JP2015174105A - 絞り成形装置及び絞り成形方法 - Google Patents

絞り成形装置及び絞り成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】成形工程におけるワークのしわの発生を抑制することができる絞り成形装置を提供する。【解決手段】絞り成形装置1は、四角形断面の絞り形状74をワーク7に形成するための成形凸部が形成された成形凸部22と、成形凸部に対応する成形凹部62が形成された第2の成形型6と、断面四角形に対応した四角形状とされ角部412と辺部411を有する開口41と、開口の周囲においてワーク7を第2の成形型との間で押圧する押圧部413、42と、を有するワークホルダ4と、角部に対応する位置に設けられ、ワークホルダを第2の成形型に向かって押圧する第1のホルダ押圧装置51と、を備えており、押圧部は、辺部の少なくとも一部に対応する位置に設けられ、第2の成形型に向かって突出する突出部42を含んでいる。【選択図】 図1

Description

本発明は、ワークを絞り形成するための絞り成形装置及び絞り成形方法に関するものである。
ブランク材に対してそれぞれ個別にしわ抑え力を加えることができる分割ブランクホルダを用い、成形工程の初期にはブランク材のコーナー部に高いしわ抑え力を加えると共に直辺部に低いしわ抑え力を加える一方で、成形工程の後半にはブランク材のコーナー部に加えるしわ抑え力を低くすると共に直辺部に加えるしわ抑え力を高くすることにより、成形工程におけるブランク材のしわの発生を抑制する四角筒絞り成形方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開平8−150427号公報
上記技術では、アクチュエータを用いることにより、分割ブランクホルダを構成するセルにそれぞれ加わるしわ抑え力の調整を行う。このため、ブランク材のコーナー部等に加わるしわ抑え力の微調整を容易に行うことができず、成形工程においてブランク材にしわが発生する場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、成形工程におけるワークのしわの発生を抑制することができる絞り成形装置及び絞り成形方法を提供することである。
本発明は、成形凹部が形成された成形型との間でワークを押圧するワークホルダの押圧部の少なくとも一部に突出部を形成し、当該突出部の両側においてワークホルダを押圧することによって上記課題を解決する。
本発明によれば、突出部の両側を押圧することによって当該ワークホルダは僅かに撓み、この撓みによって、突出部の両側においてワークに働く押圧力を突出部においてワークに働く押圧力よりも所望の程度だけ小さくすることが可能となる。これにより、成形工程においてワークに働く引張力を最適化し、ワークのしわの発生を抑制することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る絞り成形装置を示す図であり、図3のI−I線に沿う断面図である。 図2(A)及び図2(B)は、本発明の実施形態におけるワークを示す図であり、図2(A)は図1のIIA部の拡大断面図であり、図2(B)は絞り成形後のワークを示す斜視図である。 図3は、本発明の実施形態に係る絞り成形装置を示す平面図である。 図4(A)及び図4(B)は、本発明の実施形態におけるワークホルダを示す図であり、図4(A)は底面図であり、図4(B)は図4(A)のIVB−IVB線に沿う断面図である。 図5Aは、本発明の実施形態に係る絞り成形装置の動作を説明するための断面図である。 図5Bは、本発明の実施形態に係る絞り成形装置の動作を説明するための断面図である。 図5Cは、本発明の実施形態に係る絞り成形装置の動作を説明するための断面図である。 図5Dは、本発明の実施形態に係る絞り成形装置の動作を説明するための断面図である。 図5Eは、本発明の実施形態に係る絞り成形装置の動作を説明するための断面図である。 図6は、本発明の実施形態に係る絞り成形装置及び成形方法の作用を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本実施形態における絞り成形装置を示す断面図であり、図2(A)及び図2(B)は本実施形態におけるワークを示す図であり、図3は本実施形態における絞り成形装置を示す平面図であり、図4(A)及び図4(B)は本実施形態におけるワークホルダを示す図である。
本実施形態における絞り成形装置1は、ワーク7に対して矩形状断面の絞り形状を形成するための装置であり、図1に示すように、第1の成形型2と、絞り用押圧装置3と、ワークホルダ4と、第1のホルダ押圧装置51と、第2のホルダ押圧装置52と、第2の成形型6と、を備える。なお以下の例では、第1の成形型2を上下移動する可動型、第2の成形型6を固定型として説明するが、第1の成形型2と第2の成形型6は相対的に接近及び離反移動するものであればよい。したがって、第1の成形型2を固定型、第2の成形型6を可動型としたもの、第1の成形型2及び第2の成形型6の両方を可動型としたものも本発明に含まれる。また、第1及び第2の成形型2,6の接近及び離反移動方向は、以下の例に示す上下方向にのみ限定されず、水平方向やその他の方向であってもよい。
本実施形態におけるワーク7は、断面多角形の絞り形状が成形されるものであれば特に限定されない。以下においては、薄型二次電池の発電要素を収容する外装部材としてのラミネートフィルムを一例に本発明の実施形態を説明するが、薄型二次電池の外装部材に限定する趣旨ではない。本実施形態に係るワーク7は、図2(A)に示すように、第1の樹脂層71及び第2の樹脂層72と、当該第1及び第2の樹脂層71、72の間に形成された金属層73と、を有する。
第1の樹脂層71は、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の熱融着性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。第2の樹脂層72は、例えば、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。また、金属層73としては、例えば、アルミニウム等の金属箔で構成することができる。
本実施形態におけるワーク7は、平面視において正方形状とされてが、ワーク7の形状は特に限定されず、例えば、ワーク7が長方形状や三角形状その他の多角形状であってもよい。また、本実施形態におけるワーク7は、異なる3つの層(第1及び第2の樹脂層71、72、及び金属層73)が積層されて構成されているが、ワークを構成する層の数は特にこれに限定されない。例えば、樹脂層のみからなる単層構造であってもよく、樹脂層又は金属層が積層された4層以上の構成であってもよい。本実施形態では、図2(B)に示すように、平面視において正方形(断面正方形)の絞り形状74が、絞り成形装置1によってワーク7に形成される。
本実施形態における絞り成形装置1の第1の成形型2(本例では上型)は、図1に示すように、本体部21と、当該本体部21の図中下方に形成された成形凸部22と、を有する。本体部21は、図3に示すように、平面視において矩形状(正方形状)とされ、その中央部には絞り用押圧装置3が取り付けられている。また、本体部21の上部には、図1及び図3に示すように、ワークホルダ4と対応する位置に配置された8個の第1のホルダ押圧装置51及び4個の第2のホルダ押圧装置52がそれぞれ取り付けられている。
本体部21には、第1及び第2のホルダ押圧装置51、52に対応する位置において、第1のホルダ押圧装置51のロッド部512と第2のホルダ押圧装置52のロッド部522がそれぞれ挿通可能な挿通孔211が形成され、当該挿通孔211の中においてロッド部512、522の上下動が可能となっている。なお、第1のホルダ押圧装置51に対応する位置に形成された挿通孔211の上部には広径部211bが形成され、この広径部211bにおいてロッド部512の係止部512bの上下動が可能となっている。
本実施形態における成形凸部22は、上述の本体部21と一体的に形成され、ワーク7に形成する絞り形状に対応した凸状形状とされている。この成形凸部22は、ワークホルダ4の開口41に挿通することが可能となっており、本体部21の上下動に伴って成形凸部22も上下動を行う。絞り成形装置1の稼働時には、この成形凸部22の押圧面221がワーク7を押圧することにより、成形凸部22の形状に倣った絞り形状が当該ワーク7に形成される。従って、成形凸部22の高さ(厚さ)は、ワーク7に形成する絞り形状に対応して適宜設定される。なお、成形凸部22と本体部21とをそれぞれ独立して形成してもよい。
絞り用押圧装置3は、第1の成形型2を上下動させるための装置であり、駆動部31と支持部32とを有する。駆動部31は、例えば、エアシリンダや、油圧シリンダ、或いはモーター駆動によるカム機構やクランク機構等の動力機構を有し、支持部32を上下動させる。一方、支持部32の下端は、第1の成形型2の本体部21に固定され、これにより駆動部31の動力機構を用いて第1の成形型2を上下動させる。また、絞り押圧装置3が第1の成形型2を上下動させることにより、当該第1の成形型2が第2の成形型6に対して接近及び離反すると共に、ワーク7に対して絞り成形を行う際の当該ワーク7への押圧力を発生させる。
また、本実施形態では、平面視において第2のホルダ押圧装置52の外側に対応する位置における第1の成形型2の本体部21に、図1の下側に向かって垂下する棒状の案内用突起部23が設けられている(図1参照)。絞り押圧装置3によって第1の成形型2が上下動する際は、この案内用突起部23の下端が第2の成形型6に設けられた案内用溝部61に係合することによって、ワークホルダ4の図中左右方向への過剰な移動が抑制される。なお図示は省略するが、図1のワークホルダ4の案内用突起部23に接する辺に隣接する辺にも同様の案内用突起部23と案内用溝61が設けられ、これにより図1の前後方向に対するワークホルダ4の過剰な移動が抑制されるようになっている。
ワークホルダ4は、ワーク7の所定位置に絞り形状74が形成されるように、絞り成形時においてワーク7を第2の成形型6上に保持する機能を有し、図4(A)に示すように、開口41が形成された所定幅の枠状部材から構成されている。
本実施形態における開口41は、4つの辺部411と、4つの角部412と、を有する略矩形状(正方形状)であり、ワークホルダ4の略中央に形成されている。この開口41の形状は、第1の成形型2における成形凸部22の外形と対応した形状とされ、絞り成形時における成形凸部22の上下動に伴って開口41内に当該成形凸部22が挿通する。なお、本実施形態におけるワークホルダ4の底面視における外形は、開口41と同様の形状(略矩形状(正方形状))となっているが、特にこれに限定されず、ワークホルダ4の底面視における外形と開口41の形状とが互いに異なっていてもよい。
ワークホルダ4の下面413における開口41の辺部411と対応する位置には、図4(A)及び図4(B)に示すように、突出部42がそれぞれ設けられている。本実施形態における突出部42は、開口41の辺部411の方向に沿って延在する形状とされ、突出部42の中央部分が辺部411の略中央部分に対応するように設けられている。これにより、絞り成形時において、辺部411と対応する位置にてワーク7を均等に押圧して保持することが可能となる。突出部42の高さDは、ワーク7の材質や弾性等に応じて適宜設定される。この突出部42は、例えば、平板枠状の金属材料の削り出しや、樹脂素材の射出成形等により形成することができる。本実施形態におけるワークホルダ4の下面413及び突出部42が、本発明の押圧部の一例に相当する。
なお、ワークホルダ4に形成される開口41の形状は、上記に特に限定されない。例えば、開口41の形状が、底面視において三角形状や、五角形状等の多角形状であってもよい。これらの場合においても、当該開口41の辺部411と対応する位置に突出部42がそれぞれ形成される。
また、ワークホルダ4に設けられる突出部42の配置や形状は、特に上記に限定されない。例えば、突出部41がワークホルダ4の開口41の辺部411に沿って破線状(非連続的又は離散的)に形成されていてもよい。また、本実施形態の突出部42の形状は、辺部411に沿った一定幅の線状であるが、不均一の幅を有する形状であってもよい。
本実施形態におけるワークホルダ4の下面413には、上述のように、開口41の辺部411に対応する位置に突出部42が設けられている一方、当該突出部42の端部42bから開口41の角部412までの間には突出部42が設けられておらず、平坦面となっている(以下この平坦面を、平坦部43とも称する。)。
図1に戻り、第1のホルダ押圧装置51は、ワークホルダ4の上下動を可能とするための装置であり、駆動部511とロッド部512とを有する。駆動部511は、例えば、エアシリンダ等の動力機構を有し、ロッド部512を上下動させる。ロッド部512の下端は、ワークホルダ4の上面において開口の41の角部412及び平坦部43に対応する位置に固定されている。これにより、ワークホルダ4は、絞り成形時にワーク7に対して押圧力を印加する。
また、ロッド部512には、径方向に相対的に幅広である係止部512bが設けられ、当該係止部512bが、第1の成形型2の本体部21に形成された挿通孔211の広径部211bの下端において係止することにより、ロッド部512の図1中の下方向への可動領域が制限されている(以下、この機構をストッパー機構とも称する。)。なお、本実施形態では、図1に示すように、ロッド部512の係止部512bと、挿通孔211の広径部211bの下端と、の間には、リング状のシム513が取り付けられている。このシム513の高さ(厚さ)や、取り付けるシム513の数を適宜に設定することにより、絞り成形時におけるワークホルダ4のワーク7への押圧力の微調整を容易に行うことが可能となる。本実施形態における第1のホルダ押圧装置51が、本発明の第1の押圧手段の一例に相当する。
第2のホルダ押圧装置52も、第1のホルダ押圧装置51と同様、ワークホルダ4の上下動を可能とするための装置であり、ストッパー機構を有していないことを除き、第1のホルダ押圧装置51と同様の構成を有する。なお、第2のホルダ押圧装置52にストッパー機構を設けてもよい。本実施形態における第2のホルダ押圧装置52が、本発明の第2の押圧手段の一例に相当する。
本実施形態では、図3に示すように、ワークホルダ4の開口41の角部412に対応する位置(それぞれの辺部411の端部に対応する位置)にそれぞれ配置された合計8個の第1のホルダ押圧装置51が、第1の成形型2の本体部21の上部に取り付けられている(図1参照)。また、ワークホルダ4の開口41の辺部411の略中央に対応する位置にそれぞれ配置された合計4個の第2のホルダ押圧装置52が、第1の成形型2の本体部21の上部に取り付けられている。これら全ての第1のホルダ押圧装置51及び第2のホルダ押圧装置52が協働することにより、ワークホルダ4を水平に維持した状態で上下動させる。また、絞り成形時における押圧力を、それぞれのホルダ押圧装置51、52で調節することが可能となっている。
本実施形態における第2の成形型6には、図1に示すように、ワーク7に形成する絞り形状に対応した形状の成形凹部62が形成されていると共に、当該成形凹部62の両側方には平坦状の淵部63が形成されている。絞り成形時には、淵部63とワークホルダ4との間で保持されたワーク7が、第1の成形型2の成形凸部22により成形凹部62に向かって押圧されることにより絞り成形が行われる。
また、第2の成形型6において、第1の成形型2の案内用突起部23に対応する位置には案内用溝部61が形成され、絞り成形時には当該案内用突起部23の下端が案内用溝部61に係合する。
次に、本実施形態における絞り成形装置1を用いてワーク7に絞り形状を形成する際の動作手順を説明する。図5A〜図5Eは、絞り成形装置1の動作を説明するための断面図である。
絞り成形を行う際は、まず、図5Aに示すように、絞り用押圧装置3を作動させることにより、第1の成形型2及びワークホルダ4を第2の成形型6から離反させた状態で維持する。その状態で、絞り成形装置1の図中横方向からワーク7をスライドさせ、第2の成形型6の成形凹部62を覆うようにワーク7を当該第2の成形型6の上にセットする(本発明の第1の工程の一例に相当する。)。なお図示する例では、予め所定の大きさに切断したワーク7を用いたが、切断前の連続したワークを第2の成形型6上に投入し、絞り成形時に切断する構成としてもよい。
次いで、絞り用押圧装置3を作動させて、第1の成形型2及びワークホルダ4を下降させる(図5B参照)。これによりワーク7は、ワークホルダ4の突出部42と第2の成形型6の淵部63との間で挟まれて押圧された状態となる。この状態において、第1及び第2のホルダ押圧装置51、52は、予め所定押圧力を印加するよう設定されている。
続いて、絞り用押圧装置3を作動させることにより第1の成形型2をさらに下降させる。この際、ワークホルダ4は、それ以上、下方に移動することができないため、当該ワークホルダ4は第1の成形型2に対して相対的に上方に押し上げられる。この状態において、第1のホルダ押圧装置51の駆動部511内では、ロッド部512が押し上げられたことによる反発力が発生し、この反発力がワークホルダ4に伝達することにより、ワークホルダ4と第2の成形型6との間でワーク7は押圧される(図5C参照)。同様に、第2のホルダ押圧装置52の駆動部521内においても、発生した反発力によりワークホルダ4と第2の成形型6との間でワーク7は押圧される(本発明の第2の工程の一例に相当する。)。
なお、絞り用押圧装置3によって第1の成形型2を下降させた際、第1の成形型2の成形凸部22の押圧面221がワーク7に接触するまでは、第1及び第2のホルダ押圧装置51、52が印加する荷重をゼロとし、成形凸部22の押圧面221がワーク7に接触した後に当該第1及び第2のホルダ押圧装置51、52が押圧力を印加することとしてもよい。
次いで、絞り用押圧装置3を作動させることにより第1の成形型2をさらに下降させる(このストロークが絞り成形のストロークに相当する)。この際、第1の成形型2の成形凸部22における押圧面221がワーク7を押圧し、当該ワーク7は押圧面221と第2の成形型6の成形凹部62との間で挟まれた状態となる(図5D参照)。これにより、ワーク7に絞り形状74が形成される(本発明の第3の工程の一例に相当する。)。
続いて、絞り用押圧装置3の作動方向を反転させることにより第1の成形型2を上昇させる。これにより、第1の成形型2及びワークホルダ4を、第2の成形型6及びワーク7から離反させる(図5E参照)。なお、これに伴い、ワークホルダ4は第1の成形型2に対して相対的に下降する。そして、絞り形状74が形成されたワーク7を第2の成形型6から取り外し、絞り成形装置1の動作を終了する。
次に、本実施形態における絞り成形装置1の作用について説明する。図6は、本実施形態における絞り成形装置1の作用を説明するための図である。
ラミネート部材等からなるワークに対して絞り成形を施す場合、成形時においてワークにしわが発生することを抑制するために、絞り成形時に当該ワークに働く引張力(ワークの内部に作用する張力)を最適化する必要がある。すなわち、成形時において絞り形状の角部でのワークの破れ等を防ぐために、絞り形状の辺部において働く引張力を相対的に強くすると共に、絞り形状の角部において働く引張力を相対的に僅かに弱くする必要がある。この点、従来は、アクチュエータ等を用いて引張力の調節を行っていたため、当該引張力の微調整を行うことは非常に困難であった。特にエアシリンダなどのアクチュエータは、押圧力の調整幅がラフであるため、角部に働く引張力を僅かに小さく設定することは現実的に困難であった。
これに対し、本実施形態における絞り成形装置1では、ワーク7を保持するためのワークホルダ4に突出部42が設けられていると共に、絞り成形時において、第1のホルダ押圧装置51によってワークホルダ4における開口41の角部412及び平坦部43が押圧される。このため、図6に示すように、第1のホルダ押圧装置51による押圧力Fによってワークホルダ4は僅かに撓み、この際、ワークホルダ4には撓み力(撓む前の状態に戻ろうとする力)Fが働く。例えば、第2のホルダ押圧装置52による押圧力もFであるとした場合、ワークホルダ4の突出部42に対応する部分において、ワーク7にはF+2×Fの押圧力が印加されるのに対し、ワークホルダの角部412及び平坦部43に対応する部分において、ワーク7にはF―Fの押圧力が印加されることとなる。
つまり、ワークホルダ4における突出部42に対応する部分は、角部412及び平坦部43に対応する部分に比べ、F(=3×F)分の強い押圧力が働くこととなる。ここで、ワークホルダ4の撓み力F及び押圧力F(=3×F)は、ワークホルダ4の材質や厚さ等に応じて突出部42の高さを適宜設定することにより容易に調節することができる。これにより、辺部411に対応する位置においてワーク7に働く引張力を相対的に強くしつつ、角部412に対応する位置においてワーク7に働く引張力を相対的に僅かに弱くすることができる。このため、絞り成形時においてワーク7に働く引張力を容易に最適化し、当該ワーク7にしわが発生することを抑制することができる。
なお、開口41の辺部411と対応する位置において、ワークホルダ4に押圧力を印加する第2のホルダ押圧装置52を絞り成形装置1が備えることにより、絞り成形時においてワーク7をより安定に保持することが可能となる。また、辺部411に対応する位置においてワークホルダ4からワーク7に印加される押圧力、及び角部412に対応する位置においてワークホルダ4からワーク7に印加される押圧力を、個別に設定することが容易となる。このため、成形時にワーク7にしわや歪み等の成形不良が発生するのをより抑制することができる。
また、本実施形態における第1のホルダ押圧装置51では、ロッド部512の係止部512bと、挿通孔211の広径部211bの下端と、の間には、シム513が取り付けられている。このため、第1のホルダ押圧装置51の駆動部511を調整幅がラフなエアシリンダで構成しても、シム513の厚さや数量により、絞り成形時においてワーク7に働く引張力の微調整を容易に行うことができ、成形時にワーク7にしわが発生することをさらに抑制することができる。
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
1・・・絞り成形装置
2・・・第1の成形型
21・・・本体部
211・・・挿通孔
211b・・・広径部
22・・・成形凸部
221・・・押圧面
23・・・突起部
3・・・絞り用押圧装置
31・・・駆動部
32・・・支持部
4・・・ワークホルダ
41・・・開口
411・・・辺部
412・・・角部
413・・・下面
42・・・突出部
43・・・平坦部
51・・・第1のホルダ押圧装置
511・・・駆動部
512・・・ロッド部
512b・・・係止部
513・・・シム
52・・・第2のホルダ押圧装置
521・・・駆動部
522・・・ロッド部
6・・・第2の成形型
61・・・溝部
62・・・成形凹部
63・・・淵部
7・・・ワーク
71・・・第1の樹脂層
72・・・第2の樹脂層
73・・・金属層
74・・・絞り形状

Claims (4)

  1. 断面多角形の絞り形状をワークに形成するための成形凸部が形成された第1の成形型と、
    前記成形凸部に対応する成形凹部が形成された第2の成形型と、
    前記断面多角形に対応した多角形状とされ角部と辺部を有する、前記成形凸部が挿通する開口と、前記開口の周囲において前記ワークを前記第2の成形型との間で押圧する押圧部と、を有するワークホルダと、
    前記角部に対応する位置に設けられ、前記ワークホルダを前記第2の成形型に向かって押圧する第1の押圧手段と、を備え、
    前記押圧部は、前記辺部の少なくとも一部に対応する位置に設けられ、前記第2の成形型に向かって突出する突出部を含むことを特徴とする絞り成形装置。
  2. 請求項1に記載の絞り成形装置であって、
    前記第1の押圧手段は、前記ワークホルダへの押圧力を調整するためのシムを備えたことを特徴とする絞り成形装置。
  3. 請求項1又は2に記載の絞り成形装置であって、
    前記辺部に対応する位置に設けられ、前記ワークホルダを前記第2の成形型に向かって押圧する第2の押圧手段をさらに備えたことを特徴とする絞り成形装置。
  4. 断面多角形の絞り形状をワークに形成する際に、成形凸部が形成された第1の成形型と、前記成形凸部に対応する成形凹部が形成された第2の成形型と、前記断面多角形に対応した多角形状とされ角部と辺部を有する、前記成形凸部が挿通する開口、及び前記開口の周囲において前記辺部の少なくとも一部に対応する位置に設けられ前記第2の成形型に向かって突出する突出部を有するワークホルダと、を用いる絞り成形方法であって、
    前記ワークホルダと、前記第2の成形型と、の間に前記ワークをセットする第1の工程と、
    前記角部に対応する位置で前記ワークホルダを前記第2の成形型に向かって押圧することにより、前記突出部の周囲で前記ワークホルダを撓ませると共に、前記開口の周囲において前記ワークホルダと前記第2の成形型との間で前記ワークを押圧する第2の工程と、
    前記第1の成形型と前記第2の成形型とを相対的に接近させることにより前記ワークを絞る第3の工程と、を有することを特徴とする絞り成形方法。
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