JP2021130127A

JP2021130127A - プレス加工方法

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Publication number: JP2021130127A
Application number: JP2020027429A
Authority: JP
Inventors: 浩一横田; Koichi Yokota; 慎也下川; Shinya Shimokawa
Original assignee: Matsumoto Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Matsumoto Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: CN114269487A; EP4108356A1; US20230079039A1; JP6792302B1; WO2021166406A1; EP4108356A4

Abstract

【課題】延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができるプレス加工方法を提供する。【解決手段】本実施形態に係るプレス加工方法は、延性材料である被加工材（１）に対してプレス部材（３）が第１の荷重を印加することによって、被加工材（１）の弾性域内において予荷重を与え、その後、被加工材（１）に対してプレス部材（３）が第１の荷重を上回る第２の荷重を印加することによって、被加工材（１）に穿孔部（２）を設けることを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、プレス加工方法に関する。

従来、この種のプレス加工方法としては、例えば、特許文献１に示すように、被加工材に対してパンチにより穿孔部を形成する方法が知られている。特許文献１には、被加工材の一部を削除して薄肉部を形成した後、プレス部材により前述の薄肉部に穿孔部を形成するプレス加工方法が開示されている。

特開平１１−１４７１４２号公報

しかしながら、特許文献１のプレス加工方法は、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成するという観点において、未だ改善の余地がある。

従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができるプレス加工方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るプレス加工方法は、
延性材料である被加工材に対してプレス部材が第１の荷重を印加することによって、被加工材の弾性域内において予荷重を与え、その後、被加工材に対してプレス部材が第１の荷重を上回る第２の荷重を印加することによって、被加工材に穿孔部を設ける工程を含む。

本発明に係るプレス加工方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

本発明の実施形態に係るプレス加工方法により形成された複数の穿孔部を有するパイプを示す概略斜視図本発明の実施形態に係るプレス加工方法を示すフローチャート本発明の実施形態に係るプレス加工方法の一工程を示す概略断面図図３Ａの一部拡大断面図図３Ａに続く工程を示す断面図本発明の実施形態に係るプレス加工方法における、加工時間と加工荷重との関係の一例を示すグラフ本発明の実施形態に係るプレス加工方法により穿孔部が形成されたパイプを示す断面図図６の一部拡大断面図図７に示す穿孔部を介してオイルが吐出される様子を示す断面図本発明の実施形態に係るプレス加工方法により形成された穿孔部を介してオイルが吐出される様子を示す断面図

本実施形態に係るプレス加工方法は、
延性材料である被加工材に対してプレス部材が第１の荷重を印加することによって、被加工材の弾性域内において予荷重を与え、その後、被加工材に対してプレス部材が第１の荷重を上回る第２の荷重を印加することによって、被加工材に穿孔部を設ける工程を含む。

この方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

なお、前記第１の荷重を印加することによって、前記被加工材の前記弾性域の上限近傍まで前記予荷重を与えてもよい。この方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより一層高精度に形成することができる。

また、前記第１の荷重を印加した後、連続的に前記第２の荷重を印加してもよい。この方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成するとともに、加工時間をより短縮することができる。

また、前記第１の荷重を印加した後、一旦停止し、その後、前記第２の荷重を印加してもよい。この方法によれば、プレス部材による第１及び第２の荷重の印加速度の調整を特に意識することなく、被加工材に対してより確実に被加工材の弾性域内で予荷重を与えることができる。

また、前記被加工材が金属製のパイプであってもよい。この場合であっても、前記方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

また、前記第１の荷重及び前記第２の荷重は、前記パイプの内部が中空の状態で印加されてもよい。この場合であっても、前記方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。すなわち、穿孔部を形成する際に、パイプの内部にマンドレルなどを挿入する必要がない。

また、前記パイプの内径が５ｍｍ以下であってもよい。この場合であっても、前記方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

また、前記穿孔部の直径が１．５ｍｍ以下であってもよい。この場合であっても、前記方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

また、前記プレス部材は、前記被加工材に対して第１の速度で移動することによって、前記第１の荷重を印加し、その後、前記第１の速度を上回る第２の速度で移動することによって、前記第２の荷重を印加してもよい。すなわち、プレス部材の速度を変えることで第１及び第２の荷重を印加するようにしてもよい。この場合であっても、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

また、前記第２の速度は、１０００ｍｍ／秒以上であってもよい。この方法によれば、延性材料である被加工材に対して穿孔部をより高精度に形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

《実施形態》
図１は、本実施形態に係るプレス加工方法により形成された複数の穿孔部を有するパイプを示す概略斜視図である。

パイプ１は、延性材料である被加工材の一例である。パイプ１は、例えば、鋼製のパイプである。パイプ１には、複数の穿孔部２が形成されている。本実施形態において、パイプ１は、複数の穿孔部２を通じてオイルを吐出するものである。パイプ１から吐出されるオイルは、例えば、機械部品の冷却又は摺動部材の潤滑などのために用いられる。

機械部品の冷却効率及び摺動部材の潤滑を向上させるには、例えば、穿孔部２から吐出されるオイルを、できるだけ拡散させることなく、所望の箇所に向けてより正確に吐出することが有効である。オイルの拡散を抑えるには、穿孔部２をより高精度に、且つ、より小さく（例えば直径１．５ｍｍ以下）形成することが有効である。

また、穿孔部２は、パイプ１の内部にマンドレルを挿入した状態で形成されるのが一般的である。しかしながら、パイプ１をより狭いスペースで使用することが求められることがある。この場合、パイプ１の外径を小さく（例えば直径８ｍｍ以下）する必要があり、それに伴い、パイプ１の内径がマンドレルを挿入できないほど小さく（例えば、直径５ｍｍ以下）なることがある。これに対して、後述する本実施形態に係るプレス加工方法によれば、マンドレルを使用することなく、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

次に、本実施形態に係るプレス加工方法について説明する。

図２は、本実施形態に係るプレス加工方法を示すフローチャートである。図３Ａは、本実施形態に係るプレス加工方法の一工程を示す概略断面図である。図３Ｂは、図３Ａの一部拡大断面図である。

まず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、プレス部材の一例であるパンチピン３が第１の荷重を印加して、パイプ１に対して予荷重を与える。第１の荷重は、第１の荷重によってパイプ１に生じる応力がパイプ１の弾性域内であるように調整される（図２のステップＳ１）。

図４は、図３Ａに続く工程を示す断面図である。

ステップＳ１に続いて、パンチピン３がパイプ１に対して第２の荷重を印加する。第２の荷重は、第１の荷重を上回るように調整される。この第２の荷重によって、図４に示すように、パンチピン３がパイプ１を貫通し、穿孔部２が形成される。（図２のステップＳ２）。本実施形態において、第１及び第２の荷重は、マンドレルを使用することなく、パイプ１の内部が中空の状態で印加される。また、本実施形態において、パイプ１の外径は、１８ｍｍである。パイプ１の内径は、１４ｍｍである。穿孔部２の直径は、１．２ｍｍである。

次に、本実施形態に係るプレス加工方法における、加工時間と加工荷重との関係について説明する。図５は、本実施形態に係るプレス加工方法における、加工時間と加工荷重との関係の一例を示すグラフである。

ここで、「加工時間」とは、パンチピン３がパイプ１に穿孔部２を形成するためにパイプ１に作用する時間である。図５においては、パイプ１とパンチピン３とが接触を開始した瞬間を０秒としている。本実施形態においては、加工時間の０秒から０．００１秒付近までが、ステップＳ１に対応する期間である。「加工荷重」とは、パンチピン３がパイプ１に印加する荷重である。本実施形態において、第１の荷重は、パイプ１に与えられる予荷重が０．５ｋＮ未満になるように調整されている。

また、本実施形態においては、加工時間の０．００１秒付近から０．００３秒付近までが、ステップＳ２に対応する期間である。ステップＳ２において、加工荷重の値が上昇し、０．００１５秒付近で、本プレス加工中における最大荷重である２．７ｋＮに達する。その後、パンチピン３がパイプ１を貫通するのに伴い、加工荷重は減少する。ステップＳ２において、パンチピン３が移動する速度である加工速度は、例えば１０００ｍｍ／秒以上である。本実施形態において、ステップＳ２における加工速度は１２５０ｍｍ／秒である。

図６は、本実施形態に係るプレス加工方法により穿孔部２が形成されたパイプ１を示す断面図である。図７は、図６の一部拡大断面図である。

通常、プレス加工方法においてパイプ１に穿孔部２を形成するとき、穿孔部２の外側の外周部２１には凹み又はダレが形成され、内側の外周部２２にはカエリが形成される。凹み、ダレ、又はカエリは、穿孔部２から吐出するオイルの吐出方向の精度に影響を与えるため、可能な限り小さくすることが望ましい。

本実施形態に係るプレス加工方法により、外径１８ｍｍ、内径１４ｍｍのパイプ１に直径１．２ｍｍの穿孔部２を形成したところ、穿孔部２の外側の外周部２１には、凹み及びダレはほとんど発生しなかった。また、カエリの高さＨは０．３ｍｍであった。これに対して、従来のプレス加工方法により、外径１８ｍｍ、内径１４ｍｍのパイプ１に直径１．２ｍｍの穿孔部２を形成したところ、凹みの深さは０．２ｍｍ、ダレの大きさはＲ０．１、カエリの高さは０．５ｍｍであった。これにより、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、穿孔部２をより高精度に形成することができることが確認された。

図８及び図９は、図７に示す穿孔部２を介してオイルが吐出される様子を示す断面図である。

パイプ１の内部を流れてきたオイルは、穿孔部２を介して、パイプ１の外部に向けて吐出される。穿孔部２の外側の外周部２１に凹み又はダレがある場合、穿孔部２から吐出されるオイルは、当該オイルの粘性によって、凹み又はダレに引き寄せられて拡散しやすくなる。これに対して、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、穿孔部２の外側の外周部２１の凹み又はダレをより小さく形成することができるので、オイルの拡散をより抑制することができる。例えば、図９に示すように、穿孔部２から５０ｍｍ前方において、オイルの拡散を直径５ｍｍ程度の範囲に抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、パイプ１に対してパンチピン３が第１の荷重を印加することによって、パイプ１の弾性域内において予荷重を与える工程を含む。また、前記工程の後、パイプ１に対してパンチピン３が第１の荷重を上回る第２の荷重を印加することによって、パイプ１に穿孔部２を設ける工程を含む。この方法によれば、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

なお、第１の荷重を印加することによって、パイプ１の弾性域の上限近傍まで予荷重を与えることが望ましい。これにより、パイプ１に対して穿孔部２をより一層高精度に形成することができる。本実施形態において、「弾性域の上限」とは、被加工材が弾性変形をする限界のせん断応力の値である。弾性域の上限は、被加工材によって異なる。例えば、日本産業規格（ＪＩＳ）において機械構造用炭素鋼鋼管について規定しているＪＩＳＧ３４４５によれば、ＳＴＫＭ１２Ａの降伏点は、１７５ＭＰａ以上である。これより、ＳＴＫＭ１２Ａのせん断降伏応力は、１０１ＭＰａ（＝１７５／√３ＭＰａ）以上である（√３は、ミーゼスの降伏条件式による）。すなわち、被加工材としてＳＴＫＭ１２Ａを使用する場合、弾性域の上限は、１０１ＭＰａである。この弾性域の上限に近付けば近付くほど穿孔部２をより一層高精度に形成することができる。弾性域の上限近傍の範囲は、被加工材によって異なる。

また、第１の荷重を印加した後、連続的に前記第２の荷重を印加するようにしてもよいこの場合、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成するとともに、加工時間をより短縮することができる。

また、第１の荷重を印加した後、一旦停止し、その後、第２の荷重を印加するようにしてもよい。この場合、パンチピン３による第１及び第２の荷重の印加速度の調整を特に意識することなく、パイプ１に対してより確実にパイプ１の弾性域内で予荷重を与えることができる。

また、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、パイプ１が鋼などの金属製のパイプであっても、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

また、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、パイプ１の内部が中空の状態で第１の荷重及び第２の荷重が印加されても、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。すなわち、穿孔部２を形成する際に、パイプ１の内部にマンドレルなどを挿入する必要がない。

また、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、パイプ１の内径が５ｍｍ以下であっても、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

また、本実施形態に係るプレス加工方法によれば、穿孔部２の直径が１．５ｍｍ以下であっても、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、パイプ１に対してパンチピン３を移動させることで、パイプ１に第１の荷重を印加し、その後、パンチピン３を移動させて、第２の荷重を印加するようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、パンチピン３に対してパイプ１を移動させることで、パイプ１に第１の荷重を印加し、その後、パンチピン３を移動させて、パイプ１に第２の荷重を印加するようにしてもよい。この場合でも、パイプ１に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

また、前記では、延性材料である被加工材の一例として円形断面のパイプ１が図示されている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、延性材料である被加工材は、板材であってもよい。この場合でも、板材に対して穿孔部２をより高精度に形成することができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

以上のように、本発明に係るプレス加工方法は、延性材料である被加工材に穿孔部をより高精度に形成することができるので、例えば、機械部品等の冷却や摺動部の潤滑のために使用されるパイプを加工する方法として有用である。

１パイプ
２穿孔部
２１穿孔部の外側の外周部
２２穿孔部の内側の外周部
３パンチピン
Ｈカエリの高さ

Claims

延性材料である被加工材に対してプレス部材が第１の荷重を印加することによって、前記被加工材の弾性域内において予荷重を与え、その後、前記被加工材に対して前記プレス部材が前記第１の荷重を上回る第２の荷重を印加することによって、前記被加工材に穿孔部を設ける、プレス加工方法。
前記第１の荷重を印加することによって、前記被加工材の前記弾性域の上限近傍まで前記予荷重を与える、請求項１に記載のプレス加工方法。
前記第１の荷重を印加した後、連続的に前記第２の荷重を印加する、請求項１又は２に記載のプレス加工方法。
前記第１の荷重を印加した後、一旦停止し、その後、前記第２の荷重を印加する、請求項１又は２に記載のプレス加工方法。
前記被加工材が金属製のパイプである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプレス加工方法。
前記第１の荷重及び前記第２の荷重は、前記パイプの内部が中空の状態で印加される、請求項５に記載のプレス加工方法。
前記パイプの内径が５ｍｍ以下である、請求項５又は６に記載のプレス加工方法。
前記穿孔部の直径が１．５ｍｍ以下である、請求項１〜７のいずれか１つに記載のプレス加工方法。
前記プレス部材は、前記被加工材に対して第１の速度で移動することによって、前記第１の荷重を印加し、その後、前記第１の速度を上回る第２の速度で移動することによって、前記第２の荷重を印加する、請求項１〜８のいずれか１つに記載のプレス加工方法。
前記第２の速度は、１０００ｍｍ／秒以上である、請求項９に記載のプレス加工方法。