JP2019177388A - 加工装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 しわを生じることなく複雑な凹凸形状や深い絞りを成形できる加工装置１００を提供する。【解決手段】 ブランク８８を深絞り加工する加工装置１００は上部構造１０と下部構造１２を有する。上部構造１０又は下部構造１２は昇降機構８６を有し、一方はダイス１４を有し、他方はパンチ１６とブランクホルダ１８とを有する。ブランクホルダ１８は、パンチ１６の全周を囲い、パンチ１６の全周を囲む第１のブランクホルダ部３４と、第１のブランクホルダ部３４とパンチ１６との間にある領域３６を埋めるように配置された第２のブランクホルダ部３８を有する。パンチ１６は、ブランク８８に第１の絞り形状２２’と２４’を形成する第１の絞り形成部２０を有する。第２のブランクホルダ部３８は、ブランク８８に第２の絞り形状４４’を形成する第２の絞り形成部４２を有する。ダイス１４は第２の絞り形成部４２と協働して第２の絞り形状４４’を形成するくぼみ７０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、絞り成形する加工装置およびその方法に関する。

プレス加工の一つとして絞り成形が知られている。絞り成形ではプレス加工装置が用いられる。典型的なプレス加工装置は型となるパンチとダイを備える。パンチ又はダイは、絞り成形し始めるとき、板材であるワークに押しつけられ、これにより、パンチとダイに対応する凹凸形状がブランクに付与される。

ところが、パンチ又はダイをブランクに押しつけるとき、ブランクにしわを生じることがある。しわの有無は加工品質にとって重要な要素である。そこで、しわを防ぐために、ダイとしわ押さえ板（ブランクホルダ）とでブランクを保持した状態で、パンチをブランクに押しつけることが行われている。

そこで、しわを減らすために、例えば、ブランクホルダからワークに加えられるしわ押さえ力を最適値にするように制御する機構が特許文献１に提供されている。

特開２００９−１９５９５６号公報

一方、例えば電気自動車において、フロアパネルなどのボディ部品は、バッテリなどの構成部品と干渉しないように、形状に凹凸を付けなければならないことがある。そのため、ボディ部品の形状は複雑になる。また、構成部品の大きさによっては、ボディ部品の絞りの深さは、より深く成形されなければならないことがある。

しかし、従来のプレス加工装置では、複雑な凹凸形状や深い絞りを成形しようとする場合、ブランクホルダを用いても十分にしわを押さえることができないことがある。そのため、成形するボディ部品の形状を変更せざるを得ない事態になりかねない。

本発明は、上記問題を解決するため、次のように構成した加工装置を提供する。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、ブランクを深絞り加工する加工装置である。上記加工装置は、上下方向に対向する上部構造及び下部構造と、上記上部構造又は上記下部構造の少なくともいずれか一方を他方に対して接近させる昇降機構を有する。上記上部構造又は上記下部構造のいずれか一方はダイスを有する。上記上部構造又は上記下部構造のいずれか他方はパンチとブランクホルダとを有する。上記パンチと上記ブランクホルダは、上記上下方向から見たときに上記ブランクホルダが上記パンチの全周を囲う。上記ブランクホルダは、上記上部構造と上記下部構造の間に配置される上記ブランクを挟むように構成される。上記ブランクホルダは、上記パンチの全周を囲む第１のブランクホルダ部と、上記第１のブランクホルダ部と上記パンチとの間にある領域を埋めるように配置された第２のブランクホルダ部を有する。上記パンチは、上記ブランクに第１の絞り形状を形成する第１の絞り形成部を有する。上記第２のブランクホルダ部は、上記ブランクに第２の絞り形状を形成する第２の絞り形成部を有する。上記ダイスは、上記第２の絞り形成部と協働して上記第２の絞り形状を形成するくぼみを有する。

次に、請求項２に記載の発明は、上記ダイスが上記パンチの上記第１の絞り形成部と協働して上記第１の絞り形状を形成するくぼみを有することを特徴とする、請求項１に記載の加工装置である。

また、請求項３に記載の発明は、上記第２のブランクホルダ部が、上記上下方向から見たときに上記パンチの全周を囲っていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の加工装置である。

並びに、請求項４に記載の発明は、上記第２のブランクホルダ部が、非絞り形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置である。

および、請求項５に記載の発明は、上記ダイスと上記パンチ、上記第１のブランクホルダ部、及び上記第２のブランクホルダ部が、上記ダイスと上記第１のブランクホルダ部との距離をＤ１、上記ダイスと上記第２のブランクホルダ部との距離をＤ２、上記ダイスと上記パンチとの距離をＤ３とすると、上記Ｄ１〜Ｄ３が、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の加工装置である。上記加工装置は、上記上部構造と上記下部構造を接近させると、まず上記第１のブランクホルダ部が上記ダイスと共に上記ブランクを挟み、次に上記第２のブランクホルダ部が上記ダイスと共に上記ブランクを挟み、最後に上記パンチが上記ダイスと共に上記ブランクを挟むように構成されている。

最後に、請求項６に記載の発明は、上記パンチが基台に固定されており、上記第１のブランクホルダ部が第１のクッションを介して上記基台に支持されており、上記第２のブランクホルダ部が第２のクッションを介して上記基台に支持されており、上記第１のクッションが伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であり、上記第２のクッションが伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であることを特徴とする、請求項５に記載の加工装置である。

また、本発明は、上記問題を解決するため、次のプレス加工方法を提供する。

請求項７に記載の発明は、加工方法である。上記加工方法は、ダイスと、上記ダイスから見たときに中央に配置されたパンチと、上記ダイスから見たときに上記パンチを囲む第１のブランクホルダ部と、上記ダイスから見たときに上記パンチと上記第１のブランクホルダ部との間に位置する第２のブランクホルダ部とを備えており、上記ダイスに対して上記パンチ、上記第１のブランクホルダ部、及び上記第２のブランクホルダ部を接近させることによって、上記ダイスと上記パンチ、上記第１のブランクホルダ部、及び上記第２のブランクホルダ部の間に配置されたブランクを絞り加工する方法である。上記加工方法は、上記ダイスと上記第１のブランクホルダ部で上記ブランクを挟んで保持する工程１と、上記工程１に続いて、上記ダイスと上記第２のブランクホルダ部で上記ブランクを挟んで第２の絞り形状を形成する工程２と、上記工程２に続いて、上記パンチを上記ブランクに押し付けて第１の絞り形状を形成する工程３を備えることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、複雑な凹凸形状や深い絞りを有する、例えば電気自動車用のボディ部品などの製品を、極めてしわを少なく生産する加工装置を提供できる。これにより、絞りを有する製品の品質は、従来よりも大幅に高まる。

また、本願の請求項７に記載の発明によれば、複雑な凹凸形状や深い絞りを有する、例えば電気自動車用のボディ部品などの製品を、極めてしわを少なく生産する加工方法を提供できる。これにより、絞りを有する製品の品質は、従来よりも大幅に高まる。

本発明の実施形態に係る加工装置の概略構成を示す縦断面図である。 図１に示す下部構造を上方から見た平面図である。 第１のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。 第１と第２のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態で、ブランクに形成される絞り形状を示すブランク及び下部構造の平面図である。 第１と第２のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。 パンチと第１及び第２のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態で、ブランクに形成される絞り形状を示すブランク及び下部構造の平面図である。 パンチと第１及び第２のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。 比較例の加工装置における下部構造の平面図である。 比較例の加工装置の縦断面図である。 比較例の加工装置で加工されたブランクの平面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る絞り加工装置１００は、概略、上部構造１０と、上部構造１０の下方に配置された下部構造１２を有する。上部構造１０はダイス１４を有する。下部構造１２はパンチ１６とブランクホルダ１８を有する。

図２に示すように、パンチ１６は、ダイス１４に対向する上端領域に絞り形状を有する第１の絞り形成部２０を備えている。実施形態では、第１の絞り形成部２０は、図２において高密度網点で表示した高い台地の形をした深い絞り形状２２と図２において中高密度網点で表示した低い台地の形をした浅い絞り形状２４を有する。深い絞り形状２２は、平坦な形状部分２６と、この平坦な形状部分２６から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分２８を有する。浅い絞り形状２４は、深い絞り形状２２の外側に配置されており、平坦な形状部分３０と、この平坦な形状部分３０から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分３２を有する。

図１と図２に示すように、ブランクホルダ１８は、上方（ダイス１４）から見たときにパンチ１６を囲むように配置された第１のブランクホルダ部（外側のブランクホルダ部）３４と、上方（ダイス１４）から見たときにパンチ１６と第１のブランクホルダ部３４の間の領域３６を埋める第２のブランクホルダ部（内側のブランクホルダ部）３８を有する。実施形態では、第２のブランクホルダ部３８は、パンチ１６の全周を囲っているが、パンチ１６の全周を囲っていなくてもよい。

図２に示すように、第１のブランクホルダ部３４は、ダイス１４に対向する領域に、平坦面（ブランク挟持面）４０を有する。第２のブランクホルダ部３８は、絞り形状を有する第２の絞り形成部４２を備えている。実施形態では、第２の絞り形成部４２は、上方（ダイス１４）から見たときに略Ｃ形を有し、図２において中低密度網点で表示した低い台地の形をした絞り形状４４を有する。絞り形状４４は、平坦な形状部分４６と、この平坦な形状部分４６から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分４８を有する。実施形態では、第２のブランクホルダ部３８の第２の絞り形成部４２は、略Ｃ形台地の開口部を塞ぐように配置され、図２において低密度網点で表示した平坦な非絞り形状（ブランク挟持面）５０を有する。

図示するように、第２のブランクホルダ部３８の第２の絞り形状４４には、１つ又はそれ以上の数の段部５２、５４を設けてもよい。

図１に戻り、パンチ１６とブランクホルダ１８（第１のブランクホルダ部３４と第２のブランクホルダ部３８）は共に基台６０に支持されている。基台６０は建物の床６２等に固定されている。パンチ１６は基台６０に固定されている。第１のブランクホルダ部３４は、第１のクッション６４を介して基台６０に支持されている。第２のブランクホルダ部３８は、第２のクッション６６を介して基台６０に支持されている。第１のクッション６４と第２のクッション６６には空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ、若しくはばねが利用できる。

図１に示すように、ダイス１４の下面には、パンチ１６における第１の絞り形成部２０の凸部（深い絞り形状２２と浅い絞り形状２４）に対応した形状の凹部（くぼみ６８）と、第２のブランクホルダ部３８における第２の絞り形成部４２の凸部（絞り形状４４）に対応した凹部（くぼみ７０）と、これらのくぼみ６８、７０の周囲を囲む平坦面７２が形成されている。パンチ１６と第２のブランクホルダ部３８の凸部（深い絞り形状２２、浅い絞り形状２４、絞り形状４４）とダイス１４の凹部（くぼみ６８、７０）は、後述するように、これら凸部と凹部の間に所定の厚みのブランクが挟まれたとき、ブランクの下面と上面にそれぞれ対応する凸形状と凹形状が付与されるようになっている。

第１のブランクホルダ部３４、第２のブランクホルダ部３８、及びパンチ１６の高さ、換言すると、第１のブランクホルダ部３４、第２のブランクホルダ部３８、及びパンチ１６のダイス１４に対向する部分７４、７６、７８とそれらに対応するダイス部分８０、８２、８４との最小距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、第１のブランクホルダ部３４と第２のブランクホルダ部３８に荷重が作用していない状態（第１のクッション６４と第２のクッション６６が伸びた状態）で、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を満足するように決められている。これにより、ダイス１４が下降すると、まず第１のブランクホルダ部３４がダイス１４に対して位置決めされ、次に第２のブランクホルダ部３８がダイスに対して位置決めされ、最後にパンチ１６がダイス１４に対して位置決めされる。

ダイス１４は、図示しないダイスホルダによって保持されている。ダイスホルダは、空圧式又は油圧式の昇降装置８６に連結されている。したがって、ダイス１４は、昇降装置８６の駆動に基づいて、図１に示す上昇位置と図７に示す下降位置との間を移動するように構成されている。

以上の構成を備えた絞り加工装置１００の動作を説明する。加工前、上部構造１０のダイス１４は図１に示す上昇位置に置かれており、下部構造１２の第１のクッション６４と第２のクッション６６は伸びた状態にある。この状態で、上部構造１０と下部構造１２の間にブランク８８が配置される。

この状態から、昇降装置８６を駆動し、ダイス１４を下降していく。この過程で、図３に示すように、まずダイス１４の最下部である平坦面７２（ダイス部分８０）が第１のブランクホルダ部３４の平坦面４０（ダイス対向部分７４）に当たる。これにより、ブランク８８の外周が、ダイス１４と第１のブランクホルダ部３４に挟まれて保持される。

この状態からさらにダイス１４を下降していくと、ダイス１４の下降に応じて第１のクッション６４が縮み、ダイス１４と第１のブランクホルダ部３４によるブランク保持力（挟む力）が増加していく。

ダイス１４が更に下降すると、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４がブランク８８に当たる。この時点で、第２のブランクホルダ部３８の非絞り形状５０はブランク８８にまだ接触していない。

この状態からダイス１４が更に下降すると、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４がブランク８８に押し付けられ、この絞り形状４４に対応する第２の絞り形状４４’（図４参照）がブランク８８に付与されていく。ダイス１４が下降する間、ブランク８８から第２のブランクホルダ部３８に力が伝わり、第２のクッション６６が縮んでいく。このとき、第２のブランクホルダ部３８によって加工（変形）されるブランク部分の周囲にあるブランク部分はダイス１４と第１のブランクホルダ部３４によってしっかりと保持されている。したがって、ブランク８８に第２の絞り形状４４’が付与される間、その周辺に位置するブランク部分にしわや変形が生じることはない。

その後、図５に示すように、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４が対応するダイス１４のくぼみ７０に完全に収まった時点で、第２のブランクホルダ部３８の非絞り形状５０がブランク８８を介してダイス１４の対応する部分に当たる。

その後、ダイス１４が更に下降すると、ダイス１４の下降に応じて第１のクッション６４と第２のクッション６６が縮み、ダイス１４とブランクホルダ１８によるブランク保持力（挟む力）が増加していく。

さらにダイス１４が下降すると、パンチ１６の深い絞り形状２２と浅い絞り形状２４が順次ブランク８８に押し付けられ、これら深い絞り形状２２と浅い絞り形状２４に対応する第１の絞り形状２２’、２４’（図６参照）がブランク８８に付与されていく。このとき、図７に示すように、パンチ１６によって加工（変形）されるブランク部分の周囲にあるブランク部分はダイス１４と第２のブランクホルダ部３８によってしっかりと保持されている。したがって、ブランク８８に第１の絞り形状２２’、２４’が付与される間、その周辺に位置するブランク部分にしわや変形が生じることはない。

このように、実施形態に係る絞り加工装置によれば、ブランクに深い絞り形状、浅い絞り形状、さらにそれらの中間の深さの絞り形状を付与することができる。また、深い絞り形状の周囲をそれよりも浅い絞り形状で完全に囲むことができることは勿論、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４を工夫することにより、図６に示すように絞り形状の外縁に深い絞り形状の一部を配置することも可能である。そのため、ブランクに複雑な形状を、しわを生じることなく付与できる。

比較のために、１つのブランクホルダ部からなるブランクホルダを使って絞り加工する際に “しわ”の発生を数値解析した。解析に用いた絞り加工装置の下部構造は、図８に示すように、パンチ１６とその周囲を囲むブランクホルダ１８（１つのブランクホルダ部）で構成した。ブランクに付与する絞りは深い絞り形状・浅い絞り形状・それらの中間の深さを有する中位の絞り形状を含み、図９に示すようにパンチ１６の上面にはそれら３つの絞り形状に対応する形状を付与した。解析の結果、図１０に示すように中位の絞り形状と浅い絞り形状にしわが発生し、特に浅い絞り形状にはより多くのしわが発生することが確認された。

上述の実施形態では、絞り加工装置１００は下部構造１２と上部構造１０を有し、下部構造１２がパンチ１６とブランクホルダ１８を含み、上部構造１０がダイス１４を含むものとしたが、下部構造がダイスを含み、上部構造がパンチとブランクホルダを含む形態も本発明の範囲に含まれる。

また、上述の実施形態では、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４を略Ｃ形として、この絞り形状４４とパンチ１６の一部を囲むものとしたが、第２のブランクホルダ部３８の絞り形状４４によってパンチ１６の全周を囲ってもよい。

さらに、上述の実施形態では、パンチ１６の深い絞り形状２２と浅い絞り形状２４に対応する形状のくぼみ６８をダイス１４に形成したが、深い絞り形状２２に対応する箇所には上下方向に貫通した空洞を設け、それに対応するダイス部分は深い絞り形状２２を押し付けることによってのみ、つまり、ダイスと挟むことなく加工してもよい。

１００：絞り加工装置
１０：上部構造
１２：下部構造
１４：ダイス
１６：パンチ
１８：ブランクホルダ
２０：第１の絞り形成部
２２：深い絞り形状
２４：浅い絞り形状
２２’、２４’：第１の絞り形状
２６：平坦な形状部分
２８：傾斜部分
３０：平坦な形状部分
３２：傾斜部分
３４：第１のブランクホルダ部
３６：領域
３８：第２のブランクホルダ部
４０：平坦面（ブランク挟持面）
４２：第２の絞り形成部
４４：絞り形状
４４’：第２の絞り形状
４６：平坦な形状部分
４８：傾斜部分
５０：非絞り形状
５２、５４：段部
６０：基台
６２：床
６４：第１のクッション
６６：第２のクッション
６８：くぼみ
７０：くぼみ
７２：平坦面
７４、７６、７８：ダイス対向部分
８０、８２、８４：ダイス部分
８６：昇降装置
８８：ブランク
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３：距離

Claims (7)

1. ブランクを深絞り加工する加工装置において、
   前記加工装置は、上下方向に対向する上部構造及び下部構造と、前記上部構造又は前記下部構造の少なくともいずれか一方を他方に対して接近させる昇降機構を有し、
   前記上部構造又は前記下部構造のいずれか一方はダイスを有し、
   前記上部構造又は前記下部構造のいずれか他方はパンチとブランクホルダとを有し、
   前記パンチと前記ブランクホルダは、前記上下方向から見たときに前記ブランクホルダが前記パンチの全周を囲っており、
   前記ブランクホルダは、前記上部構造と前記下部構造の間に配置される前記ブランクを挟むように構成されており、
   前記ブランクホルダは、前記パンチの全周を囲む第１のブランクホルダ部と、前記第１のブランクホルダ部と前記パンチとの間にある領域を埋めるように配置された第２のブランクホルダ部を有し、
   前記パンチは、前記ブランクに第１の絞り形状を形成する第１の絞り形成部を有し、
   前記第２のブランクホルダ部は、前記ブランクに第２の絞り形状を形成する第２の絞り形成部を有し、
   前記ダイスは前記第２の絞り形成部と協働して前記第２の絞り形状を形成するくぼみを有する、ことを特徴とする加工装置。
2. 前記ダイスは前記パンチの前記第１の絞り形成部と協働して前記第１の絞り形状を形成するくぼみを有することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記第２のブランクホルダ部は、前記上下方向から見たときに前記パンチの全周を囲っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 前記第２のブランクホルダ部は、非絞り形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置。
5. 前記ダイスと前記パンチ、前記第１のブランクホルダ部、及び前記第２のブランクホルダ部は、
   前記ダイスと前記第１のブランクホルダ部との距離をＤ１、
   前記ダイスと前記第２のブランクホルダ部との距離をＤ２、
   前記ダイスと前記パンチとの距離をＤ３とすると、
   前記Ｄ１〜Ｄ３は、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を有し、
   前記上部構造と前記下部構造を接近させると、まず前記第１のブランクホルダ部が前記ダイスと共に前記ブランクを挟み、次に前記第２のブランクホルダ部が前記ダイスと共に前記ブランクを挟み、最後に前記パンチが前記ダイスと共に前記ブランクを挟むように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工装置。
6. 前記パンチは基台に固定されており、
   前記第１のブランクホルダ部は第１のクッションを介して前記基台に支持されており、
   前記第２のブランクホルダ部は第２のクッションを介して前記基台に支持されており、
   前記第１のクッションは伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であり、
   前記第２のクッションは伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であることを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
7. ダイスと、
   前記ダイスから見たときに中央に配置されたパンチと、前記ダイスから見たときに前記パンチを囲む第１のブランクホルダ部と、前記ダイスから見たときに前記パンチと前記第１のブランクホルダ部との間に位置する第２のブランクホルダ部とを備えており、
   前記ダイスに対して前記パンチ、前記第１のブランクホルダ部、及び前記第２のブランクホルダ部を接近させることによって、前記ダイスと前記パンチ、前記第１のブランクホルダ部、及び前記第２のブランクホルダ部の間に配置されたブランクを絞り加工する方法であって、
   前記ダイスと前記第１のブランクホルダ部で前記ブランクを挟んで保持する工程１と、
   前記工程１に続いて、前記ダイスと前記第２のブランクホルダ部で前記ブランクを挟んで第２の絞り形状を形成する工程２と、
   前記工程２に続いて、前記パンチを前記ブランクに押し付けて第１の絞り形状を形成する工程３を備えることを特徴とする加工方法。

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