JP2009279642A - バーリング金型、バーリングパンチ及びバーリング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボス内へのパイプの挿入性を向上させるとともに、ボス内に挿入されたパイプの摩耗、損傷を抑制すること。
【解決手段】第１プレートと対向して配置されて板状の被加工材を第１プレートとの間で挟持する第２プレートと、被加工材に対して第１プレートと反対側から被加工材の下穴を突き破りバーリング穴に挿入可能に配置されるバーリングパンチとを備えたバーリング金型において、バーリングパンチは、円柱棒状に形成され、先端側の小径部５１と、基端側の大径部５２と、小径部５１の外径を大径部５２の外径まで拡径する拡径部５３とを有し、小径部５１の外径ｄ１は下穴の穴径ｄ２よりも小さく、大径部の外径ｄ３は下穴の穴径ｄ２よりも大きく形成され、拡径部５３は、軸方向の断面が曲線状に形成されること。
【選択図】図３

Description

本発明は、バーリング金型、バーリングパンチ及びバーリング加工方法に関する。

バーリング加工用の金型は、バーリング穴が形成されたダイブロックと、このダイブロックと対向して配置され、板状の被加工材をダイブロックとの間で挟持する押さえ板と、被加工材に対してダイブロックと反対側に配置され、バーリング穴に挿入可能に形成される円柱棒状のバーリングパンチとを備えて構成される。

被加工材は、予めプレス加工等により下穴が加工された状態で金型内にセットされる。ダイブロックと押さえ板との間に挟持された被加工材は、下穴の穴径よりも大きな外径を有するバーリングパンチが下穴を同軸方向に押し付け、下穴を突き破ることにより、バーリング加工が施される。すなわち、被加工材の下穴はバーリングパンチの押圧力によって下穴の縁が押し広げられながら、バーリングパンチの押し込み方向に沿って押し曲げられることにより、下穴の周縁には、ボスが成形される。

従来、このようなバーリング加工用の金型に用いられるバーリングパンチとしては、先端部が円錐状に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２７５９７７号公報（第１図）

このようにして加工された成形品のボスの根元側には、通常、穴の周縁に曲げ成形によって穴径が広がった部分が形成されるのに対し、ボスの先端側の穴の周縁には、そのような穴径が広がる部分はなく、穴の先端まで平坦な面が形成されている。

ところで、このような成形品の用途として、例えば、成形品のボスの穴径よりも僅かに外径を小さくした円筒状のパイプ（金属製）をボスの穴内に挿入して使用する例が知られている。より具体的には、例えば、空調用のプレート式熱交換器の要素部品として、成形品のボス内に冷媒が流れる銅パイプを挿入して使用する例があげられる。このような用途において、パイプをボスの根元側から先端側に向かって挿入する際は、ボスの根元側の周縁の穴径の広がりがパイプを案内することになるため、挿入が容易であるのに対し、ボスの先端側から根元側に向かってパイプを挿入する際は、ボスの先端側の周縁がエッジとなるため、パイプの案内がなく、挿入が困難となる。

また、ボス内にパイプが挿入された状態で振動等の外力が加えられた場合、ボス先端の周縁とパイプの外周面が接触を繰り返すことにより、パイプの外周面が摩耗し損傷するおそれがある。

さらに、被加工材の下穴を形成するプレス加工においては、穴の周縁にバリが生じやすく、このバリが成形品の穴の周縁、つまりボスの先端側の穴の周縁に残存することにより、パイプの外周面が損傷するおそれがある。

本発明は、バーリング成形品のボス内にパイプを挿入するにあたり、ボス内へのパイプの挿入性を向上させるとともに、ボス内に挿入されたパイプの摩耗、損傷を抑制することを課題とする。

本発明では、バーリング穴が形成された第１プレートと、この第１プレートと対向して配置されて板状の被加工材を第１プレートとの間で挟持する第２プレートと、被加工材に対して第１プレートと反対側から被加工材の下穴を突き破りバーリング穴に挿入可能に配置されるバーリングパンチとを備えるバーリング金型において、バーリングパンチは、円柱の棒状に形成され、先端側の小径部と、基端側の大径部と、小径部の外径を大径部の外径まで拡径する拡径部とを有し、小径部の外径は下穴の穴径よりも小さく、大径部の外径は下穴の穴径よりも大きく形成され、拡径部は、軸方向の断面が曲線状に形成されることを特徴としている。

本発明の構成によれば、被加工材をバーリング加工する際、まず、バーリングパンチの小径部が下穴内に案内され、続いて、拡径部の側面が被加工材の下穴の周縁と接触する。ここで、バーリングパンチの拡径部は、側面が軸方向に徐々に拡径する曲面で形成されているため、例えば、断面テーパ状の拡径部を有する従来のバーリングパンチと比べて、下穴の内周縁との接触状態が長くなり、しかもその接触状態がバーリングパンチの移動とともに滑らかに変化する。このため、内周縁にバリが生じていても、これを確実に押し潰すことができ、成形後のボスの先端側の穴の周縁には、穴径が先端側に向かって広がる形状（例えば、面取り形状）が形成される。これにより、ボスの先端側からボス穴にパイプを挿入する場合のパイプの挿入性を向上させることができ、かつボス内にパイプが挿入された状態におけるパイプの摩耗、損傷を抑制することができる。

この場合において、拡径部は、小径部の外径から大径部の外径に向かって、外径の変化率が次第に大きくなる第１の曲率部と変化率が次第に小さくなる第２の曲率部とが連なって形成されているものとする。

このように拡径部を形成すれば、被加工材の下穴の周縁と拡径部の側面との接触状態を効率よく変化させることができるため、成形後のボスの先端側の穴の周縁をより安定的に押し潰すことができる。

このような拡径部を有するバーリングパンチの具体的な構成としては、先端側の小径部と、基端側の大径部と、小径部の外径を大径部の外径まで拡径する拡径部とを有し、小径部の外径は前記下穴の穴径よりも小さく、大径部の外径は前記下穴の穴径よりも大きく形成され、拡径部は、軸方向の断面が、小径部の外径から大径部の外径に向かって、外径の変化率が次第に大きくなる第１の曲率部と変化率が次第に小さくなる第２の曲率部とが連なって形成され、被加工材の板厚ｔを、０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲において、小径部の外径をｄ１、下穴の穴径をｄ２、大径部の外径をｄ３、第１の曲率部の曲率半径をＲ１、第２の曲率部の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＝ｔ×２．５×（０．８〜１．２）、Ｒ２＝ｄ３×１／２×（０．８〜１．２）、ｄ１＝ｄ２−０．１±０．０５の範囲で形成することができる。

また、本発明は、バーリング穴が形成された第１のプレートと第１のプレートに対向して配置される第２のプレートとの間に下穴が形成された被加工材を挟持し、バーリング穴に挿入可能なバーリングパンチを被加工材の第１のプレートと反対側から被加工材の下穴に押し込むことにより、被加工材にボスを形成するバーリング加工方法において、バーリングパンチの軸方向の断面が曲線状に拡径された拡径部を下穴の縁に押し付けてバーリング加工を施すことにより、上述した効果を得ることができる。

本発明によれば、バーリング成形品のボス内にパイプを挿入するにあたり、ボス内へのパイプの挿入性を向上させるとともに、ボス内に挿入されたパイプの摩耗、損傷を抑制することができる。

以下、本発明を適用してなるバーリング金型の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態のバーリング金型に被加工材をセットした状態を示す横断面図である。図２は、図１のバーリング金型が被加工材をバーリング加工する状態を示す横断面図である。図３は、本実施形態のバーリング金型に使用されるバーリングパンチの先端部分の構成を示す断面図である。図４は、図３のバーリングパンチを用いて加工するときの動作と成形品の形状を示す図である。図５は、被加工材にバーリング加工を施して形成される成形品の要部を示す図である。

本実施形態のバーリング金型は、図１に示すように、上金型５０と下金型６０とが対向するようにプレス機（図示せず）に取り付けられて構成され、下金型６０に対して上金型５０が上下動することにより、下金型６０の上に設置された被加工材８０をプレス加工するようになっている。なお、本実施形態でバーリング金型にセットされる被加工材８０は、予めプレス加工により下穴が開けられている。

上金型５０は、上型ベース１と、ダイブロック２と、ガイドブッシュ３を備えて構成される。ダイブロック２は、上型ベース１に螺子４で固定されることにより上型ベース１の下面に密着して取り付けられている。

下金型６０は、下型ベース５と、バーリングパンチ６と、リテーナ７と、圧縮コイルバネ８と、押え板９と、ガイドポスト１０を備えて構成される。リテーナ７は、下型ベース５に螺子４で固定されることにより下型ベースの上面に密着して取り付けられている。押え板９は、下型ベース５を貫通する開口穴１１とリテーナ７を貫通する貫通穴１２に挿通されたストリッパボルト１３の頭部に係止されるとともに、リテーナ７の貫通穴１４に挿設された圧縮コイルバネ８によって上向きに付勢されている。

バーリングパンチ６は、リテーナ７の貫通穴１５に下方から挿入されるとともに、鍔部の端面が下型ベース５と当接することにより固定され、先端部が押え板９の貫通穴１６に挿入された状態となっている。押え板９と対向するダイブロック２には、バーリングパンチ６の先端部が挿入されるバーリング穴１７が形成されている。

このようにして構成されるバーリング金型は、図２に示すように、押え板９の上に被加工材８０がセットされた状態で上金型５０が下降を始めることにより、被加工材８０は押え板９とダイブロック２との間に挟持され、続いて押え板９が下降し、バーリングパンチ６の先端が被加工材８０の下穴を押し破り、バーリング穴１７内に挿入されることにより、バーリング加工が行われる。

図５に示すように、被加工材８０には、予め穴径ｄ２の下穴２０が形成されており、この下穴２０をバーリングパンチ６により押し広げ、その押し込み方向に押し曲げることにより円筒状のボス２１が成形される。

ここで、被加工材８０に下穴２０を形成するプレス加工方法と、その加工によって得られた成形品の下穴２０の断面状態について説明する。図６は、被加工材８０に下穴を加工する動作を説明する図である。

図６に示すように、被加工材８０をダイ３１の上に設置し、上方に配置されたパンチ３０を下方（Ａ方向）に向けて打ち抜くことにより下穴を形成し、同時に抜きカス８０ｂをダイ３１の貫通穴を通じて下方へ落下させる。

このようにして加工された被加工材８０の下穴の側断面を拡大すると、図７に示すようにパンチ３０のＡ方向に沿って、下穴２０の内周面には、だれ４１、せん断４２、破断４３、バリ４４が順に発生する。

ここで、下穴２０が形成された被加工材８０に従来のバーリングパンチを用いてバーリング加工したときの様子を図８に示す。図８（ｂ）は、従来のバーリングパンチの一例を示す拡大図である。

図に示すように、従来のバーリングパンチは、軸方向の断面がテーパ状に形成された拡径部を有しており、その先端側には下穴に案内される小径部、基端側にはボス穴を形成する大径部が形成されている。このようなバーリングパンチを被加工材８０のバリ４４が発生する側（図７の下側）から押し込んでバーリング加工したときの様子を図８（ａ）に示す。図に示すように、バーリングパンチは、そのテーパ状の拡径部の側面をバリ４４が存在する下穴の周縁に押し付け、さらに下穴を突き破りボス２１を成形する。

しかしながら、このような加工を施した場合、バリ４４は、ボス２１の先端側の穴の周縁から内向きに突き出した状態で残存することがある。このようにボス２１の先端側に残存するバリ４４は、例えば、銅製のパイプをボス穴に挿入して使用する場合、挿入したパイプの表面を傷つけ、損傷を招くことがある。

ここで、本実施形態のバーリングパンチ６の構成について説明する。図３に示すように、本実施形態のバーリングパンチ６は、円柱棒状に形成されており、先端部の小径部５１、基端部の大径部５２、小径部５１と大径部５２との間に形成される拡径部５３を備えて構成される。小径部５１の外径ｄ１は、被加工材８０の下穴２０の穴径ｄ２よりも小さく、大径部５２の外径ｄ３は、穴径ｄ２よりも大きく形成されている。

拡径部５２は、軸方向の断面が曲線状に形成されており、小径部５１の外径を大径部５２の外径まで拡径する形状をなしている。より具体的には、拡径部５３は、軸方向の断面において小径部５１の外径から大径部５２の外径に向かって、外径の変化率が次第に大きくなる第１の曲率部と、外径の変化率が次第に小さくなる第２の曲率部とが連なって形成されている。すなわち、第１の曲率部は、曲率半径Ｒ１の中心をパンチの外側に有する内向の円弧、第２の曲率部は、曲率半径Ｒ２の中心をパンチの内側に有する外向の円弧となっている。

このようにして構成されるバーリングパンチ６を被加工材８０のバリ４４が発生する側から押し込んでバーリング加工したときの様子を図４に示す。

図に示すように、小径部５１が被加工材８０の下穴２０に案内され、続いて、下穴２０の内周縁には、拡径部５３の側面（以下、肩部という。）が接触する。ここで、下穴の周縁（バリ４４を含む）には、まず、第１の曲率部の側面が接触し、バーリングパンチの押し込みとともに、肩部の接触面は、第１の曲率部から第２の曲率部へと変化する。つまり、下穴２０の内周縁を押し付ける押し付け力は、バーリングパンチ６の移動とともに滑らかに変化する。したがって、例えば、図８のバーリングパンチを用いる場合と比べると、下穴２０の内周縁を押し付ける時間を長くすることができ、しかも肩部の形状に由来する押し付け力を効果的に変化させることができる。これにより、下穴の周縁を効率よく捉え、内周縁に残留するバリ４４を確実に押し潰すことができる。

続いて、穴２０の内周縁を押し付ける肩部の外径はパンチの移動とともに徐々に大きくなり、ついには大径部５２が下穴２０を突き破って中に押し込まれることにより、バーリングパンチの押し込み方向に沿ってボスが形成される。

このようにして成形されたボス２１には、図４に示すように、ボス先端側の穴の内周縁に、穴径を先端側に向かって拡径（例えば断面の勾配θ）させた形状６１が形成される。

したがって、ボス２１の先端側からボス穴にパイプを挿入する場合には、形状６１がパイプを案内するため、ボス穴へのパイプの挿入性を向上させることができ、さらに、ボス内にパイプが挿入された状態で、振動が加えられたとしても、穴内にはバリが存在しないため、パイプの摩耗や損傷を抑制することができる。

本実施形態のバーリングパンチ６のより具体的な形状は、被加工材８０の板厚ｔが０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲において、小径部５１の外径をｄ１、下穴の穴径をｄ２、大径部５２の外径をｄ３としたとき、以下の関係を満たすときに、最も良好な形状６１を有する成形品を成形することができる。
第１の曲率部の曲率半径Ｒ１＝ｔ×２．５×（０．８〜１．２）
第２の曲率部の曲率半径Ｒ２＝ｄ３×１／２×（０．８〜１．２）
ｄ１＝ｄ２−０．１±０．０５
なお、本実施形態においては、バーリングパンチ６の拡径部５３の軸方向の断面形状を、二つの曲率部が連設する例について説明したが、小径部から大径部に向かって曲線状に外径が拡径する形状であれば、本実施形態に限られるものではない。

本発明の一実施形態のバーリング金型に被加工材をセットした状態を示す横断面図である。 図１のバーリング金型の動作を説明する横断面図である。 本実施形態のバーリング金型に使用されるバーリングパンチの要部を示す断面図である。 図３のバーリングパンチを用いたときのバーリング加工の動作と、成形品の形状を示す図である。 被加工材にバーリング加工を施して形成される成形品の要部を示す図である。 被加工材に下穴を形成するプレス加工の動作を説明する図である。 図６のプレス加工により形成された被加工材８０の下穴部分の側断面の拡大図である。 従来のバーリング加工の動作を説明する図であり、（ａ）は、バーリング加工の動作を示し、（ｂ）はバーリングパンチの形状を示している。

符号の説明

１ 上型ベース
２ ダイブロック
５ 下型ベース
６ バーリングパンチ
７ リテーナ
８ 圧縮コイルバネ
９ 押え板
１７ バーリング穴
２０ 下穴
２１ ボス
５１ 小径部
５２ 大径部
５３ 拡径部
８０ 被加工材

Claims (4)

1. バーリング穴が形成された第１プレートと、前記第１プレートと対向して配置されて板状の被加工材を前記第１プレートとの間で挟持する第２プレートと、前記被加工材に対して前記第１プレートと反対側から前記被加工材の下穴を突き破り前記バーリング穴に挿入可能に配置されるバーリングパンチとを備えるバーリング金型において、
   前記バーリングパンチは、円柱棒状に形成され、先端側の小径部と、基端側の大径部と、前記小径部の外径を前記大径部の外径まで拡径する拡径部とを有し、前記小径部の外径は前記下穴の穴径よりも小さく、前記大径部の外径は前記下穴の穴径よりも大きく形成され、前記拡径部は、軸方向の断面が曲線状に形成されてなることを特徴とするバーリング金型。
2. 前記拡径部は、前記小径部の外径から前記大径部の外径に向かって、外径の変化率が次第に大きくなる第１の曲率部と前記変化率が次第に小さくなる第２の曲率部とが連なって形成されることを特徴とする請求項１に記載のバーリング金型。
3. 被加工材の下穴に押し込んでバーリング加工するための円柱棒状のバーリングパンチにおいて、
   先端側の小径部と、基端側の大径部と、前記小径部の外径を前記大径部の外径まで拡径する拡径部とを有し、前記小径部の外径は前記下穴の穴径よりも小さく、前記大径部の外径は前記下穴の穴径よりも大きく形成され、
   前記拡径部は、軸方向の断面が、前記小径部の外径から前記大径部の外径に向かって、外径の変化率が次第に大きくなる第１の曲率部と前記変化率が次第に小さくなる第２の曲率部とが連なって形成されてなり、
   前記被加工材の板厚ｔ＝０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲において、前記小径部の外径をｄ１、前記下穴の穴径をｄ２、前記大径部の外径をｄ３、前記第１の曲率部の曲率半径をＲ１、前記第２の曲率部の曲率半径をＲ２としたとき、
   Ｒ１＝ｔ×２．５×（０．８〜１．２）
   Ｒ２＝ｄ３×１／２×（０．８〜１．２）
   ｄ１＝ｄ２−０．１±０．０５ の範囲に形成されてなることを特徴とするバーリングパンチ。
4. バーリング穴が形成された第１のプレートと該第１のプレートに対向して配置される第２のプレートとの間に下穴が形成された被加工材を挟持し、前記バーリング穴に挿入可能なバーリングパンチを前記被加工材の前記第１のプレートと反対側から前記被加工材の下穴に押し込むことにより、前記被加工材にボスを形成するバーリング加工方法において、
   前記バーリングパンチの軸方向の断面が曲線状に拡径された拡径部を前記下穴の縁に押し付けてバーリング加工することを特徴とするバーリング加工方法。

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