JP2022172936A - 有底筒状部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャープで深い形状と、しわのないフランジ部とを両立し得る有底筒状部品の製造方法を提供する。【解決手段】第１ダイス３を使用した絞り加工により、板材２から中間成形体６を得る。第２ダイス８を使用した絞り加工により、中間成形体６から有底筒状部品６を得る。第１ダイス３は、製品肩部アールＰＳＲよりも大きい第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有し、製品深さＰＤよりも深い第１ダイス深さＤＤ１を有する。第２ダイス８は、製品肩部アールＰＳＲと同じ第２ダイス肩部アールＤＳＲ２を有し、製品深さＰＤと同じ第２ダイス深さＤＤ２を有する。【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、有底筒状部品の製造方法に関する。

特許文献１，２には、有底筒状部品の一例である自動車用の電池パックケースを、アルミニウム合金等の板材のプレス成形により製造することが開示されている。

特開２０１４－６０１６５ 特開２０１９－１８７３２

プレス成形により製造した自動車用電池パックケースは、例えば、フランジ付きの有底角筒形状をしている。この種の電池パックケースでは、電池搭載量を確保するために，シャープで深い形状が求められる。また、漏電防止のためにシール性が求められる。

シャープで深い形状ついては、電池が収容される本体と本体の開口部から延びるフランジ部の接続部分のアール（肩部アール）を小さくすることが重要となる。電池パックケースの最大サイズは、自動車の骨格サイズ（例えばサイドシル、Ａピラー、Ｂピラー）で制約される。この条件下で電池容量を多くするためには，肩部アールを小さくし、電池パックケースと、それを支持する相手方部材（例えば、電池パックフレームやサイドシル）との隙間を低減することが重要となる。

シール性の確保に関しては、フランジ部にしわがないことが重要となる。

しかし、特許文献１，２には、金属板のプレス成形により有底筒状部品を製造する上で、シャープで深い形状とフランジ部にしわがないことを両立することに関し、特段の記載がない。

本発明は、シャープで深い形状と、しわのないフランジ部とを両立し得る有底筒状部品の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、有底筒状の本体と、前記本体の開口部から延びるフランジ部とを備える有底筒状部品の製造方法であって、前記本体と前記フランジ部との接続部分のアールである製品肩部アールよりも大きい第１ダイス肩部アールを有し、かつ前記本体の深さである製品深さよりも深い第１ダイス深さを有する第１ダイスを使用した絞り加工により、板材から中間成形体を得る第１工程と、前記製品肩部アールと同じ第２ダイス肩部アールを有し、かつ前記製品深さと同じ第２ダイス深さを有する第２ダイスを使用した絞り加工により、前記中間成形体から前記有底筒状部品を得る第２工程とを備える、有底筒状部品の製造方法を提供する。

第１工程では製品肩部アールよりも大きい第１ダイス肩部アールを有する第１ダイスを使用することで、中間成形体の本体への材料流入を促進し、中間成形体の本体の成形深さを確保できる。その結果、最終製品である有底筒状部品の製品深さを深く設定できる。また、第１工程では製品肩部アールよりも大きい第１ダイス肩部アールを有する第１ダイスを使用し、それに続く、第２工程では製品肩部アールと同じ第２ダイス肩部アールを有する第２ダイスを使用することで、最終製品である有底筒状部品の製品肩部アールを小さく設定できる。このように、本発明によれば、シャープで深い形状の有底筒状部品を製造できる。

第１工程では、成形深さを確保するために製品肩部アールよりも大きい第１ダイス肩部アールを有する第１ダイスを使用するが、第２工程では製品肩部アールと同じ第２ダイス肩部アールを有する第２ダイスを使用する。つまり、第２工程によって、中間成形体の製品肩部アール（第１ダイ肩部アールに対応）が最終製品の製品肩部アール（第２ダイ肩部アールに対応）まで小さくなる。このことは、第２工程において中間成形体の肩部に材料を供給する必要があることを意味する。しかし、第１工程で使用する第１ダイスの第１ダイス深さは、最終製品である有底筒状部品の製品深さよりも深い。つまり、第２工程に供される中間成形体の製品深さは、最終製品である有底筒状部品の製品深さよりも深く、第２工程により本体の深さが減少する。そのため、第２工程において、製品肩部アールを、第１ダイス肩部アールに相当する大きさから第２ダイス肩部アールに相当する大きさまで小さくするために本体とフランジ部の接続部分に供給すべき材料を、本体からの材料流出で確保することができる。言い換えれば、第２工程においてダイス肩部アールを第１ダイス肩部アールから第２肩部アールまで小さくするために本体とフランジ部の接続部分に供給すべき材料は、フランジ部からの材料流入によって確保されるのではない。フランジ部からの材料流入を低減、ないしはなくすことでフランジ部におけるしわの発生を防止できる。

以上のように、本発明によれば、シャープで深い形状と、しわのないフランジ部とを両立し得る。

前記板材はアルミニウム製であってもよい。

有底角筒形状のコーナーアールが２０mm以上，かつ，ブランクの初期板厚が１．０mm以上であり，かつ，前記第１ダイス深さは以下の式を満たし得る。

本発明の有底筒状部品の製造方法によれば、シャープで深い形状と、しわのないフランジ部とを両立し得る。

本発明の実施形態に係る製造方法により製造した有底角筒状部品の斜視図。 図１ＡのＩ-Ｉ線に沿った断面図。 本発明の実施形態に係る製造方法の第１絞り工程で使用するダイスの斜視図。 図２ＡのII-II線に沿った断面図。 本発明の実施形態に係る製造方法の第１絞り工程を説明するための分解斜視図。 本発明の実施形態に係る製造方法の第２絞り工程で使用するダイスの斜視図。 図４ＡのIV-IV線に沿った断面図。 本発明の実施形態に係る製造方法の第２絞り工程を説明するための分解斜視図。 第２絞り工程後の線長変化を説明するための図１のＩ－Ｉ線に沿った模式断面図。 第１工程の成形高さの基準値からの偏差と破断としわの発生の関係についての成形解析の結果を示すグラフ。 第１比較例に係る製造方法に使用するダイスの斜視図。 図７ＡのVII-VII線に沿った断面図。 第２比較例に係る製造方法の第１絞り工程で使用するダイスの斜視図。 図８ＡのVIII-VIII線に沿った断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態にかかる製造方法を説明する。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本実施形態の製造方法では、アルミニウム製の板材をプレス成形して有底角筒状部品１を製造する。有底角筒状部品１は、自動車用の部材の一例である電池パックのケースとして採用し得る。

有底角筒状部品１は、一定深さの有底四角筒状である本体１ａと、本体１ａの開口部の全周から外向きに延びるフランジ部１ｂとを備える。

本実施形態では、有底角筒状部品１の主な形状と寸法は以下のとおりである。

本実施形態では、板厚1mmの5000系アルミニウム板を用いたが，板厚および合金種はこれに限定されない。

本実施形態では、本体１ａの底部は一辺の長さが６００mmの正方形状である。一辺の長さは６００mmに限定されない。本体１ａの底部は長方形であってもよい。

本実施形態では、本体１ａの深さ（製品深さＰＤ）は、７０mmである。製品深さＰＤは、７０mmに限定されない。

本実施形態では、本体１ａとフランジ部１ｂとの接続部分、つまり製品肩部１ｃのアール（製品肩部アールＰＳＲ）は、２mmである。製品肩部アールＰＳＲは２mmに限定されない。

本実施形態では、本体１ａの底部と側部の接続部分のアール（製品底部アールＰＢＲ）は、１０mmである。製品底部アールＰＢＲは、１０mmに限定されない。

本実施形態では、本体１ａの底部の隅部のアール（製品コーナーアールＰＣＲ１）は約５２mmである。製品コーナーアールＰＣＲ１は、約５２mmに限定されない。

本実施形態では、本体１ａの２つの側部により構成される隅部のアール（製品コーナーアールＰＣＲ２）は２０mmである。製品コーナーアールＰＣＲ２は、２０mmに限定されない。

本体１ａの２の側部と底部の接続部分により構成される隅部のアール（製品コーナーアールＰＣＲ３）は中心で２５mmであり、アール終端で１０mmに漸減している。製品コーナーアールＰＣＲ３の寸法は、本実施形態のものに限定されない。

本実施形態の製造方法では、２回の絞り加工（第１工程と第２工程）により、アルミニウム製の板材であるブランク２（図３参照）から有底角筒状部品１を製造する。

（第１工程）
図２Ａから図３を参照して第１工程を説明する。

第１工程で使用する第１ダイス３は、最終製品である有底角筒状部品１の本体１ａを成形するためのダイス本体３ａと、有底角筒状部品１のフランジ部１ｂを成形するためのダイスフランジ部３ｂとを備える。

ダイス本体３ａとダイスフランジ部３ｂの接続部分であるダイス肩部３ｃのアール（第１ダイス肩部アールＤＳＲ１）は、製品肩部アールＰＳＲよりも大きく設定している。具体的には、本実施形態では、製品肩部アールＰＳＲが前述のように２mmであるのに対して、第１ダイス肩部アールＤＳＲ１は１５mmに設定している。第１ダイス肩部アールＤＳＲ１は、製品肩部アールＰＳＲよりも大きいという条件を満たすように設定される。

ダイス本体３ａの深さ（第１ダイス深さＤＤ１）は、製品深さＰＤよりも深く設定している。具体的には、本実施形態では、製品深さＰＤが前述のように７０mmであるのに対して、第１ダイス深さＤＤ１は７５mmに設定している。第１ダイス深さＤＤ１は、製品深さＰＤよりも深いという条件を満たすように設定される。

第１ダイス３のその他の形状と寸法は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明した有底角筒状部品１、つまり最終製品の形状と寸法に対応して設定される。

図３を参照すると、第１工程では、第１ダイス３のダイスフランジ部３ｂと矩形枠状のホルダ４との間に、ブランク２の周縁部分が挟み込んで保持される。この状態で、図３において矢印Ｆで概念的に示すように、第１パンチ５によってブランク２に対して圧力が加えられる。

第１パンチ５は、第１ダイス３に応じて形状と寸法が設定される。

第１パンチ５によって加えられる圧力によって第１ダイス３の形状にブランク１が変形し、中間成形体６（図５参照）が得られる。中間成形体６は、最終製品である有底角筒状部品１では本体１ａとなる本体６ａと、有底角筒状部品１ではフランジ部１ｂとなるフランジ部６ｂとを備える。中間成形体６における、本体６ａとフランジ部６ｂの接続部分である肩部６ｃのアール（中間成形体肩部アールＭＳＲ）は、第１ダイス肩部アールＤＳＲ１と同じ（本実施形態では１５mm）になる。また、中間成形体６の本体６ａの深さ（中間成形体深さＭＤ）は、第１ダイス深さＤＤ１と同じになる。

（第２工程）
図４Ａから図５を参照して第２工程を説明する。

第２工程で使用する第２ダイス７は、最終製品である有底角筒状部品１の本体１ａを成形するためのダイス本体７ａと、有底角筒状部品１のフランジ部７ｂを成形するためのダイスフランジ部７ｂとを備える。

ダイス本体７ａとダイスフランジ部７ｂの接続部分であるダイス肩部７ｃのアール（第２ダイス肩部アールＤＳＲ２）は、製品肩部アールＰＳＲと同じに設定している。具体的には、本実施形態では、製品肩部アールＰＳＲが前述のように２mmであるので、第２ダイス肩部アールＤＳＲ２は２mmに設定している。図６を併せて参照すると、第１工程で使用される第１ダイス３の第１ダイス肩部アールＤＳＲ１（本実施形態では１５mm）よりも、第２工程で使用される第２ダイス７の第２ダイス肩部アールＤＳＲ２の方が小さい（本実施形態では２mm）。

ダイス本体７ａの深さ（第２ダイス深さＤＤ２）は、製品深さＰＤと同じに設定している。具体的には、本実施形態では、製品深さＰＤが前述のように７０mmであるので、第２ダイス深さＤＤ２は７０mmに設定している。図５を参照すると、第１工程で使用される第１ダイス３の第１ダイス深さＤＤ１（本実施形態では７５mm）よりも、第２工程で使用される第２ダイス７の第２ダイス深さＤＤ２の方が浅い（本実施形態では７０mm）。

第２ダイス７のその他の形状と寸法は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明した有底角筒状部品１、つまり最終製品の形状と寸法に対応して設定される。

図５を参照すると、第２パンチ８に中間成形体６が配置される。この状態で、図５において矢印Ｆで概念的に示すように、第２ダイス７が第２パンチ８に向かって移動することで、中間成形体６に対して圧力が加えられる。

第２パンチ８は、パンチ本体８ａと、その全周から外向きに延びるパンチフランジ部８ｂとを備える。パンチ本体８ａとパンチフランジ部８ｂの接続部分であるパンチ肩部８ｃのアール（第２パンチ肩部アールＰＵＳＲ２）は、第２ダイス肩部アールＤＳＲ２に基づき、板厚を考慮して設定される。また、パンチ本体８ａの深さ（第２パンチ深さＰＵＤ２）は、第２ダイス深さＤＤ２と同じに設定される。

第２ダイス７が第２パンチ８に向かって移動することで加えられる圧力によって第２ダイス７の形状に中間成形体６が変形し、最終製品である有底角筒状部品１（図１Ａ及び図１Ｂ参照）が有られる。

以下、２つの比較例、つまり図７Ａ及び図７Ｂに示す第１比較例と、図８Ａ及び図８Ｂに示す第２比較例との対比を交えつつ、本実施形態の製造方法の特徴を説明する。

本実施形態では、最終製品である有底角筒状部品１の製品肩部アールＰＳＲよりも大きい第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有し、かつ有底角筒状部品１の製品深さＰＤよりも深い第１ダイス深さＤＤ１を有する第１ダイス３を使用した絞り加工である第１工程を実行する。その後、製品肩部アールＰＳＲと同じ第２ダイス肩部アールＤＳＲ２を有し、かつ製品深さＰＤと同じ第２ダイス深さＤＤ２を有する第２ダイス８を使用した絞り加工である第２工程を実行する。

これに対して、第１比較例では、本実施形態における第１工程に相当する１回の絞り加工、つまりブランクに対する１回の絞り加工のみを実行する。また、第１比較例では図７Ａ及び図７Ｂに示すように、製品肩部アールＰＳＲと同じ第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有し、かつ製品深さＰＤと同じ第１ダイス深さＤＤ１を有する第１ダイス３を使用する。

次に、第２比較例では、本実施形態における第１工程に相当するブランクに対する絞り加工と、第２工程に相当する中間成形体に対する絞り加工とを実行する。第２比較例の本実施形態との相違は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１工程で使用する第１ダイス３の第１ダイス深さＤＤ１が最終製品である有底角筒状部品１の製品深さＰＤと同じであるという点である（第１ダイス肩部アールＤＳＲ１は製品肩部アールＰＳＲよりも大きい。）。

本発明者が実施したシミュレーションによれば、第１比較例では、第１製品深さＰＤに到達する前にブランクが破断し、最終製品である有底筒状部品１が得られない。

また、上記シミュレーションによれば、第２比較例では、有底筒状部品１は得られるものの、フランジ部１ｂにしわが生じる。これは、第１工程の第１ダイス肩部アールＤＳＲ１（１５mm）よりも、第２工程の第２ダイス肩部アールＤＳＲ２が小さい（２mm）ため、第２工程において中間成形体６の肩部６ｃに対して供給すべき材料がフランジ部６ｂからの材料流入により確保されるためである。

一方、上記シミュレーションによれば、本実施形態の製造方法の場合、第１工程では製品肩部アールＰＳＲよりも大きい第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有する第１ダイス３を使用することで、中間成形体６の本体６ａへの材料流入を促進し、中間成形体深さＭＤを確保できる。その結果、第１比較例のようなブランクの破断を生じることなく、有底筒状部品１の製品深さＰＤを深く設定できる。また、本実施形態の製造方法の場合、第１工程では製品肩部アールＰＳＲよりも大きい第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有する第１ダイス３を使用し、それに続く、第２工程では製品肩部アールＰＳＲと同じ第２ダイス肩部アールＤＳＲ２を有する第２ダイス７を使用することで、最終製品である有底筒状部品１の製品肩部アールＰＳＲを小さく設定できる。このように、本実施形態の製造方法によれば、シャープで深い形状の有底角筒状部品１を製造できる。

次に、上記シミュレーションによれば、本実施形態の製造方法の場合、第１工程では、成形深さを確保するために製品肩部アールＰＳＲよりも大きい第１ダイス肩部アールＤＳＲ１を有する第１ダイス３を使用するが、第２工程では製品肩部アールＰＳＲと同じ第２ダイス肩部アールＤＳＲ２を有する第２ダイス７を使用する。つまり、第２工程によって、中間成形体６の中間成形体肩部アールＭＳＲ１（第１ダイ肩部アールＤＳＲ１に対応）が、最終製品の製品肩部アールＰＳＲ（第２ダイ肩部アールＤＳＲ２に対応）まで小さくなる。このことは、第２工程において中間成形体６の肩部６ｃに材料を供給する必要があることを意味する。しかし、第１工程で使用する第１ダイス３の第１ダイス深さＤＤ１は、最終製品の製品深さＰＤよりも深い。つまり、第２工程に供される中間成形体６の中間成形体深さＭＤは、最終製品の製品深さＰＤよりも深く、第２工程により本体の深さが減少する。そのため、第２工程において、中間成形体６の中間成形体肩部アールＭＳＲ１を最終製品の製品肩部アールＰＳＲまで小さくするために、中間成形体６の肩部６ｃに供給すべき材料を、本体６ａからの材料流出で確保することができる。言い換えれば、第２工程においてダイス肩部アールを第１ダイス肩部アールＤＳＲ１から第２肩部アールＤＳＲ２まで小さくするために中間成形体６の肩部６ｃに供給すべき材料は、フランジ部６ｂからの材料流入によって確保されるのではない。フランジ部６ｂからの材料流入を低減、ないしはなくすことで最終製品のフランジ部１ｂにおけるしわの発生を防止できる。

以上のように、本実施形態の製造方法によれば、シャープで深い形状と、しわのないフランジ部１ｂとを両立し得る。

図６Ａを参照すると、本実施形態の製造方法において第２工程でダイス肩部アールを、第１ダイス肩部アールＤＳＲ１から第２ダイス肩部アールＤＳＲ２まで小さくすることによる線長変化、従って、第１ダイス深さＤＤ１と第２ダイス深さＤＤ２の差ΔＤＤ（第１工程と第２工程の成形深さの差に相当する）は、幾何学的関係から以下の式（１）で表される。

この式（１）より、第１ダイス肩部アールＤＳＲ１が１５mmで、第２ダイス肩部アールＤＳＲ２が２mmの場合、第１ダイス深さＤ数１と第２ダイス深さＤＤ２の差ΔＤＤは約５．５７mmである。

また、式（１）から第１ダイス深さＤＤ１は、第２ダイス深さＤＤ２、第１ダイス肩部アールＤＳＲ１、及び第２ダイス肩部アールＤＳＲ２によって、以下の式（２）のように表される。

第１ダイス深さＤＤ１は式（２）で規定されるが，実際の工程では，多少の誤差が生じる。そこで，その誤差をどの程度まで許容できるかについてシミュレーションで検討した．結果を図６Ｂに示す。この図６Ｂに示すように、第１工程の成形高さ（第１ダイス深さＤＤ１と等しい）の基準値（式（２）から求まる値）からの偏差が－２．５４mm～＋２．４２mmの範囲であるとき、最終製品にしわを生じなかった。

本検討では，初期の板厚を前述のように１．０mm、有底角筒形状の製品コーナーアールＲＣＲ２（図１Ａ参照）を前述のように２０mmとして検討している。一般に，円筒形状のしわは板厚とコーナーアールの大きさの影響を受け、板厚が薄いほど、またコーナーアールが小さいほどしわを生じやすい。このため、本検討で得られた結果を用いて，有底角筒形状を成形する場合，製品コーナーアールＲＣＲ２が２０mm以上、かつブランクの板厚が１．０mm以上の場合、第１工程の成形高さ、つまり第１ダイス深さＤＤ１は以下の式（３）を満たせばフランジ部にしわが発生しない。

ここで，ＤＤ１は第１ダイス深さ，ＤＤ２は第２ダイス深さ（最終製品の成形高さ）、ＤＳＲ１は第１ダイス肩アール，ＤＳＲ２は第２ダイス肩アール（最終製品の肩部アール）である。なお、上記式の単位は「mm」である．

本実施形態の製造方法により製造される有底角筒状部品は、自動車用の電池パックのケースとして採用し得るものであるが、本発明の適用対象はそれに限定されない。本発明は、周辺部品との兼ね合いで最大寸法が低減され、かつ内部容積を最大化が求められる部材の製造に好適に適用される。このような部材には、例えば電池パックの蓋、サイドドアインナーパネル、コンバータケース、及びモータケース（有底円筒状容器）のような他の自動車用の部材がある。

１ 有底角筒状部品（有底筒状部品）
１ａ 本体
１ｂ フランジ部
１ｃ 製品肩部
２ ブランク
３ 第１ダイス
３ａ ダイス本体
３ｂ ダイスフランジ部
３ｃ ダイス肩部
４ ホルダ
５ 第１パンチ
６ 中間成形体
６ａ 本体
６ｂ フランジ部
６ｃ 肩部
７ 第２ダイス
７ａ ダイス本体
７ｂ ダイスフランジ部
７ｃ ダイス肩部
８ 第２パンチ
８ａ パンチ本体
８ｂ パンチフランジ部
８ｃ パンチ肩部
ＰＤ 製品深さ
ＰＳＲ 製品肩部アール
ＰＢＲ 製品底部アール
ＰＣＲ１，ＰＣＲ２，ＰＣＲ３ 製品コーナーアール
ＤＳＲ１ 第１ダイス肩部アール
ＤＳＲ２ 第２ダイス肩部アール
ＤＤ１ 第１ダイス深さ
ＤＤ２ 第２ダイス深さ
ＰＵＳＲ１ 第１パンチ肩部アール
ＰＵＳＲ１ 第２パンチ肩部アール
ＰＵＤ１ 第２パンチ深さ
ＰＵＤ２ 第２パンチ深さ
ＭＳＲ 中間成形体肩部アール
ＭＤ 中間成形体深さ

Claims (3)

1. 有底筒状の本体と、前記本体の開口部から延びるフランジ部とを備える有底筒状部品の製造方法であって、
   前記本体と前記フランジ部との接続部分のアールである製品肩部アールよりも大きい第１ダイス肩部アールを有し、かつ前記本体の深さである製品深さよりも深い第１ダイス深さを有する第１ダイスを使用した絞り加工により、板材から中間成形体を得る第１工程と、
   前記製品肩部アールと同じ第２ダイス肩部アールを有し、かつ前記製品深さと同じ第２ダイス深さを有する第２ダイスを使用した絞り加工により、前記中間成形体から前記有底筒状部品を得る第２工程と
   を備える、有底筒状部品の製造方法。
2. 前記板材はアルミニウム製である、請求項１に記載の有底筒状部品の製造方法。
3. 有底角筒形状のコーナーアールが２０mm以上，かつ，ブランクの初期板厚が１．０mm以上であり，かつ，前記第１ダイス深さは以下の式を満たす、請求項１又は２に記載の有底筒状部品の製造方法。
   

   

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