０の台座部１２から成形される段差部２２と、ブランクホルダ１３とダイス１４とから成形されるフランジ部２３とから構成される。成形品の折れ線には、ダイ肩部１５とポンチ肩部１６により成形された所定のＲ加工２５が施される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本発明による絞り型プレス成形法を用いれば、成形品のフランジ部２３としわが発生しやすい段差部２２とを２００〜３００℃に加熱することにより、当該箇所のアルミニウム板材を低強度でかつ高延性とすることができる。その結果、絞り成形性を向上させることができると同時に、段差部に発生するしわを抑制させることができる。また、上段部を冷却することにより、上段部の頂部は作用する引張力に耐えることができ、当該箇所の破断を防止することができる。そのため、従来絞り型プレス成形において相反する現象とされてきた絞り成形性の向上としわの抑制を共に実現させることができる。

本発明の絞り型プレス成形法及びその金型の効果を確認するため、段差を有する金型を用いて室温で素板を成形した場合と、本発明の絞り型プレス成形法の技術を用いて素板を成形した場合とで、成形品の段差部に発生したしわの形状を確認した。

以下、実施例を図４〜図６及び表１を参照して説明する。

本実施例では、前記図２、図３に示した絞り型プレス成形法にて素板を成形したため、成形法についての詳細な説明は省略する。

図５及び表１は本実施例における成形条件を示している。素板２０の材質はアルミニウム合金５１８２−Ｏ、寸法は□２００ｍｍ、厚さは１ｍｍで４コーナーを３５ｍｍカットしている。ポンチの台座部１２は□１１７ｍｍの寸法で、ポンチ肩部はＲ５ｍｍ、コーナー部はＲ１８ｍｍをとっている。ポンチの上段部１１はφ９６ｍｍの円筒形状で、ポンチ肩部はＲ１０ｍｍをとっている。ポンチの台座部１２に対向するダイス１４の台座部は□１２０ｍｍの寸法でポンチ側と３ｍｍのクリアランスを設けた。コーナー部はＲ２０ｍｍをとり、ポンチ部より２ｍｍ大きくとっている。ポンチの上段部１１に対向するダイス１４の孔部はφ１００ｍｍの寸法をとり、ポンチ側と４ｍｍのクリアランスを設けた。２箇所のダイ肩部はそれぞれＲ５ｍｍをとっている。

成形中にフランジ２３（図４）に発生するしわを抑制させるため、ブランクホルダ１３とダイス１４とに挟まれた素板２０部にしわ押さえ力３ｔｆを載荷した。潤滑条件は、室温で成形する場合は油系潤滑油またはビニールを使用し、温間成形時は油系潤滑油を使用した。素板２０の成形速度は２０ｍｍ／ｍｉｎに設定して柱部材を下方に可動させた。

以上の条件のもと、成形温度を変えた二つのパターンで素板２０を成形した。一方はプレス成形装置に加熱と冷却とを行わず、約２０℃の室温にて素板２０を成形した場合、他方はポンチの台座部１２とブランクホルダ１３とダイス１４の段差部とを２５０℃に加熱して、ポンチの上段部１１は約１０℃の水を水冷管内で循環させて冷却して成形した場合である。

室温成形において潤滑条件として油系潤滑油を使用した場合、ポンチ肩部でわれが発生し成形不可となった。そこで、潤滑性のより優れるビニールを使用することで成形品を得ることが出来た。前述のように、成形品の段差部にはしわの発生部ができやすく、本実施例で製作された２パターンの成形品においても同様のしわが発生した。そこで、図４の（１）に示した区間のしわを、アルミニウム板を室温（潤滑条件：ビニール）にて成形した場合と、加熱及び冷却を行ったプレス成形装置にて成形した場合とにおいて、発生したしわの形状を測定した。

図６は図４に示した成形品に発生したしわの形状を表わしたグラフであり、横軸に設定した区間に沿った長さ、縦軸にしわの凹凸形状の高低を示したグラフである。横軸上の原点は、図４に示した（１）区間の矢印の始点を表わす。また、図６中の両矢印の長さは縦軸で０．５ｍｍの長さを表わしている。なお、図６(a)は、約２０℃の室温で素板２０を成形（潤滑条件：ビニール）した場合、図６(b)は本発明によるプレス成形法を用いて素板を成形した場合を示している。ただし室温で成形した場合、油系潤滑油ではポンチ肩部で割れが発生して成形が出来なかったため、両者の潤滑条件は異なっている。

図６（a）のグラフを見ると、高低差が大きい凹凸を多数確認することができ、成形品の（１）区間には多くのしわが発生したことがわかる。一方、図６（ｂ）のグラフでは、平坦なグラフで凹凸をほとんど確認することができない。

以上より、本発明によるプレス成形法の効果を確認することが出来た。つまり、成形品のしわが発生しやすい箇所には加熱を、成形品に作用する応力が大きく破断の恐れがある箇所には冷却を行うことにより、台座部に発生するしわを抑制することができる。加えて絞り成形性も向上させることができる。

上述の実施形態では、四角柱による台座部と円筒による上段部とにより構成された金型について説明した。しかし、本発明はかかる形態に限定しない。例えば、図７（a）に示すように、上段部１１が四角柱であってもよい。また図７（ｂ）に示すように、上段部１１である四角柱の中央部に窪みがある形状であってもよい。また、図７（ｃ）に示すように、上段部１１と台座部１２がそれぞれ山形の形状であってもよい。さらに、図７（ｄ）に示すように、上段部１１を台座部１２の端部に寄せた配置であってもよい。このように、上段部１１と台座部１２は様々な形状とすることができ、また上段部の台座部への配置は自由に設定することができる。

上述の実施形態では、一つの段差部をもつ金型について説明したが、複数の段差部を有していても本発明による効果を享受することができる。

本発明の実施形態に係る金型形状の概略図である。本発明の実施形態に係るプレス成形装置の断面図である。本発明の実施形態に係るプレス成形装置によって素板が成形された状況を示した断面図である。本発明の実施形態に係るプレス成形装置により製作された成形品の斜視図である。本発明の実施例のプレス成形装置の各部品の寸法を示した断面図である。製作された成形品に発生したしわ形状を示したグラフである。（a）は室温で成形した場合、（ｂ）は本発明の実施形態に係るプレス成形装置により成形した場合、を示す。本発明の実施形態に係る金型形状の例を示した模式図である。

符号の説明

１０金型（ポンチ）
１１ポンチの上段部
１２ポンチの台座部
１３ブランクホルダ
１４ダイス
１７水冷管
１８ヒータ
２０素板、成形品
２１成形品の上段部
２２成形品の段差部
２３成形品のフランジ部

Claims

ブランクが載置されるブランクホルダと、このブランクホルダとの間で前記ブランクを保持するダイスと、前記ブランクホルダ及びダイスに対して相対的に移動して前記ブランクホルダ及びダイスに保持されたブランクを前記ダイスと共にプレス成形する金型と、を有し、前記金型は、中央部の上段部を成形する上段部と、その周囲の台座部とを有し、前記ダイス及び前記ブランクホルダ並びに前記台座部を加熱する加熱ユニットと、前記上段部を冷却する冷却ユニットとが設けられていることを特徴とする絞りプレス成形装置。
前記加熱ユニットは、前記台座部を２００乃至３００℃に加熱することを特徴とする請求項１に記載の絞りプレス成形装置。
前記加熱ユニットは、前記ダイス及び前記ブランクホルダを２００乃至３００℃に加熱することを特徴とする請求項２に記載の絞りプレス成形装置。
上段部と、この上段部の周囲に１段低い平坦部を備え前記上段部に対して段差が形成されている台座部と、この台座部の縁辺に成形されたフランジ部と、を有する成形体を成形する方法において、この成形過程で、前記上段部は冷却し、前記台座部及びフランジ部は加熱することを特徴とする絞りプレス成形方法。
前記加熱温度が２００乃至３００℃であることを特徴とする請求項４に記載の絞りプレス成形方法。