JP2009255158A - 金属材のバーリング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属材の穴開け加工の加工性及びその後のバーリング加工の成形性の向上を図り得る金属材のバーリング加工方法を提供する。
【解決手段】穴開け加工によって加工された下穴を用いてバーリング加工を行う金属材のバーリング加工方法において、穴開け加工時に、下穴の縁部となる金属材の組織が再結晶化する最適温度となるよう下穴加工部を加熱し、この状態で穴開け加工を行った後、金属材を徐冷し、その後バーリング加工を行う。
【選択図】図５

Description

穴開け加工によって加工された下穴を用いてバーリング加工を行う金属材のバーリング加工方法において、金属材のバーリング加工の成形性を向上させる技術に関する。

金属材のバーリング加工に際しては、金属材に加熱を施すと成形性を向上させることができる。バーリング加工の成形性向上のための技術として、
加熱手段を備えた金型により金属材を加熱しつつバーリング加工する技術、
電極を備えた金型により金属材を通電加熱しつつ行うもの、
予め金型を誘導加熱により加熱し、その熱で金属材を加熱しつつ行うもの、
さらには、レーザービームを使用して金属材を加熱しつつ行うものなどが知られている。

上述の技術によって、金属材の延性を高くすることができ、バーリング加工による成形性を向上させることができる。

特開２００１−３８４２５号公報 特開２００６−３０５６１４号公報 特開２００７−３８３５２号公報 特開昭６３−１０４７８８号公報 特開昭６３−２２４８１９号公報

上述の技術では、図６に示すごとく、金属材のバーリング加工の前段階として必要な穴開け加工が冷間で行われているため、前記穴開け加工によって前記金属材に加工された下穴の縁部が加工硬化を起こしていた。このため、バーリング加工時直前又はバーリング加工時に金属材の加熱を行っても、加工応力が除去しきれていない箇所から割れが生じる場合があった。この問題は、低延性の金属材においては特に顕著に表れていた。

本発明は上記実情に鑑み、金属材の穴開け加工の加工性及びその後のバーリング加工の成形性の向上を図り得る金属材のバーリング加工方法を提供することを目的としている。

（第１特徴構成）
本発明の金属材のバーリング加工方法の特徴は、穴開け加工によって加工された下穴を用いてバーリング加工を行う金属材のバーリング加工方法において、前記穴開け加工時に、下穴の縁部となる金属材の組織が再結晶化する最適温度となるよう下穴加工部を加熱し、この状態で前記穴開け加工を行った後、前記金属材を徐冷し、その後前記バーリング加工を行うことにある。

（作用効果）
本構成のごとく、加熱した状態で穴開け加工を行うことにより、加工された下穴の縁部の加工硬化の程度が低減する。また、加熱により金属組織が軟らかくなるため、切断に際して、下穴の縁部を美しく形成することができる。このため、前記下穴を用いてバーリング加工を行っても、前記縁部からの割れが生じにくくなる。

前記下穴の縁部となる部位近傍のみを加熱するため、穴開け加工やバーリング加工を行う箇所以外の部位については、材料の強度低下を防止することができる。

また、前記下穴の縁部となる金属材の組織が再結晶化する最適温度に前記下穴加工部を加熱し、その後前記金属材を徐冷する、いわゆる焼なましを行うため、当該部位が軟化し、展延性を付与することができる。この結果、その後のバーリング加工が容易となる。特に、前記下穴の縁部から成形されるフランジ先端部の割れやフランジ根元部の破断の発生を防止することができる。

穴開け加工が容易になり、その後のバーリング加工も容易となる。

（第２特徴構成）
本発明の金属材のバーリング加工方法の特徴は、前記下穴加工部の加熱時に、前記穴開け加工によって前記下穴の前記縁部となる部位の温度が、前記金属材の加熱された部位の中で最高温度となるよう前記金属材の片側表面から前記下穴加工部を加熱することにある。

（作用効果）
本構成によれば、下穴の縁部となる部位の温度が金属材の加熱された部位の中で最高温度となるよう、前記金属材の片側表面から下穴加工部を加熱すると共に、前記最高温度が焼なまし効果を得られる最適温度であるため、効率良く最高温度の部位が焼なましによって最も軟らかくなる。バーリング加工において最も加工度が大きいのは縁部であるが、ここからの割れ発生などを防止できる。

また、加熱対象ではない箇所については延性上昇や軟化を避けることができるため、材料の強度低下を防止することができる。

［概要］
本発明の金属材のバーリング加工方法の実施例として、穴開け加工によって得られた正円状の下穴を用いてバーリング加工を行う方法を示す。
上記実施形態を図面に基づいて説明する。
図５のフロー図に示すごとく、加熱した状態で穴開け加工を行い、その後金属材を徐冷した後、その下穴を使用してバーリング加工を行う。

［穴開け加工］
本発明における穴開け加工は、図２に示すごとく、金属材１に下穴３を開けるものである。穴開け加工時に、下穴３の縁部４となる下穴加工設定部２を再結晶温度まで加熱する。その状態で金属材１に正円状の下穴３を加工する。

本構成ごとく、加熱した状態で穴開け加工を行うと、下穴３の縁部４の加工硬化の程度が低減する。また、金属組織が軟らかくなるため、縁部４の切断面を美しく形成することができる。その後、図３に示すようなバーリング加工を行っても、縁部４が押し広げられて形成されるフランジ先端部５ａにおいて何らの割れも生じない。

［加熱方法］
前記穴開け加工時における金属材1の加熱は、例えば、リング状の電極による通電加熱である。図１に示すごとく、リング状の電極は、第１リング状電極１０とこれより径の小さい第２リング状電極１１とから構成される。また、穴開け用の金型は、ポンチ７とポンチ７が挿入されるダイス穴９ａを有するダイス９とから構成される。

図４（ａ）に示すごとく、第１リング状電極１０は、ダイス９に固定された金属材１のポンチ７の側の表面に、金属材１及びダイス９に対して相対的に動かない状態で接極する。

図４（ｂ）に示すごとく、第２リング状電極１１は、ポンチ７に対してポンチ７の軸心８の方向に沿って垂直移動可能に構成する。ポンチ７が軸心８の下方向に押圧されてポンチ先端部７ａが金属材１の表面に接する直前までは、第１リング状電極１０は金属材１の表面に当接した状態を維持する。よって、第２リング状電極１１はポンチ７の内部に引退する状態となる。ポンチ先端部７ａが金属材１の表面に接した後、ポンチ７により金属材１が切断（穴開け加工）され始めると、第２リング状電極１１は金属材１の打抜き部１ａに当接した状態で、ポンチ７の穴開け加工動作に追従する。尚、金属材１への通電加熱は、前記金属材１のポンチ７の側の表面から通電するものに限られず、ダイス９の側の表面からの通電加熱であっても良い。

ポンチ７と、第１リング状電極１０と、第２リング状電極１１とは同心円となるよう配設する。前記同心円の中心と、下穴加工設定部２の中心とは一致する。下穴加工設定部２は、第１リング状電極１０と第２リング状電極１１との間にあり、第１リング状電極１０と下穴加工設定部２との半径長差aの値と、第２リング状電極１１と下穴加工設定部２との半径長差ｂの値とは、下穴加工設定部２の温度が再結晶温度となるように、金属材１の材種などを勘案して決定する。

本構成によると、下穴加工設定部２の温度が加熱された金属材１の部位の中で最高温度となる。したがって、下穴加工部２の延性が最も高くなる。前記最高温度が焼なまし効果が得られる最適温度であるため、徐冷後においては、下穴２の縁部４が最も軟化する。また、不必要な箇所の加熱による延性上昇や軟化が避けられ、材料の強度低下を回避できる。

また、金属材が制御圧延などで製作された鋼材である場合は、鋼材を過剰に加熱すると鋼材の機械的特性が失われるので、最高加熱温度は鋼材毎に適切に設定する必要がある。

本構成では、リング状の電極による通電加熱を示したが、下穴加工設定部２が加熱された金属材１の部位の中で最高温度となる方法であれば、複数の棒状の電極などを用いても良く、また、加熱方法も通電加熱ではなく誘電加熱であっても良い。

［徐冷工程］
金属材１の徐冷は、例えば、金属材１を穴開け加工工程からバーリング加工工程へ搬送する間に行う。よって、特段の徐冷工程を設ける必要はなく、製品加工の所要時間の延長を抑えられる。

［バーリング加工］
前記徐冷工程後に、バーリング加工を行う。
バーリング加工は、径長が下穴３の径長よりも大きいポンチ（図示しない）と径長がポンチの径長よりも大きいダイス穴（図示しない）を有するダイス（図示しない）とから構成される金型（図示しない）に徐冷後の金属材１を設置し、前記ポンチを前記ダイス穴へ押圧挿入することにより、下穴３を押し広げフランジを立ち上げるものである。バーリング加工後は、縁部４がフランジのフランジ先端部５ａを構成する。フランジ先端部５ａに最も強い引張応力が働き、前記フランジ先端５ａでは割れが生じやすい。また、フランジ根元部５ｂでは曲げ応力が発生するため、破断しやすい。

本構成によると、前記穴開け加工時の加熱温度は、金属材１の組織が再結晶化する最適温度であり、その後徐冷されるので、焼なましの効果が得られ、縁部４近傍は軟らかくなる。したがって、バーリング加工することによってフランジ先端部５ａに発生する引張応力は軽減され、フランジ先端部５ａの割れやフランジ根元部５ｂの破断も抑止できる。

本構成は、焼なましの効果が得られる金属材であれば適用可能で、例えば、アルミ、ステンレス、タフチップ銅、黄銅、ネーバル、リン青銅、７／３キュープロニッケル、１８％洋白などが挙げられる。特に、バーリング加工が難しい高張力鋼板においては有効な方法である。

［別の実施形態］
事前の穴開け加工による下穴を使用した伸びフランジ加工においても、前述のバーリング加工による構成が使用できる。

伸びフランジ加工においては、下穴加工設定部２以外の部位に最も強い引張応力が働く場合があるので、半径長aと半径長ｂとの値を前記部位の温度が再結晶温度となるよう設定し、前記部位を軟化させれば良い。

本発明により、製造コストの増加や製造時間の増加を抑えると共に、高品質かつ高強度な製品を提供できる。

穴開け加工時のリング電極による加熱方法を示す斜視図 穴開け加工後の金属材の斜視図 バーリング加工された金属材の斜視図 リング電極によって加熱される縁部近傍の断面図で、（ａ）は穴開け加工前の状態、（ｂ）は穴開け加工後の状態を示す。 穴開け加工からバーリング加工までの加工工程を示すフロー図 従来の穴開け加工からバーリング加工までの加工工程を示すフロー図

符号の説明

１ 金属材
３ 下穴
４ 縁部

Claims (2)

1. 穴開け加工によって加工された下穴を用いてバーリング加工を行う金属材のバーリング加工方法において、
   前記穴開け加工時に、下穴の縁部となる金属材の組織が再結晶化する最適温度となるよう下穴加工部を加熱し、この状態で前記穴開け加工を行った後、前記金属材を徐冷し、その後前記バーリング加工を行う金属材のバーリング加工方法。
2. 前記下穴加工部の加熱時に、前記穴開け加工によって前記下穴の前記縁部となる部位の温度が、前記金属材の加熱された部位の中で最高温度となるよう前記金属材の片側表面から前記下穴加工部を加熱する請求項１に係る金属材のバーリング加工方法。