JP2021053644A - 部品の製造方法、及びプレス装置 - Google Patents

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、及びプレス装置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４０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、下型２０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２２が設けられるとともに、エンボス成形部２２の底面部２３には４０パンチに向けて盛り上がるように形成された膨出部３０が設けられているものであり、厚板Ｗをパンチ４０により押し出して突出部Ｐｃを形成する押出成形工程を含むことを特徴とする部品の製造方法。【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、及びプレス装置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。

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さらに検討したところ、下型の形状を工夫することで、突出部を形成する部分（エンボス成形部）に効率的に成形材料（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、パンチからの押込みだけでなく、上方に向けて膨出した形状を下型に設定することで、下面側からも材料の流動を促して、エンボス成形部（突出部を形成する部分）に必要量の材料を充填して、突出部の形状を安定させることができるとの知見が得られた。

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、前記下型には、前記突出部を形成するための凹状の部分とされたエンボス成形部が設けられるとともに、前記エンボス成形部の底面部には前記パンチに向けて盛り上がるように形成された膨出部が設けられているものであり、前記厚板を前記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を含む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、エンボス成形部に材料を効率的に流動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。

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、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、工程数を低減させることができる。

ここで、本発明の発明者らがさらに鋭意検討したところ、エンボス成形部の膨出部から底面部に向けて傾斜する部分を設けることで、より効率的にエンボス成形部の隅（底面部の隅）に向けて材料を押し込むことができるとの知見が得られた。

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では、プレス装置の前記エンボス成形部には、前記膨出部から前記底面部に向けて傾斜する傾斜部が設けられていることを特徴とするものである。

上述の構成によれば、より効率的にエンボス成形部の隅（底面部の隅）に向けて材料を押し込むことができる。

また、本発明の発明者らは、より適切な傾斜部の角度を検討した。その結果、傾斜部の傾斜角度がパンチの軸線に対して４５度以上の角度（傾斜部が水平に近づく角度）となると、材料がエンボス成形部の縦壁に向けた押出効果がやや低減し（材料が流れ難くなる）、４５度以下の角度であるとエンボス成形部の縦壁に向けて材料を押し出す効果が高いことが判明した。

そのため、本発明の部品の製造方法では、プレス装置の前記エンボス成形部には、前記膨出部の上方面から前記底面部に向けて傾斜する傾斜部が設けられており、前記傾斜部の傾斜角度が、前記パンチの軸線に対して４５度以下の角度をなしているものであるとよい。

上述の構成によれば、より効果的にエンボス成形部の縦壁部に向けて材料を効率的に充填することができる。

さらに、本発明の発明者らは、膨出部の高さと材料の押込み効果について検討した。その結果、膨出部を高くするほど材料の押込み効果が必ずしも高くなるとは限らず、膨出部の高さをエンボス成形部の深さの半分以下とすると、材料の流動がスムーズに行われるとの知見が得られた。

そのため、本発明の部品の製造方法では、プレス装置の前記膨出部の高さが、前記エンボス成形部の深さの半分以下であるとよい。

上述の構成によれば、より効果的にエンボス成形部の形状に沿って、スムーズに材料を流動させることができる。

本発明のプレス装置は、下型とパンチとを有し、厚板を押し出し加工して突出部を形成するプレス装置であって、前記下型が、前記突出部を形成するための凹状の部分とされたエンボス成形部と、前記エンボス成形部の底面部に設けられ、前記パンチに向けて盛り上がるように形成された膨出部とを有することを特徴とするものである。

本発明のプレス装置によれば、エンボス成形部の周部に向けて、材料を効率的に流動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。

このように、本発明のプレス装置によれば、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、本発明のプレス装置によれば、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、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、工程数を低減させることができる。

本発明の部品の製造方法、及びプレス装置によれば、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係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のプレス装置の下型及びパンチを示す図である。 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、及び予備押し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。図１は、本発明の実施形態に係るプレス装置１０である。また、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４０、下型２０、及び押さえ部材１２を備えている。

なお、以下の説明において、パンチ４０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。

パンチ４０は、突出部Ｐｃを形成する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、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３（ａ）に示すとおり、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。

図１及び図３（ａ）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、図３（ｂ）に示すとおり、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。

図３（ａ）に示すとおり、エンボス成形部２２の底面部２３にはパンチ４０に向けて盛り上がるように形成された段差部３０（膨出部）が設けられている。

図３（ａ）に示すとおり、段差部３０は、エンボス成形部２２の底面部２３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３２が形成されている。なお、図３（ｂ）に示すとおり、段差部３０の高さＤ７は、エンボス成形部２２の深さＤ４（突出部Ｐｃの高さに相当）に対して、半分以下の高さ（本変形例では深さＤ４の半分の２．０ｍｍ）とされている。これにより、プレス装置１０は、押出成形工程において、エンボス成形部２２内に効率的に材料を押し込むことができる。

また、図３（ｂ）に示すとおり、段差部３０の上方面３２と底面部２３との間には、底面部２３に向けて傾斜する面として傾斜部３４が設けられている。傾斜部３４の傾斜角度θは、パンチ４０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３４の傾斜角度θ（パンチ４０の軸線Ｌに対する角度）は、概ね４５度とされている。これにより、プレス装置１０は、押出成形工程において、材料を縦壁部２５に向けて押し込み、縦壁部２５近傍にスキができることを抑制することができる。

下型２０を用いて押出成形を行うと、パンチ４０の押込みによる材料流動に加え、下型２０に形成された段差部３０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４（ａ）及び図４（ｂ）に示すとおり、ワークＷがパンチ４０により下型２０に押し付けられると、パンチ４０の座面４２と段差部３０の上方面３２との間に挟まれた材料が、傾斜部３４に沿ってエンボス成形部２２の隅部２６に向かって（エンボス成形部２２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２２の角部２４や縦壁部２５、隅部２６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。

図５（ａ）に示すとおり、パンチ４０によりワークＷを押し出す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、小径のパンチ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、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、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＞
なお、本発明の部品の製造方法では、上述した下型２０を用いて厚板の押出成形を行うことに加え、以下に説明する予備押し工程を行うものとしてもよい。さらに、以下の予備押し工程は、部品ＰのＣ面Ｐｅを形成する工程を兼ねて行うことができる。

以下に説明する変形例では、予備押しを行うパンチとして、予備押し用パンチ５０が用いられる。図７は、予備押し工程を行う場合を示す図である。予備押し用パンチ５０で予備押しを行い、その後にパンチ４０を用いて先に説明した押出成形工程（突出部Ｐｃを成形する工程、図４参照）を行うことができる。

図７に示すとおり、予備押し用パンチ５０には、ワークＷを略直交するように押圧する座面５２が形成されている。また、予備押し用パンチ５０には、面取り部分とされたＣ面形成部５４が、座面５２を取り囲むように設けられている。Ｃ面形成部５４は、部品ＰのＣ面Ｐｅを形成するためのものである。

ここで、予備押し用パンチ５０及びパンチ４０の径方向の大きさの関係について説明する。予備押し用パンチ５０の外径Ｄ５（本実施形態では１４．０ｍｍ）は、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、予備押し用パンチ５０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予備押し用パンチ５０の外径Ｄ５が設定されている。

そのため、予備押し用パンチ５０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（予備押し用パンチ５０）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。

＜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（予備押し用パンチ５０）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、予備押し用パンチ５０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７（ａ）、及び図７（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、予備押し用パンチ５０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７（ｂ）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。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）を備える予備押し用パンチ５０の座面５２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、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、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７（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。

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。

なお、上述の変形例では、予備押し工程を押出成形工程の前に行うこととした例を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、厚板にＣ面を形成する工程は、押出成形工程の後に行うものとしてもよい。

本発明は、厚板を押出成形するプレス装置、及び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
２０ 下型
２２ エンボス成形部
２３ 底面部
２４ 角部
２５ 縦壁部
３０ 段差部（膨出部）
３２ 上方面
３４ 傾斜部
４０ パンチ
４２ 座面
Ｄ４ 高さ
Ｄ７ 高さ
Ｌ 軸線
Ｐ 部品
Ｐｃ 突出部
Ｗ ワーク（厚板）
Ｘ 押圧方向
θ 傾斜角度

Claims (2)

1. 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、
   前記下型には、前記突出部を形成するための凹状の部分とされたエンボス成形部が設けられるとともに、前記エンボス成形部の底面部には前記パンチに向けて盛り上がるように形成された膨出部が設けられているものであり、
   前記厚板を前記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を含むことを特徴とする部品の製造方法。
2. 下型とパンチとを有し、厚板を押し出し加工して突出部を形成するプレス装置であって、
   前記下型が、
   前記突出部を形成するための凹状の部分とされたエンボス成形部と、
   前記エンボス成形部の底面部に設けられ、前記パンチに向けて盛り上がるように形成された膨出部とを有することを特徴とするプレス装置。

Images