JP2021151664A - 中空部材の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間プレス加工により中空部材にフランジを形成する中空部材の成形方法を提供すること。【解決手段】実施形態にかかる中空部材の成形方法は、冷間プレス加工によりフランジを形成する中空部材の成形方法であって、中空部材の面のうち圧縮プレス方向で対向する面を上面及び下面とし、上面及び下面を繋ぐ面であって互いに対向する面を側面とした場合において、側面の少なくとも３つの離間した位置に圧縮プレス方向と直交する水平方向に延在する脆弱部２を形成するステップと、脆弱部２のうち上面側に最も近い位置の脆弱部２から上面に向かう領域の側面と上面とを第１の固定部８とし、脆弱部２のうち下面側に最も近い位置の脆弱部２から下面に向かう領域の側面と下面とを第２の固定部９とするステップと、第１の固定部８及び第２の固定部９を拘束しながら、脆弱部２を形成した中空部材を圧縮プレス方向にプレスするステップと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は中空部材の成形方法に関し、特に冷間プレス加工により中空部材にフランジを形成する中空部材の成形方法に関する。

金属材料にフランジを形成する成形方法として、中空部材をプレス加工することにより、中空部材の左右端にフランジ部を形成する加工方法が知られている。

特許文献１には、上型１２と下型１１との間で金属パイプ材料を膨張成形するにあたって、メインキャビティ部ＭＣ又はサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２で破片等の異物が生じた場合、金属パイプ材料の延伸方向と交差するサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の延伸方向外方へ向かう異物の進行を、金属パイプ材料を膨張させる際にサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の延伸線上に設けたシールド部材である上型ホルダ９６の凸部９６ｂ，９６ｂによって、遮るようにする成形装置が開示されている。

特開２０１６−１９０２６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、中空部材の変形を容易にするために中空部材を加熱及び冷却する工程が必要であり、加工に時間を要するという問題があった。

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、冷間プレス加工により中空部材にフランジを形成する中空部材の成形方法を提供することを目的とするものである。

一実施形態にかかる中空部材の成形方法は、冷間プレス加工によりフランジを形成する中空部材の成形方法であって、中空部材の面のうち圧縮プレス方向で対向する面を上面及び下面とし、上面及び下面を繋ぐ面であって互いに対向する面を側面とした場合において、側面の少なくとも３つの離間した位置に圧縮プレス方向と直交する水平方向に延在する脆弱部を形成するステップと、脆弱部のうち上面側に最も近い位置の脆弱部から上面に向かう領域の側面と上面とを第１の固定部とし、脆弱部のうち下面側に最も近い位置の脆弱部から下面に向かう領域の側面と下面とを第２の固定部とするステップと、第１の固定部及び第２の固定部を拘束しながら、脆弱部を形成した中空部材を圧縮プレス方向にプレスするステップと、を備える。

本発明により、冷間プレス加工により中空部材にフランジを形成する中空部材の成形方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる中空部材の成形方法を示す図である。 実施の形態１にかかる中空部材を非外形拘束してプレス成形した不良品の状態を示す図である。 実施の形態１にかかる中空部材を外形拘束してプレス成形した良品の状態を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

まず、図１を参照して、本実施形態にかかる中空部材の成形方法について説明する。図１に示す中空部材の成形方法は、冷間プレス加工によりフランジを形成する中空部材の成形方法である。まず、成形する中空部材の面のうち圧縮プレス方向で対向する面を上面及び下面とし、上面及び下面を繋ぐ面であって互いに対向する面を側面とした場合において、側面の少なくとも３つの離間した位置に圧縮プレス方向と直交する水平方向に延在する脆弱部を形成する。

次に、形成した脆弱部のうち上面側に最も近い位置の脆弱部から上面に向かう領域の側面と上面とを第１の固定部とし、脆弱部のうち下面側に最も近い位置の脆弱部から下面に向かう領域の側面と下面とを第２の固定部とする。さらに、第１の固定部及び第２の固定部を拘束しながら、脆弱部を形成した中空部材を圧縮プレス方向にプレスする。

ここで、本実施形態にかかる中空部材の成形方法により得られる成形品は、例えば上面方向と下面方向とにそれぞれ凸形状を有する中空部と、中空部の左右端から中空部の外周側に突出したフランジ部と、を有する閉断面形状のものである。このような成形品を成形するにあたり、以下に上述した工程について詳細に説明する。

ステップＳ１では、成形する中空部材の折り曲げを容易にするために、中空部材の折り曲げる部分に対して脆弱部を形成する処理をする。図１のステップＳ１には、プレス成形前までに予め形成される中空部材１の構造を示した。図１のステップＳ１に示すように、中空部材１は、例えば角型の金属パイプであって、上面と、下面と、側面と、脆弱部２と、を有する。

中空部材１の面のうち、上面及び下面はそれぞれ圧縮プレス方向で対向する上側の面及び下側の面である。中空部材１の面のうち、側面は上面及び下面を繋ぐ面であって、圧縮プレス方向と直交する方向で対向する左右の両面である。脆弱部２は、レーザー等を用いて加工される、複数の穴３と、ケガキ線４と、を有する。また、脆弱部２は側面の少なくとも３つの離間した位置に圧縮プレス方向と直交する水平方向に延在するものである。脆弱部２を形成した部分は変形抵抗が低下し、プレス成形時に中空部材１を意図した位置で折り曲げ、寸法精度の高い成形品を製造することができる。

このように３つの離間した位置に形成された脆弱部２は、上面に最も近い位置にある脆弱部である第１脆弱部５と、第１脆弱部５の直下に位置する脆弱部である第２脆弱部６と、第２脆弱部６の直下に位置し、下面に最も近い位置にある脆弱部である第３脆弱部７と、から構成される。これらの脆弱部５、６、７は、中空部材１の両側面をそれぞれ４つの領域に分割する。分割された４つの領域と、上面と、下面と、のうち、第１脆弱部５から上面に向かう領域と、上面と、を第１の固定部８とし、第３脆弱部７から下面に向かう領域と、下面と、を第２の固定部９とする。第２脆弱部６を挟んで、第１脆弱部５から第３脆弱部７までの領域はフランジ部を構成するものである。

ステップＳ２では、脆弱部２を形成した中空部材１は成形装置の金型内に載置される。図１のステップＳ２には、中空部材１を成形する成形装置及び中空部材１を示した。図１のステップＳ２に示す成形装置は、対向する上型１０及び下型１１からなる金型と、上型１０を保持する上型ホルダ１２と、下型１１を保持する下型ホルダ１３と、金型を駆動する駆動源（図示しない）と、を有する。本実施形態では、上型１０が移動する動作により中空部材１をプレスするが、上型１０に代えて下型１１が移動する動作であっても、上型１０及び下型１１が共に移動する動作であってもよい。

上型１０及び下型１１は、フランジ部を有する閉断面形状の空洞を形成する金型である。上型１０は上型ホルダ１２に固定され、下方向に開口した凹形状の成形面を有する。下型１１は下型ホルダ１３に固定され、上方向に開口した凹形状の成形面を有する。そして、上型１０は第１の固定部８を拘束し、下型１１は第２の固定部９を拘束する形状であることが好ましい。

ここで、図２及び図３を参照して、本実施形態にかかる中空部材１を外形拘束しながらプレス成形し、中空部材１にフランジ部を形成する方法について説明する。図２は実施の形態１にかかる中空部材を非外形拘束してプレス成形した不良品の状態を示す図である。ステップＳ１０では、ステップＳ１と同様の処理を行い、中空部材に脆弱部２を形成する。図２のステップＳ１０には、図１のステップＳ１と同様に処理後の中空部材１を示した。ステップＳ１１では、中空部材１をプレスする。図２のステップＳ１１に示すように、脆弱部２を形成した中空部材１を台１７に載置し、第１の固定部８及び第２の固定部９を含む側面を外形拘束しない状態で、中空部材１の上面側からパンチ１８によりプレスする。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１においてプレス成形した成形品（不良品１９）を得る。図２のステップＳ１２には、ステップ１１により得られた不良品１９を示した。図２のステップＳ１２に示すように、不良品１９は第１脆弱部５及び第３脆弱部７が折れ曲がることなく、第２脆弱部６に沿って中空部材外周側に折れ曲がった状態を有する。そして、不良品１９の上面及び下面はへこみ等の欠陥が発生する。そのため、望む形状の成形品が得られない。

一方、図３は実施の形態１にかかる中空部材を外形拘束してプレス成形した良品の状態を示す図である。ステップＳ２０では、ステップＳ１と同様の処理を行い、中空部材に脆弱部２を形成する。図３のステップＳ２０には、図１のステップＳ１と同様に処理後の中空部材１を示した。ステップＳ２１では、中空部材１の一部を圧縮プレス方向と直交する角度で外形拘束しながらプレスする。図３のステップＳ２１に示すように、脆弱部２を形成した中空部材１を台１７に載置し、クランプ２０等により第１の固定部８及び第２の固定部９のうち側面の領域を中空部材外周側から外形拘束した状態で、中空部材１の上面側からパンチ１８によりプレスする。

ステップＳ２２では、ステップＳ２１においてプレス成形した成形品（良品２１）を得る。図３のステップＳ２２に示すように、良品２１は第１脆弱部５、第２脆弱部６及び第３脆弱部７がそれぞれの部位に沿って折れ曲がり、第２脆弱部６が中空部材外周側に突出した形状を有する。そして、パンチ１８、台１７及びクランプ２０等を用いて中空部材１の外形を拘束することにより、良品２１の第１の固定部８及び第２の固定部９の形状は維持され、へこみ等の欠陥が発生しない。そのため、さらにプレスを行うことにより、後述するように中空部材１にフランジ部を形成することができる。

このように、中空部材を意図した位置で折り曲げるために、プレス成形前に中空部材に対して複数の脆弱部を加工し、外形の一部を拘束した状態でプレス成形を行うことにより、中空部材の成形性を高めることができる。

したがって、図１のステップＳ２に示す成形装置の金型は、上型１０が第１の固定部８を外形拘束し、下型１１が第２の固定部９を外形拘束するように凹形状を有するものであることが好ましい。また、金型は中空部材１にフランジを形成するために、上型１０及び下型１１が型閉じした状態において、中空部分と、その左右端の外周側に突出した部分と、を有する空洞を形成するものであることが好ましい。

次に、図１のステップＳ３では、中空部材１を外形拘束しながら中空部材１を圧縮プレス方向にプレスする処理を行う。図１のステップＳ３には、成形装置の上型１０が下降することにより上型１０及び下型１１が接近した状態を示した。図１のステップＳ３に示すように、プレスされた中空部材１は、中空部材１の第１脆弱部５、第２脆弱部６及び第３脆弱部７がそれぞれの部位に沿って折れ曲がり、第２脆弱部６が中空部材外周側に突出した形状に変形する。この時、図３に示した方法と同様に、中空部材１の第１の固定部８及び第２の固定部９はそれぞれ上型１０及び下型１１により外形拘束された状態であるため、中空部材１の第１の固定部８及び第２の固定部９の形状は維持され、へこみ等の欠陥が発生しない。

さらに、ステップＳ４−１では、成形装置は型閉じ動作を行う。図１のステップＳ４−１には、成形装置の上型１０が下死点まで下降することにより上型１０及び下型１１が型閉じした状態を示した。図１のステップＳ４に示すように、第１の固定部８及び第２の固定部９を外形拘束しながら、上型１０が下死点まで下降することにより上型１０及び下型１１が型閉じすると、中空部材１は第１脆弱部５から第２脆弱部６に向かう領域と、第３脆弱部７から第２脆弱部６に向かう領域とが当接する状態で折り畳まれる。これにより中空部材１にフランジ部１５が形成される。

また、図１のステップＳ４−２には、本実施形態の中空部材の成形方法を用いて製造した成形品の断面１４ａを示した。図１のステップＳ４−２に示すように、成形品の断面１４ａは、第１の固定部８からなる上側凸部と、第２の固定部９から成る下側凸部と、が互いに中空を形成するように、圧縮プレス方向で対向する形状を有する。そして、上側凸部の左右端に位置する第１脆弱部５と、下側凸部の左右端に位置する第３脆弱部７と、からそれぞれ第２脆弱部６へ延びるフランジ部１５を有する。

ステップＳ５では、成形品を離型する処理を行う。図１のステップＳ５には、フランジ部１５が形成された成形品１４及びその拡大図を示した。ステップＳ１〜Ｓ４の処理を行うことにより、図１のステップＳ５に示す、上面方向と下面方向とにそれぞれ凸形状を有する中空部１６と、中空部１６の左右端から中空部１６の外周側に突出したフランジ部１５と、を有する閉断面形状の成形品１４が得られる。拡大図には、フランジ部１５のうち、プレス成形前に加工した穴３及びケガキ線４からなる脆弱部２に沿って折り畳まれた部分を示した。

本発明の中空部材の成形方法によれば、中空部材を加熱することなく加工でき、フランジを形成する際の加工時間を短縮することができる。また、中空部材の折り曲げる部分に対してプレス成形前に脆弱部を形成することにより、中空部材を意図した位置で容易に変形させることができ、寸法精度に優れた成形品を得ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、中空部材の形状は角型に限定されず、円形、楕円形、多角形等の形状であってもよい。この場合、金型は中空部材の形状に合わせた形状のものを用いる。

１ 中空部材
２ 脆弱部
３ 穴
４ ケガキ線
５ 第１脆弱部
６ 第２脆弱部
７ 第３脆弱部
８ 第１の固定部
９ 第２の固定部
１０ 上型
１１ 下型
１２ 上型ホルダ
１３ 下型ホルダ
１４ 成形品
１４ａ 成形品の断面
１５ フランジ部
１６ 中空部
１７ 台
１８ パンチ
１９ 不良品
２０ クランプ
２１ 良品

Claims (1)

1. 冷間プレス加工によりフランジを形成する中空部材の成形方法であって、
   前記中空部材の面のうち圧縮プレス方向で対向する面を上面及び下面とし、前記上面及び前記下面を繋ぐ面であって互いに対向する面を側面とした場合において、前記側面の少なくとも３つの離間した位置に前記圧縮プレス方向と直交する水平方向に延在する脆弱部を形成するステップと、
   前記脆弱部のうち前記上面側に最も近い位置の脆弱部から前記上面に向かう領域の前記側面と前記上面とを第１の固定部とし、前記脆弱部のうち前記下面側に最も近い位置の脆弱部から前記下面に向かう領域の前記側面と前記下面とを第２の固定部とするステップと、
   前記第１の固定部及び前記第２の固定部を拘束しながら、前記脆弱部を形成した中空部材を前記圧縮プレス方向にプレスするステップと、を備える、
   中空部材の成形方法。

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