JP2018061977A - バーリング工具及びバーリング加工装置 - Google Patents

バーリング工具及びバーリング加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】多くの試作本数を必要とすることのない、試作用のバーリング工具を提供する。
【解決手段】パンチ1は、細径円柱部11、円錐体部12、及び、円柱部13を備える。細径円柱部11は、パンチ1の先端部に形成し、板状部材Bの下穴Hpに挿入できる。円錐体部12は、細径円柱部11から外周が連続すると共に、パンチ1の基端部に向かって拡径している。円柱部13は、円錐体部12から外周が連続してパンチ1の基端部に至っている。円柱部13は、バーリング穴Hbを板状部材Bに形成できる。円柱部13は、第1外径d1を有する前段部131と、第1外径d1よりわずかに外径が大きい第2外径d2を有する後段部132と、に区分している。パンチ1のストロークを変えることで、互いに異なる内径を有する複数のバーリング穴Hbを試作できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、バーリング工具及びバーリング加工装置に関する。特に、金属製の板状部材に開口した下穴を加工して、この板状部材の一方の面から隆起したフランジを成形するバーリング加工に適したバーリング工具の構造、及び、このバーリング工具を用いたバーリング加工装置の構造に関する。
バーリング加工は、金属製の板状部材に開口した下穴を加工して、この板状部材の一方の面から隆起したフランジを成形する加工方法である。バーリング工具を用いて、板状部材の一方の面に隆起したフランジを成形することで、フランジで囲われたバーリング穴に所定数のねじ山を有する雌ねじを確保できる。又、バーリング工具を用いて、板状部材の一方の面に隆起したフランジを成形することで、軸部材をバーリング穴に嵌合又は圧入できる。
バーリングは、金属製の管状部材に成形することもできる。金属製の管状部材の外周に隆起したバーリングを成形することで、管状継手部材を管状部材の外周に溶接することなく、管状継手を一体成形できる。
ところで、このような管状部材のバーリング加工では、外周に開口した下穴の周縁部を内壁から外壁に向けて曲げ起こすと、スプリングバックにより、バーリング加工後のバーリング穴が楕円形になり、所要の真円度を得られない心配があった。
このような不具合を解消するため、管状部材のバーリング加工の作業性及び量産性を向上でき、バーリング加工後のバーリング穴の加工精度を向上できる、管状部材用のバーリング工具が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−39945号公報
図8は、従来技術によるバーリング工具の構成を示す正面図であり、管状部材の外周に開口した下穴にバーリング工具を挿入する前の状態図である。図9は、従来技術によるバーリング工具の構成を示す正面図であり、管状部材の外周にバーリング加工した状態図である。なお、本願の図8と図9は、特許文献1の図1と図4に相当している。
図8又は図9を参照すると、従来技術によるバーリング工具(以下、パンチという)9は、鋼製の円柱部材からなり、円錐台状に形成した尖端部9aを先端部に有し、傾斜面9bを基端部に有している。尖端部9aを先頭に配置して、管状部材Pの内部からパンチ9を下穴Hpに向かって移動すると、管状部材Pの外周にバーリングBrを形成できる(図9参照)。
図8又は図9を参照すると、従来技術によるバーリング加工装置8は、ダイ81、スライダ82、及び、円筒状のホルダ83を備えている。ダイ81は、管状部材Pの外周に配置している。又、ダイ81は、パンチ9と協働して、バーリングBrの外周を成形するための成形穴81hを開口している。
図8又は図9を参照すると、ホルダ83は、管状部材Pと同軸に、管状部材Pの内部に配置されている。又、ホルダ83は、パンチ9を案内するガイド穴83gを開口している。
図8又は図9を参照すると、スライダ82は、ホルダ83の内部に配置されている。スライダ82は、ホルダ83に案内されて、ホルダ83の軸方向にスライドできる。又、スライダ82は、パンチ9の傾斜面9bと滑動自在な傾斜面82sを一方の端部に有している。
図8に示した状態からスライダ82を左方(X方向)に移動すると、パンチ9の傾斜面9bとスライダ82の傾斜面82sが滑動して、管状部材Pの外周方向にパンチ9を移動できる。そして、管状部材Pの外周にバーリングBrを形成できる(図9参照)。
図8又は図9を参照すると、パンチ9は、第1円形鍔部91と第2円形鍔部92を有している。第1円形鍔部91の外径は、φD1であり、第2円形鍔部92の外径は、φD2であり、φD1<φD2の関係にある。
図8又は図9を参照すると、第1円形鍔部91は、尖端部9aと連続している。第2円形鍔部92は、第1円形鍔部91から所定の間隔を設けて形成している。第1円形鍔部91と第2円形鍔部92の間は、油を滞留自在な油溜部93を構成している。
図8又は図9を参照して、パンチ9の第1円形鍔部91でバーリングBrを形成すると、そのバーリングBrの肉厚tbは、管状部材Pの肉厚tと同程度になる。第1円形鍔部91でバーリング加工後に、第2円形鍔部92でバーリングBrを形成すると、そのバーリングBrの肉厚tbは、管状部材Pの肉厚tより薄くなる。
図8又は図9を参照して、第2円形鍔部92でのバーリング加工は、しごきバーリングと呼ばれている。特許文献1によるバーリング工具は、管状部材Pの肉厚tより薄い肉厚tbを有するバーリングBrを管状部材の外周に形成することで、均一な厚さのフランジを得ることができ、バーリング穴の真円度を向上できる、としている。
自動車用のプレス部品(特に、足回り部品)は、バーリング穴の公差が±0.05mm〜0.15mmの範囲で要求されることが多い。一般に、バーリング穴は、バーリング加工後に、スプリングバックにより縮径することが知られている。しかし、バーリング穴の縮径量は、バーリング穴の穴径が同じであっても、被加工材の材質や厚さ等により異なっている。このため、精度の高いバーリング穴を有するプレス部品を大量生産する前に、適正な外径を有するバーリング工具を得ることは困難な状況にある。
このため、互いに異なる外径を有する試作用のバーリング工具を二本から三本用意し、サンプル品をバーリング加工後に、バーリング穴の穴径が要求される公差範囲であることを確認後に、大量生産用のバーリング工具の外径を決定していた。このため、異なる外径を有する試作用のバーリング工具をバーリング加工装置に付け替える必要があった。
特許文献1に開示されたしごき加工用のバーリング工具で、試作用のバーリング工具を作ることもできる。しかし、しごき加工用のバーリング工具は、外周の摩耗が激しいので、バーリング工具を焼き入れ後に、例えば、炭化チタン(TiC)で表面処理する必要があった。そのため、異なる外径を有するバーリング工具を複数本製造することには、製造コストが高く、又、公差範囲の確認中に異なる外径を有するバーリング工具を追加で製造する場合には、製造日数も相当な期間を必要とするという問題があった。
多くの試作本数を必要とすることなく、製造コストが廉価なバーリング工具、及び、このバーリング工具を用いたバーリング加工装置が求められていた。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多くの試作本数を必要とすることなく、製造コストが廉価なバーリング工具、及び、このバーリング工具を用いたバーリング加工装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、先端部から基端部に向かって、段階的に外径が拡径する多段な外周を有する円柱部材を含んでバーリング工具を構成すると共に、バーリング加工装置をスペーサの有無でバーリング工具のストロークを変える構成とすることで、これらの課題を解決できると考え、これに基づいて、以下のような新たなバーリング工具及びバーリング加工装置を発明するに至った。
(1)本発明によるバーリング工具は、金属製の板状部材に開口した下穴を加工して、この板状部材の一方の面から隆起したフランジを成形するバーリング加工に用いられるバーリング工具であって、先端部から基端部側に向かって拡径し、前記下穴の周縁部を前記板状部材の一方の面から隆起させるための円錐体部と、前記円錐体部から外周が連続して基端部に至り、バーリング穴を前記板状部材に形成するための円柱部と、を備え、前記円柱部は、その先端部から基端部に向かって、段階的に外径がわずかに拡径する多段な外周を有している。
(2)前記円柱部は、第1外径を有する前段部と、前記第1外径より微少に外径が大きい第2外径を有する後段部と、に区分されてもよい。
(3)前記円柱部の基端面から先端部に向けて、雌ねじ部が前記円柱部の中心部に螺設されていることが好ましい。
(4)本発明によるバーリング加工装置は、バーリング工具を起立状態で固定したベース板と、所定の厚さを有すると共に、前記バーリング工具の円柱部を挿通自在な貫通穴を中心部に有し、前記ベース板に搭載自在なスペーサ板と、前記円柱部を挿通自在な貫通穴を中心部に有し、前記スペーサ板に搭載自在に配置されると共に、前記板状部材の他方の面に当接自在な平坦面を上面に有するブランクホルダと、前記板状部材を介して、前記ブランクホルダと対向配置され、バーリングの外周を成形するための成形穴を中心部に開口したダイと、を備え、前記スペーサ板を前記ベース板と前記ブランクホルダの間に配置した状態で、前記ダイを前記ブランクホルダに向かって進出すると、前記円柱部の前段部でバーリング穴を成形でき、前記スペーサ板を前記ベース板と前記ブランクホルダの間から取り外した状態で、前記ダイを前記ブランクホルダに向かって進出すると、前記円柱部の前段部に後続する後段部で前記バーリング穴を成形できる。
(5)本発明によるバーリング加工装置は、前記ダイの中心部に進退自在に配置され、バーリング加工後の前記板状部材を当該ダイから排出できるノックアウト棒を更に備えることが好ましい。
本発明によるバーリング工具は、先端部から基端部に向かって、段階的に外径が微少に拡径する多段な外周を有する円柱部を備えているので、バーリング工具のストロークを変えることで、一本のバーリング工具で、互いに異なる内径を有する複数のバーリング穴を試作できる。
本発明によるバーリング加工装置は、スペーサ板の有無でバーリング工具のストロークを変えることができる。
本発明の一実施形態によるバーリング工具の構成を示す斜視図であり、バーリング工具を先端部側から観た状態図である。 前記実施形態によるバーリング工具の構成を示す斜視図であり、バーリング工具を基端部側から観た状態図である。 本発明の一実施形態によるバーリング加工装置の構成を示す正面図であり、図3(A)は、バーリング工具の前段部でバーリング加工した状態図、図3(B)は、バーリング工具の後段部でバーリング加工した状態図である。 前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、板状部材の下穴にバーリング工具の先端部を挿入した状態図である。 前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、板状部材の下穴をバーリング工具で加工する途上の状態図である。 前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、図6(A)は、バーリング工具の前段部でバーリング穴を開口した状態図、図6(B)は、バーリング工具の後段部でバーリング穴を開口した状態図である。 前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、図7(A)は、図6(A)の拡大図、図7(B)は、図6(B)の拡大図である。 従来技術によるバーリング工具の構成を示す正面図であり、管状部材の外周に開口した下穴にバーリング工具を挿入する前の状態図である。 従来技術によるバーリング工具の構成を示す正面図であり、管状部材の外周にバーリング加工した状態図である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
[バーリング工具の構成]
最初に、本発明の一実施形態によるバーリング工具の構成を説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるバーリング工具の構成を示す斜視図であり、バーリング工具を先端部側から観た状態図である。図2は、前記実施形態によるバーリング工具の構成を示す斜視図であり、バーリング工具を基端部側から観た状態図である。尚、図1においては、バーリング穴Hbが形成された(バーリング加工後の)板状部材Bを示し、図2においては、下穴Hpが形成された(バーリング加工前の)板状部材Bを示す。
図1又は図2を参照すると、本発明の一実施形態によるバーリング工具(以下、パンチという)1は、金属製の板状部材Bに開口した下穴Hp(図2参照)を加工して、板状部材Bの一方の面Sfから隆起したフランジFrを成形するバーリング加工に適合している。パンチ1は、バーリング加工したバーリング穴Hb(図1参照)の穴径が所定の公差範囲に入ることを確認するための試作用の円柱状のバーリング工具である。
図1又は図2を参照すると、パンチ1は、細径円柱部11、円錐体部12、及び、円柱部13を備えている。細径円柱部11は、パンチ1の先端部に形成されている。細径円柱部11は、板状部材Bの下穴Hpに挿入できる(図2参照)。
図1又は図2を参照すると、円錐体部12は、細径円柱部11から外周が連続すると共に、パンチ1の基端部に向かって拡径している。細径円柱部11を先頭に、板状部材Bの他方の面Srからパンチ1を下穴Hpに挿入すると(図2参照)、円錐体部12は、下穴Hpの周縁部を板状部材Bの一方の面Sfから隆起できる。
図1又は図2を参照すると、円柱部13は、円錐体部12から外周が連続してパンチ1の基端部に至っている。円柱部13は、フランジFrを有するバーリング穴Hbを板状部材Bに形成できる(図1参照)。
図1又は図2を参照すると、円柱部13は、その先端部から基端部に向かって、段階的に外径がわずかに拡径する多段な外周を有している。実施形態による円柱部13は、第1外径d1を有する前段部131と、第1外径d1よりわずかに外径が大きい第2外径d2を有する後段部132と、に区分される。例えば、第1外径d1は、「40.16」mmであり、第2外径d2は、「40.21」mmである。即ち、本実施形態では、第1外径d1と第2外径d2との差は、0.05mmに設定されている。
図1又は図2を参照すると、パンチ1は、円形のフランジ部13fを基端部に有している。又、パンチ1は、雌ねじ部13sを基端部に有している。雌ねじ部13sは、円柱部13の基端面から先端部に向けて、円柱部13の中心部に螺設されている(図2参照)。図示しないボルト部材を雌ねじ部13sに締結することで、パンチ1を固定できる。
[バーリング工具の作用]
次に、実施形態によるパンチ1の作用及び効果を説明する。図1又は図2を参照して、パンチ1は、合金工具鋼鋼材(例えば、SKD11)からなることが好ましく、丸棒からなる合金工具鋼鋼材を旋削加工することで、所望の形状のパンチ1を得ることができる。
図1又は図2を参照して、細径円柱部11、円錐体部12、及び、円柱部13の前段部131及び後段部132は、これらの外周を微鏡面仕上げすることが好ましく、又、これらの外周を炭化チタン(TiC)で表面処理することが好ましい。パンチ1の摺動部位を微鏡面仕上げ及び硬化表面処理することで、パンチ1の摩耗を抑制できる。
図1又は図2を参照すると、実施形態によるパンチ1は、先端部から基端部に向かって、段階的に外径がわずかに拡径する多段な外周を有する円柱部13を備えているので、バーリング工具1のストロークを変えることで、一本のバーリング工具1で、互いに異なる内径を有する複数のバーリング穴Hbを試作できる。
[バーリング加工装置の構成]
次に、本発明の一実施形態によるバーリング加工装置の構成を説明する。図3は、本発明の一実施形態によるバーリング加工装置の構成を示す正面図であり、図3(A)は、バーリング工具の前段部でバーリング加工した状態図、図3(B)は、バーリング工具の後段部でバーリング加工した状態図である。
図4は、前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、板状部材の下穴にバーリング工具の先端部を挿入した状態図である。図5は、前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、板状部材の下穴をバーリング工具で加工する途上の状態図である。
図6は、前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、図6(A)は、バーリング工具の前段部でバーリング穴を開口した状態図、図6(B)は、バーリング工具の後段部でバーリング穴を開口した状態図である。
図7は、前記実施形態によるバーリング加工装置の要部を拡大した縦断面図であり、図7(A)は、図6(A)の拡大図、図7(B)は、図6(B)の拡大図である。
図3から図7を参照すると、本発明の一実施形態によるバーリング加工装置(以下、加工装置と略称する)10は、ベース板21と台座22を備えている。又、加工装置10は、スペーサ板3とブランクホルダ4を備えている。更に、加工装置10は、ダイセット上型5とノックアウト棒6を備えている。
図3を参照すると、ベース板21は、図示しないボルト部材を用いて、パンチ1を起立状態で固定している。台座22は、第1貫通穴22hを中心部に開口している。台座22は、円柱部13を第1貫通穴22hに挿通した状態でベース板21に固定される。
図3(A)を参照すると、スペーサ板3は、所定の厚さを有すると共に、パンチ1の円柱部13を挿通自在な第2貫通穴3hを中心部に有している。スペーサ板3は、円柱部13を第2貫通穴3hに挿通した状態で台座22に載置される。
図3を参照すると、ブランクホルダ4は、パンチホルダ41とパンチプレート42で構成されている。パンチホルダ41とパンチプレート42は、一体にねじ止めされている。ブランクホルダ4は、第3貫通穴4hを中心部に開口している。
図3(A)を参照すると、ブランクホルダ4は、円柱部13を第3貫通穴4hに挿通した状態でスペーサ板3に載置されている。一方、図3(A)に示した状態から、スペーサ板3を取り外すことで、ブランクホルダ4は、円柱部13を第3貫通穴4hに挿通した状態で台座22に載置できる(図3(B)参照)。
図3を参照すると、パンチプレート42は、平坦面42fを上面に有している。パンチプレート42の平坦面42fが板状部材Bの他方の面Srに当接することで、板状部材Bの他方の面Srを平坦にできる。つまり、ブランクホルダ4の平坦面42fは、バーリング成形時に発生する波状の「しわ」を抑制できる。
図3を参照すると、ダイセット上型5は、ダイ51、ダイホルダ52、及び、ダイプレート53で一体に構成している。ダイセット上型5は、ブランクホルダ4に向かって進出することができ、ブランクホルダ4から後退することもできる。
図3を参照すると、ダイ51は、板状部材Bを介して、ブランクホルダ4と対向配置されている。又、ダイ51は、バーリングBrの外周を成形するための成形穴51hを中心部に開口している。
図3(A)を参照して、スペーサ板3を台座22とブランクホルダ4の間に配置した状態で、ダイ51をブランクホルダ4に向かって進出すると、円柱部13の前段部131でバーリング穴Hbを成形できる(図1又は図2参照)。
一方、図3(B)を参照して、スペーサ板3を台座22とブランクホルダ4の間から取り外した状態で、ダイ51をブランクホルダ4に向かって進出すると、円柱部13の前段部131に後続する後段部132でバーリング穴Hbを成形できる(図1又は図2参照)。
図3を参照すると、実施形態による加工装置10は、スペーサ板3の有無でパンチ1のストロークを変えることができる。これにより、一本のバーリング工具1で、互いに異なる内径を有する複数のバーリング穴Hbを試作できる。
図3を参照すると、ノックアウト棒6は、ダイ51の中心部に進退自在に配置されている。ノックアウト棒6の先端部がダイ51の下面から突出する状態に、ダイ51に対してノックアウト棒6を移動すると、バーリング加工後の板状部材Bがダイ51に付着することなく、バーリング加工後の板状部材Bをダイ51から排出できる。
図3を参照すると、ノックアウト棒6は、先端面から穿設した嵌合穴6hを開口している。パンチ1の細径円柱部11が嵌合穴6hに嵌合することで、パンチ1の横揺れを抑制できる。
[バーリング加工装置の作用]
次に、実施形態による加工装置10の動作を説明しながら、加工装置10の作用及び効果を説明する。
図3を参照すると、ブランクホルダ4の上面からパンチ1の先端面(円錐体部12の上端面)が低下した状態で、ブランクホルダ4は停止している。次に、細径円柱部11の中心と板状部材Bの下穴Hpの中心を一致させた状態で(図2参照)、板状部材Bをブランクホルダ4にセットすることで、バーリング加工を開始できる。
次に、図4を参照して、板状部材Bを介して、ブランクホルダ4に向かってダイ51を下降すると、ダイ51の下面とブランクホルダ4の上面で板状部材Bを挟持できる。次に、ダイ51を更に下降すると、細径円柱部11を相対的に下穴Hpに挿入できる(図4参照)。
次に、図5を参照して、ダイ51を更に下降すると、円錐体部12が相対的に上昇して、円錐体部12は、下穴Hpの周縁部を板状部材Bの一方の面Sfから隆起できる。
次に、図3(A)又は図6(A)及び図7(A)を参照して、ダイ51を更に下降して、ブランクホルダ4がスペーサ板3に密着した状態では(図3(A)参照)、パンチ1の前段部131でバーリング穴Hbを板状部材Bに形成できる(図1参照)。
一方、図3(B)又は図6(B)及び図7(B)を参照して、ダイ51を更に下降して、ブランクホルダ4が台座22に密着した状態では(図3(B)参照)、パンチ1の後段部132でバーリング穴Hbを板状部材Bに形成できる(図1参照)。
図3から図7を参照すると、実施形態による加工装置10は、スペーサ板3の有無でパンチ1のストロークを変えることができる。これにより、一本のバーリング工具1で、互いに異なる内径を有する複数のバーリング穴Hbを試作できる。
本発明によるバーリング工具及びバーリング加工装置は、板状部材に好適な構造を開示したが、管状部材への応用することもできる。
1 パンチ(バーリング工具)
11 細径円柱部
12 円錐体部
13 円柱部
B 板状部材
Br バーリング
Fr フランジ
Hb バーリング穴
Hp 下穴
Sf 板状部材の一方の面
Sr 板状部材の他方の面

Claims (5)

  1. 金属製の板状部材に開口した下穴を加工して、この板状部材の一方の面から隆起したフランジを成形するバーリング加工に用いられるバーリング工具であって、
    先端部から基端部側に向かって拡径し、前記下穴の周縁部を前記板状部材の一方の面から隆起させるための円錐体部と、
    前記円錐体部から外周が連続して基端部に至り、バーリング穴を前記板状部材に形成するための円柱部と、を備え、
    前記円柱部は、その先端部から基端部に向かって、段階的に外径が微少に拡径する多段な外周を有している、バーリング工具。
  2. 前記円柱部は、第1外径を有する前段部と、前記第1外径よりわずかに外径が大きい第2外径を有する後段部と、に区分される、請求項1記載のバーリング工具。
  3. 前記円柱部の基端面から先端部に向けて、雌ねじ部が前記円柱部の中心部に螺設されている、請求項1又は2記載のバーリング工具。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載のバーリング工具を起立状態で固定したベース板と、
    所定の厚さを有すると共に、前記バーリング工具の円柱部を挿通自在な貫通穴を中心部に有し、前記ベース板に搭載自在なスペーサ板と、
    前記円柱部を挿通自在な貫通穴を中心部に有し、前記スペーサ板に搭載自在に配置されると共に、前記板状部材の他方の面に当接自在な平坦面を上面に有するブランクホルダと、
    前記板状部材を介して、前記ブランクホルダと対向配置され、バーリングの外周を成形するための成形穴を中心部に開口したダイと、を備え、
    前記スペーサ板を前記ベース板と前記ブランクホルダの間に配置した状態で、前記ダイを前記ブランクホルダに向かって進出すると、前記円柱部の前段部でバーリング穴を成形でき、
    前記スペーサ板を前記ベース板と前記ブランクホルダの間から取り外した状態で、前記ダイを前記ブランクホルダに向かって進出すると、前記円柱部の前段部に後続する後段部で前記バーリング穴を成形できる、バーリング加工装置。
  5. 前記ダイの中心部に進退自在に配置され、バーリング加工後の前記板状部材を当該ダイから排出できるノックアウト棒を更に備える、請求項4記載のバーリング加工装置。
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