JP2017080747A - プレス成形方法及びプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属片の縁部のダレを小さくできるとともに、金属片の残留歪みを低減できる。【解決手段】第１工程において、第１成形孔を有する第１ダイと第１パンチとを用いて金属板材４０をプレスすることにより、第１成形孔の内部に張り出すとともに金属片よりも厚い張出部４１を成形するようにした。第２工程において、金属片の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔２９を有する成形型２８と第２ダイ２１と第２パンチ２５とを用いて第２成形孔２９の内部に収容された状態の張出部４１を金属片の厚さＴ３までプレスするようにした。第３工程において、金属板材４０から張出部４１を分離するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイとパンチとを用いて金属板材をプレスすることにより金属片を成形するプレス成形方法、及びその方法に用いられるプレス成形装置に関する。

従来、金属板材をプレスすることにより金属片を成形する方法の一つに、ファインブランキング加工法（以下、ＦＢ加工法）がある。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ＦＢ加工法では、フレーム１１４により金属板材１４０の一方の面を押えるとともに、ダイ１１１の成形孔１１２の内部に収容された押え部材１１８により金属板材１４０の反対側の面を押えた状態で、ダイ１１１及びパンチ１１５により金属板材１４０から打ち抜き片１５０が打ち抜かれる。

こうしたＦＢ加工法においては、図８（ｂ）及び図９に示すように、打ち抜き片１５０におけるダイ１１１の成形孔１１２の内部に突出する面の縁部にダレＷ２が生じる。これは、図８（ｂ）に示すように、金属板材１４０における成形孔１１２の内部に突出する部分のうちで成形孔１１２の内周面に接触している部分では金属板材１４０に対して大きな摩擦力（引っ張り応力）が生じるために金属板材１４０の成形速度が成形孔１１２の内周面に近接する部位ほど小さくなることによるものである。

これに対して、特許文献１に記載の技術においては、打ち抜きに先立ち、金属板材におけるパンチ１１５とは反対側の面のうち、打ち抜き片の打ち抜き位置の縁部に盛り上げ部が形成される。そして、打ち抜きに際して、引っ張り応力により盛り上げ部が外周側へ移動することを利用して打ち抜き片の縁部にダレが生じないようにしている。

特開２０１５−１００７９８号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、打ち抜き片の縁部にダレが生じることについては抑制できる。しかしながら、従来のＦＢ加工法や特許文献１に記載の技術の場合、打ち抜きの際に、打ち抜き片の外周面に近い部位ほど大きな引っ張り応力が生じることから、打ち抜き片の外周面に近い部位には大きな残留応力、すなわち大きな残留歪みが生じるおそれがある。

本発明の目的は、金属片の縁部のダレを小さくすることができるとともに、金属片の残留歪みを低減することのできるプレス成形方法及びプレス成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するためのプレス成形方法は、ダイとパンチとを用いて金属板材をプレスすることにより金属片を成形する方法において、第１成形孔を有する第１ダイと第１パンチとを用いて前記金属板材をプレスすることにより、前記第１成形孔の内部に張り出すとともに前記金属片よりも厚い張出部を成形する第１工程と、前記金属片の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔を有する成形型と第２ダイと第２パンチとを用いて前記第２成形孔の内部に収容された状態の前記張出部を前記金属片の厚さまでプレスする第２工程と、前記金属板材から前記張出部を分離する第３工程と、を備えている。

同方法によれば、第１工程において、第１ダイと第１パンチとを用いて金属板材がプレスされることにより張出部が成形される。このとき、張出部のうち第１成形孔の内周面に接触する部分には大きな摩擦力が作用することから、張出部の張出面の縁部には他の部分よりも大きな引っ張り応力が生じる。このため、上記縁部では材料が移動することによって断面形状が湾曲面となるダレが生じる。

続く第２工程において、成形型と第２ダイと第２パンチとを用いて張出部が金属片の厚さまでプレスされる。これにより、張出部のうち金属片の厚さよりも余分に張り出している部分の材料が移動することでダレが埋められる。ここで、張出部のうち金属片の厚さよりも余分に張り出している部分の体積を適宜変更することにより、ダレが生じていた部分に移動する材料の体積を調整することができる。

またこのとき、第２パンチ、第２ダイ、第２成形孔の内周面によって、張出部の張出面、張出面とは反対側の面、及び外周面がそれぞれプレスされるため、張出部の略全面が均一にプレス（鍛造）される。これにより、金属片の残留応力を低減することができる。

続く第３工程において、金属板材から張出部が分離されることにより、金属片が成形される。
また、上記目的を達成するためのプレス成形装置は、ダイとパンチとを用いて金属板材をプレスすることにより金属片を成形する装置において、第１成形孔を有する第１ダイと、第１パンチと、を備え、前記第１ダイ及び前記第１パンチにより、前記第１成形孔の内部に張り出すとともに前記金属片よりも厚い張出部を成形する第１金型と、前記金属片の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔を有する成形型と、第２ダイと、第２パンチと、を備え、前記第２成形孔の内部に収容された状態の前記張出部を前記金属片の厚さまでプレスする第２金型と、前記金属板材から前記張出部を分離する第３金型と、を備えている。

同構成によれば、上記作用と同様な作用が奏される。

本発明によれば、金属片の縁部のダレを小さくすることができるとともに、金属片の残留歪みを低減することができる。

プレス成形装置の第１実施形態における第１金型の断面図であって、（ａ）はプレス直前の状態を示す図、（ｂ）はプレス直後の状態を示す図。 同実施形態における第２金型の断面図であって、（ａ）はプレス直前の状態を示す図、（ｂ）はプレス直後の状態を示す図。 同実施形態における第３金型の断面図であって、プレス直後の状態を示す図。 （ａ）は、第１工程により成形された張出部を中心とした金属板材の断面図、（ｂ）は、第２工程によりプレスされた張出部を中心とした金属板材の断面図。 同実施形態における金属片の斜視図。 第２実施形態のプレス成形装置における第１金型の断面図。 第２工程によりプレスされた張出部を中心とした金属板材の断面図。 従来のファインブランキング加工法に用いられる金型の断面図であって、（ａ）はプレス直前の状態を示す図、（ｂ）はプレス途中の状態を示す図。 打ち抜き途中の金属板材と打ち抜き片とを示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、一実施形態について説明する。
本実施形態のプレス成形装置は、ダイとパンチとを用いて所定の厚さＴ１の金属板材４０をプレスすることにより、図５に示す形状の金属片５０を成形するためのものである。この金属片５０の厚さＴ３は、金属板材４０の厚さＴ１よりも大きい（Ｔ３＞Ｔ１）。

プレス成形装置は、図１に示す第１金型１０、図２に示す第２金型２０、及び図３に示す第３金型３０を備えている。
図１に示すように、第１金型１０は、上下方向に沿って延びる第１成形孔１２を有する第１ダイ１１、及び第１ダイ１１の上方に位置する第１フレーム１４を備えている。また、第１金型１０は、第１フレーム１４の内部に収容され、上下方向に沿って移動可能な第１パンチ１５、及び第１成形孔１２の内部に収容され、第１パンチ１５とは反対側から金属板材４０を押える押え部材１８を備えている。なお、以降において、第１パンチ１５の移動方向（同図の上下方向）に直交する方向（同図の左右方向）を単に直交方向と略称する。

第１成形孔１２の内周形状は、金属片５０（図５参照）の外周形状に一致している。
押え部材１８の外周形状は、第１成形孔１２の内周形状と相似であり、同内周形状よりも僅かに小さくされている。したがって、押え部材１８の外周面と第１成形孔１２の内周面との間には僅かな隙間が存在している。押え部材１８は、図示しない付勢部材により上方に向けて付勢されている。本実施形態の押え部材１８の押え面１９は、直交方向に沿った平面である。

第１パンチ１５の外周形状は、第１成形孔１２の内周形状と相似であり、同内周形状よりも大きくされている。すなわち、第１パンチ１５の外周面は第１成形孔１２の内周面よりも全周にわたって外周側に位置しており、直交方向に沿う第１パンチ１５の断面積は直交方向に沿う第１成形孔１２の断面積よりも大きくされている。また、本実施形態の第１パンチ１５の加圧面１６は、直交方向に沿った平面とされている。ただし、この加圧面１６の縁部は全周にわたって面取りされている。

図２に示すように、第２金型２０は、下面に突出部２２を有する第２ダイ２１、第２ダイ２１の下方に位置するとともに上下方向に沿って延びる第２成形孔２９を有する成形型２８、及び第２成形孔２９の内部に収容され、上下方向に沿って移動可能な第２パンチ２５を備えている。

突出部２２の外周形状は、金属片５０の外周形状と相似であり、同外周形状よりも僅かに大きくされている。
第２成形孔２９の内周形状は、金属片５０（図５参照）の外周形状に一致している。

また、第２パンチ２５の外周形状は、第２成形孔２９の内周形状と相似であり、同内周形状よりも僅かに小さくされている。第２パンチ２５の加圧面２６は、直交方向に沿った平面とされている。ただし、この加圧面２６の縁部は面取りされていない。

図３に示すように、第３金型３０は、上下方向に沿って延びる第３成形孔３２を有する第３ダイ３１、第３ダイ３１の上方に位置する第３フレーム３４、及び第３フレーム３４の内部に収容され、上下方向に沿って移動可能な第３パンチ３５を備えている。

第３成形孔３２の内周形状は、金属片５０の外周形状と相似であり、同外周形状よりも僅かに大きくされている。
第３パンチ３５の外周形状は、金属片５０の外周形状に一致している。

次に、このように構成されたプレス成形装置を用いて、金属板材４０をプレスすることにより金属片５０を成形するプレス成形方法について説明する。
まず第１工程において、図１（ａ）に示すように、第１ダイ１１の上面と第１フレーム１４の下面との間に金属板材４０がセットされる。そして、第１ダイ１１の上面、第１フレーム１４の下面、及び押え部材１８の押え面１９により金属板材４０を押えた状態で第１パンチ１５を第１成形孔１２に向けて移動させることにより金属板材４０がプレスされる。これにより、図１（ｂ）に示すように、金属板材４０の下面には第１成形孔１２の内部に張り出すとともに金属片５０の厚さＴ１よりも厚い厚さＴ２の張出部４１が成形される。

このとき、張出部４１のうち第１成形孔１２の内周面に接触する部分には大きな摩擦力が作用することから、張出部４１の張出面４２の縁部には他の部分よりも大きな引っ張り応力が生じる。このため、上記縁部では材料が大きく移動することによってダレＷ１が生じる。

また、金属板材４０における張出部４１の裏面には、第１パンチ１５の形状に対応した凹部４６が形成される。
続く第２工程において、図２（ａ）に示すように、第２成形孔２９の内部に張出部４１が収容されるようにして成形型２８上に金属板材４０がセットされ、第２ダイ２１の突出部２２が凹部４６の底面に当接するようにして金属板材４０の上方に第２ダイ２１がセットされる。そして、第２パンチ２５を突出部２２に向けて移動させることにより、図２（ｂ）に示すように、張出部４１が金属片５０の厚さＴ３までプレスされる。これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、張出部４１のうち金属片５０の厚さよりも余分に張り出している部分の材料が移動することでダレＷ１が埋められる。

またこのとき、図２（ｂ）に示すように、第２パンチ２５、突出部２２、及び第２成形孔２９の内周面によって、張出部４１の張出面４２、張出面４２とは反対側の面４３、及び外周面がそれぞれプレスされるため、張出部４１の略全面が均一にプレス（鍛造）される。これにより、金属片５０の残留応力を低減することができる。

続く第３工程において、図３に示すように、第３成形孔３２の内部に張出部４１が収容されるようにして第３ダイ３１上に金属板材４０がセットされ、金属板材４０の上面に第３フレーム３４がセットされる。そして、第３パンチ３５が第３成形孔３２に向けて移動されることにより、同図に二点鎖線にて示すように、金属板材４０から張出部４１が分離され、厚さＴ３の金属片５０が成形される。

以上説明した本実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）第１工程において、第１成形孔１２を有する第１ダイ１１と第１パンチ１５とを用いて金属板材４０をプレスすることにより、第１成形孔１２の内部に張り出すとともに金属片５０よりも厚い張出部４１を成形するようにした。第２工程において、金属片５０の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔２９を有する成形型２８と第２ダイ２１と第２パンチ２５とを用いて第２成形孔２９の内部に収容された状態の張出部４１を金属片５０の厚さＴ３までプレスするようにした。第３工程において、金属板材４０から張出部４１を分離するようにした。

こうした構成によれば、上述した作用を奏することにより、金属片５０の縁部のダレを小さくすることができるとともに、金属片５０の残留歪みを低減することができる。
また、図４（ｂ）に示すように、張出部４１のうち金属片５０の厚さよりも余分に張り出している部分の体積を適宜変更することにより、ダレＷ１が生じていた部分に移動する材料の体積を調整することができる。

（２）直交方向に沿う第１パンチ１５の断面積を直交方向に沿う第１成形孔１２の断面積よりも大きくすることにより、張出部４１の厚さＴ２を金属板材４０の厚さＴ１よりも大きくするようにした（Ｔ２＞Ｔ１）。

こうした構成によれば、金属板材４０の厚さＴ１よりも大きな厚さＴ２の張出部４１を成形することができる。このため、金属板材４０の厚さＴ１よりも大きな厚さＴ３の金属片５０を成形することが可能となる。したがって、材料コストを低減することができる。

（３）第１工程において、第１パンチ１５とは反対側から第１成形孔１２の内部に張り出す金属板材４０を押えつつ張出部４１を成形するようにした。
こうした構成によれば、張出部４１の張出面４２に対して作用する静水圧を高めることができ、張出部４１の外周面を平滑な剪断面にすることができる。

（４）プレス成形装置は、第１成形孔１２を有する第１ダイ１１と、第１パンチ１５とを備え、第１ダイ１１及び第１パンチ１５により、第１成形孔１２の内部に張り出すとともに金属片５０よりも厚い張出部４１を成形する第１金型１０を備えている。また、プレス成形装置は、金属片５０の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔２９を有する成形型２８と、第２ダイ２１と、第２パンチ２５とを備え、第２成形孔２９の内部に収容された状態の張出部４１を金属片５０の厚さＴ３までプレスする第２金型２０を備えている。また、プレス成形装置は、金属板材４０から張出部４１を分離する第３金型３０を備えている。

こうした構成によれば、上記効果（１）と同様な効果を奏することができる。
（５）直交方向に沿う第１パンチ１５の断面積が直交方向に沿う第１成形孔１２の断面積よりも大きくされている。

こうした構成によれば、上記効果（２）と同様な効果を奏することができる。また、上記構成によれば、打ち抜き成形の場合、すなわち第１パンチの断面積が第１成形孔の断面積よりも僅かに小さく設定される場合に比べて、第１パンチ１５の断面積を大きくすることができ、第１パンチ１５の剛性を容易に高めることができる。

（６）第１パンチ１５の外周面が第１成形孔１２の内周面よりも全周にわたって外周側に位置しており、第１パンチ１５の加圧面１６の縁部が面取りされている。
こうした構成によれば、第１パンチ１５の加圧面１６の縁部が面取りされているため、第１パンチ１５のチッピングを抑制することができる。またこの場合、第１パンチ１５の外周面が第１成形孔１２の内周面よりも全周にわたって外周側に位置しているため、第１パンチ１５の加圧面１６の縁部が張出部４１や金属片５０の形状に影響しない。

（７）第１金型１０は、第１成形孔１２の内部に収容され、第１パンチ１５とは反対側から第１成形孔１２の内部に張り出す金属板材４０を押える押え部材１８を備えている。
こうした構成によれば、押え部材１８により金属板材４０を押えることにより、張出部４１の張出面４２に対して作用する静水圧を高めることができ、張出部４１の外周面を平滑な剪断面することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図６及び図７を参照して、第２実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、第１金型１０を構成する押え部材１８の押え面１９の形状が第１実施形態とは異なっている。すなわち、図６に示すように、押え面１９における中央部と縁部との間には、凹部１９１が形成されている。

この場合、第１工程において、張出部４１の張出面４２における縁部に近い部位の厚さを中央部の厚さに比べて厚くすることができる。このため、図７に示すように、第２工程において、張出部４１の縁部に対して金属板材４０を移動させることが容易にできる。

以上説明した本実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形装置によれば、第１実施形態の効果（１）〜（７）に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。
（８）第１工程において、張出部４１の張出面４２における中央部の周囲の厚さを同中央部の厚さよりも大きくするようにした。

こうした構成によれば、第２工程において、張出部４１の張出面４２の縁部に対して金属板材４０の材料を移動させることが容易にできる。
（９）押え部材１８の押え面１９における中央部と縁部との間には凹部１９１が形成されている。

こうした構成によれば、張出部４１の張出面４２の縁部に近い部位の厚さを中央部の厚さに比べて厚くすることができ、上記効果（９）を容易に奏することができる。
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。

・第１工程において張出部４１に生じるダレ量は、その外周形状によって異なるとともに、その位置によっても異なる。例えば、図５に示す金属片５０の場合、同図に二点鎖線にて示す円で囲まれた曲率の大きい部分では金属板材４０の材料の移動量が多くなって、ダレ量が多くなる。反対に、曲率の小さい部分では金属板材４０の材料の移動量が少なくなって、ダレ量が少なくなる。そこで、第２実施形態において、張出部４１の縁部のうちダレ量の多くなる部位ほど同縁部に隣接する部位の厚さを厚くするようにすれば、張出部４１の張出面４２の縁部に対して金属板材４０の材料を容易且つ適切に移動させることができる。

・例えば、第１パンチ１５の外周形状を第１成形孔１２の内周形状と一致させることもできる。すなわち、直交方向に沿う第１パンチ１５の断面積を、直交方向に沿う第１成形孔１２の断面積と同一にすることもできる。この場合、第１パンチ１５の加圧面１６の縁部を面取りしないようにすればよい。

１０…第１金型、１１…第１ダイ、１２…第１成形孔、１４…第１フレーム、１５…第１パンチ、１６…加圧面、１８…押え部材、１９…押え面、１９１…凹部、２０…第２金型、２１…第２ダイ、２２…突出部、２５…第２パンチ、２６…加圧面、２８…成形型、２９…第２成形孔、３０…第３金型、３１…第３ダイ、３２…第３成形孔、３４…第３フレーム、３５…第３パンチ、４０…金属板材４１…張出部、４２…張出面、４３…反対側の面、４６…凹部、５０…金属片。

Claims (9)

1. ダイとパンチとを用いて金属板材をプレスすることにより金属片を成形するプレス成形方法において、
   第１成形孔を有する第１ダイと第１パンチとを用いて前記金属板材をプレスすることにより、前記第１成形孔の内部に張り出すとともに前記金属片よりも厚い張出部を成形する第１工程と、
   前記金属片の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔を有する成形型と第２ダイと第２パンチとを用いて前記第２成形孔の内部に収容された状態の前記張出部を前記金属片の厚さまでプレスする第２工程と、
   前記金属板材から前記張出部を分離する第３工程と、を備えている、
   プレス成形方法。
2. 前記第１パンチの移動方向に直交する方向を直交方向とするとき、
   前記直交方向に沿う前記第１パンチの断面積を前記直交方向に沿う前記第１成形孔の断面積よりも大きくすることにより、前記張出部の厚さを前記金属板材の厚さよりも大きくする、
   請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記第１工程において、前記第１パンチとは反対側から前記第１成形孔の内部に張り出す前記金属板材を押えつつ前記張出部を成形する、
   請求項１または請求項２に記載のプレス成形方法。
4. 前記第１工程において、前記張出部の張出面における中央部の周囲の厚さを同中央部の厚さよりも大きくする、
   請求項３に記載のプレス成形方法。
5. ダイとパンチとを用いて金属板材をプレスすることにより金属片を成形するプレス成形装置において、
   第１成形孔を有する第１ダイと、第１パンチと、を備え、前記第１ダイ及び前記第１パンチにより、前記第１成形孔の内部に張り出すとともに前記金属片よりも厚い張出部を成形する第１金型と、
   前記金属片の外周形状に一致した内周形状の第２成形孔を有する成形型と、第２ダイと、第２パンチと、を備え、前記第２成形孔の内部に収容された状態の前記張出部を前記金属片の厚さまでプレスする第２金型と、
   前記金属板材から前記張出部を分離する第３金型と、を備えている、
   プレス成形装置。
6. 前記第１パンチの移動方向に直交する方向を直交方向とするとき、
   前記直交方向に沿う前記第１パンチの断面積が前記直交方向に沿う前記第１成形孔の断面積よりも大きくされている、
   請求項５に記載のプレス成形装置。
7. 前記第１パンチの外周面が前記第１成形孔の内周面よりも全周にわたって外周側に位置しており、
   前記第１パンチの加圧面の縁部が面取りされている、
   請求項６に記載のプレス成形装置。
8. 前記第１金型は、前記第１成形孔の内部に収容され、前記第１パンチとは反対側から前記第１成形孔の内部に張り出す前記金属板材を押える押え部材を備えている、
   請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のプレス成形装置。
9. 前記押え部材の押え面における中央部と縁部との間には凹部が形成されている、
   請求項８に記載のプレス成形装置。

Images