JP4622591B2

JP4622591B2 - プレス加工用パンチ

Info

Publication number: JP4622591B2
Application number: JP2005065136A
Authority: JP
Inventors: 哲司江川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP2006247675A

Description

本発明は、素材をプレスすることによって、フランジを持つワークに加工する技術に関するものである。

ダイとパンチを用いて、平板状の素材をプレス加工する技術が知られている。プレス加工されたワークには、スプリングバックが発生する。例えば、図１２に示すようなワーク１２をプレス加工した場合、一方側フランジ１４と他方側フランジ１５は、外方に向かってスプリングバックする。スプリングバックする量が大きいと、ワーク同士を接合できない等の不具合が発生する。
特許文献１には、ダイとパンチでワークをハット状断面にプレス加工する技術が開示されている。パンチには、ビード形成凸部（凸条）が設けられている。パンチの凸条によって、ワークをプレス加工するときに、ワークのフランジにビードが形成される。ビードを形成すると、フランジに残留応力が発生する。フランジに発生した残留応力によって、スプリングバック量が抑制される。

特開２００４−１７４５３１号公報

しかしながら、パンチのような金型に凸条を設けると、パンチの製造上のコストが高くなってしまう。凸条を残しながら、それ以外の部分を削り取る加工が必要になり、多大な工数が発生するからである。
本発明は、フランジにスプリングバック抑制用のビードを形成するパンチを、低コストで製造することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明が提供する１つのパンチは、素材をダイとともにプレスすることによって、一方側フランジと、他方側フランジと、一方側フランジと他方側フランジを結ぶ中間部を持つワークに加工する。パンチは、一方側フランジ加工面と、他方側フランジ加工面と、中間部加工面と、線状部材とを備えている。一方側フランジ加工面は、一方側フランジの内面を加工する。他方側フランジ加工面は、他方側フランジの内面を加工する。中間部加工面は、中間部の内面を加工する。中間部加工面には溝が形成されており、その溝は一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面を結ぶ方向に延びている。線状部材は、一方側部と中間部と他方側部を有しており、中間部が前記溝内に配置されているとともに、一方側部が一方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びており、他方側部が他方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びている。
このパンチによれば、一方側フランジ加工面上と他方側フランジ加工面上に線状部材を配置することで、一方側フランジの内面と他方側フランジの内面にスプリングバック抑制用のビードを形成することができる。よって、フランジ内面にスプリングバック抑制用のビードを形成するパンチを、低コストで製造することができる。

本発明が提供する他の１つのパンチは、素材をダイとともにプレスすることによって、一方側フランジと、他方側フランジと、一方側フランジと他方側フランジを結ぶ中間部を持つワークに加工する。パンチは、一方側フランジ加工面と、他方側フランジ加工面と、中間部加工面と、線状部材とを備えている。一方側フランジ加工面は、一方側フランジの内面を加工する。他方側フランジ加工面は、他方側フランジの内面を加工する。中間部加工面は、中間部の内面を加工する。一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面の間には、両者を連通する連通孔が形成されている。線状部材は、一方側部と中間部と他方側部を有しており、中間部が連通孔を通過しているとともに、一方側部が一方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びており、他方側部が他方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びている。
このパンチによれば、一方側フランジ加工面上と他方側フランジ加工面上に線状部材を配置することで、一方側フランジの内面と他方側フランジの内面にスプリングバック抑制用のビードを形成できる。よって、フランジ内面にスプリングバック抑制用のビードを形成するパンチを、低コストで製造することができる。

上記のパンチにおいて、線状部材は、複数設けられており、一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面の少なくとも一方の一部に、長手方向に沿って内側に湾曲する部位が設けられており、内側に湾曲する部位に配置されている線状部材が、残余の部位に配置されているものよりも太いことが好ましい。
フランジ加工面の内側に湾曲する部位によって加工されるフランジは、長手方向に大きく引き伸ばされる（この部位は、いわゆる「伸びフランジ」と言われる）ことによって、大きくスプリングバックする。フランジ加工面の長手方向に沿って内側に湾曲する部位に配置される線状部材が、残余の部分に配置されているものよりも太いと、伸びフランジの内面側に、深いビードが形成されることによる大きな残留応力が発生する。よって、伸びフランジのスプリングバックをより抑制することができる。

本発明によれば、ワークのフランジにスプリングバック抑制用のビードを形成するパンチを、低コストで製造することができる。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（形態１）
（１）プレス加工装置は、板状の素材をプレス加工することによって、コの字状断面を有するワークに成形する。プレス加工装置は、下型部と上型部を備えている。下型部は、パンチを有している。パンチは、パンチ本体と、複数の線状部材を持っている。パンチ本体は、略凸状の断面を有している。パンチ本体の上面には、複数の溝が形成されている。線状部材の中間部は、溝に入り込んでいる。線状部材の一方側部は、パンチ本体の一方側加工面に沿って降下している。線状部材の他方側部は、パンチ本体の他方側加工面に沿って降下している。上型部は、ダイを備えている。
（２）パンチとダイを用いて素材をプレス加工すると、一方側フランジと他方側フランジを持つワークが成形される。そのプレス加工のときに、一方側フランジの内面と他方側フランジの内面が、線状部材によって押圧される。すると、一方側フランジの内面と他方側フランジの内面にビードが形成される。ビードが形成されると、一方側フランジと他方側フランジが外方側にスプリングバックする量が抑制される。
（形態２）
形態１と相違する内容のみを記載する。
（１）本形態２では、プレス加工によって、ハット状断面を有するワークを、形態１よりも高さが大きいフランジを持つワークに成形する。
（２）パンチ本体には、一方側加工面から他方側加工面まで貫通する貫通孔が形成されている。貫通孔を線状部材の中間部が通過している。線状部材の一方側部は、パンチ本体の一方側加工面に沿って降下している。線状部材の他方側部は、パンチ本体の他方側加工面に沿って降下している。
（３）プレス加工を実行すると、一方側フランジの下部内面と他方側フランジの下部内面に、線状部材に押圧されたビードが形成される。ビードが形成されると、一方側フランジと他方側フランジが外方側にスプリングバックする量が抑制される

（第１実施例）本発明のプレス加工技術に係る第１実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１は、プレス加工装置２０を示している。プレス加工装置２０は、板状の素材をプレス加工することによって、図１２に示すワーク１２に成形する。プレス加工装置２０は、下型部２２と上型部２３を備えている。下型部２２は、パンチ２５と基台２７から構成されている。パンチ２５は、基台２７上に固定されている。
図２に示すように、パンチ２５は、パンチ本体３０と、複数の線状部材３２と、複数の固定用部材３３を備えている。パンチ本体３０は、略凸状の断面を有している。パンチ本体３０の上面（中間部加工面）３４には、複数の溝３６が形成されている。線状部材３２は、金属製（例えば、ピアノ線）であり、円形状の断面を有している。図３、図４に良く示すように、線状部材３２の中間部３５は、溝３６に入り込んでいる。図３に示すように、線状部材３２の一方側部３９は、パンチ本体３０の一方側加工面（一方側フランジ加工面）３８に沿って降下している。線状部材３２の他方側部４３は、パンチ本体３０の他方側加工面（他方側フランジ加工面）３７に沿って降下している。線状部材３２の端部４０、４１は、パンチ本体３０と固定部材３３との間に挟み込まれている。固定部材３３は、ボルト４２によってパンチ本体３０に締結されている。
図１に示すように、上型部２３は、ダイ４６、４７、プレート４５、支持部材５０、５１、パッド４８、スプリング５２を備えている。ダイ４６、４７は、プレート４５に固定されている。支持部材５０、５１は、パッド４８を、図１に示す位置から、プレート４５側に移動可能に支持している。スプリング５２は、プレート４５とパッド４８の間に介装されている。

プレス加工装置２０を用いてワークをプレス加工する工程について説明する。
図１に示すように、プレス加工するにあたっては、板状の素材５４をパンチ本体３０の上面３４に載置する。そして、上型部２３を降下させる。上型部２３が降下する途中で、パッド４８の下面５５が素材５４に当接する。さらに上型部２３が降下すると、パッド４８とプレート４５が接近しながら、スプリング５２が縮められてゆく。素材５４には、パッド４８を介してスプリング５２の付勢力が作用する。このため、素材５４は、パッド４８とパンチ本体３０の間に挟み込まれた状態で位置決めされる。その状態で、ダイ４６、４７が素材５４を折り曲げながら降下し、素材５４がパンチ本体３０に当接することによって、プレス加工（曲げ加工）されたワーク１２が成形される。図５は、ダイ４６、４７が最降下位置まで降下し、ワーク１２が成形された状態を示している。

ワーク１２が成形されるときに、一方側フランジ１４の内面５９が、パンチ本体３０の一方側加工面３８に沿って降下している線状部材３２によって押圧される。同様に、他方側フランジ１５の内面５７が、パンチ本体３０の他方側加工面３７に沿って降下している線状部材３２によって押圧される。一方側フランジ１４の内面５９（図５参照）が線状部材３２によって押圧されると、図６に示すように、内面５９にビード５８が形成される。他方側フランジ１５の内面５７が線状部材３２によって押圧されると、図６に示すように、内面５７にビード６０が形成される。図６では、明瞭化のために、ビード５８、６０を大き目に図示している。ビード５８、６０が形成されると、一方側フランジ１４と他方側フランジ１５が外方側にスプリングバックする量が抑制される。スプリングバック量が抑制されるのは、次のようなメカニズムによるものと推定できる。すなわち、ビード５８、６０を形成すると、その凹部に引き込まれるようにして、フランジ１４、１５の内面側が長手方向に引き伸ばされる。すると、フランジ１４、１５の内面側に長手方向に縮もうとする残留応力が発生する。フランジ１４、１５に縮もうとする残留応力が発生すると、フランジ１４、１５が内方側に倒れこむ。このため、フランジ１４、１５のスプリングバック量が抑制される（フランジ１４、１５の面位置が凍結される）。

ワーク１２のような形状をプレス加工で成形すると、部位Ａ（図１２参照）は長手方向に大きく引き伸ばされ、部位Ｂは長手方向に大きく圧縮される。以下、部位Ａを「伸びフランジ」、部位Ｂを「縮みフランジ」と言う。伸びフランジは、引き伸ばされることによって、大きくスプリングバックする。縮みフランジも、伸びフランジほどではないがスプリングバックする。ビード５８、６０を形成することによって、フランジ１４、１５のスプリングバック量を抑制することができる。伸びフランジのように、大きくスプリングバックする部分の内面にビードを形成する線状部材３２を、他の部分よりも太くすると、スプリングバック量を大きく抑制することができる。スプリングバック量がそれほど大きくない部分のフランジ内面にビードを形成する線状部材を細くすれば、スプリングバック量を抑制するとともに、ビード深さを浅くすることができる。
パンチ本体３０自体に凸条を形成することによって、フランジ１４、１５の内面５７、５９にビード５８、６０を形成することは可能である。しかしながら、パンチ本体３０自体に凸条を形成するのには、多大な工数を必要とする。凸条を残しながら、それ以外の部分を削り取る加工を行わなければならないからである。それに対して、本実施例では、線状部材３２と固定用部材３３を用意することと、パンチ本体３０に溝３６とボルト４２締結用のネジ孔を形成するだけで、フランジ１４、１５の内面５７、５９にビード５８、６０を形成することができる。よって、パンチ２５を低コストで製造することができる。

伸びフランジは、引き伸ばされることによって、ダイ４６、４７とパンチ本体３０の加工面３７、３８とのクリアランス（以下「フランジクリアランス」と言う）よりも薄くなる。このため、伸びフランジの厚さ方向の位置が安定しないことがある。縮みフランジは、圧縮されることによって板厚が大きくなろうとする。このため、ワーク１２がパンチ本体３０に溶着したり（かじり付いたり）、フランジ１４、１５の内面や外面が粗くなることがある。このような不具合を防止するためには、伸びフランジの部分ではフランジクリアランスを小さく調整し、縮みフランジの部分ではフランジクリアランスを大きく調整するのが好ましい。フランジクリアランスの調整と、フランジ１４、１５の内面にスプリングバック抑制用のビード５８、６０を形成することを併用すれば、フランジ１４、１５をより精度良く成形することができる。

（第２実施例）
本第２実施例では、第１実施例と重複する内容については、説明を省略する。第１実施例と異ならない部材については、第１実施例と同じ符号を用いる。
図７は、プレス加工装置７０を示している。プレス加工装置７０は、プレス加工することによって、図８に示すワーク６２に成形する。ワーク６２は、一方側フランジ６４と他方側フランジ６５の高さＣが、第１実施例のワーク１２（図１２参照）の一方側フランジ１４と他方側フランジ１５のそれよりも大きい。プレス加工装置７０は、下型部７２と、上型部２３を備えている。下型部７２は、パンチ７５と基台２７から構成されている。上型部２３は、第１実施例のそれと同様に構成されている。
図９に示すように、パンチ７５は、パンチ本体７３と、線状部材３２と、固定用部材３３を備えている。線状部材３２と固定用部材３３は、複数設けられている。パンチ本体７３には、一方側加工面７６から他方側加工面７４までを水平に貫通する貫通孔７７が形成されている。図１０に示すように、貫通孔７７は複数形成されており、それぞれを線状部材３２の中間部３５が通過している。線状部材３２の一方側部３９は、パンチ本体７３の一方側加工面７６に沿って降下している。線状部材３２の他方側部４３は、パンチ本体７３の他方側加工面７４に沿って降下している。

ワーク６２は、高さＣが大きいフランジ６４、６５を持っている。このため、フランジ６４、６５を一度にプレス加工することができない。フランジ６４、６５を一度にプレス加工すると、伸びフランジ（図８の部位Ａ）にクラックが入ったり、縮みフランジ（図８の部位Ｂ）にシワが寄ってしまったりする。そこで、あらかじめハット状にプレス加工したワーク６１を、さらにプレス加工することによって、図８に示すワーク６２を成形する。図７に示すように、ワーク６１には、外方を向くフランジ６７、６８が形成されている。２度に分けてプレス加工を実行することによって、伸びフランジや縮みフランジで上述した不具合が発生するのを防止することができる。
図７に示すように、ワーク６１をパンチ７５にセットしてから、上型部２３を降下させる。図１１は、上型部２３が最降下位置まで降下した状態を示している。上型部２３が降下すると、外方を向くフランジ６７、６８が下方を向くようにプレス加工され、高さＣが大きいフランジ６４、６５を持つワーク６２（図８参照）が成形される。そのときに、フランジ６４、６５の内面下部には、線状部材３２に押圧されることによって、ビードが複数形成される。ビードが形成されると、フランジ６４、６５のスプリングバック量が抑制される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

プレス加工装置の断面図。パンチ部の斜視図。パンチ部の詳細断面図。図３のIV−IV線矢視図。プレス加工装置の断面図ワークの部分斜視図。プレス加工装置の断面図。ワークの斜視図。パンチ部の詳細断面図。図９のX−X線矢視図。プレス加工装置の断面図。ワークの斜視図。

符号の説明

１２：ワーク
１４：一方側フランジ
１５：他方側フランジ
２０：プレス加工装置
２２：下型部
２３：上型部
２５：パンチ
２７：基台
３０：パンチ本体
３２：線状部材
３３：固定用部材
３４：上面
３５：中間部
３６：溝
３７：他方側加工面
３８：一方側加工面
３９：一方側部
４０、４１：端部
４２：ボルト
４３：他方側部
４５：プレート
４６、４７：ダイ
４８：パッド
５０、５１：支持部材
５２：スプリング
５４：素材
５５：下面
５７：内面
５８：ビード
５９：内面
６０：ビード
６２：ワーク
６４：一方側フランジ
６５：他方側フランジ
７０：プレス加工装置
７２：下型部
７３：パンチ本体
７４：他方側加工面
７５：パンチ
７６：一方側加工面
７７：貫通孔

Claims

素材をダイとともにプレスすることによって、一方側フランジと、他方側フランジと、一方側フランジと他方側フランジを結ぶ中間部を持つワークに加工するパンチであり、
一方側フランジの内面を加工する一方側フランジ加工面と、
他方側フランジの内面を加工する他方側フランジ加工面と、
中間部の内面を加工する中間部加工面と、
中間部加工面に形成されており、一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面を結ぶ方向に延びている溝と、
一方側部と中間部と他方側部を有しており、中間部が前記溝内に配置されているとともに、一方側部が一方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びており、他方側部が他方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びている線状部材と、
を備えていることを特徴とするパンチ。
素材をダイとともにプレスすることによって、一方側フランジと、他方側フランジと、一方側フランジと他方側フランジを結ぶ中間部を持つワークに加工するパンチであり、
一方側フランジの内面を加工する一方側フランジ加工面と、
他方側フランジの内面を加工する他方側フランジ加工面と、
中間部の内面を加工する中間部加工面と、
一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面を連通する連通孔と、
一方側部と中間部と他方側部を有しており、中間部が連通孔を通過しているとともに、一方側部が一方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びており、他方側部が他方側フランジ加工面上に配置されている状態で中間部加工面から離反する方向に延びている線状部材と、
を備えていることを特徴とするパンチ。
線状部材は、複数設けられており、
一方側フランジ加工面と他方側フランジ加工面の少なくとも一方の一部に、長手方向に沿って内側に湾曲する部位が設けられており、
内側に湾曲する部位に配置されている線状部材が、残余の部位に配置されているものよりも太いことを特徴とする請求項１又は２のパンチ。