JP2022149587A - 金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチの耐久性を向上させることが可能な金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置を提供する。【解決手段】金属加工物の製造方法は、金属ワーク１５の一方の面の所定の領域に通電部材２３を接触させた状態で、金属ワーク１５と通電部材２３との間に通電し、金属ワーク１５の一方の面の所定の領域の周囲を加熱する工程と、加熱を停止した状態で、パンチ２４を加圧して金属ワーク１５の一方の面の所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置に関する。

金属ワークの加工方法として、パンチを用いて、バーリング穴の全周から立ち上がっているフランジを成形するバーリング加工（穴フランジ加工）が知られている。

特許文献１には、ワークにパンチを接触させた状態で、ワークとパンチとの間に通電し、ワークを加熱しながら、パンチを加圧し、バーリング穴を形成する方法が記載されている。

特開昭６３－１０４７８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法を用いて、金属ワークを加工すると、ワークにパンチを接触させた状態で、ワークを加熱する際に、パンチに負荷がかかることで、パンチの耐久性が低下するという課題があった。その結果、パンチの加工性が低下したり、加工された金属ワークが摩耗したパンチにより損傷したりする。

本発明は、パンチの耐久性を向上させることが可能な金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、金属加工物の製造方法において、金属ワークの一方の面の所定の領域に通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記所定の領域の周囲を加熱する工程と、前記加熱を停止した状態で、パンチを加圧して前記所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する工程と、を含む。

上記の金属加工物の製造方法は、前記金属ワークの他方の面から、前記パンチを加圧して前記所定の領域に押し込んでもよい。

上記の金属加工物の製造方法は、前記金属ワークに下穴を形成する工程をさらに含み、前記金属ワークの一方の面の前記下穴の周囲に前記通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記下穴の周囲を加熱し、前記加熱を停止した状態で、前記通電部材とは別体のパンチを加圧して前記下穴に押し込み、バーリング穴を形成し、前記通電部材の外径の最大値が前記下穴の内径よりも大きくてもよい。

本発明の他の一態様は、金属加工物の製造装置において、通電部材と、金属ワークの一方の面の所定の領域に接触するように、前記通電部材を加圧する第１の加圧ユニットと、前記金属ワークの一方の面の所定の領域に前記通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記所定の領域の周囲を加熱する通電ユニットと、前記通電部材とは別体のパンチと、前記加熱を停止した状態で、前記パンチを加圧して前記所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する第２の加圧ユニットと、を有する。

本発明によれば、パンチの耐久性を向上させることが可能な金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置を提供することができる。

下穴形成工程の一例を示す図である。 加熱工程の一例を示す図である。 図２の金属ワークのエッジ部および先端部を説明する図である。 バーリング穴形成工程で形成されるフランジおよび基体を説明する図である。 図２のパンチの構造を示す図である。 図２のパンチの構造の他の例を示す図である。 バーリング穴形成工程の一例を示す図である。 本実施形態の金属加工物の製造装置の一例を示す図である。 本実施形態の金属加工物の一例を示す図である。 本実施形態の金属加工物の応用例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置］
本実施形態の金属加工物の製造方法は、金属ワークの一方の面の所定の領域に通電部材を接触させた状態で、金属ワークと通電部材との間に通電し、金属ワークの一方の面の所定の領域を加熱する工程（以下、加熱工程という）と、加熱を停止した状態で、通電部材とは別体のパンチを加圧して金属ワークの一方の面の所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する工程（以下、バーリング穴形成工程という）と、を含む。

また、本実施形態の金属加工物の製造装置は、通電部材と、金属ワークの一方の面の所定の領域に接触するように、通電部材を加圧する第１の加圧ユニットと、金属ワークの一方の面の所定の領域に通電部材を接触させた状態で、金属ワークと通電部材との間に通電し、金属ワークの一方の面の所定の領域の周囲を加熱する通電ユニットと、通電部材とは別体のパンチと、加熱を停止した状態で、パンチを加圧して金属ワークの一方の面の所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する第２の加圧ユニットと、を有する。

本実施形態の金属加工物の製造方法および金属加工物の製造装置は、パンチとは別体の通電部材を用いるため、金属ワークを加熱する際に、パンチの負荷がかからなくなることで、パンチの耐久性が向上する。

ここで、金属ワークは、下穴が形成されていてもよいし、下穴が形成されていなくてもよいが、以下、下穴が形成されている金属ワークを用いる場合について説明する。

この場合、本実施形態の金属加工物の製造方法は、金属ワークに下穴を形成する工程（以下、下穴形成工程という）をさらに含む。これにより、厚板、低ラムダ鋼等の機械強度が高い金属ワークを加工しやすくなることに加え、ひっかき傷が抑制される。

図１に、下穴形成工程の一例を示す。

まず、ダイ１１の上に、平板状の金属ワーク１２を載置し、押さえ板１３で挟持する（図１（ａ）参照）。次に、荷重を印加して下穴形成部材１４を金属ワーク１２に押し込んだ後（図１（ｂ）参照）、下穴形成部材を金属ワークから引き抜き、下穴１５ａが形成された金属ワーク１５を得る（図１（ｃ）参照）。

平板状の金属ワーク１２としては、通電することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、鋼板、鋼帯等の鋼材が挙げられる。

鋼板および鋼帯としては、例えば、冷間圧延鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ Ｇ３１４１）、熱間圧延鋼板及び鋼帯の形状、寸法、質量及び許容差（ＪＩＳ Ｇ３１９３）、自動車用加工性冷間圧延高張力鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ Ｇ３１３５）、溶融亜鉛めっき鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ Ｇ３３０２）、自動車用溶融亜鉛めっき鋼板及び鋼帯（ＪＦＳ Ａ３０１１）、自動車用電気亜鉛－鉄合金めっき鋼板及び鋼帯（ＪＦＳ Ａ３０３１）、自動車用電気亜鉛－ニッケル合金めっき鋼板および鋼帯（ＪＦＳ Ａ３０４１）、みがき特殊帯鋼（ＪＩＳ Ｇ３３１１）等が挙げられる。

金属ワーク１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。

なお、金属ワークの形状は、平板状に限定されず、例えば、管状であってもよい。

管状の金属ワークとしては、例えば、鋼管等が挙げられる。

下穴形成部材１４としては、特に限定されないが、例えば、ピアス、ドリル等が挙げられる。

なお、金属ワーク１５に形成された下穴１５ａを、必要に応じて、面取りしてもよい。

ここで、本実施形態の金属加工物の製造方法においては、下穴形成工程を省略して、あらかじめ下穴が形成されている金属ワークを使用してもよい。

図２に、加熱工程の一例を示す。

まず、電極２１ａが設置されているダイ２１の上に、下穴１５ａが形成された金属ワーク１５を載置し、押さえ板２２で挟持する（図２（ａ）参照）。ここで、電極２１ａは、通電部材２３に設置されている電極２３ａと、通電ケーブルを介して、接続されており、電極２１ａと電極２３ａの間に通電することができるように構成されている。また、通電部材２３は、バネ２３ｂにより、上下方向に移動することができるように支持されている。さらに、パンチ２４は、金属ワーク１５に対して、通電部材２３とは反対側に配置されている。

なお、パンチ２４は、金属ワーク１５に対して、通電部材２３と同一側に配置されていてもよい。この場合、通電部材２３を鉛直方向および水平方向に移動することができるように構成すればよい。

ダイ２１は、金属ワーク１５の下穴１５ａの付近に配置されている。これにより、金属ワーク１５の通電領域を下穴１５ａの付近に限定することができる。

ダイ２１を構成する材料としては、通電性を有していれば、特に限定されない。

なお、ダイ２１に電極２１ａを設置する代わりに、押さえ板２２に電極を設置してもよい。この場合、押さえ板２２は、通電性を有する。また、金属ワーク１５の下穴１５ａの付近に、押さえ板２２を配置することが好ましい。

また、ダイ２１に電極２１ａを設置する代わりに、金属ワーク１５の下穴１５ａの付近に電極を設置してもよい。

次に、金属ワーク１５の一方の面の下穴１５ａの周囲（以下、エッジ部１５ｂ（図３参照）という）に接触するように、通電部材２３を加圧した状態で、電極２１ａと電極２３ａの間に通電し、接触抵抗により、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱する（図２（ｂ）参照）。

このとき、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂが溶融する温度まで、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱することが好ましい。これにより、バーリング穴形成工程において、先端割れを抑制することができる。

ここで、先端割れは、バーリング穴形成工程で形成されるフランジ４１の外周側４１ａの溶融痕（図４参照）が起点となることが多い。ここで、金属ワーク１５を通電部材２３の加圧した面に対して、反対の面からパンチを加圧することで形成されるバーリング穴は、内側が溶融しにくいため、他部材と締結した際の機械強度が向上する。

また、金属ワーク１５が鋼材である場合、フランジ４１の根元部４１ｂ（図４参照）に対応する、ダイ２１の先端部２１ｂと接触している金属ワーク１５の温度が青熱脆性域とならないようにすることが好ましい。これにより、根元部４１ｂの延性が向上し、バーリング穴形成工程において、根元割れを抑制することができる。

さらに、フランジ４１の根元部４１ｂに対応する、ダイ２１の先端部２１ｂと接触している金属ワーク１５の温度が常温近傍（例えば、２０℃以上８０℃以下）となるように、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱することが好ましい。これにより、フランジ４１の根元部４１ｂの機械強度を、基体４２（図４参照）の機械強度と同等にすることができ、根元割れを抑制することができる。

通電部材２３を加圧する圧力は、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂと接触することが可能であれば、特に限定されない。このとき、通電部材２３を加圧した状態で、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂが塑性変形していてもよい。

通電部材２３を構成する材料としては、通電性および耐熱性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ダイス鋼等の工具鋼等が挙げられる。

通電部材２３の先端部の形状は、テーパ形状であるが、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱することが可能であれば、特に限定されず、半円形状、平底形状、砲弾形状等であってもよい。

ここで、通電部材２３の外径の最大値が下穴１５ａの内径よりも大きい。このため、通電部材２３の先端部を金属ワーク１５のエッジ部１５ｂと接触させることができる。

なお、通電部材２３は、耐熱コーティングが施されていてもよい。

パンチ２４を構成する材料としては、耐熱性を有し、金属ワーク１５よりも硬度が高ければ、特に限定されないが、例えば、ダイス鋼等の工具鋼等が挙げられる。

パンチ２４は、図５に示すように、基体部２４ａおよび先端部２４ｂを有し、先端部２４ｂは、テーパ形状であり、着脱可能に構成されている。これにより、先端部２４ｂが損傷した場合に、交換することができる。

基体部２４ａは、穴加工を施して、冷却水を循環させることが可能な構造としてもよい。これにより、パンチ２４を連続して使用する際に、パンチ２４の温度上昇を抑制することができる。

ここで、パンチ２４の外径の最大値、すわなち、基体部２４ａの外径が下穴１５ａの内径よりも大きい。このため、パンチ２４の先端部２４ｂを金属ワーク１５のエッジ部１５ｂと接触させることができる。

なお、パンチ２４は、耐熱コーティングが施されていてもよい。

パンチの先端部の他の形状としては、特に限定されないが、例えば、半円形状（図６（ａ）参照）、平底形状（図６（ｂ）参照）、凸形状（図６（ｃ）参照）、砲弾形状（図６（ｄ）参照）、円錐形状（図６（ｅ）参照）等が挙げられる。

ここで、先端部が凸形状であるパンチは、下穴形成部材１４を兼ねるピアスバーリングパンチとして、用いることができる。

図７に、バーリング穴形成工程の一例を示す。

通電を停止した状態で、金属ワーク１５に形成された下穴１５ａにパンチ２４を加圧して押し込む（図７（ａ）参照）。このとき、バネ２３ｂが収縮し、通電部材２３は下方に移動する。次に、パンチ２４を引き抜き、バーリング穴７１ａと、バーリング穴７１ａの全周から立ち上がっているフランジ７１ｂと、を有する金属加工物７１を成形する（図７（ｂ）参照）。このとき、バネ２３ｂが伸長し、通電部材２３は上方に移動するが、通電部材２３を加圧した状態（図２（ｂ）参照）を解除する。また、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱したため、金属加工物７１は、フランジ７１ｂの先端部のみに、溶融痕７１ｃが存在する。

なお、通電を停止する代わりに、または、通電を停止するとともに、通電部材２３を加圧した状態（図２（ｂ）参照）を解除してもよい。

ここで、パンチ２４の下死点における停止時間は、金属加工物７１が冷却されないように設定することが好ましい。これにより、金属加工物７１の収縮が抑制され、その結果、引き抜き荷重が減少する。

なお、フランジ７１ｂの根元部の内面に、ねじ切り加工を施してもよい。

図８に、本実施形態の金属加工物の製造装置の一例を示す。

金属加工物の製造装置８０は、電極２１ａが設置されているダイ２１と、押さえ板２２と、電極２３ａが設置されている通電部材２３と、パンチ２４と、を有する。また、金属加工物の製造装置８０は、金属ワーク１５の一方の面の下穴１５ａの周囲に接触するように、通電部材２３を加圧する第１の加圧ユニット８１と、金属ワーク１５の一方の面の下穴１５ａの周囲に通電部材２３を接触させた状態で、電極２１ａと電極２３ａとの間に通電し、金属ワーク１５のエッジ部１５ｂを加熱する通電ユニット８２と、通電を停止した状態で、パンチ２４を加圧して下穴１５ａに押し込み、バーリング穴を形成する第２の加圧ユニット８３と、を有する。さらに、金属加工物の製造装置８０は、第１の加圧ユニット８１、通電ユニット８２および加圧ユニット８３の動作を制御する制御ユニット８４を有する。ここで、金属加工物の製造装置８０は、加熱工程およびバーリング穴形成工程で用いられる。

ここで、通電ユニット８２は、通電ケーブル８２ａおよび８２ｂを介して、それぞれ電極２１ａおよび電極２３ａと接続されている。

第１の加圧ユニット８２としては、例えば、エアープレス等が挙げられる。

第２の加圧ユニット８３としては、例えば、油圧プレス、サーボプレス等が挙げられる。

制御ユニット８４としては、公知の制御ユニットを用いることができる。

［金属加工物］
図９に、本実施形態の金属加工物の一例を示す。

金属加工物９０は、平面状の基体９１と、基体９１に形成されているバーリング穴９２と、バーリング穴９２の全周から立ち上がっているフランジ９３と、を有し、フランジ９３の先端部のみに、溶融痕が存在している。

なお、金属加工物９０は、本実施形態の金属加工物の製造方法により、製造されている。このため、先端割れおよび根元割れが抑制され、金属加工物９０の機械強度が向上する。

金属加工物９０は、フランジ９３の根元部の内面に、ねじ切りが形成されていてもよい。本実施形態の金属加工物の製造方法を用いると、フランジ９３の根元部の機械強度が基体９１の機械強度と同等になり、その結果、ねじ切りを介して、他部材と締結した際の機械強度が向上する。

金属加工物９０は、フランジ９３の内面の先端部がフランジ９３の外面の側に向かって持ち出されており、持ち出されている部位に、溶融痕が存在していてもよい。これにより、ねじ切りを介して、他部材と締結した際に、接触圧力が低減される。

バーリング穴９２の直径は、特に限定されないが、例えば、３０ｍｍ以上７５ｍｍ以下である。

フランジ９３の高さは、特に限定されないが、例えば、９ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

金属加工物９０は、複数のバーリング穴９２を有していてもよく、バーリング穴９２の個数は、特に限定されない。

図１０に、本実施形態の金属加工物の応用例として、フロントロアアームを示す。

フロントロアアーム１００は、曲面状の基体１０１と、基体１０１に形成されている３個のバーリング穴１０２と、３個のバーリング穴１０２の全周から立ち上がっているフランジと、を有し、フランジの先端部のみに、溶融痕が存在している。

本実施形態の金属加工物は、フロントロアアーム以外に、リアトレーリングアーム等のサスペンションアーム等に応用することができる。

以上、下穴が形成されている金属ワークを用いる場合について説明したが、下穴が形成されていない金属ワークを用いる場合も、同様にして、金属加工物を製造することができる。具体的には、バーリング穴の直径に応じて、通電部材およびパンチを適宜選択すればよい。

１１ ダイ
１２ 金属ワーク
１３ 押さえ板
１４ 下穴形成部材
１５ 金属ワーク
１５ａ 下穴
１５ｂ エッジ部
２１ ダイ
２１ａ 電極
２１ｂ 先端部
２２ 押さえ板
２３ 通電部材
２３ａ 電極
２３ｂ バネ
２４ パンチ
２４ａ 基体部
２４ｂ 先端部
４１ フランジ
４１ａ 外周側
４１ｂ 根元部
４２ 基体
７１ 金属加工物
７１ａ バーリング穴
７１ｂ フランジ
７１ｃ 溶融痕
８０ 金属加工物の製造装置
８１ 第１の加圧ユニット
８２ 通電ユニット
８２ａ、８２ｂ 通電ケーブル
８３ 第２の加圧ユニット
８４ 制御ユニット
９０ 金属加工物
９１ 基体
９２ バーリング穴
９３ フランジ
１００ フロントロアアーム
１０１ 基体
１０２ バーリング穴

Claims (4)

1. 金属ワークの一方の面の所定の領域に通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記所定の領域の周囲を加熱する工程と、
   前記加熱を停止した状態で、前記通電部材とは別体のパンチを加圧して前記所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する工程と、を含む、金属加工物の製造方法。
2. 前記金属ワークの他方の面から、前記パンチを加圧して前記所定の領域に押し込む、請求項１に記載の金属加工物の製造方法。
3. 前記金属ワークに下穴を形成する工程をさらに含み、
   前記金属ワークの一方の面の前記下穴の周囲に前記通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記下穴の周囲を加熱し、
   前記加熱を停止した状態で、パンチを加圧して前記下穴に押し込み、バーリング穴を形成し、
   前記通電部材の外径の最大値が前記下穴の内径よりも大きい、請求項１または２に記載の金属加工物の製造方法。
4. 通電部材と、
   金属ワークの一方の面の所定の領域に接触するように、前記通電部材を加圧する第１の加圧ユニットと、
   前記金属ワークの一方の面の所定の領域に前記通電部材を接触させた状態で、前記金属ワークと前記通電部材との間に通電し、前記金属ワークの一方の面の前記所定の領域の周囲を加熱する通電ユニットと、
   前記通電部材とは別体のパンチと、
   前記加熱を停止した状態で、前記パンチを加圧して前記所定の領域に押し込み、バーリング穴を形成する第２の加圧ユニットと、を有する、金属加工物の製造装置。
   
   

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