JP2010207887A - 軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材を挟持するまでに、加熱体から金型ベース部に熱が移動しにくくなるため、無駄になる熱エネルギーを極力少なくすることができ、熱効率の向上が図れると共に、被加工材の加圧矯正も確実に行うことができる軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型を提供することを課題とする。
【解決手段】被加工材１の加工を行う金型ベース部３と、被加工材１を表裏から挟持して被加工材１の加圧矯正を行う加圧体２ａより構成されるプレス成形用金型であって、それら加圧体２ａのうち少なくとも一方は加熱体２であり、加熱体２と金型ベース部３の間に断熱空気層Ａが形成された状態で、その加熱体２が金型ベース部３に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車パネル、自動車用部品、その他鉄道車両等の輸送機用のパネル、或いは電気機械部品等に用いられるアルミニウム合金をはじめとする軽合金材料製のプレス成形品を、被加工材から製造する際に、絞り成形工程時に被加工材に発生したしわやスプリングバック、形状Ｒ不良といった形状不良を、絞り成形工程の後工程時に、同時に加圧矯正するプレス軽合金材料製プレス成形品の成形用金型に関するものである。

近年、自動車は安全性の向上や快適装備の充実といった背景から車体重量が増加する傾向にある。また、自動車をはじめとする輸送機全体の車体分野では、排気ガス等による地球環境問題に対して、軽量化による燃費の向上も追求されている。そのため、従来から自動車などの輸送機の車体に用いられている鋼板に代えて、より軽量なアルミニウム合金板をはじめとする軽合金材料の圧延板によるプレス成形品や押出型材が採用されることが多くなってきている。また、電気機械部品等にもアルミニウム合金板をはじめとする軽合金材料製のプレス成形品が採用されることが多くなってきている。

圧延板を用いて複雑な形状の絞り成形を行う場合には、絞り成形品にしわが発生することがある。そこで、従来から絞り成形品を製造するために多く用いられてきた鋼板では、しわの発生を抑制するために、ビードの設置、その調整、或いはしわ押さえ力を上げるなどして部分的にブランク流入を抑制する対策がとられてきた。この対策を施すことによりしわは発生しにくくなるものの、プレス割れが発生しやすくなる傾向があるため、これらを両立するべく調整が図られてきた。

しかしながら、軽合金板、特にアルミニウム合金板は、鋼板などに比べると成形性が劣る傾向があることから、プレス成形割れが発生しやすく、しわの発生とプレス割れの発生を同時に抑制することは非常に困難であるという問題があった。

このような背景から、絞り成形時にしわや割れが発生することを抑制するために、従来から様々な提案がなされているが、本出願人も先に特願２００８−１４９５３２号として、軽合金材料製プレス成形品の製造方法に関する提案をしている。

この提案では、絞り成形工程後の後加工工程に用いられる金型のベース部に、被加工材を表裏から挟持する加圧体を付設し、それら加圧体のうち少なくとも一方の加圧体を加熱体としたプレス成形金型を用いて軽合金材料製プレス成形品を製造している。しかしながら、その加熱体は、金型ベース部とは別に独立して設けられているものの、金型ベース部とは常時接触した状態で設けられるものも提案の範囲としており、その場合は、熱伝導によって熱容量の大きい金型ベース部に加熱体から熱が移動し、加熱体の温度が低下してしまうことになる。すなわち、加熱体と金型ベース部が接触している場合は、所望の温度に被加工材の表面を加熱できなくなる可能性があり、また、加熱できたとしても必要以上に多大なエネルギーを必要としてしまうという問題がある。

その問題を解決するための方法として、金型ベース部と加熱体の間に断熱材を介装する方法もあり、特願２００８−１４９５３２号にも例示しているが、この断熱材を使用する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載の先行技術がある。

特許文献１記載の技術は、プレス成形、ナノインプリント成形、ホットエンボス成形に用いられる成形用金型の、金型本体と加熱手段を有する薄型の間に断熱材からなる断熱層を形成した技術である。

また、特許文献２記載の技術は、熱硬化性樹脂を原料とする熱成形に使用する成形用金型の、加熱部と非加熱部の間にシリコンゴムなどの断熱材を設けた技術である。

また、特許文献３には、タイヤ加硫装置の断熱構造に関する技術であって、プラテンと支持プレートの間に断熱部材を設け、更に、プラテンと断熱部材の間、支持プレートと断熱部材の間にも夫々断熱空気層を設けた技術が記載されている。

しかしながら、特許文献１および特許文献２記載の成形金型の加熱温度は、高くても２００℃であり、本発明のような軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型のように、最高４００℃程度まで加熱することを想定した場合、その適用は不可能である。また、間に断熱材を設けた場合、その断熱材がクッションとなり、所望の加圧力を得ることができなくなったり、金型の平行度が保てなくなったりする可能性もある。

一方、特許文献３は大型の金型を対象としており、また、成形に必要な荷重に耐えることができる構造とする必要があるため、プラテンと支持プレートの間には、荷重に耐えることができるある程度の接触面積が必要で、断熱効果は十分といえるものではない。

特開２００８−２５４２３０号公報 特開２００８−２６５０１４号公報 特開２００８−２１３４０８号公報

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、被加工材を挟持するまでに、加熱体から金型ベース部に熱が伝わりにくくなるため、無駄になる熱エネルギーを極力少なくすることができ、熱効率の向上が図れると共に、被加工材の加圧矯正も確実に行うことができる軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、被加工材の加工を行う金型ベース部と、前記被加工材を表裏から挟持して被加工材の加圧矯正を行う加圧体より構成されるプレス成形用金型であって、それら加圧体のうち少なくとも一方の加圧体は加熱体であり、前記加熱体と金型ベース部の間に断熱空気層が形成された状態で、その加熱体が金型ベース部に支持されていることを特徴とする軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型である。

請求項２記載の発明は、前記加熱体は、スプリングで前記金型ベース部に支持されていることを特徴とする請求項１記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型である。

請求項３記載の発明は、前記加熱体は、下部に係止部を有する吊りボルトで前記金型ベース部に吊下げられていることを特徴とする請求項１記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型である。

本発明の請求項１記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型によると、被加工材を挟持するまでに、加熱体から金型ベース部に熱が伝わりにくくなるため、無駄になる熱エネルギーを極力少なくすることができ、熱効率が非常に良い。更には、被加工材の加圧矯正も、加圧力の無駄なく所望の加圧力で、また、加圧体が加圧時に傾くことなく加圧体と金型ベース部の取り付け面の平行度を維持したまま、確実に行うことができる。

本発明の請求項２記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型によると、加熱体を、金型ベース部との間に断熱空気層を間に形成した状態で、金型ベース部により確実に支持することができる。この支持は、被加工材の下方に配置する加熱体の金型ベース部での支持に特に有効である。

本発明の請求項３記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型によると、加熱体を、金型ベース部との間に断熱空気層を間に形成した状態で、金型ベース部により確実に支持することができる。この支持は、被加工材の上方に配置する加熱体の金型ベース部での支持に特に有効である。

本発明の一実施形態を示す縦断面図である。 同実施形態の下の加熱体の部位を拡大して示す縦断面図であって、便宜上、待機状態の加熱体と作動状態の加熱体を左右に並べて図示した説明図である。 同実施形態の上の加熱体の部位を拡大して示す縦断面図であって、便宜上、待機状態の加熱体と作動状態の加熱体を左右に並べて図示した説明図である。 本発明のプレス成形用金型を用いて被加工材からプレス成形品を製造する工程の一例を示す縦断面図であり、（ａ）は絞り成形工程を、（ｂ）はトリム（切断）工程を、（ｃ) は曲げ工程を夫々示す。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図４の左図に示すような絞り成形工程で成形された後の被加工材１には、絞り成形時にしわが発生してしまうことや、絞り成形後にスプリングバックが発生することがあった。また、絞り成形工程において一度成形されたＲ部を更に小さな径のＲ形状に成形することもある。そのしわやスプリングバックの矯正を行うため、或いはＲ部を更に小さな径のＲ形状に成形するためには、被加工材１の該当部位を加熱して再度成形することが望ましい。本発明では、絞り成形後の後加工工程に用いられるプレス成形用金型に被加工材１を加熱するための加熱体２を、本来の切断加工、曲げ加工を行う金型ベース部３とは接触しないようにして独立して設けた。

本発明の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型は、図１に示すように、被加工材１の加工を行う金型ベース部３と、被加工材１を表裏（この実施形態では上下）から挟持して被加工材１の加圧矯正を行う一対の加圧体２ａより構成されている。それら一対の加圧体２ａのうち少なくとも一方の加圧体２ａは加熱体２であり、この実施形態では、上下の加圧体２ａがともに加熱体２となっている。加熱体２と金型ベース部３の間には断熱空気層Ａが形成された状態で、その加熱体２は金型ベース部３に支持されている。尚、３ａはワーク押さえパッドである。

金型ベース部３で加熱体２は支持されているが、この実施形態では、上下の加熱体２で支持方法が異なる。

加熱体２のうち、被加工材１の下方に配置する加熱体２は、図２に示すように、スプリング８で金型ベース部３の上方に支持されている。具体的には、スプリング８の両端部は加熱体２と金型ベース部３に夫々固定されており、加熱体２側の固定部は、下記するように押し潰された状態のスプリング８が収容される収容穴２ｂとなっている。

図２の右側に示す加熱体２は、上下の加圧体２ａ（加熱体２）で被加工材１の挟持を行う前の待機状態の、下の加熱体２であり、スプリング８の伸びによって、加熱体２と金型ベース部３の間には断熱空気層Ａが形成されている。

一方、図２の左側に示す加熱体２は、上下の加圧体２ａ（加熱体２）で被加工材１の挟持を行った作動状態の、下の加熱体２であり、金型ベース部３による加圧力でスプリング８が押し潰され、加熱体２と金型ベース部３の間の断熱空気層Ａがなくなり、加熱体２と金型ベース部３が密着した状態となっている。被加工材１の加圧矯正は、この状態で行われるので、加圧力の無駄なく所望の加圧力で、また、加圧体２ａ（加熱体２）が加圧時に傾くことなく加圧体と金型ベース部の取り付け面の平行度を保った状態で、確実に行うことができる。

尚、図２には便宜上、待機状態の加熱体２と作動状態の加熱体２を左右に並べて図示しているが、実際は金型ベース部３で支持されている加熱体２は一つであるか、或いは複数であっても全てが待機状態か作動状態のどちらか一方の状態である。

また、加熱体２のうち、被加工材１の上方に配置する加熱体２は、図３に示すように、下部に係止部９ａを有する吊りボルト９で金型ベース部３に吊下げられている。具体的には、吊りボルト９の上端が金型ベース部３に固定されており、その吊りボルト９の下部に形成された係止部９ａが、加熱体２に形成された係止穴２ｃに係止されることによって、加熱体２は金型ベース部３に支持されている。この吊りボルト９は係止部９ａを除き軸状である。また、係止部９ａはその軸より大径である。係止穴２ｃは、上部の小径穴と下部の大径穴で構成されており、小径穴は、吊りボルト９の軸より大径であるが、係止部９ａよりは小径である。一方、大径穴は、係止部９ａよりも更に大径である。尚、吊りボルト９の係止部９ａは、図３に示すように必ずしもその下端に形成されている必要はなく、また、吊りボルト９の軸と直交方向に長い横軸等であっても良い。

また、加圧体２ａ（加熱体２）のプレス成形品および金型ベース部３との接触面は必ずしも平坦である必要はない。例えば、所望のプレス成形品形状となるよう加圧体２ａ（加熱体２）の形状は適宜選択できる。特に、加圧後の製品外観品質が要求される場合には、加圧表面は平滑として図３に示す係止穴２ｃは、加圧体２ａ（加熱体２）の内部、或いは加圧時にプレス成形品に接触しない部位に設けることが望ましい。

また、加圧時における加圧体２ａ（加熱体２）の位置精度を高める必要がある場合は、スライド或いはピン等のガイドを設けることが有効である。この場合は、熱伝導をできるだけ小さくするために、ガイドと加圧体２ａ（加熱体２）の接触面積をできる限り小さくすることが望ましい。また、更に有効な手段として、ガイドを設けず、加圧体２ａ（加熱体２）と金型ベース部３の接触面に突起形状を設けて、互いに相対する凹凸形状がプレス下死点付近にて接触させることで、金型ベース部３に対する加圧体２ａの位置が精度よく定まるようにする手法が挙げられる。

図３の右側に示す加熱体２は、上下の加圧体２ａ（加熱体２）で被加工材１の挟持を行う前の待機状態の、上の加熱体２であり、吊りボルト９の係止部９ａで支持された加熱体２と、金型ベース部３の間には断熱空気層Ａが形成されている。

一方、図３の左側に示す加熱体２は、上下の加圧体２ａ（加熱体２）で被加工材１の挟持を行った作動状態の、上の加熱体２である。金型ベース部３が押し下げられると、被加工材１の上面に突き当たる加熱体２は押し上げられ、加熱体２と金型ベース部３の間の断熱空気層Ａがなくなり、加熱体２と金型ベース部３は密着した状態となる。被加工材１の加圧矯正は、この状態で行われるので、加圧力の無駄なく所望の加圧力で、また、加圧体２ａ（加熱体２）が加圧時に傾くことなく加圧体２ａと金型ベース部３の取り付け面の平行度を保った状態で、確実に行うことができる。

尚、図３には便宜上、待機状態の加熱体２と作動状態の加熱体２を左右に並べて図示しているが、実際は金型ベース部３で支持されている加熱体２は一つであるか、或いは複数であっても全てが待機状態か作動状態のどちらか一方の状態である。

以上、図２と図３に基づいて、金型ベース部３で支持された上下の加熱体２の説明を夫々行ったが、必ずしも上下の加熱体２は、前記した状態で金型ベース部３に支持されている必要はなく、待機状態で加熱体２と金型ベース部３の間に断熱空気層Ａが形成され、作動状態では加熱体２と金型ベース部３は密着した状態となるような構成であれば、本発明で規定する要件を逸脱しない範囲の構成であればどのような構成であっても良い。例えば、上の加熱体２も下の加熱体２と同様にスプリング８で支持されていても良い。また、上下の加圧体２ａのうち一方の加圧体２ａが加熱体２でない場合は、その加圧体２ａは金型ベース部３に固定されていても良い。

尚、加熱体２は、金型ベース部３とは独立して設けられた金属ブロックであり、内部に埋め込まれたシーズヒーター等の加熱手段により単独で温度制御される。尚、加熱体２の加熱手段は、誘導加熱、通電加熱等のどのような加熱手段であっても構わない。

また、加熱体２の表面は、焼き付き防止のための表面処理が施されていることが望ましい。表面処理としては、硬質クロムめっき、ＴＤ処理、ＰＶＤ（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ）、ＣＶＤ（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣ）等を挙げることができる。

以上の説明は、本発明の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型が、絞り成形工程の後加工工程のトリム（切断）工程に用いられる金型である事例に基づいて説明したが、絞り成形工程の後加工工程であれば、トリム工程のほかに、ピアス（穴あけ）工程や曲げ工程に用いられる金型に、本発明を適用しても良いことは勿論である。

次に、本発明の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型を用いて、被加工材１からプレス成形品を製造する方法を、図４に図示した一事例に基づき説明する。尚、図４でも、絞り成形工程の後加工工程として、トリム（切断）工程に用いられる金型に本発明を適用した事例を示す。

本発明の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型によって製造されるプレス成形品は、例えば、自動車パネル材のような成形品であって、３０００系アルミニウム合金、５０００系アルミニウム合金、６０００系アルミニウム合金等を材料として用いることができる。図４に示す製造方法では、まず、（ａ）に示す絞り成形工程、（ｂ）に示すトリム工程、（ｃ）に示す曲げ工程を経て、被加工材１からプレス成形品が製造される。

まず、図４（ａ）に示す絞り成形工程で、被加工材１が、ポンチ４、ダイス５、ブランクホルダー６で成るプレス成形用金型で所望の形状に絞り成形される。

この絞り成形工程を終えた被加工材１は、図４（ｂ）に示す次のトリム（切断）工程に送られる。トリム工程では、金型ベース部３を用いて、被加工材１ａの外周部が所望の形状に切断される。この切断と平行して、加熱体２によるしわやスプリングバック等の矯正が行われる。この加熱体２は、しわやスプリングバックが発生している等で矯正が必要な部位に設けられる。被加工材１の矯正が必要な部位が、その中央部付近の場合は、加熱体２は図１に示すような位置に、金型ベース部３とは別に独立して設けられるが、被加工材１の矯正が必要な部位が、被加工材１の切断加工部の近傍の場合は、ワーク押さえパッド３ａに隣接した位置に設けられる。

本発明では、このように加熱体２を金型ベース部３とは独立して設けているので、熱伝道によって加熱体２から金型ベース部３に熱が移動しにくくなり、被加工材１の表面をエネルギーの無駄なく加熱することができる。

尚、この加熱体２により加熱した際の被加工材１の表面温度、加圧体２ａでの加圧力、加圧時間については、以下に説明する条件とすることが望ましい。

加熱体２により加熱した際の被加工材１の表面温度が、１００℃未満の場合は、素材強度への影響が少なく、しわ矯正効果や、残留応力低減による形状矯正効果（スプリングバックの矯正効果）を得ることができない。一方、被加工材１の表面温度が４００℃を超えると、加熱体２による加熱、温度維持が困難となる。好ましくは、被加工材１の表面温度は３００℃以下とする必要がある。従って、加熱体２により加熱した際の被加工材１の表面温度は、１００〜４００℃とすることが望ましい。また、１００〜３００℃とすることが更に望ましい。

加圧体２ａでの加圧力については、しわおよびスプリングバックを矯正する場合は、０．１ＭＰａ以上なければ十分な効果を得ることができなくなる。特に加圧力の上限はないが、金型強度の観点からその上限は５０ＭＰａとすることが望ましい。絞り成形工程において一度成形されたＲ部を更に小さな径の目標Ｒ形状に成形する場合については、望ましい加圧力の上下限は特にない。

加圧体２ａでの加圧時間は、必要な加圧力に到達した直後に開放しても、しわ矯正効果や、スプリングバック矯正効果を得ることができるので、瞬時であっても良い。尚、５秒以上加圧しても効果が飽和し、生産性が低下することになるので、５秒未満の加圧で十分である。

次に、このトリム工程で加工を終えた被加工材１は、図４（ｃ）に示す次の曲げ工程に送られる。この曲げ工程では、トリム工程による外周部の切断加工が終了した被加工材１の外周部を、更に曲げ加工用の金型７を用いて曲げ加工し、最終的なプレス成形品を製造する。尚、図４（ｃ）には特に加圧体２ａおよび加熱体２を図示していないが、先に説明したトリム工程と同様に加圧体２ａおよび加熱体２が設けられていても良い。

Ａ…断熱空気層
１…被加工材
２…加熱体
２ａ…加圧体
２ｂ…収容穴
２ｃ…係止穴
３…金型ベース部
３ａ…ワーク押さえパッド
４…ポンチ
５…ダイス
６…ブランクホルダー
７…曲げ加工用の金型
８…スプリング
９…吊りボルト
９ａ…係止部

Claims (3)

1. 被加工材の加工を行う金型ベース部と、前記被加工材を表裏から挟持して被加工材の加圧矯正を行う加圧体より構成されるプレス成形用金型であって、
   それら加圧体のうち少なくとも一方の加圧体は加熱体であり、
   前記加熱体と金型ベース部の間に断熱空気層が形成された状態で、その加熱体が金型ベース部に支持されていることを特徴とする軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型。
2. 前記加熱体は、スプリングで前記金型ベース部に支持されていることを特徴とする請求項１記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型。
3. 前記加熱体は、下部に係止部を有する吊りボルトで前記金型ベース部に吊下げられていることを特徴とする請求項１記載の軽合金材料製プレス成形品のプレス成形用金型。

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