JP2021053643A

JP2021053643A - 部品の製造方法

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Publication number: JP2021053643A
Application number: JP2019176143A
Authority: JP
Inventors: 秀剛廣澤; Shugo Hirozawa; 拓磨恒吉; Takuma Tsuneyoshi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP7348790B2

Abstract

【課題】本発明は、突出部の肉厚を安定して成形することができる部品の製造方法の提供を目的とした。【解決手段】本発明の部品の製造方法は、下型２０とパンチ１３とを有するプレス装置１０を用いた押込成形により、厚板Ｗに突出部Ｐｃが形成された部品Ｐの製造方法であって、厚板Ｗを第一のパンチ３０により予備押しする予備押し工程と、予備押し工程の後に、厚板Ｗを第二のパンチ４０により押し出して突出部Ｐｃを形成する押出成形工程とを含み、第一のパンチ３０の外径Ｄ５が、第二のパンチ４０の外径Ｄ６よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、プレス装置を用いて金属製の板材に突出部を形成する加工方法に関する。

従来、金属製の板状部材に雌ねじ部を形成する場合、ねじ孔の深さを大きくしてねじの嵌め込みをより強固にすることを目的として、板材に突出部を形成して突出部の内側にねじ孔を形成することが行われている。また、薄板に突出部を形成する加工方法として、バーリング加工が行われている。例えば、下記特許文献１には、薄板にバーリング加工で円筒形の立ち上げ部を形成する薄板バーリング加工方法が開示されている。

特許文献１の薄板バーリング加工方法では、加工対象部位にあらかじめ潰し加工を行い、潰し加工を行った後に突き出し加工を行うことで、薄板であっても十分なバーリング高さを得ることができるとされている。

特開２０１３−１２６６７３号公報

ところで、特に強度が必要な部位に用いられる部品では、厚板（厚さ３．０ｍｍ以上の鋼板など）を加工してねじ孔を形成した部品が用いられる場合がある。このような厚板では、材料の変形抵抗が大きくなるためバーリング加工を行うことが困難となる。そのため、厚板部品では、プレス装置を用いたエンボス成形（押込成形）により部分的に厚板を突出させて突出部を形成した後にタップ加工を行い、ねじ孔を形成する場合がある。

しかしながら、厚板にエンボス成形を行う場合、変形抵抗が大きくなるなどの要因により、厚板にパンチを一度押し込むだけではパンチが振れてしまい、一度の押出加工で一定肉厚の押出形状を得ることが困難である。また、厚板にエンボス成形を行う場合、エンボス成形部に必要量の材料を押し込むために、押込量や加工力などが増加するといった問題がある。

その一方、パンチ径を小さくして変形抵抗を小さくすると、材料の絶対的な押込み体積が減少してエンボス成形部（部品の突出部を形成する部分）に必要量の材料を充填することが困難となる。そのため、成形後の部品において特に強度が必要となる突出部の根元部分に材料が十分に充填されない、あるいは突出部全体に肉がうまく流動せず、突出部の径や厚みにバラツキが生じるといった問題がある。このように、厚板を押出加工（エンボス出し）にて成形する場合、厚板とパンチ径の関係により必要な形状まで押し出すことが困難であった。

また、厚板の表面を部分的に切削するなどの手段により突出部を形成する、あるいはプレス装置により何度もプレスを行うなどの手段により突出部を形成すると仮定すると、一定の肉厚を得ることができる可能性がある一方、工程や加工コストが増加するといった問題が生じる。

このように、厚板により成形される部品では、突出部（タップ部）を形成する際に、突出部を安定して押出加工し、突出部の肉厚を安定して確保することが課題となっていた。

そこで本発明は、突出部の肉厚を安定して成形することができる部品の製造方法の提供を目的とした。

ここで、従来では、プレス加工により突出部の内側をタップの下穴（凹部）として完成させ、当該下穴（凹部）にドリルを挿入してタップ加工が行われていた。しかしながら、プレス工程内の位置精度や孔径精度、さらにプレス加工で得られた突出部の肉厚が一定でないなどの要因によりドリルが傾き工具寿命に影響するなどの課題があった。

ここで、本発明の発明者らは、上述の課題を解決するための方策を検討した。具体的には、プレス加工によりタップ下孔よりもひとまわり小径の穴部（突出部）を形成して、その後切削加工により突出部を貫通させてタップの下孔を形成し、さらにその後下孔にタップ加工を行うことを検討した。このようにすれば、切削加工により安定した孔径を得ることができる。

しかしながら、上述のとおり、厚板の押し出しは押し込むパンチと受ける下型との位置関係や相対的な大きさで決まってしまうため、パンチ径が小径になるほど材料の押込量が少なくなり、成形に不利となる。

本発明の発明者らは、小径のパンチでプレスしてエンボス成形部に安定して材料を押し込むことができる方法についてさらに鋭意検討した。その結果、押出成形時のパンチよりもひとまわり大きい径のパンチを用いて予備押しを行うと、突出部を形成する部分（エンボス成形部）に効率的に材料（肉）を流動させることができるとの知見が得られた。具体的には、押出成形時のパンチより大径のパンチを用いて、一度材料に塑性流動を発生させる事で、その後小径のパンチにて成形した際に、より多くの増肉押出しを実現することができるとの知見が得られた。

さらに詳細に説明すると、押出成形時のパンチよりも大きい径のパンチを用いて予備押しを行うと、エンボス成形部の開口縁部に成形材料が馴染むように曲げ癖がつき、開口縁部に成形材料が馴染んだ状態で押出成形を行うことができる。すなわち、厚板の下型への馴染みのきっかけを生成して、部品の突出部の根元に十分な材料を押込んで成形することができる。

これにより、押出成形時に、エンボス成形部の開口縁部（部品の突出部の根元）のスキや、パンチ側面（突出部の内周面）のスキ、あるいはエンボス成型部の隅部（部品の突出部の先端部）のスキを低減させることができる。その結果、部品の肉厚の偏り、あるいは突出部の根元や先端部の肉厚不足を低減して、部品の強度低下の懸念を低減させることができる。

上述の知見に基づき提供される本発明の部品の製造方法は、下型とパンチとを有するプレス装置を用いた押込成形により、厚板に突出部が形成された部品の製造方法であって、前記厚板を第一のパンチにより予備押しする予備押し工程と、前記予備押し工程の後に、前記厚板を第二のパンチにより押し出して前記突出部を形成する押出成形工程とを含み、前記第一のパンチの外径が、前記第二のパンチの外径よりも大きいことを特徴とするものである。

本発明の部品の製造方法によれば、押出成形時に、エンボス成形部の開口縁部（部品の突出部の根元）のスキや、パンチ側面（突出部の内周面）のスキ、あるいはエンボス成型部の隅部（部品の突出部の先端部）のスキを低減させることができる。その結果、切削加工等による取代を確保してねじ孔を加工することが可能となり、部品の肉厚の偏り、あるいは突出部の根元や先端部の肉厚不足を低減して、部品の強度低下の懸念を低減させることができる。

このように、本発明の部品の製造方法によれば、多くの体積の成形材料をエンボス成形部に押し出して突出部の形状を安定させ、タップ下孔の形成時やタップ加工時の取代を確保し、部品の品質を安定させることができる。

また、本発明の部品の製造方法によれば、エンボス成形部に材料を押し出すために何度も押出成形工程を行うことなく、予備押し工程と一度の押出成形工程により、材料の加工を行うことができ、工程数をさほど増加させることを要さない。さらに、本発明の部品の製造方法によれば、押出成形工程において、パンチのストローク量や加工力を低減することができる。

また、本発明の部品の製造方法は、前記第一のパンチの端部には、前記第一のパンチの面取り部とされたＣ面形成部が設けられており、前記予備押し工程において、前記部品にＣ面が形成されるものであるとよい。

上述の構成によれば、Ｃ面を形成する工程を兼ねて予備押し工程を行うことができる。その結果、本発明の部品の製造方法によれば、別途Ｃ面を形成する工程を設けることを要さず、工程の簡素化を図ることができる。

さらに、本発明の部品の製造方法は、前記押出成形工程により、前記部品には押出方向に突出する前記突出部が形成されるとともに、前記突出部の内側には穴部が形成されるものであり、前記第一のパンチの端部には、前記第一のパンチの面取り部とされたＣ面形成部が設けられており、前記予備押し工程において前記穴部の開口縁となる部分にＣ面が形成されるものであり、前記第一のパンチの外径が、前記穴部のＣ面が含まれる大きさとされていることが望ましい。

上述の構成によれば、予備押し工程において、エンボス成形部の開口縁に成形材料を効率的に馴染ませることができる。

本発明の部品の製造方法によれば、突出部の肉厚を安定して形成することができる。

本発明の実施形態において用いられるプレス装置の模式図である。本発明の製造方法により製造された部品の一例を示す図である。図１のプレス装置を用いて行われる予備押し工程を示す図である。図１のプレス装置を用いて行われる押出成形工程を示す図である。押出成形後に行われるタップ加工を示す図である。図１のプレス装置のエンボス成形部の要部を示す図である。図１のプレス装置の変形例を示す図である。図７のプレス装置により行われる押出成形工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の部品の製造方法では、図１に示すプレス装置１０が用いられる。

本実施形態では、部品Ｐとして、車両のリアサスプレートを製造する方法を具体例として説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すとおり、部品Ｐは、厚板の鋼板材（本実施形態では８．０ｍｍ）に突出部Ｐｃが形成された部品であり、一方の面から他方の面に貫通するように、ねじ孔Ｐｂが形成されている。

なお、本発明の部品の製造方法及びプレス装置は、部品としてリアサスプレートを製造するものに限定されず、厚板に突出部が形成された部品に対して幅広く適用することができる。

なお、本明細書において「厚板」とは、鋼板など金属素材が板状に形成されたものであって、厚みが３．０ｍｍ以上のものである。

図２（ｂ）に示すとおり、部品Ｐは、厚みＤ１（本実施形態では８．０ｍｍ）の鋼板材（以下、単に「厚板」、又は「ワークＷ」と記載して説明する場合がある）を加工して製造されている。また、図２（ｃ）に示すとおり、完成品とされた部品Ｐのねじ孔Ｐｂは、内径Ｄ３（本実施形態では１０．８ｍｍ）とされている。

図２（ａ）に示すとおり、部品Ｐは、板状の部分とされた板状部Ｐａに突出部Ｐｃが形成されている。図２（ｂ）に示すとおり、突出部Ｐｃは、部品Ｐの表裏をなす面のうち一方の面に形成されている。

図２（ｃ）に示すとおり、突出部Ｐｃは、板状部Ｐａから所定の高さＤ４（本実施形態では４．０ｍｍ）を備えている。突出部Ｐｃの内周面には、ねじ孔Ｐｂが形成されている。さらに、突出部Ｐｃが形成された側とは反対側の面であって、ねじ孔Ｐｂの開口縁となる部分には、面取り部分とされたＣ面Ｐｅが形成されている。

なお、以下の説明において、部品Ｐ又はワークＷにおいて、Ｃ面Ｐｅが形成される側の面を、「上方面Ｆ１」と記載して説明する場合がある。また、上方面Ｆ１とは反対側の面（突出部Ｐｃが形成される側の面）を、「下方面Ｆ２」又は「突出部形成面Ｆ２」と記載して説明する場合がある。

プレス装置１０は、鋼板材などのワークＷ（成型材料）に対して、押出成形やせん断加工等のプレス加工を行うためのものである。

プレス装置１０は、図示を省略したスライダ、シリンダ、ガイドポスト等の構成を有している。また、図１に示すとおり、プレス装置１０は、パンチ１３、下型２０、及び押さえ部材１２を備えている。プレス装置１０には、パンチ１３として、第一パンチ３０（第一のパンチ）及び第二パンチ４０（第二のパンチ）が設けられている。

なお、以下の説明において、第一パンチ３０及び第二パンチ４０を総称して、単に「パンチ１３」と記載して説明する場合がある。また、パンチ１３のストローク方向（押圧方向）を、単に「押圧方向Ｘ」と記載して説明する場合がある。

図１に示すとおり、下型２０には、部品Ｐの突出部Ｐｃを形成するためのエンボス成形部２２が設けられている。エンボス成形部２２は、下型２０の凹状部分として形成されている。

図３（ａ）に示すとおり、エンボス成形部２２の内径は、突出部Ｐｃの外径Ｄ２の大きさに相当する大きさ（内径Ｄ２、本実施形態では１６．０ｍｍ）とされている。また、エンボス成形部２２は、突出部Ｐｃの高さＤ４に相当する深さＤ４（本実施形態では４．０ｍｍ）を備えている。エンボス成形部２２の開口縁（角部２４）は、Ｒ加工されている。なお、以下の説明では、エンボス成形部２２の内周面を「縦壁部２５」と、底面となる部分を「底面部２３」と記載して説明する場合がある。

第一パンチ３０（第一のパンチ）は、予備押し工程を行うために設けられている。図３（ａ）に示すとおり、第一パンチ３０には、ワークＷを略直交するように押圧する座面３２が形成されている。また、第一パンチ３０には、面取り部分とされたＣ面形成部３４が、座面３２を取り囲むように設けられている。Ｃ面形成部３４は、部品ＰのＣ面Ｐｅを形成するために設けられている。

第二パンチ４０（第二のパンチ）は、押出成形工程を行うために設けられている。より具体的には、第二パンチ４０は、ワークＷをエンボス成形部２２に押し込んで、ワークＷに突出部Ｐｃを形成するために設けられている。図４（ａ）に示すとおり、第二パンチ４０は、ワークＷの厚み（８．０ｍｍ）よりも大きい外径Ｄ６（本実施形態では９．８ｍｍ）とされている。

ここで、第一パンチ３０及び第二パンチ４０の径方向の大きさの関係について説明する。第一パンチ３０の外径Ｄ５（本実施形態では１４．０ｍｍ）は、第二パンチ４０の外径Ｄ６（本実施形態では９．８ｍｍ）よりも大きいものとされている（Ｄ５＞Ｄ６）。また、第一パンチ３０の外径Ｄ５は、部品Ｐに形成されたＣ面Ｐｅの外径を含む大きさ（ねじ孔Ｐｂの大きさ＋面取り部（Ｃ面）の大きさ）であり、かつエンボス成形部２２の内径Ｄ２（本実施形態は１６．０ｍｍ）よりも小さい。より具体的に説明すると、部品Ｐの完成時の孔径（内径Ｄ３）を目標寸法として、これに対するタップ下孔やタップ加工の取代を考慮した大きさとして第二パンチ４０の外径Ｄ６が設定されており、Ｃ面Ｐｅの形成を考慮した径として第一パンチ３０の外径Ｄ５が設定されている。

そのため、第一パンチ３０によりワークＷを押圧して予備押しを行うと、エンボス成形部２２の開口縁（角部２４）に材料（ワークＷ）が引っ掛かるように曲げ癖が付いて角部２４に材料が馴染む。すなわち、本加工（押出成形工程）の前に大径のパンチ（第一パンチ３０）を用いて一度材料に塑性流動を発生させる（予備押し）ことができる。これにより、後に行われる押出成形工程において、予備押しを行わない場合と比較して、多くの体積の材料をエンボス成形部２２に押し出すことができる。

続いて、プレス装置１０を用いて行う予備押し工程、及び押出成形工程について説明する。

＜予備押し工程＞
予備押し工程では、タップ加工時に必要となるワークＷのＣ面Ｐｅの形成を事前に行い、その際のパンチ（第一パンチ３０）の径を大径化することで、材料（ワークＷ）の下型２０への馴染みきっかけを生成する。

予備押し工程では、プレス装置１０の加工位置に配置され、押さえ部材１２に保持されたワークＷを、第一パンチ３０により所定量押圧することにより行われる。具体的には、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すとおり、下型２０と押さえ部材１２との間に挟持されて位置決めされたワークＷに対して、第一パンチ３０を所定距離分（ワークＷにＣ面Ｐｅが形成される程度のストローク量）ストロークさせて押し付ける。

これにより、ワークＷにＣ面Ｐｅとなる部分が形成されるとともに（図４（ａ）参照）、ワークＷの下方面Ｆ２（突出部形成面Ｆ２）が角部２４と馴染むように押圧される（図６（ａ）参照）。すなわち、ワークＷの上方面Ｆ１を面積の大きい（エンボス成形部２２の開口領域の面積に近い大きさの面積）を備える第一パンチ３０の座面３２で押圧することにより、ワークＷの下方面Ｆ２が角部２４と効率的に接触して、ワークＷに塑性流動性を発生させることができる。

＜押出成形工程＞
予備押し工程の後、押出成形工程が行われる。図４（ｂ）に示すとおり、押出成形工程では、第二パンチ４０を下方にストロークさせて、ワークＷをエンボス成形部２２の形状に沿うように押出成形する。上述のとおり、予備押し工程において、ワークＷは角部２４と馴染んだ状態となっているため（図６（ａ）参照）、押出成形工程においてワークＷの押出加工を行うと、エンボス成形部２２の隅部２６に向けて効率的に材料が流動する（図６（ｂ）参照）。その結果、角部２４近傍に材料が充填されないといった問題や、縦壁部２５に十分に材料が押し込まれないといった問題の発生を抑制することができる。

図５（ａ）に示すとおり、押出成形工程により、ワークＷ（厚板）には突出部Ｐｃが形成されるとともに、突出部Ｐｃの内側には穴部Ｐｆが形成される。押出成形工程の後、ワークＷのタップ加工が行われる。具体的には、マシニングセンタなどの工作機械を用いて穴部Ｐｆを貫通させ、その後タップ加工によりねじ孔Ｐｂを形成する加工が行われる。これらの工程を経て、図５（ｂ）に示すとおり、突出部Ｐｃの内周面に内径Ｄ３のねじ孔Ｐｂが形成される。

このように、本発明の部品の製造方法によれば、予備押し工程により材料の下型２０への馴染みきっかけを生成した材料（ワークＷ）を、本来狙ったパンチ径（第二パンチ４０の外径）にて二次加工（押出加工）する事で、適切な下型馴染みを獲る事ができる。また、本発明の部品の製造方法によれば、押出成形時のストローク量や加工圧を減少させる事ができる。

このように、本発明の部品の製造方法によれば、小径の第二パンチ４０であっても多くの体積の材料をエンボス成形部２２に押し出して突出部Ｐｃの形状を安定させ、タップ下孔の形成時（穴部Ｐｆを貫通させる際）やタップ加工時の取代を確保し、部品Ｐの品質を安定させることができる。

また、本発明の部品の製造方法によれば、エンボス成形部２２に材料を押し出すために何度も押出成形工程を行うことなく、予備押し工程と一度の押出成形工程により、材料の加工を行うことができ、工程数をさほど増加させることを要さない。

上述の工程を経て、図２に示すような部品Ｐが製造される。このように、本発明の製造方法によれば、厚板の表面を切削して突出部を削り出すなどの加工を行うことなく、プレス加工によりねじ孔Ｐｂの突出部Ｐｃ（立ち上がり部）を形成することができる。また、Ｃ面Ｐｅを形成する工程を予備押し工程として、ワークＷを押出成形工程において効率的に加工することができる。その結果、過剰に多くの工程を要さず、効率的に部品Ｐの突出部Ｐｃを形成することができる。さらに、突出部Ｐｃの根元の部分（首元Ｐｄ）や先端部分に材料が十分に充填されず、部品Ｐの強度が低下する等の問題発生を抑制することができる。

＜変形例＞
次いで、本発明の変形例について説明する。本発明の部品の製造方法では、下型２０に換えて、以下に説明する下型５０を用いることができる。

図７（ａ）に示すとおり、下型５０には、突出部Ｐｃを形成するための凹状の部分とされたエンボス成形部５２が設けられている。また、エンボス成形部５２の底面部５３にはパンチ１３に向けて盛り上がるように形成された段差部６０（膨出部）が設けられている。

図７（ａ）に示すとおり、段差部６０は、エンボス成形部５２の底面部５３の略中央に設けられており、平面視において略円形の上方面６２が形成されている。なお、図７（ｂ）に示すとおり、段差部６０の高さＤ７は、エンボス成形部５２の深さＤ４（突出部Ｐｃの高さに相当）に対して、半分以下の距離（本変形例では深さＤ４の半分の２．０ｍｍ）とされている。

また、図７（ｂ）に示すとおり、段差部６０の上方面６２と底面部５３との間には、底面部５３に向けて傾斜する面として傾斜部６４が設けられている。傾斜部６４の傾斜角度θは、パンチ１３の軸線Ｌに対して角度をなしている。本変形例では、傾斜部６４の傾斜角度θ（パンチ１３の軸線Ｌに対する角度）は、概ね４５度とされている。

下型５０を用いて押出成形を行うと、第二パンチ４０の押込みによる材料流動に加え、下型５０に形成された段差部６０の形状により、材料の流動を促すことができる。その結果、より効率的に突出部Ｐｃの増肉を実現することができる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すとおり、ワークＷが第二パンチ４０により下型５０に押し付けられると、第二パンチ４０の座面４２と段差部６０の上方面６２との間に挟まれた材料が、傾斜部６４に沿ってエンボス成形部５２の隅部５６に向かって（エンボス成形部５２の径方向外側に向かって）押し込まれる。これにより、エンボス成形部５２の角部５４や縦壁部５５、隅部５６などに向けて材料が充填され、部品Ｐの突出部Ｐｃの肉厚の偏りを低減することができる。

上述のとおり、従来では厚板を押込み加工（エンボス出し）にて成形する場合、厚板とパンチ径の関係により必要な形状まで押し出すことが困難であったところ、本発明の製造方法によれば、過度な工程の増加を要さず、厚板を必要な形状まで押し出すことができる。

その結果、本発明の部品の製造方法によれば、エンボス成形部２２の周部に向けて、材料を効率的に流動させて部品の突出部を成形し、突出部の肉厚の偏り、あるいは突出部の根元や先端部の肉厚不足を低減して、部品の強度低下の懸念を低減させることができる。

本発明は、厚板をプレス装置により押出成形して部品を製造する方法として、好適に採用することができる。

１０プレス装置
１３パンチ
２０下型
２２エンボス成形部
２３底面部
２４角部
３０第一パンチ（第一のパンチ）
４０第二パンチ（第二のパンチ）
５０下型
５２エンボス成形部
５３底面部
Ｄ５外径
Ｄ６外径
Ｐ部品
Ｐｃ突出部
Ｗワーク（厚板）

Claims

下型とパンチとを有するプレス装置を用いた押込成形により、厚板に突出部が形成された部品の製造方法であって、
前記厚板を第一のパンチにより予備押しする予備押し工程と、
前記予備押し工程の後に、前記厚板を第二のパンチにより押し出して前記突出部を形成する押出成形工程とを含み、前記第一のパンチの外径が、前記第二のパンチの外径よりも大きいことを特徴とする部品の製造方法。