JP2008296246A - 金属板のエンボス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の凸部を設けたパンチと、それに対応する複数の凹部を設けたダイとからなる一対のプレス金型を用意するだけで、ステンレス鋼板や高張力鋼板などの成形の難しい素材の場合でも、高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を効率よく得ることができる金属板のエンボス成形方法を提供する。
【解決手段】エンボス成形の前に、重ね板をダイと接触する側の金属板表面に重ね合わせ、次いで金属板表面に重ね板を重ね合わせた状態で、複数の円形突起の縦壁部となる部分に対してしごき成形を行い、複数の円形突起を完成させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレスによって複数の円形突起を金属板に形成する金属板のエンボス成形方法に関し、特に、電気部品などで意匠性を高めるのに使われる、高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を効率よく得ることができる金属板のエンボス成形方法に関する。

金属板を素材とし、それに形状を与える金属板のエンボス成形方法に、通常プレスが用いられる（特許文献１）。プレスによって金属板に所定のエンボス形状を付与する方法は、他の方法に比較して生産性が高く、材料歩留も高いことからよく用いられる。以下に、プレスによって高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を得る場合の問題点について簡単に述べる。

絞り成形と呼ばれる成形方法は、図４に示すように、プレス金型として一対のパンチ１とダイ２を用い、さらにしわ押さえ３で金属板１０の外縁部を押さえた状態で金属板１０に所定の形状を付与する。このとき、しわ押さえ力を適正に設定することにより、比較的伸びが小さく、成形が難しいＣｒ系ステンレス鋼板やアルミ板といった金属板でも、フランジが中心方向に収縮され、その部分の金属材料がポンチ部の凸部とダイ２の凹部の間の隙間に引き込まれ、成形品の縦壁部になるため、破断せずに成形品を得ることができる。なお、絞り成形用金型では、クリアランスｇと素材の板厚ｔとの関係は、ｇ＞ｔとする。

ところが、円形突起が配列されてなるエンボス成形の場合には、フランジの収縮変形が生じ難く、主に金属材料の伸び変形能によって形状を付与することになる。図５（ａ）、（ｂ）には、エンボス成形の前の状態と、成形途中の状態をそれぞれ示した。このような金属材料の伸び変形能によって形状を付与する方法を張出成形と呼ぶが、伸びの小さい金属材料を用いた場合、張出成形によって高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を得ることは、成形工程で破断などの成形不良が生じるため、非常に難しい。

また、クリアランスｇと素材の板厚ｔとの関係をｇ＜ｔとしてなるしごき成形用金型を用い、プレスによってエンボス成形品を得る方法も考えられる。この成形方法は、しごき成形と呼ばれる。ここで、図６（ａ）、（ｂ）には、エンボス成形の前の状態と、成形途中の状態をそれぞれ示した。しごき成形用金型を用いた場合には、成形時、複数の突起の縦壁部となる部分の厚みを減ずるので、その分だけ高さを増やすことが可能となる。なお、エンボス成形には普通、複数の凸部を設けた凸型をポンチ１とし、それに対応する複数の凹部を設けた凹型をダイ２とし、凸型と凹型とで構成される一対のプレス金型をプレス機に組み込んで用いる。前述したクリアランスｇは、ポンチ１の凸部とダイ２の凹部との間の隙間で定義される。

ところで、特許文献１に記載の２対のプレス金型を使用し、２工程で複数の突起を完成させる成形方法は以下のとおりである。つまり特許文献１に記載の成形法は、張り出し部を形成する複数の凸部を設けた凸型と、それに対応する複数の凹部を設けた凹型とで一対のプレス金型を構成し、これを用いて複数の張り出し部を成形する第１工程を行う。次いでそれとは形状の異なる凸型と凹型とで構成した一対のプレス金型を用い、前記第１工程で形成された張り出し部の中心に近い内側を押圧する第２工程を行う。このようにして２工程で複数の突起を完成させるため、特許文献１に記載の成形方法によれば、高さの高い突起を配列したエンボス成形品を効率よく製造できると考えられる。
特開２０００−３１７５３１号公報

しかし、特許文献１に記載の成形方法は、２工程で複数の突起を完成させるため、形状の異なる凸型と凹型とで構成した２対のプレス金型を用意しなければならないという問題がある。
また前述したしごき成形用金型を用い、ステンレス鋼板や高張力鋼板のような硬質な素材に、複数の円形突起を付与しようとした場合には、プレス負荷が過大となり、プレス機の能力を超えてしまうことや、またプレス金型と金属材料間の摩擦が大きくなるので、破断に代表される成形不良が発生しやすくなるという問題がある。このような成形不良は用いる金属板の素材の板厚が薄くなるほど起こりやすいので、軽量化したエンボス成形品を効率よく得ることが難しくなる。

本発明は、上記従来の方法に鑑み、複数の凸部を設けた凸型と、それに対応する複数の凹部を設けた凹型とからなる一対のプレス金型を用意するだけで、ステンレス鋼板や高張力鋼板などの成形の難しい素材の場合でも、高さの高い突起を配列したエンボス成形品を効率よく得ることができる金属板のエンボス成形方法を提供することを目的とする。

１．凸型と凹型とで構成される一対のプレス金型を用い、プレスによって１工程で金属板に複数の円形突起を形成する金属板のエンボス成形方法であって、エンボス成形の前に、重ね板をダイと接触する側の金属板表面に重ね合わせ、次いで金属板表面に重ね板を重ね合わせた状態で、複数の円形突起の縦壁部となる部分に対してしごき成形を行い、複数の円形突起を完成させることを特徴とする金属板のエンボス成形方法。

２．エンボス成形の前に、重ね板を金属板両表面に重ね合わせ、しごき成形を行うことを特徴とする上記１に記載の金属板のエンボス成形方法。
３．前記重ね板は、前記金属板の素材よりも軟質でありかつ伸びの良い材料であることを特徴とする上記１または２に記載の金属板のエンボス成形方法。

本発明によれば、エンボス成形の前に、重ね板を重ね合わせて複数の円形突起の縦壁部となる部分に対してしごき成形を行う成形方法としたので、板厚の薄いステンレス鋼板や高張力鋼板のような成形の難しい素材を用いた場合でも、プレスによって１工程で高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を効率よく得ることができる。このため、軽量なエンボス成形品を製造することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について図により詳細に説明する。
図１（ａ）において、１は、本発明に用いる凸型であるパンチ１に設けた凸部の配列を示す。凸型の基台には、金属板１０に複数の円形突起を付与する凸部が設けられている。１Ａはある一つの凸部を示す。図１（ｂ）において、２は凹型であるダイであり、凹型の基台には、凸部と対応する複数の凹部が設けられている。３は金属板１０である素材をダイとの間にはさみつけて保持するホルダーである。ホルダー３には形成する突起の位置に、該突起より若干大きな径の複数の貫通孔が設けられている。なお、パンチ１の複数の凸部、ダイ２の複数の凹部はそれぞれの基台と一緒に動くように基台上に形成されている。ここで、１１はエンボス成形の前、例えばパンチ１を下降させる成形工程の前の重ね合せ工程で金属板表面に重ねた重ね板である。この重ね合せ工程は、エンボス成形品に応じた大きさに、金属板１０を切断する工程の後とすることができる。

重ね板１１は後述する理由により、エンボス成形する前の金属板１０の素材よりも軟質でかつ伸びの良い材料とするのが好ましい。
本発明にかかる第１の成形方法は、エンボス成形工程の前に、重ね板１１をダイ２と接触する側の金属板表面に重ね合わせ、次いで金属板表面に重ね板１１を重ね合わせた状態で、複数の円形突起の縦壁部となる部分に対してしごき成形を行い、プレスによって１工程で複数の円形突起を完成させる。かかる１工程のエンボス成形工程の後、重ね板１１を除去すれば所定のエンボス成形品が得られる。なお図２は、パンチ１を下降させた状態を示す断面図である。

金属板１０と重ね板１１とはともに、エンボス成形時、パンチ１とダイ２の間の縦壁部でその板厚を減じられるしごき成形を受ける。このようなしごき成形を行うため、第１の成形方法には、クリアランスｇを素材の板厚ｔと重ね板１１の板厚の和より小さく設定したしごき成形用金型を用いる。
したがって、金属板１０の縦壁部となる部分に対してしごき成形を施さない場合よりも、本発明の第１の成形方法によれば、金属板１０の縦壁部となる部分の板厚を減じた分、突起の高さが高くなる。図２、図３の断面図には、複数の円形突起のうちのある一つの突起について示す。

本発明にかかる第１の成形方法は、重ね板１１をダイ２と接触する側の金属板表面に重ね合わせ、また第２の成形方法は、金属板の両側表面に重ね板１１、１１’を重ね合わせる。この理由は以下の作用を発揮させ、プレスによって１工程で高さの高い円形突起を配列したエンボス成形品を効率よく得るためである。ただし、第２の成形方法には、クリアランスｇを、素材の板厚ｔと重ね板１１および１１’の板厚の和より小さく設定したしごき成形用金型を用いる。

（第１の作用）：全体の厚みが厚くなり、金属材料の塑性流動が起こりやすくなる。またプレス金型との工具摩擦による金属材料のせん断変形が容易になるため、プレス負荷が軽減される。
（第２の作用）：金属板１０の受けるプレス負荷を考えると、重ね板１１がない場合は、プレス金型から加えられるプレス負荷はダイ肩やパンチ肩の角部に集中するので、破断の原因になるのに対し、重ね板１１があると、角部への負荷集中が分散され、結果として、破断の危険が減る。

（第３の作用）：金属板１０と重ね板１１の間ですべりが許容されるため、よりせん断変形が生じやすく、しごき成形に対するせん断抵抗が軽減される。
なお、金属材料とプレス金型間の摩擦摺動は、主にダイ２と金属材料間で発生するため、重ね板１１はダイと接触する金属板表面（図１で下側）に重ねるのが好ましい。この重ね板１１がないと、板厚が薄く、材質が硬い成形の難しい金属の素材板を用いた場合、金属材料とプレス金型間の接触圧力が高く、摩擦抵抗も大きいので、金属材料に無理な負荷がかかって破断する。

さらに、本発明に用いる重ね板１１として、金属板１０の素材よりも軟質でかつ伸びの良い材料を選べば以下の利点がある。
（１）：プレス負荷が低下し、プレス金型の摩耗量が低下する。（２）：ステンレス鋼板や高張力鋼板などでは軟質な材料ほど一般に延性に優れるため、大きな塑性変形に耐えうる。

一方、金属板の素材と重ね板１１の硬さの差が過度になると、塑性変形が重ね板１１の方に集中し、金属板の方の塑性変形が不足するので、重ね板１１の材質には最適値が存在する。本発明者らの実験によれば、重ね板１１の硬さは、金属板の素材の硬さの０．５倍以上１倍未満が適当である。重ね板１１の厚みにも最適値が存在し、本発明者らの実験によれば、金属板の素材の板厚の１〜４倍が適当である。

次に本発明にかかる第２の成形方法について、図３を用いて説明する。第２の成形方法は、エンボス成形の前に、重ね板１１，１１’を金属板両表面に重ね合わせ、プレスによってしごき成形を行う成形方法である。重ね板１１，１１’は、金属板１０を挟んでサンドイッチ状に重ねる。それ以外は前記した第１の成形方法と同様にして、エンボス成形を行えば、前記した第１の成形方法と同様の作用・効果が得られる。

この第２の成形方法によれば、金属板１０をサンドイッチ状に重ね板１１、１１’で挟んでいるため、金属板１０がより強固に保護され、さらに成形性が向上する。
重ね板を２枚用い、金属板１０をサンドイッチ状に重ね板で重ねるのみならず、３枚以上用いても成形性が向上する。ただし、３枚以上用いて重ね板同士を重ねても、成形性が向上するとは限らず、かつ重ね板の使用枚数が増えるほど成形コストが上昇するため、具体的な例に応じて最適な重ね板の重ね方を選択する。

図７に本発明にかかるエンボス成形方法にて得たエンボス成形品の形状と寸法を示す。素材は板厚：０．５ｍｍのＳＵＳ４３０の鋼板であり、ＪＩＳ Ｚ ２２４１ 引張試験による伸びが３２％、ＪＩＳ Ｚ ２３７１ ビッカース硬さＨｖ １７０である。この素材は板厚が薄く、成形の難しい金属材料であるが、プレスによって突起高さ６．０ｍｍの複数の円形突起を完成させることができた。なお、本発明の第１、第２の成形方法ではいずれの場合でも全ての突起に破断は生じていない。ただし、重ね板として板厚：１．２ｍｍ、材料：ＳＰＣＥ（ＪＩＳ）、硬さ：Ｈｖ ９５、伸び：５２％のものを用いた。

次に同様なエンボス成形を、上記発明例と同じ板厚、同じ金属材料を用い、図５に示した通常の張出成形方法で行った。このとき一対のプレス金型としては、クリアランスｇを素材の板厚ｔと等しくしたものを用いた。
通常の張出成形でエンボス成形を行った場合には、プレスの下死点でほとんどの突起の縦壁部となる部分に破断が生じ、正常に張出成形で成形できた突起は少なかった。これは素材の板厚が薄く、伸びが約３２％の成形の難しい金属材料を用い、５０％以上伸ばす張出成形でエンボス成形を行ったからある。図８（ａ）、（ｂ）にはエンボス成形品のある１つの突起に生じた不良部を示す。

本発明の金属板のエンボス成形方法に用いるプレス金型構造の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１の成形方法を説明する工程図である。 本発明の第２の成形方法を説明する工程図である。 絞り成形工程を説明する工程図である。 張出成形工程を説明する工程図である。 しごき成形工程を説明する工程図である。 本発明により得たエンボス成形品の形状を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部断面図である。 従来法による成形不良を例示する（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部断面図である。

符号の説明

１ パンチ
１Ａ ある一つの凸部
２ ダイ
３ ホルダー
１０ 金属板
１１，１１’ 重ね板
ｇ クリアランス
ｔ 素材の板厚

Claims (3)

1. 凸型と凹型とで構成される一対のプレス金型を用い、１工程でプレスによって金属板に複数の円形突起を形成する金属板のエンボス成形方法であって、エンボス成形の前に、重ね板を少なくともダイと接触する側の金属板表面に重ね合わせ、次いで金属板表面に重ね板を重ね合わせた状態で、複数の円形突起の縦壁部となる部分に対してしごき成形を行い、複数の円形突起を完成させることを特徴とする金属板のエンボス成形方法。
2. エンボス成形の前に、重ね板を金属板両表面に重ね合わせ、しごき成形を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属板のエンボス成形方法。
3. 前記重ね板は、前記金属板の素材よりも軟質でありかつ伸びの良い材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属板のエンボス成形方法。

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