JP2015036147A

JP2015036147A - バーリング加工用パンチおよびバーリング加工方法

Info

Publication number: JP2015036147A
Application number: JP2013167212A
Authority: JP
Inventors: 亮伸石渡; Akinobu Ishiwatari
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-23

Abstract

【課題】自動車用等のプレス部品をバーリング加工する際に、大幅なコストアップを招くこと無く、割れの発生を抑止して加工範囲を拡大させることができるバーリング加工用パンチおよびバーリング加工方法を提供する。【解決手段】バーリング加工に用いるパンチであって、予め形成されている下穴を最終穴径より小さい径の穴に広げる先端部と、該先端部で広げた穴を最終穴径に広げる後端部と、前記先端部と前記後端部の境目に設けられた、前記先端部より径の小さい凹部とを有していることを特徴とするバーリング加工用パンチ。【選択図】図３

Description

自動車用等のプレス部品をバーリング加工する際に用いるバーリング加工用パンチおよびバーリング加工方法に関するものである。

自動車用のプレス部品（特に、アーム部品）では、ゴムのブッシュをはめ込むために、バーリング加工を行うことが多い。また、一般の骨格部位やパネル部位においても、配線穴形成の目的や軽量化と部品の強度アップの目的で、バーリング加工を行うことも多い。

ちなみに、バーリング加工は、穴の縁にフランジを形成する加工であり、穴フランジ加工と呼ばれることもある。

通常、金型で押さえた金属板（鋼板等）をパンチで打ち抜いて下穴を形成する下穴形成加工（事前加工）を行った後、下穴形成加工で下穴が形成された金属板の周囲を拘束して、下穴をパンチで広げながら穴の縁にフランジを形成するフランジ形成加工（バーリング加工）を行う。

図１（ａ）〜（ｃ）は、一般的なバーリング加工を示すものであり、金属板（ブランク）１の周囲をダイ１２とダイクッション１３で拘束して、下穴２をパンチ１１で広げながら穴の縁３にフランジ４を形成して、製品５を得ている。

その際、バーリング加工で用いられるパンチ１１としては、図２（ａ）に示すような円筒パンチ８１や、図２（ｂ）に示すような円錐パンチ９１が用いられることが多い。なお、このような円筒パンチ８１と円錐パンチ９１は、材料の穴広げ特性を評価する日本鉄鋼連盟規格（穴広げ試験ＪＦＳＴ１００１−１９９６）に記載されている。

このバーリング加工における製品欠陥としては、フランジ４の先端部４ａに発生する割れがある。

バーリング加工における割れ発生度合いは、下穴形成加工で形成した下穴２の直径（初期穴径）Ｄ１とバーリング加工で形成するフランジ４の内径（最終穴径）Ｄ２の比（穴広げ比：Ｄ２／Ｄ１）に大きく依存する。一般に、穴広げ比Ｄ２／Ｄ１が大きいバーリング加工では割れが発生し易く、穴広げ比Ｄ２／Ｄ１が小さいバーリング加工では割れが発生し難い。

また、同じ強度の金属材（例えば、鋼材）においても、バーリング加工で割れが発生し易い材料と、割れが発生し難い材料が存在し、その評価は前記日本鉄鋼連盟規格（穴広げ試験ＪＦＳＴ１００１−１９９６）の穴広げ率λで整理される。

バーリング加工は、穴縁２ａが単軸引張変形となる伸びフランジ成形様式であり、通常の成形限界線（ＦＬＤ）による割れ評価では正確に評価することが難しい。その理由のひとつとしては、下穴形成加工において打ち抜き（せん断）した穴縁２ａの状態（ダメージ）が割れ発生限界に大きく影響するためである。

なお、上述したように、バーリング加工などの伸びフランジ成形においては、割れ発生
予測がＦＬＤを用いた方法では困難であるが、特許文献１には、穴縁の穴広げ率とひずみ勾配を用いた割れ発生予測方法（成形可否判定方法）が提案されている。

このようなバーリング加工においては、割れの発生を抑止して加工範囲を拡大させる方法として、下記のような方法が知られている。

例えば、下穴形成加工において打ち抜いて形成した下穴２の穴縁２ａのダメージ状態を改善するために、下穴２の穴縁２ａを機械加工やレーザ加工で仕上げる方法がある。これによって、バーリング加工時の割れの発生を大幅に軽減することができる。

また、下穴をあけずに、張出成形を行った後に穴をあけ、その後バーリング加工を行うことで、穴広げ比を小さくし、割れ発生を軽減する方法がある。

また、バーリング加工で割れが発生し難い材料（穴広げ率λの高い材料）を用いる方法もある。

特開２００９−２０４４２７号公報

しかしながら、上述したような、下穴２の穴縁２ａを機械加工やレーザ加工で仕上げる方法や、バーリング加工を２工程（２ストローク）に分けて行う方法は、加工工程が増えるため、大幅なコストアップにつながる。

また、穴広げ率λの高い材料を用いる方法も、通常、穴広げ率λの高い材料ほど高価であるので、やはり大幅なコストアップにつながる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、自動車用等のプレス部品をバーリング加工する際に、大幅なコストアップを招くこと無く、割れの発生を抑止して加工範囲を拡大させることができるバーリング加工用パンチおよびバーリング加工方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］バーリング加工に用いるパンチであって、予め形成されている下穴を最終穴径より小さい径の穴に広げる先端部と、該先端部で広げた穴を最終穴径に広げる後端部と、前記先端部と前記後端部の境目に設けられた、前記先端部より径の小さい凹部とを有していることを特徴とするバーリング加工用パンチ。

［２］前記［１］に記載のバーリング加工用パンチを用いて、１ストロークでバーリング加工を行うことを特徴とするバーリング加工方法。

本発明においては、自動車用等のプレス部品をバーリング加工する際に、大幅なコストアップを招くこと無く、割れの発生を抑止して加工範囲を拡大させることができる。

通常のバーリング加工方法を示す図である。従来のバーリング加工用パンチを示す図である。本発明の実施形態におけるバーリング加工用パンチを示す図である。本発明の実施形態における割れ発生抑止メカニズムを説明するための図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図３は、本発明の一実施形態におけるバーリング加工用パンチを示しており、図３（ａ）は円筒型パンチ２１、図３（ｂ）は円錐型パンチ３１である。

図３（ａ）に示すように、この実施形態における円筒型パンチ２１は、前述した下穴形成加工（事前加工）によって予め形成されている下穴を、最終穴径φＣより小さい径φＡの穴に広げる先端部２１ａと、その先端部２１ａで広げた穴を、最終穴径φＣに広げる後端部２１ｃと、先端部２１ａと後端部２１ｃの境目に設けられた、先端部２１ａより小さい径φＢの凹部２１ｂとを有している。

同じく、図３（ｂ）に示すように、この実施形態における円錐型パンチ３１は、前述した下穴形成加工（事前加工）によって予め形成されている下穴を最終穴径φＣより小さい径φＡの穴に広げる先端部３１ａと、その先端部３１ａで広げた穴を最終穴径φＣに広げる後端部３１ｃと、先端部３１ａと後端部３１ｃの境目に設けられた、先端部３１ａより小さい径φＢの凹部３１ｂとを有している。

そして、上記のような円筒型パンチ２１あるいは円錐型パンチ３１を用いて、１ストロークのバーリング加工を行うと、フランジ４の先端部４ａ（下穴２の穴縁２ａ）における割れ発生を的確に抑止することができる。そのメカニズムを以下に述べる。

図４は、バーリング加工中の穴縁２ａにおける応力−ひずみ曲線を示しており、図４（ａ）は、図２に示した従来のバーリング加工用パンチ（円筒パンチ８１、円錐パンチ９１）を用いた場合、図４（ｂ）は、図３に示したこの実施形態のバーリング加工用パンチ（円筒型パンチ２１、円錐型パンチ３１）を用いた場合である。

図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、この実施形態のバーリング加工用パンチ２１、３１を用いた図４（ｂ）の場合には、先端部２１ａ、３１ａによる加工で一旦降伏し応力が上昇した後、穴縁２ａが凹部２１ｂ、３１ｂの位置でスプリングバックし、穴縁２ａの応力が緩和される。このため、穴縁２ａ付近は一度除荷され、その後、後端部２１ｃ、３１ｃによる加工で再降伏する。この再降伏時に応力（変形抵抗）が低下するために、割れ発生が抑止される。

ここで、この実施形態のバーリング加工用パンチ２１、３１において、先端部２１ａ、３１ａの直径φＡ、凹部２１ｂ、３１ｂの直径φＢ、後端部２１ｃ、３１ｃの直径φＣは、下記（１）、（２）式の関係があることが好ましい。また、直径φＢの凹部２１ｂ、３１ｂから直径φＣの後端部２１ｃ、３１ｃまでの距離Ｌは下記（３）の範囲であることが好ましい。

φＣ／φＡ＜１．０８・・・（１）
φＡ／φＢ＞１．０１・・・（２）
１ｍｍ≦Ｌ≦１０ｍｍ・・・（３）

上記（１）式については、φＣとφＡの差が大きくなり過ぎない方が、穴縁２ａの応力緩和による効果が得られやすいからである。

また、（２）式については、φＡとφＢの差がある程度大きい方が、穴縁２ａが十分にスプリングバックしやすいからである。

そして、（３）式については、Ｌが１ｍｍ以上であれば、パンチ２１、３１で加工しやすいからであり、Ｌが１０ｍｍ以下であれば、パンチ２１、３１のストロークが操作性のよい長さになるからである。

このようにして、この実施形態においては、自動車用等のプレス部品をバーリング加工する際に、下穴２の穴縁２ａを機械加工やレーザ加工で仕上げたり、バーリング加工を２工程（２ストローク）に分けて行ったりする必要が無いし、穴広げ率λの高い材料を用いる必要も無いので、大幅なコストアップを招くことが無い。

したがって、大幅なコストアップを招くこと無く、割れの発生を抑止して加工範囲を拡大させることができる。その結果、バーリング加工部品を設計・製造する際の寸法・形状の自由度を得ることができる。

本発明の実施例として、日本鉄鋼連盟規格ＪＳＣ５９０Ｒ板厚２．６ｍｍ１５０ｍｍ角の鋼板サンプル（ブランク）１を用いて、バーリング内径（最終穴径）Ｄ２が４０ｍｍとなるバーリング加工を行った。

その際に、本発明例１として、本発明の実施形態に基づいて、図３（ａ）に示した円筒型パンチ２１（φＡ：３２．７ｍｍ、φＢ：３０．７ｍｍ、φＣ：３５ｍｍ、Ｌ：５ｍｍ）を用いてバーリング加工を行い、本発明例２として、本発明の実施形態に基づいて、図３（ｂ）に示した円錐型パンチ３１（φＡ：３２．７ｍｍ、φＢ：３０．７ｍｍ、φＣ：３５ｍｍ、Ｌ：５ｍｍ）を用いてバーリング加工を行った。

また、比較例１として、図２（ａ）に示した従来の円筒パンチ８１を用いてバーリング加工を行い、比較例２として、図２（ｂ）に示した従来の円錐パンチ９１を用いてバーリング加工を行った。

なお、ダイ１２の肩Ｒは１ｍｍ、ホルダー力は２５ｔｏｎｆとして、材料の流入が起こらない条件で行った。

そして、予備加工でブランク１に形成する下穴２の径Ｄ１を３０ｍｍから２ｍｍピッチで２４ｍｍまで変更し、それぞれの条件において５回（サンプル枚数５枚を）加工した。

それぞれのバーリング加工において、割れが発生しなかった場合を○、割れが発生した場合を×として、その割れ発生状況を比較した。その比較結果を表１に示す。

表１の比較結果から分かるように、本発明例のパンチ（円筒型パンチ２１、円錐型パンチ３１）を用いることで、従来の比較例のパンチ（円筒パンチ８１、円錐パンチ９１）を用いるのに比べて、下穴径Ｄ１が小さく穴広げ比Ｄ２／Ｄ１が大きなバーリング加工が可能であることが言える。

１金属板（ブランク）
２下穴
２ａ下穴の穴縁
３穴縁
４フランジ
４ａフランジの先端部
５製品
１１パンチ
１２ダイ
１３ダイクッション
２１円筒型パンチ
２１ａ先端部
２１ｂ凹部
２１ｃ後端部
３１円錐型パンチ
３１ａ先端部
３１ｂ凹部
３１ｃ後端部
８１円筒パンチ
９１円錐パンチ

Claims

バーリング加工に用いるパンチであって、予め形成されている下穴を最終穴径より小さい径の穴に広げる先端部と、該先端部で広げた穴を最終穴径に広げる後端部と、前記先端部と前記後端部の境目に設けられた、前記先端部より径の小さい凹部とを有していることを特徴とするバーリング加工用パンチ。
請求項１に記載のバーリング加工用パンチを用いて、１ストロークでバーリング加工を行うことを特徴とするバーリング加工方法。