JP2009142851A - キャニング性に優れたプレス成形方法及びプレス成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄角缶のキャニングを低減するプレス成形方法とプレス成形金型を提供する。
【解決手段】フランジのない鉄角缶状からなる成形品をプレス成形により製造する方法において、鋼板を所定の幅及び深さになるように一次プレス成形した後、楔型ポンチ３とその両側に配置される２分割されたポンチ４，４とを用いた二次プレス成形により、被成形品の幅を広げる。被成形品に幅方向Ｗの引張り張力を作用させることで、鉄角缶１のキャニングを低減させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷延鋼板、Ｎｉめっき等の表面処理鋼板を素材とした電池用の鉄角缶のプレス成形方法とプレス成形金型に関するものであって、特に、キャニング性に優れたプレス成形方法及びプレス成形金型に関するものである。尚、本明細書中において、「キャニング性に優れた」とは、プレス成形後の成形品に生ずるキャニング（スプリングバック）を低減して良好な形状凍結性を確保することを意味する。

ハイブリッド自動車用の電池には、鉄、アルミニウム合金などを材料とした電池缶モジュールが広く用いられており、金属製電池缶の製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。このような電池缶では、プレス成形後のキャニングが問題になっている。このキャニングは、寸法精度が得られない問題であり、最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、プレス成形後の組立作業において溶接不良の原因となるため、キャニングの低減が重要視されている。

キャニングとして知られている形状凍結不良は、プレス加工時の金属板に生じた残留応力が除荷時に弾性回復するために生ずる現象で、成形下死点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することに原因がある。鉄角缶のプレス成形においては、図１に示すように、縦壁部１１の壁反りや、開口部の口開きのキャニングが問題視されている。これらの対策としては、プレス成形に用いるダイスとポンチのクリアランスを製品の板厚より小さく設定し、この寸法を厳密に管理することで、キャニングを抑えているのが現状である。

特開２００７−２０７５５３号公報

本発明は、鉄角缶のキャニングを低減するプレス成形方法とプレス成形金型を提供することを目的とする。

係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）フランジのない鉄角缶状からなる成形品をプレス成形により製造する方法において、鋼板を所定の幅及び深さになるように一次プレス成形した後、楔型ポンチとその両側に配置される２分割されたポンチを用いた二次プレス成形により、被成形品の幅を広げることを特徴とするキャニング性に優れたプレス成形方法。
（２）前記二次プレス成形工程において、プレス方向における前記楔型ポンチの移動量を変更することにより、前記被成形品の幅を変えることを特徴とする（１）記載のキャニング性に優れたプレス成形方法。
（３）前記二次プレス成形工程において、前記両側に配置されるポンチと、その外側に配置されるパッドとで、前記被成形品の側面を押さえながらプレス成形することを特徴とする（１）又は（２）記載のキャニング性に優れたプレス成形方法。
（４）楔型ポンチとその両側に配置される２分割されたポンチを有し、前記楔型ポンチは、正面形状が先端から基端側に向けて幅が広がるように両側面に傾斜面が形成され、前記両側に配置されるポンチは、前記楔型ポンチの前記傾斜面と対向する側面に、前記楔型ポンチの傾斜面とそれぞれ略同じ角度の傾斜面を有することを特徴とするプレス成形金型。
（５）前記両側のポンチの外側にそれぞれパッドが配置されることを特徴とする（４）記載のプレス成形金型。

尚、本発明において、略同じ角度の傾斜とは、垂直断面（プレス方向断面）で、水平方向（プレス方向と直角方向）からの斜面の角度を測定した場合に、±５度の範囲に入る傾斜を指すものとする。

本発明により、キャニングの発生を低減し寸法精度に優れた良好な成形品を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明者らは、ジッポケースのような鉄角缶のキャニング（スプリングバック）を低減するプレス成形方法について検討し、それらの課題を解決できることを知見した。従来の深絞り鉄角缶のプレス成形では、プレス成形に用いる金型であるダイスとポンチのクリアランスを製品の板厚よりも小さく設定し、このクリアランスを厳密に管理する必要があった。本発明者らは、プレス成形工程の金型のクリアランスを厳密に管理しなくとも、キャニングが発生した鉄角缶に対し、図２に示すように、鉄角缶１の長手方向（以下、幅方向Ｗと称する）に引張り張力２を付与することで、キャニングを低減できることを知見した。

図３は、本発明にかかるプレス成形金型を示す。金型は、中央部の楔型ポンチ３と、２分割された対称形の両側のポンチ４，４で構成される。楔型ポンチ３は、正面形状が先端に向かって細くなるように、両側面に傾斜面１３，１３が形成されている。楔型ポンチ３の両側に配置されるポンチ４，４は、楔型ポンチ３の傾斜面１３，１３と対向する側面に、傾斜面１３，１３とそれぞれ略同じ角度の傾斜面１４，１４を有する。本発明の二次プレス成形時には、先ず、図３（ａ）に示すように、両側のポンチ４，４の傾斜面１４，１４を対向させて配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、上方から中央部の楔型ポンチ３を押し込み方向６に適宜押し込むことにより、両側のポンチ４，４の幅を広げる。

図４は、本発明の二次プレス成形時における、鉄角缶１へのプレス成形金型のセット方法を示す。図４に示すように、金型の下方向からセット方向７に沿って鉄角缶１をセットし、楔型ポンチ３を前述のように押し込むことで、鉄角缶１の縦壁部１１に所定の引張り張力２を作用させる。さらに、両側のポンチ４，４の外側にはパッド５，５が配置され、パッド圧力方向８に沿って、鉄角缶１の側面１２が押さえつけられる。

前記（１）に係る発明は、フランジのない鉄角缶状からなる成形品をプレス成形により製造する方法において、鋼板を所定の幅及び深さになるように一次プレス成形した後、楔型ポンチ３とその両側に配置される２分割されたポンチ４を用いた二次プレス成形により、被成形品（鉄角缶１）の幅を広げることを特徴とする。

本発明においては、先ず、鋼板を所定の幅及び深さになるように一次プレス成形する際に、フランジがなくなるまでプレス成形して、鉄角缶状の中間成形品とする。その後、その中間成形品を、楔型ポンチ３と両側に配置される２分割されたポンチ４により二次プレス成形を行って拡幅し、フランジのない鉄角缶状の成形品とする。

また、所定の幅及び深さにプレス成形した後、残存するフランジを除去して鉄角缶状の中間成形品とした後、上記方法と同様に、拡幅工程の二次プレス成形を行うこともできる。更に、所定の幅及び深さにプレス成形した後、フランジがついたままの中間成形品を、後工程として拡幅工程の二次プレス成形を行い、その後、フランジを除去してフランジのない鉄角缶状の成形品とすることもできる。

従来、通常の鉄角缶１のプレス成形では、残留応力が板厚方向（図２の矢印ｔ方向）に不均一に分布することで、除荷時の弾性回復により、図１に示すような壁反りや口開き等のキャニングが発生していた。それに対し、本発明によりキャニングを低減できる理由は、本発明のプレス成形方法又はプレス金型を用いることで、鉄角缶１の幅方向Ｗに引張り張力２を付与して塑性変形させることにより、多工程の一次プレス成形で生じた板厚方向ｔの残留応力を緩和できるためである。

前記（２）に係る発明は、二次プレス成形工程において、プレス方向における楔型ポンチ３の移動量を変更することにより、被成形品（鉄角缶１）の幅を変えることを特徴とする。

キャニングの原因となる縦壁部１１の残留応力を緩和するためには、縦壁部１１にある程度の引張り張力を作用させる必要がある。本発明のプレス成形では、図３に示す楔型ポンチ３の押し込み方向６への押し込み量によって、この引張り張力２（引張りひずみ）の大きさをコントロールすることができる。

縦壁部１１に生じる引張りひずみが０．５％以下であると、縦壁部１１全体に十分な引張り張力２が付与できないため、板厚方向ｔの残留応力を緩和できず、また、引張りひずみが５％以上になると、図５のように縦壁部１１にリューダース帯９が発生する。したがって、本発明の二次プレス成形によって発生させる引張りひずみは、０．５％〜５％の範囲内にすることが好ましい。

前記（３）に係る発明は、二次プレス成形工程において、両側に配置されるポンチ４，４と、その外側に配置されるパッド５，５とで、被成形品（鉄角缶１）の側面１２を押さえながらプレス成形することを特徴とする。

本発明は、深絞り鉄角缶に発生する残留応力を緩和することを目的としているので、縦壁部１１に引張り張力が確実に作用するように、鉄角缶１の両側面１２をパッド５，５で押さえながらプレス成形することが望ましい。

前記（４）に係る発明は、楔型ポンチ３とその両側に配置される２分割されたポンチ４，４を有し、楔型ポンチ３は、正面形状が先端から基端側に向けて幅が広がるように両側面に傾斜面１３，１３が形成され、両側に配置されるポンチ４，４は、楔型ポンチ３の傾斜面１３，１３と対向する側面に、楔型ポンチ３の傾斜面１３とそれぞれ略同じ角度の傾斜面１４を有することを特徴とするプレス成形金型である。

本発明の効果を得るためには、幅方向Ｗに引張り張力２（図２）を作用させる必要がある。プレス成形金型は、前述のように、両側の側面に傾斜面１３，１３を有する中央部の楔型ポンチ３と、楔型ポンチ３の対向する側面に、楔型ポンチ３の傾斜面１３とそれぞれ略同じ角度の傾斜を有する分割された２つの両側のポンチ４，４とからなり、楔型ポンチ３の上下の動きによって、２分割された両側のポンチ４，４が左右に移動できる機構になっている（図３）。

楔型ポンチ３および両側のポンチ４のそれぞれの傾斜面１３，１４は、垂直断面において、水平方向に対する傾斜の角度が８５度より大きいと、拡幅量が小さくなるため引張応力を十分に付与しにくくなり、２０度より小さいと拡幅しにくくなるため、傾斜の角度は、水平方向に対して２０度〜８５度とすることが好ましい。

前記（５）に係る発明は、両側のポンチ４，４の外側にそれぞれパッド６，６が配置されることを特徴とするプレス成形金型である。

本発明を実施するための金型構造は、図４に示したように、分割された両側のポンチ４，４と楔型ポンチ３と、鉄角缶１の側面１２を押さえるパッド５を備えることが好ましい。また、分割されたポンチ４，４がＷ方向に移動できるようなスライド機構を有している（図示省略）。

本発明の実施例として、板厚０．４ｍｍで、冷延鋼板を用いた多工程の一次プレス成形を実施し、一次プレス成形後にフランジを除去して角缶状の中間成形品とした後、本発明の二次プレス成形を実施した。縦壁部１１に生じる引張りひずみを１．１％および２．３％の２通りとし、キャニングに及ぼす引張りひずみの影響について検討した。中央部の楔型ポンチ５及び両側のポンチ４，４の斜面の傾斜角度は、水平面に対して全て６０±０．５度の範囲内とした。また、引張りひずみが２．３％の場合のパッドあり・なしの影響についても検討した。比較例として、二次プレス成形を行わない場合についても測定した。成形品の形状は、図６に示す角型部品とした。

評価項目は、図６に示す縦壁部１１中央断面のポンチ底から２０ｍｍ高さ位置Ａでの基準位置（理想形状）からの変位量（壁反り量）Ｗ１、開口部の中央位置Ｂにおける基準位置からの変位量（口開き量）Ｗ２をそれぞれ測定した。実施例１の測定結果を表１に示す。

本発明により、いずれの条件でも、比較例よりも寸法精度が向上し、寸法精度に優れた成形品を得られることがわかった。引張りひずみが１．１％、２．３％のいずれの場合も、比較例よりもキャニングが大きく低減したが、特に２．３％の方が低減効果が大きかった。パッドによるキャニングの低減効果は、少し見られた。

本発明の実施例として、板厚０．４ｍｍで、Ｎｉめっき鋼板を用いた多工程の一次プレス成形を実施し、フランジのついたままの角缶状の中間成形品とした後、本発明の二次プレス成形を実施し、その後フランジを除去し、フランジのない角缶状の成形品とした。

中央部の楔型ポンチ３及び両側のポンチ４，４の傾斜面の角度は、水平面に対して全て８０±０．５度の範囲内とした。それ以外は実施例１と同じ条件とした。評価項目も、実施例１と同様とした。実施例２の測定結果を表２に示す。

本発明により、いずれの条件でも、実施例１と同様に、比較例よりも寸法精度が向上し、良好な寸法精度に優れた成形品を得られることがわかった。

本発明は、金属製の角型缶の成形に適用できる。

キャニングが発生した鉄角缶を示す斜視図。 本発明にかかる二次プレス成形の加力方向を示す斜視図。 本発明のプレス成形金型を示す斜視図であり、（ａ）はプレス前、（ｂ）はプレス時の状態。 本発明の実施の形態を示す分解斜視図。 リューダース帯が発生した鉄角缶を示す斜視図。 実施例で成形した鉄角缶の斜視図。

符号の説明

１ 鉄角缶
２ 引張り張力
３ 楔型ポンチ（中央部のポンチ）
４ 両側のポンチ
５ パッド
６ 押し込み方向
７ セット方向
８ パッド圧力
９ リューダース帯
１１ 縦壁部
１２ 側面
１３，１４ 傾斜面

Claims (5)

1. フランジのない鉄角缶状からなる成形品をプレス成形により製造する方法において、鋼板を所定の幅及び深さになるように一次プレス成形した後、楔型ポンチとその両側に配置される２分割されたポンチを用いた二次プレス成形により、被成形品の幅を広げることを特徴とするキャニング性に優れたプレス成形方法。
2. 前記二次プレス成形工程において、プレス方向における前記楔型ポンチの移動量を変更することにより、前記被成形品の幅を変えることを特徴とする請求項１記載のキャニング性に優れたプレス成形方法。
3. 前記二次プレス成形工程において、前記両側に配置されるポンチと、その外側に配置されるパッドとで、前記被成形品の側面を押さえながらプレス成形することを特徴とする請求項１又は２記載のキャニング性に優れたプレス成形方法。
4. 楔型ポンチとその両側に配置される２分割されたポンチを有し、前記楔型ポンチは、正面形状が先端から基端側に向けて幅が広がるように両側面に傾斜面が形成され、前記両側に配置されるポンチは、前記楔型ポンチの前記傾斜面と対向する側面に、前記楔型ポンチの傾斜面とそれぞれ略同じ角度の傾斜面を有することを特徴とするプレス成形金型。
5. 前記両側のポンチの外側にそれぞれパッドが配置されることを特徴とする請求項４記載のプレス成形金型。

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