JP2021010916A - 深絞り加工方法 - Google Patents

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拓樹 中村
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Abstract

【課題】気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材を破断させてしまう可能性を低減させることができる深絞り加工方法を提供する。【解決手段】板材1の最大伸びが200%未満となる条件下で当該板材1を型Dの挟持固定部Cによって周状に挟持固定する第1工程と、第1工程にて挟持固定された板材1に対し、気体圧力差を利用して板材1の一面側の深絞り空間Sへ突出する深絞り加工を施す第2工程とを有し、第1工程では、板材1の一面側に、挟持固定部Cと深絞り空間Sとの間に曲率を有する曲面又は複数の平面で構成された多角形形状からなる概略曲面を有するR部CPを有する挟持上型D1が用いられ、第2工程では、深絞り加工時に板材1の周端部が挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。【選択図】図2

Description

本発明は、深絞り加工方法に関する。
従来、ステンレス等の金属板材の周端部を挟持固定すると共に、中央部をパンチで押し込むことにより深絞り加工を行う方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2010−247172号公報
ここで、本件発明者は、パンチを用いることなく、ガス等の気体圧力差を利用して深絞り加工を行うことを検討している。しかし、気体圧力差を利用した深絞り加工を行う場合には、以下のように板材に破断が生じ易くなってしまう。
図9は、比較例に係る気体圧力差を利用した深絞り加工の一例を示す概略断面図であり(a)は加工準備状態を示し、(b)は加工途中状態を示し、(c)は加工最終状態を示している。
図9(a)に示すように、板材100が気密性を有した型D内に投入されると共に、型Dの挟持固定部Cによって板材100の周端部が周状に挟持固定される。次いで、例えば板材100の一面側が大気圧とされ、他面側が高圧状態とされる。このとき、板材100は、図9(b)に示すように、板材100の一面側の深絞り空間Sに向けて突出していき、例えばポイントP1,P2で型Dに接触する。この状態において板材100はポイントP1,P2で固定されたように作用する。よって、この状態から、更に板材100が深絞り空間Sを埋めるように伸ばされる際には、図9(c)に示すように、ポイントP1,P2間が引き伸ばされることとなる。この結果、ポイントP1,P2間において板材100が破断し易くなってしまう。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材を破断させてしまう可能性を低減させることができる深絞り加工方法を提供することにある。
本発明に係る深絞り加工方法は、板材の最大伸びが200%未満となる条件下で当該板材を型の挟持固定部によって周状に挟持固定する第1工程と、前記第1工程にて挟持固定された前記板材に対し、気体圧力差を利用して前記板材の一面側の深絞り空間へ突出する深絞り加工を施す第2工程と、を有し、前記第1工程では、前記板材の一面側に、前記挟持固定部と前記深絞り空間との間に曲率を有する曲面又は複数の平面で構成された多角形形状からなる概略曲面を有するR部を有する型が用いられ、前記第2工程では、深絞り加工時に前記板材の周端部が前記挟持固定部から前記R部に沿って前記深絞り空間側に引き込まれる。
本発明によれば、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材を破断させてしまう可能性を低減させることができる深絞り加工方法を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。 第1実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。 第2実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。 第3実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。 本発明の第4実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。 第4実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。 本発明の第5実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。 第5実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。 比較例に係る気体圧力差を利用した深絞り加工の一例を示す概略断面図であり(a)は加工準備状態を示し、(b)は加工途中状態を示し、(c)は加工最終状態を示している。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
図1は、本発明の第1実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。図1に示す板材1は、一枚の平板に対して凹部1Aが形成された形状となった金属板である。この板材1は、最大伸びが200%未満である条件下で作成されたものである。
微小な結晶粒を持つ多くのアルミニウム合金やチタン合金、又は一部の二相ステンレス等は高温下で何百%の破断伸びを持つ材料として知られている。また、高温下におけるガラスや多くの樹脂も最大伸びが200%以上である。一方、本実施形態に係る深絞り加工方法は、熱間冷間に関わらず、最大伸びが200%未満である条件下の素材(常温の一般ステンレス鋼、熱間の一般ステンレス鋼等)に対して深絞り加工を施すものである。
図2は、第1実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。
まず、図2(a)に示すように、所定板厚且つ最大伸びが200%未満である板材1(凹部1A形成前のもの)が型D内に投入される。この型Dは、挟持上型(型)D1と、挟持下型(型)D2と、上型(型)D3と、下型(型)D4とを備えている。板材1は、挟持上型D1と挟持下型D2とによって形成される挟持固定部Cによって周端部が周状に固定される。なお、この型Dのうち少なくとも板材1、挟持下型(型)D2、下型(型)D4で囲まれた空間は、気密性を有しており、内部の深絞り空間Sを含む型内空間は気密性を有していてもよいが、型Dの外部と接続された大気圧状態となっていることが好ましい。外部と接続された大気圧状態とすることにより後の工程において深絞り加工時に深絞り空間S内の圧力が高まってしまうことを防止することができるためである。
次に、図2(b)に示すように、板材1の他面側にガスが送り込まれて高圧状態とされる。このとき、板材1は、気体圧力差によって板材1の一面側に形成される深絞り空間Sに突出するように深絞り加工されていく。
ここで、本実施形態に係る型Dは、板材1の一面側において、挟持固定部Cと深絞り空間Sとの間(挟持上型D1)に一定の曲率を有するR部CPを有している。このため、図2(c)に示すように、板材1の周端部は深絞り加工時に挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。
ここで、型DがR部CPを有さず角部を有している場合には、この角部によって引掛りを発生させ、板材1の周端部が深絞り空間Sに引き込まれることを阻害し易くなってしまう。しかし、本実施形態のように型DがR部CPを有している場合には、板材1がこのR部CPに沿って滑り易くなり、板材1の周端部を深絞り空間Sに引き込むようにすることができる。この結果、板材1はその破断伸びを超え難くなり破断し難くなる。
このようにして、第1実施形態に係る深絞り加工方法によれば、板材1の一面側に、挟持固定部Cと深絞り空間Sとの間にR部CPを有する挟持上型D1が用いられ、深絞り加工時に板材1の周端部が挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。このように、R部CPを有した挟持上型D1によって板材1がR部CPを滑るように深絞り空間S側に引き込まれることから、板材1について破断伸びを超え難くなって板材1を破断させ難くすることができる。従って、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材1を破断させてしまう可能性を低減させることができる。
次に、本発明に係る第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る深絞り加工方法は第1実施形態のものと同様であるが、一部方法が異なっている。以下、第1実施形態との相違点について説明する。
図3は、第2実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。
図3に示すように、第2実施形態において型Dは、上型D3に吸気路FPが形成されており、吸気路FPは一端が上型D3の表面(型Dの型内空間側表面)まで延びており、他端が吸気ポンプPに接続されている。上型D3は、吸気ポンプPによる吸気によって吸気路FPを通じて板材1を吸着する吸着部材として機能し、以下のように深絞り加工が行われる。
まず、図3(a)に示すように、所定板厚且つ最大伸びが200%未満である板材1(凹部1A形成前のもの)が型D内に投入される。第2実施形態において上型D3及び下型D4は板材1を挟持した状態となっている。よって、第1工程において深絞り空間Sは形成されていない状態となっている。
次に、図3(b)に示すように、板材1の他面側にガスが送り込まれて高圧状態とされる。さらに、第2実施形態においては吸気ポンプPによる吸気が行われて板材1が上型D3に吸着する。この上型D3は、板材1の一面側に動作して板材1を引っ張ることとなる。また、上型D3が一面側に動作することから、型D内には深絞り空間Sが形成されていく。
その後、図3(c)に示すように、板材1の周端部は深絞り加工時に挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。特に、第2実施形態においては、板材1を引っ張る工程を有することから、より一層板材1の周端部を深絞り空間Sに引き込むようにすることができる。
このようにして、第2実施形態に係る深絞り加工方法によれば、第1実施形態と同様に、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材1を破断させてしまう可能性を低減させることができる。
さらに、第2実施形態によれば、板材1の一面側から吸着して一面側に動作する上型D3によって板材1を一面側に引っ張る工程を有するため、気体圧力差だけでなく上型D3の引っ張りを利用して深絞り加工することができる。しかも、上型D3を引っ張るため、板材1の周端部を深絞り空間Sに引き込むように作用させ、板材1を破断させ難くすることができる。また、上型D3が板材1を引っ張るため板材1の他面側に送り込むガスの圧力を下げることもでき、送り込むガスの圧力を下げた場合には、図9のポイントP2で板材1が型Dに押し付けられる接触圧を低くして、板材1の引き込みを容易にして板材1を破断させ難くすることができる。
次に、本発明に係る第3実施形態を説明する。第3実施形態に係る深絞り加工方法は第1実施形態のものと同様であるが、一部方法が異なっている。以下、第1実施形態との相違点について説明する。
図4は、第3実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。
図4に示すように、第3実施形態において型Dは、上型D3及び下型D4の表面(型Dの型内空間側表面)に凹凸が形成されている。このため、上型D3と下型D4とで板材1を挟持することで板材1に凹凸を形成することができる。第3実施形態では、この凹凸を利用して上型(一面側の型)D3に板材1をグリップさせて深絞り加工を行う。
まず、図4(a)に示すように、所定板厚且つ最大伸びが200%未満である板材1(凹部1A形成前のもの)が型D内に投入される。第3実施形態においては板材1の投入後、上型D3及び下型D4により板材1が挟持されて凹凸が形成される。なお、第2実施形態と同様に、上型D3及び下型D4が挟持されていることから、図4(a)の時点において深絞り空間Sは形成されていない状態となっている。
次に、図4(b)に示すように、板材1の他面側にガスが送り込まれて高圧状態とされる。さらに、第3実施形態においては凹凸を利用して板材1が上型D3にグリップされている。このため、上型D3は、板材1の一面側に動作して板材1を引っ張ることとなる。また、上型D3が一面側に動作することから、型D内には深絞り空間Sが形成されていく。
その後、図4(c)に示すように、板材1の周端部は深絞り加工時に挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。特に、第3実施形態においては、板材1を引っ張る工程を有することから、より一層板材1の周端部を深絞り空間Sに引き込むようにすることができる。
このようにして、第3実施形態に係る深絞り加工方法によれば、第1実施形態と同様に、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材1を破断させてしまう可能性を低減させることができる。
さらに、第3実施形態によれば、板材1に凹凸を形成した後に当該凹凸を利用して上型D3に板材1をグリップさせ、グリップさせた上型D3を一面側に引っ張る工程を有するため、気体圧力差だけでなく上型D3の引っ張りを利用して深絞り加工することができる。しかも、上型D3を引っ張るため、板材1を深絞り空間Sに引き込むように作用させ、板材1を破断させ難くすることができる。また、上型D3が板材1を引っ張るため板材1の他面側に送り込むガスの圧力を下げることもでき、送り込むガスの圧力を下げた場合には、図9のポイントP2で板材1が型Dに押し付けられる接触圧を低くして、板材1の引き込みを容易にして板材1を破断させ難くすることができる。
次に、本発明に係る第4実施形態を説明する。第4実施形態に係る深絞り加工方法は第1実施形態のものと同様であるが、一部方法が異なっている。以下、第1実施形態との相違点について説明する。
図5は、本発明の第4実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。図5に示す板材2は、一枚の板材(第1板材)10と、第1板材10に対して積層された平板状の第2板材20とを備えている。第1板材10は、第1実施形態と同様に凹部2Aが形成された形状となっている。第1板材10と第2板材20とは接合部30を介して一体化されている。詳細に第2板材20は凹部2Aの底面の大きさの範囲内に収まった状態で板材10に一体化されている。接合部30は、シーム溶接や拡散接合によって形成されている。なお、第1及び第2板材10,20は、第1実施形態と同様に、最大伸びが200%未満となる条件下で作成されたものである。
図6は、第4実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。
まず、図6(a)に示すように、所定板厚且つ最大伸びが200%未満である板材2(凹部2A形成前のもの)が型D内に投入される。この型Dは、第1実施形態と同様に、板材2の一面側に深絞り空間Sを有している。第2板材20はその全体が深絞り空間Sに面しており、挟持固定部Cによって固定されていない状態とされる。一方、第1板材10は、周端部が挟持固定部Cによって周状に固定される。なお、板材2を型D内に設置した状態において、第2板材20は、上型D3の深絞り空間Sに面する表面の投影範囲内に位置するように配置される。
次に、図6(b)に示すように、板材2の他面側にガスが送り込まれて高圧状態とされる。このとき、板材2は、気体圧力差によって板材2の一面側に形成される深絞り空間Sに突出するように深絞り加工されていく。
ここで、第4実施形態においては、第1板材10に第2板材20が積層されて一体化されているため、第2板材20の積層部分については剛性が高くなっている。この結果、図9(b)に示したように第1板材10は楕円状に拡張するわけではなく、第2板材20が平行移動するように拡張していく。
この結果、図6(c)に示すように、第2板材20は平行移動しながら上型D3まで達することとなる。また、第2板材20が平行移動することから、板材2(第1板材10)の周端部は深絞り加工時に挟持固定部CからR部CPに沿って深絞り空間S側に引き込まれる。この結果、板材2はその破断伸びを超え難くなり破断し難くなる。
このようにして、第4実施形態に係る深絞り加工方法によれば、第1実施形態と同様に、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材2を破断させてしまう可能性を低減させることができる。
さらに、第4実施形態によれば、板材2は、型D内において挟持固定される第1板材10と、その全体が深絞り空間Sに面して第1板材10上に積層され一体化された第2板材20とを有するものである。このため、第2板材20の積層部分については剛性が高いこととなり、板材2は円弧状に膨らむことなく、積層部分については初期状態から平行的に移動するように深絞り空間Sに引き込まれる。この結果、挟持固定部C付近で板材2が型Dに接触せず、板材2の周端部が挟持固定部Cから深絞り空間S側に引き込まれる。従って、より板材2を破断させ難くすることができる。
なお、図5に示すように、第2板材20は凹部2Aの底面の大きさの範囲内に収まった状態で第1板材10と一体化されているが、これに限らず、第2板材20が凹部2Aの底面から若干量はみ出していてもよい。この場合において、第2板材20は平板状ではなく若干の凹部を形成した形状となることはいうまでもない。
次に、本発明に係る第5実施形態を説明する。第5実施形態に係る深絞り加工方法は第1実施形態のものと同様であるが、一部方法が異なっている。以下、第1実施形態との相違点について説明する。
図7は、本発明の第5実施形態に係る深絞り加工方法によって加工された板材を示す断面図である。図7に示す板材3は、2枚の板材40,50を有し、2枚の板材40,50の凹部40A,50A同士が合致するように組み合わされており、凹部40A,50A以外の部分が接合部60によって一体化されている。このため、板材3は2枚の板材40,50間に中空部Hを形成している。接合部60は、シーム溶接や拡散接合によって形成されている。なお、2枚の板材40,50は、第1実施形態と同様に、最大伸びが200%未満である条件下で作成されたものである。
図8は、第5実施形態に係る深絞り加工方法を示す工程図であり、(a)は第1工程を示し、(b)は第2工程の前半を示し、(c)は第2工程の後半を示している。
まず、図8(a)に示すように、板材3(凹部40A,50A形成前のもの)が型D内に投入される。投入時における板材3は、平板状の2枚の板材40,50が積層されて一体化された積層体Lとなっており、2枚の板材40,50の間に内部空間ISを有している。各板材40,50は最大伸びが200%未満となっている。接合部60が設けられる周端部については、挟持固定部Cによって挟持固定されている。
次に、図8(b)に示すように、板材3の内部空間ISにガスが送り込まれて高圧状態とされる。このとき、板材3は、気体圧力差によって板材3の一面側及び他のもう一面側となる他面側に形成される深絞り空間S1,S2のそれぞれに突出するように深絞り加工されていく。なお、第5実施形態において型内空間は気密性を有していてもよいが、型Dの外部と接続された大気圧状態となっていることが好ましい。外部と接続された大気圧状態とすることにより後の工程において深絞り加工時に深絞り空間S1,S2内の圧力が高まってしまうことを防止することができるためである。
ここで、本実施形態に係る型Dは、板材1の一面側及び他面側において、挟持固定部Cと深絞り空間S1,S2との間(挟持上型D1及び挟持下型D2の双方)に一定の曲率を有するR部CPを有している。このため、図8(c)に示すように、板材3の周端部は深絞り加工時に挟持固定部CからR部CPに沿って双方の深絞り空間S1,S2側に引き込まれる。具体的には第1板材40の周端部が一面側の深絞り空間S1に引き込まれ、第2板材50の周端部が他面側の深絞り空間S2に引き込まれる。この結果、板材3はその破断伸びを超え難くなり破断し難くなる。
このようにして、第5実施形態に係る深絞り加工方法によれば、第1実施形態と同様に、気体圧力差を利用して深絞り加工するにあたり、板材3を破断させてしまう可能性を低減させることができる。
さらに、第5実施形態によれば、積層体Lの内部空間ISと外部との気体圧力差を利用して一面側に突出する深絞り加工と、他のもう一面側に突出する深絞り加工とが同時的に行われる。このため、積層体Lの両面に同時的に深絞り加工を行って図7に示す中空部Hを有する中空体を製造することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜実施形態同士の技術や公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態において板材1〜3は金属板によって構成されることを想定しているが、これに限らず、樹脂等の他の素材によって構成されてもよい。
さらに、第1,4,5実施形態において挟持上型D1と上型D3とは分離した構成となっているが、これに限らず、一体化していてもよい。加えて、第1〜5実施形態において挟持下型D2と下型D4とは分離した構成となっているが、これに限らず、一体化していてもよい。
さらに、第5実施形態においては第1及び第2板材40,50により板材3が形成されているが、これに限らず、3枚以上の板材によって板材3が形成されていてもよい。また、第4実施形態においても第1及び第2板材10,20の他に、板材を備えていてもよい。
加えて、第1〜第5実施形態においてR部CPは必ずしも一定曲率のRではなく曲率が変化していてもよいし、複数の平面で構成された多角形形状によって概略的なRが形成されたものであってもよい。すなわちR部CPは、一定又は不定に関わらず曲率を有する曲面を有していればよく、また、複数の平面で構成された多角形形状からなる概略曲面を有するものであってもよい。
1〜3 :板材
10 :第1板材
20 :第2板材
40,50 :2枚の板材(2枚以上の板材)
C :挟持固定部
CP :R部
D :型
D1 :挟持上型(型)
D2 :挟持下型(型)
D3 :上型(型、吸着部材)
D4 :下型(型)
FP :吸気路
IS :内部空間
L :積層体
P :吸気ポンプ
S,S1,S2 :深絞り空間

Claims (5)

  1. 板材の最大伸びが200%未満となる条件下で当該板材を型の挟持固定部によって周状に挟持固定する第1工程と、
    前記第1工程にて挟持固定された前記板材に対し、気体圧力差を利用して前記板材の一面側の深絞り空間へ突出する深絞り加工を施す第2工程と、を有し、
    前記第1工程では、前記板材の一面側に、前記挟持固定部と前記深絞り空間との間に曲率を有する曲面又は複数の平面で構成された多角形形状からなる概略曲面を有するR部を有する型が用いられ、
    前記第2工程では、深絞り加工時に前記板材の周端部が前記挟持固定部から前記R部に沿って前記深絞り空間側に引き込まれる
    ことを特徴とする深絞り加工方法。
  2. 前記第2工程では、さらに、前記板材の一面側から吸着して一面側に動作する吸着部材によって前記板材を一面側に引っ張る工程を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の深絞り加工方法。
  3. 前記第2工程では、さらに、前記板材に対して凹凸を形成する一面側の型によって板材に凹凸を形成した後に、当該凹凸を利用して前記一面側の型に板材をグリップさせ、グリップさせた前記一面側の型を一面側に引っ張る工程を有する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の深絞り加工方法。
  4. 前記第1工程で挟持固定される板材は、型において挟持固定される第1板材と、その全体が前記深絞り空間に面して前記第1板材上に積層され一体化された第2板材とを有するものである
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の真深絞り加工方法。
  5. 前記第1工程では、2枚以上の前記板材が周状に挟持固定されると共に、前記板材の一面側及び他のもう一面側のそれぞれの前記深絞り空間と前記挟持固定部との間のそれぞれに前記R部を有する型が用いられ、
    前記2枚以上の前記板材は、積層されて一体化されると共に内部空間を有した積層体となっており、
    前記第2工程では、前記積層体の前記内部空間と外部との気体圧力差を利用して一面側に突出する深絞り加工と、他のもう一面側に突出する深絞り加工とが同時的に行われると共に、深絞り加工時に前記板材の周端部が前記挟持固定部からそれぞれの前記R部に沿ってそれぞれの前記深絞り空間側に引き込まれる
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の深絞り加工方法。
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