JP3272402B2 - 軽合金材料のプレス成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばアルミニウム
合金等の軽合金材料をプレス成形するプレス成形装置の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属製の板状素材をプレス成形す
る成形装置として、上下動可能なパンチと、該パンチの
下降位置より上方に液面を有する液圧ドームと、該液圧
ドームと上記パンチとの間に板状素材を保持する保持部
材とを備え、上記パンチを下降させることにより、該パ
ンチと上記液圧ドーム内の液体との間で上記板状素材を
所定形状にプレス成形するようにした、所謂、対向液圧
プレス成形装置が知られている(例えば、特開昭６３−
１５４２２３号公報参照)。かかる成形装置を用いるこ
とにより、一対の型具(パンチ及びダイ)を用いて両者間
で成形する通常のプレス成形に比べて、型具(パンチ)と
素材との接触状態を均一化させて局所的な応力集中を緩
和することができ、また、成形時における上記保持部材
と素材被保持部との間の摩擦係数を低減させることがで
きるなど、プレス成形性の向上を図ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
アルミニウム合金など、本来、プレス成形性が余り良く
ない軽合金材料の場合には、上記のような対向液圧プレ
ス成形でも十分な成形性を得ることが難しく、形状が複
雑なものやある程度深絞り形状のものなどの場合には、
１回のプレス工程で支障なく成形することはやはり困難
であった。すなわち、上記保持部材によって保持された
板状素材は、一般に、パンチの下降に伴ってその被保持
部の近傍が所定の曲率で折曲された後、この折曲部から
パンチの側面形状に沿って略下方に延びる縦壁部が形成
され、また同時に、パンチの下面形状に沿った成形が行
なわれるが、成形性が良くない軽合金材料の場合には、
上記折曲部やその近傍の縦壁部に割れが発生し易いとい
う問題があった。

【０００４】ところで、プレス成形すべき板状素材(ワ
ーク)を適当な温度範囲に加熱することにより、ワーク
の伸び特性が改善され、プレス成形性が向上すること
は、一般に良く知られている。例えば、実開昭６１−１
２７８３２号公報では、プレス用板材(ワーク)をプレス
型へ搬送する搬送ハンドに、ワークの成形部に対応する
部分を加熱する加熱手段を設けたプレス用板材の搬送装
置が開示されている。しかしながら、軽合金材料の場合
には、プレス成形用材料としてよく用いられる鋼などに
比べてもともと強度が低く、しかも、加熱されて温度が
上昇した場合には、伸び特性は改善されるものの強度は
更に低下し、却って割れなどの不具合が発生し易くなる
場合もある。

【０００５】そこで、ワークの被保持部のみを加熱し、
その他の成形部分の温度上昇は抑制することにより、
「割れ」 の問題が特に生じ易いワークの折曲部およびそ
の近傍部分における材料の伸び特性の改善を図ることが
考えられている。図５のグラフは、パンチとダイスとを
用いて行う通常のプレス成形法において、パンチを冷却
水により強制冷却した場合(折れ線Ｃ)と冷却しない場合
(折れ線Ｄ)とについて、ワークの被保持部の加熱温度
(以下、これを単に成形温度という)に対するプレス成形
性の変化特性を調べた試験結果の一例を示すグラフであ
る。この試験では、例えば図８に示すように、円板状の
素材ＭＴをカップ状にプレス成形した場合において素材
ＭＴの外径Ｄと成形品Ｗ'の外径dとの比の値ＬＤＲ(＝
Ｄ／d)を成形性を示す指標とした。つまり、このＬＤＲ
が各折れ線で示される値に達するまでは、割れ等の不具
合を生じることなく成形することができたことを示して
いる。尚、この試験におけるパンチおよびダイの主要寸
法、つまり、図７に示すようなパンチ外径Ｄp,ダイ内径
Ｄd,パンチアールＲp,ダイアールＲdは、次の通りであ
った。Ｄp＝３０mm,Ｄd＝３３mm,Ｒp＝６mm,Ｒd＝６m
m。また、素材としては、板厚１.０mmのアルミニウム合
金Ａ５０８３−０が用いられ、成形速度(パンチの下降
速度)は、１.３mm／sec．であった。

【０００６】図５のグラフより、パンチを冷却しない場
合(折れ線Ｄ参照)には、成形温度が上昇するにつれて成
形性は僅かに低下する傾向を示すが、冷却水によってパ
ンチを冷却した場合(折れ線Ｃ参照)には、特に、成形温
度が１５０℃を越えると成形性が大幅に向上しており、
成形温度が高くなると成形性が改善されることがわか
る。これは、ワークの被保持部のみを加熱することによ
り、「割れ」 の問題が特に生じ易いワークの折曲部およ
びその近傍部分における材料の伸び特性を向上させるこ
とができ、また同時にパンチを冷却することにより、上
記部分以外については温度の上昇を抑制して素材の強度
を確保することができるからである。

【０００７】ところで、ワークをある程度加熱して温間
で成形を行う温間プレス成形では、冷間で行う場合に比
べて、割れ発生に対する成形速度の影響がより大きくな
ることが知られている。図６のグラフは、パンチとダイ
とを用いて行う通常のプレス成形法において、成形温度
が２００℃の場合(折れ線Ｅ参照)と室温の場合(折れ線
Ｆ参照)とについて、成形速度(つまりパンチの下降速
度)に対するプレス成形性(ＬＤＲ)の変化特性を調べた
試験結果の一例を示すグラフである。この試験の試験条
件を以下に示す。Ｄp＝８０mm,Ｄd＝８３mm,Ｒp＝１０m
m,Ｒd＝８mm。また、素材は、板厚１.０mmのアルミニウ
ム合金Ａ５１８２−０が用いられている。

【０００８】このグラフより、成形温度が室温の場合に
は、成形速度が変化してもプレス成形性はほとんど変化
しいなが、成形温度が２００℃の場合には、成形速度が
高くなるとプレス成形性が低下することがわかる。ま
た、成形温度が２００℃の場合には、図６における折れ
線Ｅと折れ線Ｆとを延長して得られる交点に対応する成
形速度(約３×１０^-2m／sec．)以下の成形速度であれ
ば、少なくとも室温の場合よりも良好なプレス成形性が
確保できることがわかる。

【０００９】すなわち、図５および図６のグラフより、
ワークの被保持部のみを加熱してそれ以外の成形部分の
温度上昇を抑制することにより、また、成形温度が高い
場合には成形速度を低く制限することにより、軽合金材
料のプレス成形性を改善できることがわかる。

【００１０】この発明は、上記の点に着目してなされた
もので、所謂、液圧対向プレス成形を適用することによ
って成形時における素材温度を低く保ち、かつ素材の折
曲部およびその近傍については伸び特性を確保すること
ができる軽合金材料のプレス成形装置を提供することを
主目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、本願発明は、
上下動可能なパンチと、該パンチの下降位置より上方に
液面を有する液圧ドームと、該液圧ドームと上記パンチ
との間に配置された板状素材の所定部位を保持する保持
部材とを備え、上記パンチを下降させることにより、該
パンチと上記液圧ドーム内の液体との間で上記板状素材
を所定形状にプレス成形するようにした軽合金材料のプ
レス成形装置において、上記保持部材に上記板状素材の
被保持部を所定温度範囲に加熱する加熱手段が設けられ
るとともに、プレス成形時、上記板状素材が上記液圧ド
ーム内の液体と接触するまでのパンチ下降速度を、接触
後のパンチ下降速度よりも低くなるように制御する制御
手段が設けられていることを特徴としたものである。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明の効果】本願発明によれば、所謂、対向液圧プレ
ス成形装置において、板状素材の所定部位を保持する保
持部材に上記板状素材の被保持部を所定温度範囲に加熱
する加熱手段が設けられているので、板状素材の被保持
部を所定温度範囲に加熱し、プレス成形時、割れの問題
が特に発生し易い素材の折曲部およびその近傍部分にお
ける材料の伸び特性を向上させることができる。一方、
その他の成形部分については、プレス成形時、パンチと
液体とによって表裏から積極的に冷却されるので温度上
昇が抑制され、素材の強度が確保される。この場合、パ
ンチのみで冷却される場合に比べてより効果的に冷却さ
れるので、より高い素材強度を確保することができる。
その結果、軽合金製の板状素材をプレス成形する際の成
形性を向上させ、割れの発生防止を図ることができる。
また、プレス成形時、上記板状素材が上記液圧ドーム内
の液体と接触するまでのパンチ下降速度を、接触後のパ
ンチ下降速度よりも低くなるように制御する制御手段が
設けられているので、特に、割れ発生の成形速度に対す
る依存性が高い、高加熱域でのプレス成形において、素
材成形部が液圧ドーム内の液体と接触するまでは、素材
の被保持部の加熱によって温度が上昇する部分の冷却時
間を確保でき、該部分での割れ発生防止を図ることがで
きる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本実施例に係るプレス成形装置
の要部を概略的に表す装置要部の縦断面説明図である
が、この図に示すように、上記プレス成形装置１は、イ
ンナプレス２に取り付けられて上下方向に移動し得るパ
ンチ４と、該パンチ４の下方においてパンチ４に対向す
るように配置され、予め設定されたパンチ４の下降位置
より上方に液面を有する液圧ドーム５とを備えている。
この液圧ドーム５の側壁部には横穴５hが設けられ、該
横穴５hには、従来から良く知られている対向液圧プレ
ス成形用の液圧制御装置１１に至る液圧管１２が接続さ
れている。

【００１８】上記インナプレス２の外側にはアウタプレ
ス３が配設され、該アウタプレス３は、上記液圧ドーム
５に対して上下動可能に設けられている。該液圧ドーム
５の外周上端部には、プレス成形すべき軽合金製(例え
ばアルミニウム合金製)の板状素材１０の下面側を支持
するダイ６が、断熱材８を介して取り付けられている。
一方、上記アウタプレス３の下端部には、上記ダイ６に
対向するしわ押さえ７が断熱材９を介して取り付けられ
ている。尚、上記板状素材１０は、その外周から所定幅
の部分が、プレス成形時に装置１の固定側に保持される
被保持部１０aとして設定されている。また、具体的に
は図示しなかったが、上記ダイ６としわ押さえ７の内部
には、板状素材１０の被保持部１０aを所定温度範囲に
加熱するための加熱手段として、例えば電気式のヒータ
が埋設されている。

【００１９】そして、上記アウタプレス３を上昇させた
状態で、板状素材１０の被保持部１０aを上記ダイ６上
に載置し、次いで、アウタプレス３を下降させることに
より、該アウタプレス３の下端部のしわ押さえ７と上記
ダイ６とで板状素材１０の被保持部１０aを強固に保持
することができる。その後、上記パンチ４を予め設定さ
れた下降位置まで下降させることにより、該パンチ４と
上記液圧ドーム５内の液体(例えばオイル)との間で、上
記板状素材１０をパンチ４の外表面に沿った所定形状に
プレス成形することができるようになっている。このプ
レス成形時におけるパンチ４の降下速度は、例えば、成
形装置１のコントローラ(不図示)で制御されるようにな
っており、本実施例では、より好ましくは、プレス成形
時、上記板状素材１０が上記液圧ドーム５内の液体と接
触するまでのパンチ下降速度を、接触後のパンチ下降速
度よりも低くなるように制御される。

【００２０】かかる対向液圧プレス成形法を適用するこ
とにより、液圧ドーム５内の液圧の作用で板状素材１０
はパンチ４の成形面に対して均一に押し付けられる。つ
まり、一対の型具(パンチ及びダイ)を用いて両者間で成
形する通常のプレス成形に比べて、型具(パンチ４)と素
材との接触状態を均一化させて局所的な応力集中を緩和
することができ、また、成形時における上記ダイ６及び
しわ押さえ７と素材１０の被保持部１０aとの間の摩擦
係数を低減させることができるなど、プレス成形性の向
上を図ることができる。

【００２１】以上のように構成された対向液圧プレス成
形装置１を用いて、軽合金製の板状素材１０の被保持部
１０aのみを加熱してプレス成形を行った場合と、パン
チとダイとの間で成形を行う通常のプレス装置(不図示)
を用いて、同様の素材の被保持部のみを加熱してプレス
成形を行った場合とについて、加熱温度(成形温度)に対
する両者の成形性の変化特性を比較するテストを行っ
た。以下、このテストについて説明する。本テストに係
る対向液圧プレス成形では、図２に示すように、略直方
体状のパンチ４と、このパンチ４の外周に嵌合するとと
もに板状素材１０を載置するためのダイ６とを用いて、
図３に示すような成形品Ｗをプレス成形した。このと
き、上記板状素材１０は、パンチ４の下降に伴ってその
被保持部１０aの近傍が所定の曲率で折曲された後、こ
の折曲部Ｗcからパンチ４の側面形状に沿って略下方に
延びる縦壁部Ｗaが形成され、また同時に、パンチ４の
下面形状に沿った成形が行なわれて、図３に示された成
形品Ｗが得られる。上記パンチ４,ダイ６および板状素
材１０の主要寸法は図２および図３に示した通り(単位:
mm)で、パンチアール:Ｒp＝３０mm、ダイアール:Ｒd＝
１０mmであった。また、板状素材１０としては、厚さ:t
＝１.０mmのアルミニウム合金Ａ５１８２−０を用い
た。

【００２２】尚、上記対向液圧プレス成形装置１による
成形性テストでは、プレス成形時、板状素材１０が液圧
ドーム５内の液体(オイル)と接触するまでのパンチ４の
降下速度が３０mm／sec．以下、接触後のパンチ降下速
度が３０〜１００mm／sec．となるように設定した。ま
た、上記通常のプレス成形装置(不図示)による成形性テ
ストでは、冷却水等によるパンチの強制冷却は行わなか
った。そして、「割れ」 等の不具合が生じることなく、
プレス成形を行うことができる成形高さＨを測定するこ
とにより、各温度における成形性を評価した。

【００２３】テスト結果は、図４のグラフに示す通りで
あった。このグラフから分かるように、対向液圧プレス
成形の場合(図４の折れ線Ａ参照)には、通常のプレス成
形の場合(図４の折れ線Ｂ参照)に比べて、成形温度に拘
わらず成形高さＨが高くなっており、特に、成形温度が
１５０℃を越えると、成形高さＨが大きく上昇してい
る。尚、上記対向液圧プレス成形の場合、図４の折れ線
Ａに示されるように、成形温度が約２００℃の場合まで
しかデータが採取されていないが、これは、本テストに
係る対向液圧プレス成形装置１におけるパンチストロー
クの制限により、成形高さＨが１２０mmを越える場合に
ついては成形を行うことができなかったためである。

【００２４】以上の説明から明らかなように、本実施例
によれば、所謂、対向液圧プレス成形装置１において、
板状素材１０の被保持部１０aを所定温度範囲に加熱す
る加熱手段(例えば電気式のヒータ)を設けたので、プレ
ス成形時、上記被保持部１０aを加熱することにより、
割れの問題が特に発生し易い素材１０の折曲部およびそ
の近傍部分における材料の伸び特性を向上させることが
できる。一方、その他の成形部分については、プレス成
形時、パンチ４と液圧ドーム５内の液体とによって表裏
から積極的に冷却されるので温度上昇が抑制され、素材
１０の強度が確保される。この場合、パンチのみで冷却
される場合に比べてより効果的に冷却されるので、より
高い素材強度を確保することができる。この結果、軽合
金製の板状素材をプレス成形する際の成形性を向上さ
せ、割れの発生防止を図ることができる。

【００２５】また、具体的に、上記軽合金材料をアルミ
ニウム合金とし、板状素材１０の被保持部１０aの加熱
温度(成形温度)を２００℃以上とすることにより、アル
ミニウム合金製の板状素材をプレス成形するに際して、
確実に、上記の効果を奏することができる。更に、その
上、割れ発生の成形速度に対する依存性が高い、高加熱
域でのプレス成形において、素材成形部が液圧ドーム内
の液体と接触するまでは、素材１０の被保持部１０aの
加熱によって温度が上昇する部分の冷却時間を確保で
き、該部分での割れ発生防止を図ることができるのであ
る。

【００２６】尚、上記実施例は、アルミニウム合金製の
板状素材１０についてのものであったが、本発明は、ア
ルミニウム系に限らず、マグネシウム合金など他の種類
の軽合金材料にも有効に適用することができるのは、勿
論のことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る対向液圧プレス成形装
置の縦断面説明図である。

【図２】 上記実施例に係る成形性テストに用いたパン
チおよびダイの斜視図である。

【図３】 上記成形性テストにおける成形品の斜視図で
ある。

【図４】 上記成形性テストの結果を示すグラフであ
る。

【図５】 従来のプレス成形装置による成形性テスト結
果の一例を示すグラフである。

【図６】 成形速度に対する成形性の変化特性の一例を
示すグラフである。

【図７】 従来のプレス成形装置での成形性テストにお
けるパンチとダイの要部寸法を説明する縦断面説明図で
ある。

【図８】 従来のプレス成形装置での成形性テストにお
ける成形性の指標を説明するための成形品の縦断面説明
図である。

【符号の説明】

１…対向液圧プレス成形装置 ４…パンチ ５…液圧ドーム ６…ダイ ７…しわ押さえ １０…板状素材 １１…被保持部 Ｗ…成形品

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下動可能なパンチと、該パンチの下降
   位置より上方に液面を有する液圧ドームと、該液圧ドー
   ムと上記パンチとの間に配置された板状素材の所定部位
   を保持する保持部材とを備え、上記パンチを下降させる
   ことにより、該パンチと上記液圧ドーム内の液体との間
   で上記板状素材を所定形状にプレス成形するようにした
   軽合金材料のプレス成形装置であって、 上記保持部材に上記板状素材の被保持部を所定温度範囲
   に加熱する加熱手段が設けられるとともに、プレス成形
   時、上記板状素材が上記液圧ドーム内の液体と接触する
   までのパンチ下降速度を、接触後のパンチ下降速度より
   も低くなるように制御する制御手段が設けられているこ
   とを特徴とする軽合金材料のプレス成形装置。