JP2022001373A - プレス加工用金型工具 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス加工用金型は、組み立て精度や加工精度により、パンチとダイとの間の軸がずれ、パンチとダイのクリアランスに片寄が発生するため、側面部に偏肉のある金属部品が成形される。【解決手段】被加工品をプレス加工するプレス加工用金型に用いる、雄部および雌部を有するプレス加工用金型工具において、プレス加工用金型工具の雄部のパンチと雌部のダイの少なくとも一方が、金属部と樹脂部で構成され、樹脂部に空隙を有するプレス加工用金型工具を提供する。【選択図】図５

Description

本開示は、被加工品である金属板に対して曲げ、絞り、打ち抜き等のプレス加工を行うための金型において、金型に用いられるパンチ（凸型工具）やダイ（凹型工具）などの工具に関するものである。

効率よく金属部品を得るためには、プレス加工用金型を用いる加工方法がある。ロール状または平板状の金属板を、プレス加工用金型に取り付けられた雄部のパンチと、そのパンチとの間にクリアランスを設けた雌部のダイとの間に配置してプレス加工を行うことによって、金属部品が作製される。

上記のような、プレス加工用金型に用いられる、工具のパンチとダイは、被加工品である金属板よりも硬い必要があるため、一般的にダイス鋼等の焼き入れ鋼材や、超硬材料等が用いられる。これらの材料は、複雑な形状に加工するためには、切削加工以外に研削加工、放電加工などを併用して、非常に長い時間とコストがかかることが一般的に知られている。

そこで、短い時間で、低コストで加工できる樹脂を用いて、工具を製作する方法が試みられている。しかしながら、パンチやダイに用いる樹脂材は、被加工品である金属板よりも軟らかいため、金属板と接触する部分に変形や摩耗が発生するという問題を有する。そのため、パンチとダイにおける、金属板と接触する部分に金属を含む樹脂材が用いられる工具が提案されている。

特許文献１には、図８に示すように、被加工品である金属板Ｗに対してプレス加工を行う場合に使用されるプレス成型装置の工具が開示されている。特許文献1に開示されたプレス成型装置は、パンチのベース部分１０１が樹脂にて構成されており、パンチの表面１０２において金属板Ｗと接触して摩耗しやすい部分が樹脂に金属球を混合した材料にて構成されている。また、ダイのベース部分１０３は樹脂にて構成されており、ダイの表面１０４において金属板Ｗと接触して摩耗しやすい部分は樹脂に金属球を混合した材料で構成されている。

特許第3779148号公報

しかし、工具の加工上のメリットを担保するために工具の一部を樹脂に代替する方法においては、依然として、下記の課題が残っている。

例えば、自動車部品等の大きな圧力が加わる金属部品においては、厚みが異なる偏肉となるような形状が生じないことが望ましいとされる。しかしながら、一般的なプレス加工用金型は、組み立て精度や加工精度により、パンチとダイとの間の軸がずれて、クリアランスに片寄が発生し、偏肉となった金属部品が成型される場合がある。

特許文献１に開示されたプレス成型装置のように、ベースを樹脂で構成し、その表面を金属球が混合された樹脂で構成しても、上記の課題は残っている。

上記課題を解決するために、本開示では、被加工品をプレス加工するプレス加工用金型に用いる、雄部と雌部を有するプレス加工用金型工具において、プレス加工用金型工具の雄部のパンチと雌部のダイの少なくとも一方が、金属部と樹脂部で構成され、樹脂部に空隙がある構成により解決するものである。

本開示によれば、組み立て精度等でパンチとダイとの間の軸がずれて、クリアランスに片寄が存在していたとしても、プレス加工の絞り加工等時において、パンチおよび/またはダイの樹脂部の空隙によって、樹脂部が変形して、パンチとダイとの間の軸が揃うことで、被加工品の側面部に偏肉が存在しない金属部品を得ることができる。

プレス加工装置の主要部を模式的に示す縦断面図 理想的なプレス加工を示す断面図 従来のプレス加工の状態を模式的に示す断面図 本開示の工具の一例を示す断面図 本開示の工具の一例によるプレス加工の状態を示す断面図 本開示の工具の別の例を示す断面図 本開示の工具のさらに別の例を示す断面図 特許文献１に記載されたプレス加工用金型工具を示す断面図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。図面は理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示す。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合により実際とは異なる。なお、以下の実施の形態によって本開示の発明が限定されるものではない。

以下の実施の形態においては、プレス加工による、絞り加工で記載しているが、切断加工や曲げ加工などの他の金属加工に適用してもよい。

図１は、本開示の実施の形態１におけるプレス加工装置のプレス部１の構成を模式的に示す縦断面図である。

プレス部１は、図１における上側の雄部２と、下側の雌部３とで構成される。雄部２にはプレス加工用金型工具としてのパンチ（凸型工具）４が、雌部３にはダイ（凹型工具）５が取り付けられている。

また、雄部２にはスプリングを介して材料押さえ６が取り付けられており、材料押さえ６はプレス方向（図1においては上下方向）に可動する構成である。パンチ４と材料押さえ６は雄部ダイセット７に取り付けられており、雄部ダイセット７の移動と共に移動する構成である。但し、材料押さえ６は、弾性部材であるスプリングを介して雄部ダイセット７に取り付けられているため、ダイ５上に載置された被加工品２１に当接した後においては、被加工品２１をダイ５とで挟着して保持する構成となる。

一方、パンチ４に対向するダイ５は、雌部ダイセット８に取り付けられており、雌部ダイセット８と一体となっている。雌部ダイセット８にはガイドポスト９が取り付けられており、ガイドポスト９が雄部ダイセット７に設けられた摺動部１０を案内して、雄部ダイセット７と雌部ダイセット８との相対位置が規制されている。このため、雄部ダイセット７のパンチ４と、雌部ダイセット８のダイ５がプレス動作の度に毎回相対的に同じ位置で移動（図１においては上下移動）する。

プレス部１は表記しないプレス成型装置に取り付けられて使用される。図２は、プレス加工するときにおいて、パンチ４とダイ５との間の相対的位置関係が理想的な状態を示す断面図である。図２に示すように、パンチ４とダイ５が所定の位置に対向して精確に配置された状態において、所謂、パンチ４とダイ５との間の軸が揃った位置関係でそれぞれが配置された状態において、プレス加工が行われた時、被加工品２１は、その側面部の厚みが均一に形成される。

しかしながら、実際には、組み立て精度や加工精度などに起因して、パンチ４とダイ５との相対的位置関係に位置ずれが発生する。図３は、パンチ４とダイ５との相対的位置関係において位置ずれが生じた場合の一例を示した断面図である。図３においては、横方向（水平方向）への軸ずれが生じた状態であり、パンチ４とダイ５との間のクリアランスに片寄が発生している。このようにクリアランスに片寄が発生することによって、図３に示すように、プレス加工された被加工品２１の側面部に偏肉が発生する。

本開示は、プレス加工された被加工品２１の側面部において、偏肉の発生を抑制する方法および機構に関するものである。

本開示の実施の形態１におけるパンチ４は、図４に示すように、パンチ金属部４ａとパンチ樹脂部４ｂとで構成される。パンチ４の構成において、被加工品２１に対向する部分がパンチ金属部４ａで構成され、パンチ樹脂部４ｂが雄部ダイセット７側となる。なお、ダイ５においても同じように、金属部と樹脂部とにより構成することも可能である。以下の実施の形態１においては、パンチ４が金属部と樹脂部とにより構成した例でその効果を説明するが、ダイ５を同様に金属部と樹脂部とにより構成しても同様の効果を奏する。

金属と樹脂とは弾性率が大きく違い、金属の約1/10〜1/100の力で樹脂を変形させることが可能である。さらに、図４に模式的に示すように、パンチ樹脂部４ｂに任意の空隙１１を形成することによりで、パンチ樹脂部４ｂはより変形し易い構成となる。

パンチ樹脂部４ｂの横方向（プレス方向に直交する方向）への弾性率をＧとした場合、すくなくとも[Ｇ＜(被加工品２１の引張強さ/10）]の関係が成り立つ。したがって、図４に示すように、パンチ４とダイ５との間の軸がずれた状態においてプレス加工が行われた場合であっても、図５に模式的に示すように、パンチ４のパンチ樹脂部４ｂが横方向に変形して、パンチ金属部４ａがダイ５に対して所定位置に移動し、互いの間の軸が揃った状態でプレス加工されることになる。この結果、パンチ４とダイ５との間の軸がずれた状態でプレス加工を行う場合であっても、被加工品２１の側面部の厚みが均一となる。

パンチ樹脂部４ｂの樹脂は、被加工品２１の材質、厚みによって、例えば、被加工品２１の材質が硬く、厚みがある場合、図５の縦方向（上下方向）へかかる圧力が強く、パンチ樹脂部４ｂが縦方向へも変形し、狙いの寸法が出せない等の不具合が懸念される場合には、弾性率の高い樹脂を用いる等の、パンチ樹脂部４ｂの材料としては任意に適切な樹脂が選択される。

例えば、ＡＢＳ樹脂の場合は、弾性率が３９Mpaであり、空隙がなくとも横方向へ変形するが、縦方向への変形も同時に発生するため、狙い通りの寸法を得るためのプレス加工が困難である。弾性率が６２MpaであるＰＣ樹脂や、弾性率が９７MPaであるＰＥＥＫ樹脂等の、弾性率の高い樹脂材を使用することにより、縦方向への変形を抑えながら所望のプレス加工が可能となる。

パンチ樹脂部４ｂに形成される空隙１１としては、変形させたい方向、変形させたい量によって、空隙１１の形状、サイズ、容量を構成すればよい。

パンチ樹脂部４ｂの内部に形成される空隙１１の形状に関しては、図４に示すように、プレス方向が長手方向となる縦長の形状が好ましく、円柱、角柱等の形状が考えられる。なお、円柱形状の空隙１１は、力が均等に分散されるため好ましい。また、パンチ樹脂部４ｂの内部に分散する複数の空隙１１は、縦方向（プレス方向）に対して全て同じ長さにする必要はなく、空隙１１の配置は、縦方向に対して空隙が途切れなく続く配置や、途中で途切れている配置、それぞれの空隙が互い違いの配置等が考えられる。

ただし、パンチ４とダイ５との間の水平方向の軸のずれは、取り付けるごとに、その方向が変わる可能性がある。このため、パンチ樹脂部４ｂの内部に形成される空隙１１は、パンチ４に対する横方向への弾性率がずれの方向により変わらないように均等に分散配置されるように形成されることが好ましい。

空隙のサイズ、容量に関しては、前述の[Ｇ＜（被加工品２１の引張強さ/10）]の関係が成り立つ状態であると共に、以下の条件が成り立つことが好ましい。

パンチ樹脂部４ｂの内部に形成された空隙１１の一つ一つの投影面積に関して、パンチ樹脂部４ｂを横方向（水平方向）から見たときの空隙１１の一つ一つの投影面積の総和（横方向投影面積総和）Ｗcとし、パンチ樹脂部４ｂを縦方向（鉛直方向）から見たときの空隙１１の一つ一つの投影面積の総和（縦方向投影面積総和）Ｗlとした場合、Ｗc＞Ｗlの関係が成り立つように、空隙１１の形状が形成される。このように空隙１１の形状が形成されることにより、縦方向への変形が抑えられ、横方向へ変形しやすい構成となる。この結果、プレス部１は、パンチ４における縦方向および横方向の動きが狙い通りとなり、被加工品２１が所定の寸法に加工できる構成となる。

パンチ樹脂部４ｂの内部に空隙１１を形成する方法としては、ドリル加工、溶剤による造形、ガラスビーズ等による空洞成形、など様々な方法が考えられるが、３Ｄプリンタによる造形が、形状、サイズ、容量に対する自由度が一番高いものである。

また、パンチ樹脂部４ｂにおける空隙１１の領域に対して別材料を充填させる構成としてもよい。例えば、プレス方向（縦方向）への弾性率を高めて、プレス方向（縦方向）への変形を抑える目的として、別材料で空隙１１を充填する構成としてもよい。空隙１１に充填される別材料としては、ゴム、またはパンチ樹脂部４ｂの材料より弾性率の低い別の樹脂材等を用いてもよい。空隙１１に充填される材料としては、パンチ樹脂部４ｂとは異なる材質を用いて、空隙１１の全体を全て埋める方法、又は空隙１１の一部に充填する方法がある。例えば、空隙１１の一部に別材料を充填して管形状とすることにより、更に縦方向の弾性率と、横方向の弾性率との関係性を所望状態にすることが可能となる。このとき、前述した[Ｇ＜（被加工品２１の引張強さ/10）]の関係が成り立つ範囲で選定すればよい。このように、パンチ４とダイ５の少なくとも一方の樹脂部の中に、金属部を支持する別部材を有する構成とすることにより、樹脂部の弾性率を所望の値とすることが可能となる。

パンチ４において、被加工品２１における製品となる領域と接触する押圧面は、製品形状精度、工具の損傷を考慮して、金属であるパンチ金属部４ａで構成することが望ましい。

パンチ樹脂部４ｂは空隙１１の領域において変形が生じやすいが、パンチ樹脂部４ｂの樹脂の材質によっては、パンチ樹脂部４ｂの全体が変形して、例えば、図５の被加工品２１とパンチ樹脂部４ｂとが接触している側面部で偏肉が発生する可能性がある。そのため、図６に示すように、パンチ４０においては、被加工品２１において製品となる領域のみならず、被加工品２１と接触する部分の全てをパンチ金属部４０ａで構成してもよい。図６に示すような構成とすることによって、パンチ樹脂部４ｂの変形は、被加工品２１と接触しない部分のみで行われるので、さらに被加工品２１の偏肉を抑えることが可能となる。

上記の実施の形態１においては、パンチ４がパンチ金属部４ａとパンチ樹脂部４ｂとにより構成した例で説明したが、ダイ５においても同様に構成してもよい。図７は、ダイ５の変形例であるダイ５０を模式的に示す断面図であり、ダイ５０がダイ金属部５０ａとダイ樹脂部５０ｂとにより構成されている。このようにダイ５０を構成することにより、実施の形態１において説明したプレス部１と同様に、パンチ４とダイ５０との間の軸がずれた状態においてプレス加工が行われた場合であっても、図７に示すように、ダイ５０のダイ樹脂部５０ｂが横方向に変形して、ダイ金属部５０ａがパンチ４に対して所定位置に移動して、互いの間の軸が揃った状態でプレス加工されることになる。この結果、パンチ４とダイ５０との間の軸がずれた状態でプレス加工が行われる場合であっても、被加工品２１の側面部の厚みが均一となる。図７に示す構成においても、実施の形態１における空隙１１の構成が適用され、同様の効果を奏する。

以上のように、実施の形態において例示を挙げて説明したように、パンチおよび／またはダイを金属部と樹脂部とにより構成し、樹脂部の一部が樹脂部の材料よりも弾性率の低い材料で構成されているため、組み立て精度等でパンチとダイとの間の軸がずれており、クリアランスに片寄が存在していたとしても、プレス加工時において、パンチおよび/またはダイの樹脂部の空隙によって、樹脂部が変形して、パンチとダイとの間の軸が揃い、被加工品の側面部に偏肉が存在しない金属部品を得ることができる。

本開示により得られるプレス加工品は偏肉のない金属部品であるため、自動車部品、家電製品、日用品等に適用可能であり、汎用性の高いものである。

１ プレス部
２ 雄部
３ 雌部
４ パンチ
４ａ パンチ金属部
４ｂ パンチ樹脂部
５、５０ ダイ
６ 材料押さえ
７ 雄部ダイセット
８ 雌部ダイセット
９ ガイドポスト
１１ 空隙
２１ 被加工品
５０ａ ダイ金属部
５０ｂ ダイ樹脂部
１０１ パンチのベース部分
１０２ パンチの表面
１０３ ダイのベース部分
１０４ ダイの表面

Claims (5)

1. 被加工品をプレス加工するプレス加工用金型に用いる、雄部および雌部を有するプレス加工用金型工具において、
   前記プレス加工用金型工具の前記雄部のパンチと前記雌部のダイの少なくとも一方が、金属部と樹脂部で構成されており、
   前記樹脂部の一部が前記樹脂部の材料よりも弾性率の低い材料で構成されていることを特徴とする、
   プレス加工用金型工具。
2. 前記樹脂部の一部が空隙で構成されていることを特徴とする、
   請求項１に記載のプレス加工用金型工具。
3. 前記パンチの前記樹脂部のプレス方向に直交する方向への弾性率をＧとした場合、
   Ｇ＜（被加工品の引張強さ/10）の関係が成り立つことを特徴とする、
   請求項１〜２のいずれか１項に記載のプレス加工用金型工具。
4. 前記プレス加工用金型工具と前記被加工品との接触面は、前記金属部で構成されていることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス加工用金型工具。
5. 前記パンチと前記ダイの少なくとも一方の前記樹脂部の中に、前記金属部を支持する別部材を有する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレス加工用金型工具。

Images