JP2014193478A

JP2014193478A - 成形方法

Info

Publication number: JP2014193478A
Application number: JP2013070934A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ishibe; 敬大石部; Kenichi Nakamura; 憲一中村; Tatsuya Sugiyama; 達也杉山; Hisato Fuji; 寿人藤; Naohito Abe; 尚人安部; Hiroshi Nakano; 浩中野; Ye Zhu; 曄朱
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09

Abstract

【課題】
熱交換器用フィンの製造方法は一般に、プレス加工にて行なわれる。多工程にする事で金型製作時における、材料費や加工費、部品費用などは大幅に増大する事となった。また、金型重量も増加し生産側の取り扱い、段取り替えや金型保守メンテナンスの時間、作業効率の悪化となるばかりか、保守用の部品に寿命がくると廃材となり環境面に対しても望ましくない。
【解決手段】
金属板に筒状の穴を成形する成形方法において、パンチ高さ方向に層が分かれており、プレスストロークが進むにつれてそれぞれの層が前記金属板と接触することにより、絞り成形、ピアス成形、バーリング成形、しごき成形と順で成形を行うような層の形状を有したパンチを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形方法について特に熱交換器用フィンの製造方法及びフィン成形金型の成形工程、金型構成に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１（特開２０００−３２６０３２号公報）がある。この公報には、「金型３０、５０の同一箇所において、容器状凸部１８にピアス加工、バーリング加工、及びしごき加工を順次施すことを特徴としている。」と記載されている。

特開２０００−３２６０３２号公報

空調機や自動車用空調、冷凍機などに使用される熱交換器にはアルミ若しくは銅を薄板にし、方形の薄板金属板にカラーと呼ばれる穴の空いた円筒を成形し、上下に積み重ねる。そこに、銅等の伝熱率の高い金属管を通し、熱交換器としている。

この熱交換器用フィンの製造方法は一般に、プレス加工にて行なわれる。
従来は図３の（ｅ）に示したように、前述したカラーとなる中心部に円形の穴を空け（ピアス工程）、図３の（ｆ）に示したように周囲を起こし円筒形を成形（バーリング工程）、上下に積む際の銅管の露出を防ぐ為、また銅管からの熱伝達効率を上げる事を目的にカラー間を隙間無く積み上げる為、図３の（ｈ）に示したように先端をカール成形する（リフレア工程、フレア工程、もしくはカール工程）。しかし、性能の向上や材料低減の為、カラー高さ（フィン積み間隔）を高くする方法を取る様になり、図３の（ｅ）に示したようにピアス工程の前に図３の（ａ）〜（ｄ）に示すような絞り工程を追加、図３の（ｆ）に示したようにバーリング工程後に図３の（ｇ）に示すようなしごき工程を追加するなどの構成を取るようになった。

１９９０年付近から現在では薄板材の使用により、図３の（ａ）〜（ｄ）に示すような絞り、図３の（ｇ）に示すようなしごきの両工程を組み込んだ構成の金型が一般的となっている。

また、現在熱交換器用フィンを製造するためのプレス加工における潤滑には、炭化水素系潤滑油が用いられている。炭化水素系潤滑油はそれ以前に使用されていた鉱油系潤滑油とは異なり、有機塩素系溶剤による洗浄が不要である為、地球環境に配慮した潤滑油となっており、広く使用されているものの、プレス加工上では成形性の面で落ち特にしごき工程にて先端割れの発生やカラー根元部に亀裂が発生する危険性がある。

そこで、前述したように図３の（ａ）〜（ｄ）に示す様な絞り工程や図３の（ｇ）に示すようなしごき工程など、複数工程設ける事で、現在まで対応してきた。
しかし、多工程にする事で金型製作時における、材料費や加工費、部品費用などは大幅に増大する事となった。また、金型重量も増加し生産者側の取り扱い、段取り替えや金型保守メンテナンスに要する時間は増大し、作業効率の悪化となるばかりか、保守用部品に寿命がくると廃材となり環境面に対しても多工程で成形、生産する事は望ましくない。この対処法として工程削減が考えられ、その技術については、特開２０００−３２６０３２号公報に開示されている方法で対処可能である。

しかしながら、特開２０００−３２６０３２号公報に記載されているピアス加工、バーリング加工及びしごき加工を順次施す事では、２工程を１工程へと削減するのみで、近年の潤滑加工油、薄板材を加工する場合、カラー成形工程は一般的に７工程〜８工程であり、前述の技術を用いても１５％程度の工程削減であり、材料費や重量低減の観点からするとあまり大きな効果とはいえない。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「金属板に筒状の穴を成形する成形方法において、パンチ高さ方向に層が分かれており、プレスストロークが進むにつれてそれぞれの層が前記金属板と接触することにより、絞り成形、ピアス成形、バーリング成形、しごき成形と順で成形を行うような層の形状を有したパンチを用いること」を特徴とする。

通常アルミフィン成形金型は同時に複数列の生産が行なえるように、かつカラー部の成形を同時に複数穴成形できるよう列数は主に１２、２４、３６、４８列など、カラー同時成形は２穴、３穴、４穴送りとなっている。カラー成形を行なう為のパンチやダイなどの工具は列数倍、送り穴数倍必要で例えば３６列×２穴送りである場合、１工程に７２個の工具がそれぞれ必要となるが、本発明の複数工程を同一箇所で成形する構成を取ると、例えば従来、絞り（張り出し）に４工程、ピアスバーリング、しごき工程の計６工程で構成されていた場合、１工程に短縮すると、３６０本のパンチ、３６０本のダイを削減する事ができる。これは、カラー成形工程の材料費、金型重量を７１％低減する事ができると言える。また、各工程を構成するプレートも削減でき金型材料費の低減、金型加工費の低減、金型重量の低減を行なう事ができると共に、部品摩耗による廃材量の低減による地球環境への配慮を行なう事ができる。

本発明を適用した金型装置の断面図図１に示す１４バーリングパンチ先端拡大図ハイフィン方式成形工程のフィン加工図加工材設置時金型断面図予備成形終了時金型断面図ピアス成形終了時金型断面図バーリング成形終了時金型断面図しごき成形終了時金型断面図

以下、実施例について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例１におけるフィンカラー成形ステージの断面図である。
フィンカラー成形方式は、フィン板厚の推移やプレス加工に使用する加工油の特徴によって年々変化してきた。フィン板厚は熱交換の性能を上げる為や材料費低減、重量低減の為に薄板材を使用する様になり、プレス加工油は粘性のものから、環境面に配慮した揮発性の物へと変化してきた。どちらも成形性は低下する方向にあり、プレス加工では工程数を増やす、成形品にストレスのかかりにくい成形方法、などに変更してきた。近年では図３に示すように（ａ）〜（ｄ）にて予備成形（絞り、張り出し）、（ｅ）にて穴空け、（ｆ）にてバーリング、（ｇ）にてしごきを行い、（ｈ）にて先端をカール成形するといった工程が一般的となっているが、従来の様な粘性のプレス加工油を使用する、薄板材を使用しない、フィンカラー高さが低いなどの場合には、（ｅ）〜（ｈ）工程、もしくは（ａ）〜（ｆ）（ｈ）の工程で成形する事もある。

いずれにしても、フィンカラー成形には複数の工程が必要とされてきたが、本実施例では図１の様な構造により、図３に示す（ｄ）〜（ｇ）工程までの成形機能を１ショット間に行える様従来の工程を集約した。１は金型上型ベース、２は金型下型ベース、３は金型上型ベース１に取り付けられる上型ピアスパンチ保持プレート、４はピアスパンチ位置調整用スプリング１２が下に落ちないように保持する上型バーリングダイ保持プレートである。ピアスパンチ位置調整用スプリング１２はピアスパンチ１１を上に押付けるように付勢して保持している。ピアスパンチ位置調整ボルト９、ピアスパンチ位置調整駒１０はピアスパンチ位置調整ボルト９を回転させることでピアスパンチ１１の上下の位置決めを行う。

上型板押さえプレート５は上型バーリングダイ保持プレート４に取り付けられ、さらに内部にバーリングダイ１３が取り付けられて、バーリングパンチ１４が図１における上方向に移動することで上型板押さえプレート５との間に配置されるフィン材料１９の成形が行われる。７は下型リフタプレート６を下から保持する下型バーリングパンチ押さえプレート、８は下型バーリングパンチ保持プレートである。

集約するに当たり、図１に示すバーリングパンチ１４は図２に示すようにパンチ頭部から高さ方向に機能を分割し、上側から図３に示す（ａ）〜（ｄ）である予備成形（絞り、張り出し）、（ｆ）バーリング、（ｇ）しごきとなっており、（ｅ）穴抜きは予備成形〜バーリング間にて行なう事で図３の（ａ）〜（ｇ）の工程を１工程とした。２８は予備成形機能範囲、２９は穴空け成形機能範囲、また３０はバーリング成形機能範囲、３１はしごき成形機能範囲をそれぞれ示している。

図３には（ａ）〜（ｄ）の４つの予備成形が配置されているが、（ａ）〜（ｃ）の予備成形は削減し、図２に示す予備成形用角Ｒ１６、予備成形用傾斜１７の角度を調整し、カラー割れが発生しない様に調整する事が必要となる。予備成形用角Ｒ１６は予備成形時のフィン材板厚減少を考慮し、Ｒ１以下が望ましく、予備成形用傾斜１７の角度は６０°以下が望ましい。また、図２に示すしごき用傾斜１８の角度は３°以下が望ましい。以上のパンチ形状を特徴とすることで（ａ）〜（ｃ）の予備成形を削減する事が可能となる。

図４〜図８に本実施例の成形段階を示す。図４は加工材設置時の金型断面図を示しており、ピアスパンチ１１とバーリングダイ１３がプレス上側、フィン材１９は加工材を示しており、バーリングパンチ１４は、加工材設置時は可動する下型リフタプレート６の下に格納された状態にある。ここから、上型が下へと可動し、フィン材１９と接触、間接的にリフタプレート６を押し込むことにより、バーリングパンチ１４が徐々に突出する。この突出したバーリングパンチ１４とバーリングダイ１３に挟まれたフィン材１９は図５に示すように張り出される。
この図５における第４予備成形形状２３が図３に示す（ｄ）の形状と同等である。

次に図６はピアス成形を示しており、図５の状態から更に上型が下降する事により、さらに図５に示すバーリングパンチ１４が突出する。これにより、図５に示すピアスパンチ１１とフィン材１９が接触し、図６に示すようにピアス成形が行なわれる。この工程は図３の（ｅ）にあたる。

図７はバーリング成形終了時を示しており、図６から更に上型が下降し、６下型リフタプレートを押し込むことにより、バーリングパンチ１４が突出する。これにより、図７の２５に示すようにバーリング成形形状が形成される。この工程が図３の（ｆ）にあたり、一般的にバーリング成形と呼ばれる。これにより、筒形状は形成されたが、カラーを高く成形する為に図７に示すバーリング成形形状２５の筒側壁部分を板厚より小さく設定されたバーリングパンチ１４とバーリングダイ１３により、伸ばされる。これを一般的にしごき成形と呼ぶ。これを示したのが図８で、図３の（ｇ）にあたる。

図８の成形は図７に示した上型が更に下降する事でさらにバーリングパンチ１４が突出する。バーリングパンチ１４の根元部分は先端に比べ太くなっており、バーリングパンチ１４が完全に突出した状態にてしごき成形が完了する。また、この際、図８に示すピアスパンチ１１の下方には穴抜きにて生じた抜きカスが付いている事が多く、落下し易くするために、バーリングパンチ１４の内径は途中から大きく設計する事が望ましい。また、より落下し易くするためには、ピアスパンチ１１に貫通穴をプレス上下方向へ設け、プレス再下降時にエアを噴出し、カスを落下させる事が望ましい。

ピアスパンチ１１については、図７のバーリング成形、図８のしごき成形時共にバーリングパンチ１４内部を可動する為、ピアスパンチ１１の側面はキズの発生頻度が多い、摩耗の進捗が早いなどがあり、穴抜きに必要な厚さ以外は小径にする事で前述した問題点を回避する事が可能であり、厚さ方向は５ｍｍ程度が望ましい。
この様に、本実施例の成形構成では、プレスラムの下降量に応じて成形機能が自動的に変化する事が特徴である。

本発明の実施例２について図面を用いて説明する。
熱交換器用フィンのカラー高さは、低くする事でフィン板間隔が狭くなり、同じ高さの熱交換器でもフィンカラー高さによって性能が変化する。一般的に製品の上位クラスはフィンカラー高さが低く、下位クラスはフィンカラー高さを高くするなど違いを設けている。その為、フィン金型はフィンカラー高さ違いの製品を同一の金型にて生産できる方が望ましく、図３に示すような成形方式の場合、（ａ）〜（ｄ）の予備成形にて成形高さを変更する事でカラー高さを変化させている。

本実施例の場合、（ａ）〜（ｄ）の成形工程である予備成形は前述した様に図２のパンチの頭部分のみで成形を行なっている。また、後の図３に示す（ｇ）のしごき工程終了時には図８に示すバーリングパンチ１４が完全に突出しきる為、下型に設置される。よって、先端に予備成形の機能を有したバーリングパンチ１４の高さを変更する事は不可能であり、予備成形高さを調整するのは困難であるとも思われる。しかし、図１の上型に設置されたピアスパンチ位置調整ボルト９を変更する事により、穴ヌキのタイミングを変更できる構造とした。ピアスパンチ位置調整ボルト９を締める事でピアスパンチ位置調整駒１０が下降し、１１ピアスパンチの位置が下がる。これにより、図２に示すバーリングパンチ１４にて予備成形を行なう際、締め込む前に比べ、早く穴空け成形が完了し、予備成形を低く成形する事ができ、その結果カラー高さの低い製品を生産する事が可能となる。

また、ピアスパンチ位置調整ボルト９を緩める事でピアスパンチ位置調整駒１０が上昇し、ピアスパンチ１１はピアスパンチ位置調整用スプリング１２により上へと押し上げられる。そのため、ピアスパンチ１１の位置は上がり、ピアスパンチ位置調整ボルト９を緩める前に比べ、遅いタイミングで穴空け成形が完了し、図３に示すバーリングパンチ１４の頭部にて成形する予備成形を高く成形する事ができる。その結果、製品のフィンカラー高さを高く成形する事ができる。以上の構造をとることにより、フィンカラー高さ違いの製品を本発明である単工程成形においても同一の金型にて成形する事ができる。

従来は図３に示す（ａ）〜（ｄ）の予備成形における成形高さを変更する事でフィンカラー高さを変更してきたが、従来金型においても本実施例の構造をとる事で図１に示すピアスパンチ１１の高さを変更する事でも成形品高さを変更する事ができ、また、通常予備成形高さの変更を行なった場合でも、図１に示すピアスパンチ１１にて穴抜きを行なう際は抜く位置を変更しない。その為、成形品を潰さない理想の位置にて穴を空ける事はできず予備成形にて高く成形を行なってもピアスパンチにて潰す事となっていた。本実施例の構造を取ることにより、理想位置で穴抜きを行なう事ができ、より安定した成形を行なう事ができる。

１金型上型ベース
２金型下型ベース
３上型ピアスパンチ保持プレート
４上型バーリングダイ保持プレート
５上型板押さえプレート
６下型リフタプレート
７下型バーリングパンチ押さえプレート
８下型バーリングパンチ保持プレート
９ピアスパンチ位置調整ボルト
１０ピアスパンチ位置調整駒
１１ピアスパンチ
１２ピアスパンチ位置調整用スプリング
１３バーリングダイ
１４バーリングパンチ
１５位置決めピン
１６予備成形用角Ｒ
１７予備成形用傾斜
１８しごき用傾斜
１９フィン材料
２０第１予備成形形状
２１第２予備成形形状
２２第３予備成形形状
２３第４予備成形形状
２４穴あき部
２５バーリング成形形状
２６しごき成形形状
２７カール成形形状
２８予備成形機能範囲
２９穴空け成形機能範囲
３０バーリング成形機能範囲
３１しごき成形機能範囲

ａ第１予備成形
ｂ第２予備成形
ｃ第３予備成形
ｄ第４予備成形
ｅピアス成形
ｆバーリング成形
ｇしごき成形
ｈカール成形

Claims

金属板に筒状の穴を成形する成形方法において、
パンチ高さ方向に層が分かれており、プレスストロークが進むにつれてそれぞれの層が前記金属板と接触することにより、絞り成形、ピアス成形、バーリング成形、しごき成形と順で成形を行うような層の形状を有したパンチを用いることを特徴とした成形方法。
請求項１の成形方法において、
前記パンチには、前記絞り成形に対応する予備成形用角Ｒと、前記ピアス成形に対応する予備成形用傾斜と、前記バーリング成形に対応するしごき用傾斜とが形成され、予備成形用角Ｒ＞予備成形用傾斜角＞しごき用傾斜角の関係であることを特徴とする成形方法。
請求項１又は２の成形方法において、
前記しごき成形に対応する根元部分が成形され、該根元部分は前記パンチの先端に比べ太くなっていることを特徴とする成形方法。
請求項１又は２の成形方法において、
ピアスパンチに取り付けられた調整手段により、ピアスパンチの絞り高さを調整可能としたことを特徴とする成形方法。