JP2021049536A - プレス成形型およびプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製作や維持等に要するコストを低減できる新たなプレス成形型を提供する。【解決手段】本発明は、複数の固定部（１２）が配列された基台（１）と、プレス成形される板材（Ｗ）に当接してプレス成形品の稜線部の少なくとも一部を形成するフレーム（２１）とフレームを支持すると共に固定部に着脱自在なサポータ（２２）とを有する型ユニット（２）とを備える。複数または多種の型ユニットを組み合わせることにより、基台上にプレス成形品に応じた様々な形態のフレームワークを形成できる。このフレームワークにより、プレス成形品の稜線部が形成される。また本発明のプレス成形型の場合、一部の型ユニットが損傷しても、その型ユニットだけを補修または交換できる。こうして本発明のプレス成形型によれば、プレス成形型の製作や維持に要するコストや期間・工数を大幅に低減できる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、プレス成形型等に関する。

自動車や家電製品などには、多くのプレス成形品が用いられている。例えば、自動車ならボディのアウターパネルやインナーパネル等が代表例である。

プレス成形品は、一般的に、板材（素材）を一対の金型（上型と下型）で加圧成形して製造される。金型は、通常、バルク状の鋼材をプレス成形品に応じた所望形状に直彫り加工等して製作され、さらに試作、試打、調整等を繰り返して、漸く完成する。

このようにプレス成形用の金型の製作・完成には、多くの工数、時間および費用がかかる。しかも、従来の金型は、プレス成形品毎に一品一様な工具であった。そこで、金型の製造コスト等を低減できる提案が、例えば、下記の特許文献でなされている。

特開２０１１−２４５５３４号公報

特許文献１は、プレス成形品のフィレット部に対応して設けたフレームのみで構成したプレス金型を提案している。しかし、そのプレス金型も、結局は、プレス成形品毎に一品一様で製作されていることに変わりない。また、金型が損傷したとき、プレス金型全体として、修理や補修が必要となる。このため、特許文献１のようなプレス金型では、依然として、金型の製作コストの低減等を十分には図れない。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、製作や維持等に要するコストの低減を図れるプレス成形型等の提供を目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、予め用意した型ユニットを組み合わせてプレス成形型を構成することに思い至った。これを発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《プレス成形型》
（１）本発明は、複数の固定部が配列された基台と、プレス成形される板材に当接してプレス成形品の稜線部の少なくとも一部を形成するフレームと該フレームを支持すると共に該固定部に着脱自在なサポータとを有する型ユニットと、を備えるプレス成形型である。

（２）本発明のプレス成形型（単に「成形型」ともいう。）は、型ユニットが基台に対して着脱自在である。このため、型ユニットの基台への固定位置や連結する型ユニットの組み合わせを選択・調整することにより、所望する型形状をフレームワークにより簡便に実現できる。

本発明の成形型の場合、基台や型ユニットを汎用しつつ、多様なプレス成形品の製作に対応できる。また、一部の型ユニットが損傷した場合、その型ユニットだけを補修または交換すればよい。従って、本発明の成形型を用いれば、プレス成形に要するコストや期間を大幅に低減し得る。

《プレス成形方法》
本発明は、プレス成形品の製造方法としても把握できる。すなわち、本発明は、上述したプレス成形型を用いて、板材を成形するプレス成形方法（単に「成形方法」ともいう。）でもよい。

プレス成形型の構成例を説明する斜視図である。 継手部の一例を示す拡大図である。 プレス成形型の一例を示す平面図である。 型ユニットを例示する概要図である。 基台の別例を示す平面図である。 プレス成形型の別例を示す斜視図である。 プレス成形品の一例を示す斜視図である。 下型と上型を例示す平面図である。 下型と上型を用いた逐次成形例を示す説明図である。

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、プレス成形型のみならず、プレス成形方法さらにはそれにより得られたプレス成形品にも適宜該当し得る。方法的な構成要素であっても物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《基台》
（１）固定部
複数の固定部が基台に設けられる。各固定部には、型ユニットのサポータが着脱自在に固定され得る。

固定部は、基台の表面に設けた突起等でもよいし、逆に、基台の表面に設けられた窪みや穴等でもよい。さらに固定部は、サポータに設けた固定具の一方と、着脱自在に嵌合する他方の固定具でもよい。このような固定具として、例えば、配管等の連結に用いられるワンタッチカプラ（ワンタッチジョイント、ワンタッチコネクタ）がある。固定部とサポータのどちらがオス側でもメス側でよい。オス・メスの配置が統一（例えば固定部は全部メス側に統一）されていると、型ユニットの固定作業が容易となる。

固定部とサポータは、着脱自在に嵌合する軸部と穴部でもよい。この場合も、固定部とサポータのどちらが、軸部と穴部でよいが、統一されているとよい。軸部と穴部の間には、固定する高さを決めする段付き等があるとよい。その他、固定部へのサポータの固定は、着脱自在であれば、螺合するボルトとナットによりなされてもよいし、フランジ結合等によりなされてもよい。

固定部とサポータは、型ユニットが基台から安易に落ちたり抜けたりしないような構造を備えるとよい。例えば、上述したワンタッチカプラなら、固定部とサポータの落脱や抜脱が防止される。その他、ロックピンやロックネジ等を固定部とサポータの間に設けてもよい。固定部とサポータが、そのような構造を備えると、本発明の成形型を上型（基台が型ユニットよりも鉛直方向の上側にあるプレス成形型）にも利用し易くなる。また、プレス成形後のワーク（プレス成形品）を取り出す際に、型ユニットの移動等も抑止できる。

基台に設ける固定部の数や配置は、型ユニットのサポータを固定できればよい。通常、基台には複数の固定部が配設される。固定部の配置は、規則的でも不規則的でもよい。規則的な配置として、例えば、碁盤目状配置（隣接する固定部が横方向（Ｘ方向）または縦方向（Ｘ方向）に関して同位置（ＸまたはＹの座標値が同じ位置）にある配置）でも、千鳥状配置（隣接する固定部が横方向または縦方向に関してズレている配置）がある。基台の汎用性を考慮すると、多数の固定部が、型ユニットのサポータ間隔に応じて、規則的に配置されているとよい。

（２）基台
基台自体は、型ユニットを固定できる固定部を配設できる限り、一体でも複数体（分割体）でもよい。従来の金型の一部を基台としてもよい。つまり、基台と型ユニットの組み合わせだけで成形型が構成されてもよいし、別な金型と協働して成形型が構成されてもよい。後者の場合、例えば、摩耗や損傷等を受け易い金型の部位を、交換容易な型ユニットで構成してもよい。その場合、その金型を基台とし、その金型に設けた固定部に型ユニットを着脱自在とすればよい。

基台が複数体からなる場合、例えば、基台はプレス方向に相対移動し得る複数のステージからなってもよい。各ステージが相対移動できると、一発成形に限らず、逐次成形等も可能となり、プレス成形方法の自由度が拡大する。

《型ユニット》
型ユニットは、板材に接触して、その成形に関与するフレームと、フレームを支持して基台に固定するサポータとを備える。

（１）サポータ
サポータは、フレームの形状に応じて、各型ユニット毎に一つ以上設けられる。フレームの形状に依るが、各型ユニット毎にサポータが２つ以上さらには３つ以上設けられると、型ユニットを安定して基台に保持できる。

サポータは、フレームと基台の間に設けられる他、板材の成形を阻害しない範囲で、フレームから分岐した部位（例えばフレームの中央部から分岐した腕）に設けられてもよい。複数のサポータは、基台の固定部の配置に適合した位置に設けられるとよい。

（２）フレーム
フレームは、プレス成形される板材に当接して、プレス成形品の稜線部の少なくとも一部を形成する。例えば、複数の型ユニットの各フレームが連結されて、その稜線部（またはその一部）を形成する型（フレームワーク）となる。

フレームは、プレス成形品の稜線部を形成できる形状であればよい。稜線部は、プレス成形品を構成する異なる構成面間（例えば、水平面と垂直面の間、円筒面と頂面またはフランジ面の間等）の境界にできる隅部または角部である。これら隅部または角部は、通常、丸め面取りされた曲面部（単に「Ｒ部」ともいう。）となっている。

このような稜線部を形成するフレームは、板材に接触する表面（例えば、フレームの一部の表面）の輪郭が曲線状（円弧状、楕円弧状等）であるとよい。フレームは、そのような輪郭（断面）を有しつつ、例えば、直線状または曲線状に延びる棒体となっている。また、フレームは、そのような輪郭（断面）を有しつつ、連続した環体でもよい。環体を構成するフレームは、複数の型ユニットが連結されて構成されてもよいし、一つの型ユニットで構成されてもよい。

（３）継手部
複数の型ユニットを連結して所望形状のフレームワークを構成する場合、各型ユニットは、フレームの少なくとも端部に着脱自在な継手部を有するとよい。継手部により、隣接するフレーム間の連結が容易または確実となる。継手部は、例えば、プレス方向に関して着脱自在であるとよい。さらに継手部は、プレス方向に交差する方向（例えば、垂直な方向や基台の表面に沿う方向）に関して移動が規制されているとよい。これにより、隣接するフレームの連結が安定する。

継手部は、プレス成形を阻害しない形態がよい。例えば、継手部は、連結されるフレーム間内に収容され得るとよい。つまり、継手部が稜線部の形成に関与するフレームの表面から突出しなければよい。逆にいえば、継手部は、フレームの裏側（基台側）に少々突き出てもよい。

《プレス成形型》
本発明の成形型により、上型と下型の少なくとも一方、さらにはそれらの一部が構成されるだけでもよい。例えば、上型と下型の一方が本発明の成形型であり、その他方が従来の金型でもよい。さらには、上述したように、従来の金型の一部のみを本発明の成形型としてもよい。

《プレス成形方法》
本発明の成形型を用いたプレス成形方法は、不変なフレームワークによる一発成形でも多段成形でもよい。また、変化するフレームワークによる多段成形さらには逐次成形でもよい。

基台が複数の相対移動可能なステージからなる場合、各ステージ上に形成したフレームワークも相対移動可能となる。この場合、形態や配置が異なるフレームワーク毎に、稼働順序や稼働量（プレス方向の移動量）を調整すれば、プレス成形品の形態自由度や成形性を高めることができる。例えば、板材を中央域から外周域にかけて、順次塑性変形させる逐次成形も可能となる。これにより、プレス成形品の全体における板厚減少量（率）を調整したり、割れを生じずに深く成形したり、稜線部における最大ひずみを低減したりできる。

プレス成形型の具体的な形態例やそれを用いた具体的なプレス成形例を示しつつ、本発明をさらに詳しく説明する。

《プレス成形型》
一実施例であるプレス成形型Ｓ１（単に「成形型Ｓ１」という。）を構成するベース１（基台）とダイパーツ２（型ユニット）を図１Ａに示した。

なお、説明の便宜上、図中に示した方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という。Ｘ方向：縦方向、Ｙ方向：横方向（左右方向）、Ｚ方向：上下方向ともいう。本実施例では、特に断らない限り、上下方向を鉛直方向とする。本実施例では、代表的な部材または部位について説明し、重複的な符号の表示は省略する。また、既述した部材または部位と同様な部材または部位には、同符号を付して、それらに関する説明等を省略する。

（１）基台と型ユニット
ベース１は、基盤１１と基盤１１上に等間隔に複数配設された有底円筒状（凹状）の突起１２（固定部）を備える。

ダイパーツ２は、断面が略半円形状であるフレーム２１と、フレーム２１に連なりフレーム２１を支持するサポータ２２とを備える。

フレーム２１は、プレス成形品の稜線方向に延びる棒体からなる。フレーム２１の外表面２１ａ（特に、その左側／外側）が素材（板材）と接触してプレス成形品の稜線部を形成する。なお、フレーム２１は、図１Ａに例示した線分状の棒体に限らず、曲線状や円弧状の棒体でも、閉じた環状体等でもよい。つまり、フレーム２１は多種多様であり、プレス成形品に応じて、適切なフレーム２１が選択されて用いられる。この点は、サポータ２２等についても同様である。

サポータ２２は、例えば、フレーム２１の裏側（下側）からプレス方向に突出した脚２２１〜２２３と、フレーム２１の中央から横方向（プレス方向に垂直な内側方向）に延びる腕２３と、腕２３の裏側（下側）からプレス方向に突出した脚２２４とからなる。

各脚２２１〜２２４の下端部は、ベース１の突起１２に嵌入され、各脚２２１〜２２４の下端面が突起１２の内底部に当接する。こうして各脚２２１〜２２４ひいてはフレーム２１は、突起１２を介して、基盤１１の所定位置（座標）に固定される。なお、サポータ２２は、図１Ａに例示した他、フレーム２１の形態に応じて、各脚の配置や数が調整され得る。

ダイパーツ２は、さらに、フレーム２１の両端側（Ｘ方向の端側）に、オス継手２４１とメス継手２４２（両者を合わせて「継手２４」という。）を有する。オス継手２４１は、図１Ｂに示したように、上下方向（Ｚ方向／プレス方向）に突き出た台形状の突起である。メス継手２４２は、オス継手２４１に上下方向から嵌合する形状の窪みからなる。オス継手２４１とメス継手２４２は、上下方向の移動（着脱）を許容するが、縦方向や横方向の移動は拘束する。

（２）成形型
ベース１上に、直線状、曲線状または円弧状をした複数のダイパーツ２を組み合わせて、環状のフレームワークＦ１を形成した場合の成形型Ｓ１を図１Ｃに示した。このようなフレームワークＦ１により、その形状に応じた稜線部が形成される。

フレームワークＦ１を形成する際に用いた各ダイパーツ２を図２Ａに示した。ベース１への各ダイパーツ２の固定（連結）には、例えば、図２Ａに併せて示したワンタッチカプラ３を用いてもよい。具体的にいうと、ベース１の突起１２にオス側であるプラグ３１を取り付け、ダイパーツ２のサポータ２２の脚２２１等にメス側であるソケット３２を取り付ける。これにより、ベース１とダイパーツ２は、プラグ３１とソケット３２により、ワンタッチで着脱自在となる。

ベース１に設ける突起１２の配置は、図１Ａや図１Ｃに示した枡目状（碁盤目状）でもよいし、図２Ｂに示したような千鳥状でもよい。いずれの場合でも、突起１２の間隔や配置と、サポータ２２の脚の間隔や配置とが、整合しているとよい。

《プレス成形》
ベース１上に種々のダイパーツ２を固定して、フレームワークＦ２１とフレームワークＦ２２（両者を合わせて「フレームワークＦ２」という。）を構成した成形型Ｓ２を図３Ａに示した。

その成形型Ｓ２とそれに整合する別な型とを、それぞれ下型と上型として、板材をプレス成形すると、例えば、図３Ｂに示すようなプレス成形品Ｐが得られる。プレス成形品Ｐの各稜線は、フレームワークＦ２１、Ｆ２２によりそれぞれ形成される。

《逐次成形》
ベース１上に複数のダイパーツ２を固定して製作した下型Ｌと上型Ｕを用いて、板材Ｗから円形皿状（盆状）のプレス成形品Ｐ２を逐次成形する場合を図４Ａと図４Ｂに示した。

図４Ａに示すように、下型Ｌは、３重の同心円からなるフレームワークＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有する。下型Ｌを構成するベースは、フレームワークＬ１、Ｌ２、Ｌ３をそれぞれ固定する３つのステージＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３を有する。最外周側にあるステージＬＳ３は不動であるが、ステージＬＳ１とステージＬＳ２は、ステージＬＳ３に対してプレス方向（紙面に垂直な方向／上下方向）に独立して可動である。

上型Ｕは、３重の同心円からなるフレームワークＵ１、Ｕ２、Ｕ３を有する。上型Ｕを構成するベースは、フレームワークＵ１、Ｕ２、Ｕ３をそれぞれ固定する３つのステージＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３を有する。最外周側にあるステージＵＳ３は不動であるが、ステージＵＳ１とステージＵＳ２は、ステージＵＳ３に対してプレス方向（紙面に垂直な方向／上下方向）に独立して可動である。

下型ＬのフレームワークＬ３と上型ＵのフレームワークＵ３は同径であり、板材Ｗを上下から挟持し得る。つまり、これらはブランクホルダとして機能する。一方、下型ＬのフレームワークＬ１、Ｌ２と上型ＵのフレームワークＵ１、Ｕ２は、それぞれが異径であり、板材Ｗに沿って交互に配置される。

下型Ｌと上型Ｕを用いて板材Ｗを逐次成形する過程を、図４Ｂを参照しつつ説明する。先ず、フレームワークＬ１〜Ｌ３の上下位置（Ｚ座標）を揃える。同様に、フレームワークＵ１〜Ｕ３の上下位置（Ｚ座標）も揃える。この状態で、板材Ｗを下型Ｌと上型Ｕで挟持する（ステップ１）。

ステップ２で、板材Ｗの最も中央に位置するフレームワークＬ１だけを所定量だけ上昇（Ｚ方向へ正変位）させる。これにより板材Ｗの中央域が曲げ伸ばしされて、ハット状に変形する。

ステップ３で、フレームワークＬ１を所定量だけ下降（Ｚ方向へ負変位）させると共に、フレームワークＬ１に隣接する外周上側にあるフレームワークＵ１も所定量だけ下降（Ｚ方向へ負変位）させる。これにより板材Ｗの変形域が、中央域から外周域へ拡張される。

ステップ４で、フレームワークＬ１およびフレームワークＵ１を所定量だけ上昇（Ｚ方向へ正変位）させると共に、フレームワークＵ１に隣接する外周下側にあるフレームワークＬ２を所定量だけ上昇（Ｚ方向へ正変位）させる。これにより板材Ｗの変形域がさらに外周域へ拡張される。

ステップ５で、フレームワークＬ１、Ｕ１およびＬ２を所定量だけ下降（Ｚ方向へ負変位）させると共に、フレームワークＬ２に隣接する外周上側にあるフレームワークＵ２を所定量だけ下降（Ｚ方向へ負変位）させる。これにより板材Ｗの変形域が所望する外縁域まで拡張され、プレス成形品Ｐ２が得られる。

このように、板材Ｗを中央域から外周域へ順に曲げ伸ばししつつ成形すると、材料が中央域から外周域へ流動して板厚減少の均一化が図られ、変形量（例えば深さ）を大きくしても、外縁部（稜線部）における割れ等が抑制される。

１ ベース（基台）
１１ 基盤
１２ 突起（固定部）
２ ダイパーツ（型ユニット）
２１ フレーム
２２ サポータ
Ｓ１ プレス成形型
Ｆ１ フレームワーク
Ｗ 板材
Ｐ プレス成形品

Claims (6)

1. 複数の固定部が配列された基台と、
   プレス成形される板材に当接してプレス成形品の稜線部の少なくとも一部を形成するフレームと該フレームを支持すると共に該固定部に着脱自在なサポータとを有する型ユニットと、
   を備えるプレス成形型。
2. 前記型ユニットは、前記フレームの端部に着脱自在な継手部を有する請求項１に記載のプレス成形型。
3. 前記継手部は、プレス方向に関して着脱自在であり、連結される前記フレーム間内に収容され得る請求項２に記載のプレス成形型。
4. 前記基台は、プレス方向に相対移動し得る複数のステージからなる請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形型。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形型を用いて、板材を成形するプレス成形方法。
6. 請求項４に記載のプレス成形型を用いて、板材の中央域から外周域へ逐次成形するプレス成形方法。

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