JP2010023077A - 金属容器の製造方法および金属容器製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁及び側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、(b)側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程(b1)、及び、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程(b2)を、交互に繰り返すことで薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とを実行する。
【選択図】 図1
Description
なお、ここでいう「容器」の用語は、底壁と側壁とを有する有底のカップ状の製品であれば、その用途は限定されず、また、完成品、半製品を問わず「容器」に含まれるものとする。例えば、最終製品としての金属製圧力容器、および、複合容器に加工される前の中間加工品である有底筒状ライナーのような半製品も含まれる。
一般に、絞り加工では、絞り加工用の孔(ダイス孔という)が形成されたダイスの上に、被加工部材である板状素材を載せる。次いで、パンチをダイス孔に向けて圧下させることによる加圧で、板状素材をダイス孔に押し込むことにより底壁及び側壁の加工が行われる(特許文献1参照)。
再絞り加工では、特許文献2に記載されているような、一回目の絞り方向とは逆方向に押し込む逆方向再絞り加工だけでなく、一回目と同じ方向に押し込む順方向再絞り加工も利用されている。
このような絞り加工や再絞り加工によって形成される側壁は、肉厚が一定になる。
まず、通常の絞り加工により、図7(a)に示すように、側壁の高さが短く肉厚が十分厚い有底容器101を形成する。次いで、図7(b)に示すように、薄肉領域に対応する位置に段差102aが設けられた金型102を、有底容器101の内側空間に挿入する。次いで、図7(c)に示すように、有底容器101の外側面103に対し、ローラ(不図示)でしごき加工を行うことにより、有底容器101の外側面103に対しローラ104でしごき加工を行うことにより、側壁の一部が薄肉化された有底容器105が形成される。そして、加工終了後に金型102を引抜く。
また、本発明は、側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、これまでよりも工程を簡素化して、短時間で加工することができる製造方法および製造装置で加工することを目的とする。
そして、本発明の金属容器製造方法は、以下の(a)および(b)の工程を順次実行する。
(a) ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程
(b) 側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程(b1)、および、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程(b2)を、交互に繰り返すことで、全ての薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程
そして、薄肉化予定部位が引続き存在する場合には、次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく(実際には次回の薄肉化予定部位は直前の押し込み動作で自動的に載せられることになる)。このようにして薄肉領域進行工程(b2)が実行される。
また、ダイス上面の下据え込み金型として利用する領域は、ダイス部品自体が金型として利用されてもよいし、ダイス本体と下据え込み金型を形成する付属部品とを一体に固定するようにして、全体で一つのダイス部品としたものでもよい。また、上据え込み金型は、ダイス上面の下据え込み金型と対をなす。そのため、ダイス上面が円環形状であれば、下据え込み金型と上据え込み金型とは円環形状にされる。ダイス上面が角形の場合は、下据え込み金型、上据え込み金型も角形の環形状となる。
また、絞り加工と据え込み加工とを交互に行うようにして、一挙に所望の薄肉領域が形成された金属容器(部分薄肉容器)を形成することができるので、工程が簡素化し、短時間で加工することができる。
また、必要な場所だけに据え込み加工を行えばよいので、内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成したり、自由な範囲、形状で薄肉領域を形成したりすることができる。
また、上記発明の(a)下部厚肉領域形成工程と(b)薄肉領域形成工程の後に、(c)全ての薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程を実行してもよい。
これにより、開口端近傍にも厚肉領域を形成することができる。例えば、最終製品として圧力容器を形成する場合に、耐圧性が必要な開口部分を、この厚肉領域で形成することにより耐圧強度を高く維持することができる。
据え込み加工をこの周期で連続して行うことにより、効率的に薄肉領域を形成することができる。ここで、周期の上限は特に限定されず、装置コスト等との関係で実現できる周期であれば問題ない。
1回あたりの薄肉化される加工部位の長さをこの範囲にすることで、破断が生じにくく、安定した加工を連続して行うことができる。
板状部材の場合は、予備的な絞り加工を行わないので、加工工数を少なくすることができる。予めカップ状部材にした場合は、2回の絞り加工が行われるので、最終的な側壁を薄く長くすることができる。
また、上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが1mm〜120mmであるようにしてもよい。
可動板18と固定板14とは、一対のリンク機構19、20で連結してあり、リンク機構19,20は電動アクチュエータ21、22の駆動軸に接続される。電動アクチュエータ21、22が駆動されると、固定板14に対して可動板18が上下方向に移動する。電動アクチュエータ21、22にも、図示しない位置センサ、速度センサ、力センサが取り付けてあり、これらのセンサからの検出信号が後述する制御部30に送られる。そして制御部30から送られる制御信号に基づいて、可動板18の高さ位置、移動速度、加圧力が制御できるようにしてある。
被加工部材Wには、板状部材、あるいは予め絞り加工により大径の有底容器形状に加工した部材が用いられる。前者は、側壁が短い場合に用いられ、後者は側壁を薄く長くする場合に用いられる。ここでは、大径の有底容器形状に加工した被加工部材Wを載置している。
なお、有底容器形状に加工した被加工部材Wを加工するときは、ダイス25の外側に固定治具27が取り付けられる。
まず、図2(a)に示すように、パンチ17と上据え込み金型26とを上方に退避しておき、予め大径の有底容器形状にしてある被加工部材Wをダイス25の上に載置し、固定治具27により底を上にして固定する(逆方向絞り加工のセッティング)。
このとき、薄肉化を行う最初の部位S0(形成予定の薄肉領域のうち最も下側の部位)が、ダイス25上面の据え込み加工が行われる領域にくる長さ(L0)までパンチ17を圧下し、移動を停止する。なお、移動を停止したときのパンチ17には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
据え込み加工の周期を10回/分以上、より好ましくは30回/分以上にする制御信号を制御部30から与えるようにして、加工速度を早めて加工効率を高めるようにする。据え込み加工を終えると、長さ(L1)だけ側壁が拡張される。
このとき薄肉化される長さ(L2)は、使用する上据え込み金型26と下据え込み金型24とのいずれか小さい方の幅で定まることになる。具体的には、使用する金型の幅を調整することで、1mm〜120mmの範囲で長さ(L2)が選択される。
所望の位置まで押し込んだ後で、再び、パンチ17には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
図3は、図2の各状態と側壁の長さの変化との関係を示す図である。絞り加工と据え込み加工とが交互に繰り返されるにつれて、絞り加工のときは長さ(L2)、据え込み加工のときは長さ(L1)ずつ側壁が順次、拡張されていくことになる。
これにより、一部に薄肉領域が形成された側壁が完成する。
図4は有底容器形状の被加工部材Wの底を上にして加工する場合(順方向絞り加工)の要部を示す図である。図1、図2と同じものは同符号を付す。
この場合はダイス25の外側に、ダイス25よりも背の高い固定治具27aを配設することにより、これをガイドとして同様の加工を行うことができる。
上述した金属容器製造装置10では油圧ジャッキによるパンチ駆動機構や電動アクチュエータによる上据え込み金型駆動機構を用いているが、駆動機構はさまざまなバリエーションをとることができる。
例えば、パンチ駆動機構には、サーボモータ、ボールネジ、機械式力増幅装置等による電気機械式アクチュエータを用いることができる。上据え込み金型駆動機構についても同様である。
また、金属容器製造装置10では、2本の支柱12、13によって、固定板14を支持するとともに、可動板18を案内するようにしたが、大型化する場合には、さらに支柱を3本、4本と増やしてもよい。この場合は互いの支柱が、パンチ17の軸線を中心に120度、90度ずつ回転する方向に配置されることになる。
11 ベース
12、13 支柱
14 固定板
15 油圧ジャッキ
17 パンチ
18 可動板
19、20 リンク機構
21、22 電動アクチュエータ
24 下据え込み金型(ダイス上面)
25 ダイス
25a ダイス孔
26 上据え込み金型
27 固定治具
Claims (8)
- 底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
(a) 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
(b) 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程(b1)、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程(b2)を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。 - 底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端近傍にかけての領域と前記側壁の開口端近傍の領域とに厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域と前記側壁の開口端近傍の厚肉領域との間に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
(a) 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
(b) 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程(b1)、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程(b2)を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程と、
(c) 薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、前記上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。 - (b)の薄肉領域形成工程において、薄肉化工程(b1)での据え込み加工が、少なくとも10回/分以上の周期で繰り返し行われる請求項1または請求項2に記載の金属容器製造方法。
- (b)の薄肉領域形成工程において、1回の薄肉化工程(b1)で薄肉化される加工部位の長さが1mm〜120mmである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の金属容器製造方法。
- (a)の下部厚肉領域形成工程において、ダイス上に載置する被加工部材は、板状部材、または、予め、絞り加工により底壁と側壁が形成されたカップ状部材である請求項1〜請求項4のいずれかに記載の金属容器製造方法。
- 底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造装置であって、
金属製の被加工部材が載置されるダイスが配設され、
前記ダイスは絞り加工用のダイス孔が形成されるとともに、ダイス上面に据え込み加工用の下据え込み金型となる領域が設けられ、
前記ダイス孔の真上の位置に絞り加工用のパンチが昇降可能に配設され、
前記ダイス上面の下据え込み金型となる領域の上方位置に上据え込み金型が昇降可能に配設され、
前記パンチを支持するとともに前記パンチを昇降させるパンチ駆動機構と、
前記上据え込み金型を支持するとともに前記上据え込み金型を昇降させる上据え込み金型駆動機構と、
前記パンチ駆動機構と前記上据え込み金型駆動機構とを連携して作動させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記側壁の一部に薄肉領域を形成する際に、前記上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御と、上据え込み金型を退避させるとともに直前に薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで絞り加工を進行させて薄肉領域の側壁を拡張する制御とを交互に行うことを特徴とする金属容器製造装置。 - 上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御は、少なくとも10回/分以上の周期で繰り返し行われる請求項6に記載の金属容器製造装置。
- 上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが1mm〜120mmである請求項6または請求項7に記載の金属容器製造装置。
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