JP2023069576A - 平板の両面に縁を有する部品とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】平板の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁と下縁とを有する部品をプレス成形で作製する作製方法とその部品を提供すること。【解決手段】平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、前記平板の前記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、前記縁と前記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法を用いる。【選択図】図2
Description
本発明は、平板の両面に縁を有する部品とその製造方法に関する。特に、自動車などに使用される平板の両面に縁を有する部品とその製造方法に関する。
従来から、自動車等の部品で、図1(a)に示すような部品9が使用されている。図1(a)は部品9の斜視図である。図1(b)に部品9の断面図を示す。平板10の表面に、上縁11aと下縁11bとがあり、平板10の両面が凹部となっている。
部品9を作製する場合、プレス成形により作製することが、コスト的に好ましい。プレス成形では、短時間に強度を有する部品を作製できる(特許文献1)。
部品9を作製する場合、プレス成形により作製することが、コスト的に好ましい。プレス成形では、短時間に強度を有する部品を作製できる(特許文献1)。
しかし、従来のプレス成形では、平板10の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁11aと下縁11bとを作製することができなかった。
よって、本願の課題は、平板10の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁11aと下縁11bとを有する部品をプレス成形で作製する製法とその部品を提供することである。
よって、本願の課題は、平板10の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁11aと下縁11bとを有する部品をプレス成形で作製する製法とその部品を提供することである。
上記目的を達成するために、平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、上記平板の上記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、上記縁と上記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法を用いる。
また、平板の両面に縁を有する部品であり、上記平板と上記縁との間の内面の半径が、大きさの異なる2つの半径からなる曲面である平板の両面に縁を有する部品を用いる。
さらに、平板の両面に縁を有する部品であり、1方の縁の硬度が、他方の縁の硬度より、1.3倍以上大きい平板の両面に縁を有する部品を用いる。
さらに、平板の両面に縁を有する部品であり、1方の縁の硬度が、他方の縁の硬度より、1.3倍以上大きい平板の両面に縁を有する部品を用いる。
本発明の平板の両面に縁を有する部品の製造方法によれば、プレス成形をメインとして、平板の両面に縁を有する部品を作製できる。また、本発明の平板の両面に縁を有する部品は、硬度が高く、または、皺のない部品となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。部品19を作製する一例である。以下は、本願発明の一例であり、本願発明は、以下の例のみには限定されない。
(実施の形態)
<製法、プロセス>
実施の形態の製造プロセスを図2(a)~図3(d)で説明する。プレス成形をメインとして、部品19を作製する。
図2(a)~図2(d)は、プロセスの各段階での斜視図である。
図3(a)~図3(d)は、プロセスの各段階での断面図である。
(実施の形態)
<製法、プロセス>
実施の形態の製造プロセスを図2(a)~図3(d)で説明する。プレス成形をメインとして、部品19を作製する。
図2(a)~図2(d)は、プロセスの各段階での斜視図である。
図3(a)~図3(d)は、プロセスの各段階での断面図である。
(1)ブランク工程
図2(a)、図3(a)の円盤状の板材12を準備する。大面積の板からの打ち抜きなどで、板材12を作製する。
図2(a)、図3(a)の円盤状の板材12を準備する。大面積の板からの打ち抜きなどで、板材12を作製する。
(2)絞り工程
図2(b)、図3(b)のように、板材12をお椀形状、皿形状に絞り工程をする。
絞り加工では、製品の形状に沿った凹みを持つダイ(下側の金型)と、そのダイに沈み込む形のパンチ(上側の金型)の一対の金型で加工する。はじめに、シワ押さえ板が板材12をダイ上に押し付けたのち、パンチが降下し、板材12に圧を加えると、パンチの下端部の形状に従って板材12が変形し、ダイに空いた穴の中へ押し込まれる。さらにパンチの降下が進むと、シワ押さえ板によって押さえられていた周辺部の板材12がダイの穴の中へと引きこまれる。結果、図2(b)、図3(b)となる。
図2(b)、図3(b)のように、板材12をお椀形状、皿形状に絞り工程をする。
絞り加工では、製品の形状に沿った凹みを持つダイ(下側の金型)と、そのダイに沈み込む形のパンチ(上側の金型)の一対の金型で加工する。はじめに、シワ押さえ板が板材12をダイ上に押し付けたのち、パンチが降下し、板材12に圧を加えると、パンチの下端部の形状に従って板材12が変形し、ダイに空いた穴の中へ押し込まれる。さらにパンチの降下が進むと、シワ押さえ板によって押さえられていた周辺部の板材12がダイの穴の中へと引きこまれる。結果、図2(b)、図3(b)となる。
この時、板材12に圧縮ひずみが生じ、筒の上部にシワを生じさせる原因となるが、このシワはシワ押さえ板によって抑制される。
(3)鍛圧工程
図2(c)、図3(c)のように、突起20を設ける鍛圧工程をする。
鍛圧として、冷間鍛造を用いる。冷間鍛造とは、材料(金属)に熱を加えず常温のまま圧力を加えて、金属を変形させながら成形をおこなう加工方法のことをいう。金属の塑性を活かして加工することから、「塑性加工」とも呼ばれている。
図2(c)、図3(c)のように、突起20を設ける鍛圧工程をする。
鍛圧として、冷間鍛造を用いる。冷間鍛造とは、材料(金属)に熱を加えず常温のまま圧力を加えて、金属を変形させながら成形をおこなう加工方法のことをいう。金属の塑性を活かして加工することから、「塑性加工」とも呼ばれている。
冷間鍛造では、金属を変形させながら加工をおこなうため、製造途中に材料の削り屑(金属廃棄物)が殆ど発生しない。また、材料を加熱せず常温で加工するため寸法精度は良好であり、複雑難形状加工でも毎分100個前後の高速加工が可能である。なお、温度を上げて鍛圧工程をしてもよい。
(4)しごき工程
図2(d)、図3(d)のように、しごき工程をし、部品19が作製される。
しごき工程では、製品の壁面を、パンチで縦方向にしごき、均一な厚さに整えるもので、同時に製品の深さ(高さ)を増す(上縁11aの長さを増加させる)ことにもなる。
図2(d)、図3(d)のように、しごき工程をし、部品19が作製される。
しごき工程では、製品の壁面を、パンチで縦方向にしごき、均一な厚さに整えるもので、同時に製品の深さ(高さ)を増す(上縁11aの長さを増加させる)ことにもなる。
なお、板材12の材質は、例えば、S35C(機械構造用炭素鋼)や、SPFH590(高張力鋼板)を用いることができる。プレス成形で使用される他の金属でもよい。同様の現象が生じる。
板材12の厚みは、プレス成形できる厚みならよい。例えば、1~5mmである。
板材12の厚みは、プレス成形できる厚みならよい。例えば、1~5mmである。
部品19は、平板10の両面に縁11(上縁11a、下縁11b)を有する。縁11は、平板10の全周にあるとは限らない、一部でもよい。また、平板10は円形状でなくとも、楕円、方形の場合でもよい。
実際の部品19としては、プーリー、歯車、カムなどに利用される。なお、縁11の外周に凹凸などの成形が必要な場合がある。その場合、図2(d)、図3(d)の縁11の外側を成形する。
<突起20の位置>
図4に、部品19の端部の拡大断面図を示す。突起20は、平板10と縁11との間(境界)に位置する。好ましくは、平板10側の端部に位置する。縁11が直接、突起20となるのでなく、平板10の一部から突起20が生成される。材料の流れであるフローが縁11と平板10から生じる。結果、硬度の強い突起20が形成できる。なお、突起20は、少なくとも平板10に位置する必要がある。
実際の部品19としては、プーリー、歯車、カムなどに利用される。なお、縁11の外周に凹凸などの成形が必要な場合がある。その場合、図2(d)、図3(d)の縁11の外側を成形する。
<突起20の位置>
図4に、部品19の端部の拡大断面図を示す。突起20は、平板10と縁11との間(境界)に位置する。好ましくは、平板10側の端部に位置する。縁11が直接、突起20となるのでなく、平板10の一部から突起20が生成される。材料の流れであるフローが縁11と平板10から生じる。結果、硬度の強い突起20が形成できる。なお、突起20は、少なくとも平板10に位置する必要がある。
<効果>
プレス成形(絞り工程、鍛圧工程)により、平板10の両面に縁11を有する部品19を製作できる。さらに、低成形荷重で作製できる(以下で説明する)。
プレス成形(絞り工程、鍛圧工程)により、平板10の両面に縁11を有する部品19を製作できる。さらに、低成形荷重で作製できる(以下で説明する)。
<鍛圧工程について>
図5(a)~図5(d)に鍛圧工程の複数例を断面図で示す。図では、一方の縁11の側のみを表示している。
図5(a)~図5(d)に鍛圧工程の複数例を断面図で示す。図では、一方の縁11の側のみを表示している。
(1)比較例1
図5(a)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
図5(a)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
(2)比較例2
図5(b)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。この場合、縁部11の端部を、パンチ15で押し、板材12の1つの位置から、反対の2方向へ変形させる。その後、図では説明していないが、上縁11a、下縁11bの横部をカット(しごき工程)する。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
図5(b)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。この場合、縁部11の端部を、パンチ15で押し、板材12の1つの位置から、反対の2方向へ変形させる。その後、図では説明していないが、上縁11a、下縁11bの横部をカット(しごき工程)する。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
(3)実施例1
図5(c)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。この場合、縁部11と約90度異なる方向へ突起20をつくる。その後、しごき工程で、上縁11aと下縁11bが作製される。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。なお、突起20の方向は、縁部11と、45度より大きく、180度以下の方向でもよい。
図5(c)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部11を変形させる。この場合、縁部11と約90度異なる方向へ突起20をつくる。その後、しごき工程で、上縁11aと下縁11bが作製される。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。なお、突起20の方向は、縁部11と、45度より大きく、180度以下の方向でもよい。
(4)実施例2
図5(d)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部を変形させる。この場合、縁部11と平行な方向へ突起20をつくる。その後、しごき工程(図6(d)~図6(g)で説明)で、側面が同一面とされ、上縁11aと下縁11bが作製される。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
図5(d)では、絞り工程後、板材12をダイ13とパッド14で挟んで固定し、パンチ15で、縁部を変形させる。この場合、縁部11と平行な方向へ突起20をつくる。その後、しごき工程(図6(d)~図6(g)で説明)で、側面が同一面とされ、上縁11aと下縁11bが作製される。結果、上縁11aと下縁11bが作製される。
ここで、各鍛圧工程で必要な成形荷重を表1に示す。板材12の材質は、S35C(機械構造用炭素鋼)や、SPFH590(高張力鋼板)を用い、パンチ15の速度が100mm/秒の時に必要な成形荷重である。通常、生産する場合の条件である。なお、鍛圧工程が他の工程より、成形荷重が大きい。
いずれの例でも上縁11a、下縁11bが作製される。しかし、表1から、比較例1,2では、成形荷重として大きな値が必要であり、プレス装置として、特殊な装置が必要である。比較例1,2とも、縁11を大きく変形させるので、大きな成形荷重が必要である。
一方、実施例1,2では、成形荷重が500t以下で好ましい。
ここで、実施例1は、しごき工程で中縁11cを大きく変形させる。このため、しわなどが発生する可能性がある。そのため、実施例2が実施例1より好ましい。
ここで、実施例1は、しごき工程で中縁11cを大きく変形させる。このため、しわなどが発生する可能性がある。そのため、実施例2が実施例1より好ましい。
<しごき工程>
図6(a)~図6(g)は、しごき工程を複数回する例を示す。
図6(a)~図6(c)は、それぞれ、図3(a)~図3(c)と同じである。
図3(c)~図3(d)では、しごき工程を1回であった。一方、この例では、しごき工程を図6(d)~図6(g)の4回する。
図6(a)~図6(g)は、しごき工程を複数回する例を示す。
図6(a)~図6(c)は、それぞれ、図3(a)~図3(c)と同じである。
図3(c)~図3(d)では、しごき工程を1回であった。一方、この例では、しごき工程を図6(d)~図6(g)の4回する。
拡大断面図を図7に示す。はじめは、大きくしごき、徐々にしごき量を減らすのが好ましい。なお、しごきごとに上縁11aが、長くなる。
もし、しごき工程を1回ですると、表面に凹みが生じやすい。一方、この例のように複数回、徐々に変化させると凹みは生じない。結果、複数回しごき工程をするのが好ましい。
もし、しごき工程を1回ですると、表面に凹みが生じやすい。一方、この例のように複数回、徐々に変化させると凹みは生じない。結果、複数回しごき工程をするのが好ましい。
なお、しごき工程の回数は、4回でなくともよい。この場合の全体の変形量は、約5mmである。厚み3mmで、5mmなので、大きく変化させている。変形量が、下縁11bの板厚以上必要である。
<側面の表面性>
上記しごき工程を複数回することで、縁11の外側の側面の凹凸は、最大0.07mm以下となる。1回のみのしごき工程をすると最大0.26mmもあった。複数回のしごき工程で、少なくとも最大0.10mm以下となる。
<絞り工程、鍛圧工程について>
図8(a)に鍛圧工程後の部品19の端部とダイ13(絞り工程、鍛圧工程時)との拡大断面図を示す。
<側面の表面性>
上記しごき工程を複数回することで、縁11の外側の側面の凹凸は、最大0.07mm以下となる。1回のみのしごき工程をすると最大0.26mmもあった。複数回のしごき工程で、少なくとも最大0.10mm以下となる。
<絞り工程、鍛圧工程について>
図8(a)に鍛圧工程後の部品19の端部とダイ13(絞り工程、鍛圧工程時)との拡大断面図を示す。
図8(b)に、ダイ13の実施例3、図8(c)にダイ13の実施例4の拡大断面図を示す。実施例3のダイ13は、平板10と下縁11bとの間の曲面の半径が1つの円のものである(シングルR)。一方、実施例4では、半径は2種類(大きさが異なる)の円のものである(ダブルR)。
実施例3のダイ13で、絞り工程、鍛圧工程をすると、作製された部品9の内側面に皺が生じる場合がある。これは、部品19の平板10と縁11との間の変形の差異に基づくものを思われる。
一方、実施例4のダイ13で、絞り工程、鍛圧工程をすると、作製された部品19の内側面に皺が生じにくくなる。これは、部品19の平板10と縁11との間の変形の差異に基づくものが緩和されるためと思われる。
実施例3では、シングルRなので、変形で肉の流れが、進みやすく、皺がよりやすい。一方、実施例4では、ダブルRなので、変形での肉の流れが、より進みにくく、皺にならない。実施例4が、実施例3より好ましい。
<硬度について>
作成された部品19の硬度を測定した。硬度測定場所を図9に示す。図9は、部品19の端部の拡大断面図である。測定箇所を図9中に数字で示している。測定結果を表2に示す。
作成された部品19の硬度を測定した。硬度測定場所を図9に示す。図9は、部品19の端部の拡大断面図である。測定箇所を図9中に数字で示している。測定結果を表2に示す。
ビッカース硬度計で測定した。測定条件は、試験力5kgf、試験力保持時間5秒であった。部品19は、実施例2の方法で作製された。使用した材料は、SAPH440、厚み3mmで、パンチ速度100mm/秒で作製された。
上縁11aの硬度が他の箇所の約2倍となっている。ブランク(素材)の板材12の硬度は、150HVである。
おそらく、突起20(図3(c)など)が、平板10から飛び出させたため、フロー(肉流れ)が、U字状に伸び、その結果、硬度があがったと思われる。
おそらく、突起20(図3(c)など)が、平板10から飛び出させたため、フロー(肉流れ)が、U字状に伸び、その結果、硬度があがったと思われる。
上縁11aの硬度は、他の部分(下縁11b、平板10、コーナ)より、1.5倍以上大きい。少なくとも、1.3倍以上大きい。
また、平板10より、縁の方が1.2倍、少なくとも1.1倍以上硬度が高い。
<内面の溝>
図10は、上記製法で作製された部品19の一例を示す。点線はしごき工程で長くなった上縁11aの部分を示す。点線は、図7の点線に相当する。
上縁11aの内部に溝30が生じる場合がある。この溝30は、しごき工程で伸びた部分と元からあった部分の境界と思われる。
溝30は、平板10に平行方向に溝となっている。溝30があることで、方向性が生じ、上縁11aがしっかりする。
また、平板10より、縁の方が1.2倍、少なくとも1.1倍以上硬度が高い。
<内面の溝>
図10は、上記製法で作製された部品19の一例を示す。点線はしごき工程で長くなった上縁11aの部分を示す。点線は、図7の点線に相当する。
上縁11aの内部に溝30が生じる場合がある。この溝30は、しごき工程で伸びた部分と元からあった部分の境界と思われる。
溝30は、平板10に平行方向に溝となっている。溝30があることで、方向性が生じ、上縁11aがしっかりする。
<後加工>
部品19は、そのままでもよいが、用途により、別の加工がされる。
縁11の外周側面に凹凸を入れれば、タイミングプーリーとなる。プーリーは、ベルトから受け取った動力をシャフトに伝達するための円盤状の部品ですある。ベルトの形状に合わせてプーリーにもいくつかの型があり、Vプーリーやタイミングプーリーなどが存在。プーリーは高速回転する部品であるため、バランス精度に注意が払われている。回転動力を用いる様々な機械で使われており、高速ポンプやコンプレッサーをはじめ、発電機などに組み込まれている。また、より強い動力を伝えるためにベルトが複数本掛けられるプーリーも存在する。
さらに、歯車、カムなどにも適応できる。
部品19は、そのままでもよいが、用途により、別の加工がされる。
縁11の外周側面に凹凸を入れれば、タイミングプーリーとなる。プーリーは、ベルトから受け取った動力をシャフトに伝達するための円盤状の部品ですある。ベルトの形状に合わせてプーリーにもいくつかの型があり、Vプーリーやタイミングプーリーなどが存在。プーリーは高速回転する部品であるため、バランス精度に注意が払われている。回転動力を用いる様々な機械で使われており、高速ポンプやコンプレッサーをはじめ、発電機などに組み込まれている。また、より強い動力を伝えるためにベルトが複数本掛けられるプーリーも存在する。
さらに、歯車、カムなどにも適応できる。
力を伝達する部分の部品として、広く利用できる。自動車だけでなく、多くの移動する機械、装置の部品として利用できる。
9 部品
9a 上縁
9b 下縁
10 平板
11 縁
11a 上縁
11b 下縁
12 板材
13 ダイ
14 パッド
15 パンチ
19 部品
20 突起
9a 上縁
9b 下縁
10 平板
11 縁
11a 上縁
11b 下縁
12 板材
13 ダイ
14 パッド
15 パンチ
19 部品
20 突起
Claims (11)
- 平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、
前記平板の前記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、
前記縁と前記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法。 - 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と垂直方向である請求項1記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と平行方向である請求項1記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と前記平板との境目に位置する請求項3項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 前記しごき工程を複数回する請求項1~4のいずれか1項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 前記しごき工程の複数回は、徐々にしごき量を小さくする請求項5に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 前記絞り工程でのダイにおいて、前記平板と前記縁との間の曲面に相当する部分の表面は、前記平板と前記縁との間の曲面の半径は、2種類の大きさの半径からなる請求項1~6のいずれか1項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
- 平板の両面に縁を有する部品であり、前記平板と前記縁との間の内面の半径が、大きさの異なる2つの半径からなる曲面である平板の両面に縁を有する部品。
- 平板の両面に縁を有する部品であり、1方の縁の硬度が、他方の縁の硬度より、1.3倍以上大きい平板の両面に縁を有する部品。
- 平板の両面に縁を有するプレス形成部品であり、縁の外側側面の凹凸が最大0.10mm以下である平板の両面に縁を有する部品。
- 平板の両面に縁を有する部品であり、前記縁の内側側面に、前記平板に平行方向の溝がある平板の両面に縁を有する部品。
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