JP4954921B2 - プレス加工製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精度確保が難しい薄壁状に形成される部位を具えた肉厚金属部品を加工対象とし、これを一般的な機械プレス加工装置により製造する手法に関するものである。

金属部品を加工するにあたり、プレス手法はその生産能率の高さから、多くの製品の生産段階で採用されている。
しかしながらワークの板厚が例えば数ｍｍ程度と比較的厚い小物部品の場合、周縁部は、ブランク取りされる場合に、材料の引けにより平滑に仕上がらず、平面度が要求される部品では、いわゆるプレス加工では困難なものとの認識が支配的であった。加えて、その部品の形状の中で板厚以下の薄壁部を形成するような形状仕様の場合には、薄壁部においては、更に顕著に材料の引けが現れてしまい正確な寸法仕様を得ることができない。

このため従来は、この種の形状のものは、機械切削を併用したりすることがいわば技術常識とされ、一般的な機械プレス手法による製造の試みは、考慮の対象にすらなっていなかった。勿論、高圧の作動圧力を具えたいわゆるファインブランキングの手法によれば可能なことは予想できるが、ファインブランキングプレスの設備は、一般的な機械プレス装置に比べ過大な設備投資を要するものであり、一般の機械プレスの加工工場とは加工製品のジャンルも異にしている。

しかしながら、部品単価がそれなりに抑えられたものについては、一般的な機械プレスの手法によらなければ、現実に市場に受け入れられる製造単価は想定し得ず、技術的に可能であるからといってファインブランキング手法で製造することは、市場実態を考慮すると採用し得ない。
特開２００４−１１９８１公報

本発明は、これらの種々の背景を考慮してなされたものであって、一般的な機械プレス装置を用いながらも、肉厚平板部品の平面度を充分発現させ、薄壁部においても材料引けのないプレス加工製品を得る手法の開発を試みたものである。

請求項１記載のプレス加工製品の製造方法は、平板状鋼板を打ち抜き加工したプレス加工製品の製造法であって、前記プレス加工製品は、平板状の本体部に抜き孔を具え、その抜き孔の内周面と本体部の外壁面との間の壁厚寸法が最薄壁部において板厚と同寸法以下であり、且つ最薄壁部を含む本体部は、平面度が０．２ｍｍ以下であるものであり、
このプレス加工製品を加工するにあたっては、ファインブランキングプレスではない一般の機械プレス装置が適用され、抜きプレス工程と、予備開孔プレス工程と、コイニングプレス工程と、仕上げプレス工程とを順次経るものであり、
前記抜きプレス工程は、平板状の出発素材から最終製品の形状を考慮して、必要な周壁マージンを有する形状の粗取りブランクとしてのワークを打ち抜くものであり、
また前記予備開孔プレス工程は、必要な開孔を最終形状において求められる孔形状より内周マージンを確保して小さく孔開けを行うものであり、
また前記コイニングプレス工程は、目的形状とすべく本体部の周壁マージンと抜き孔における内周マージンとをしごき除けるものであって、このしごき除けは、同一の金型により同一方向に向かって同時に行われるものであり、
また仕上げプレス工程で前記コイニングプレス工程においてしごき除けられた各マージンをプレス打ち抜きするものであることを特徴として成るものである。

請求項２記載のプレス加工製品の製造方法は、前記請求項１記載の要件に加えて、前記コイニングプレス工程は、更に２段階以上に設定されるものであって、周壁マージンと内周マージンとを目的形状とするための同一方向に向かって同時に行われるしごき除けに先立ち、周壁マージンをしごき除けるコイニングプレス加工と、抜き孔部内周マージンをしごき除けるコイニングプレス加工とのいずれか一方または双方が行われることを特徴として成るものである。

請求項３記載のプレス加工製品の製造方法は、前記請求項１また２記載の要件に加えて、前記仕上げプレス工程は、更に２段階に分けられ、第１の仕上げ工程において周壁部にしごき下ろされた周壁マージンを排除するものであり、第２の仕上げ工程において抜き孔部の内周マージンを所定範囲にわたって排除するものであることを特徴として成るものである。

まず請求項１記載の発明によれば、製品形状より幾分か大きめの粗取りブランクを得た後、余分なマージンをコイニングプレス加工によりしごき除けるようにして正確な寸法設定を行い且つ、それにより薄壁部であっても材料の引けを最小限に抑えた製造が可能となる。

また請求項２記載の発明によれば、コイニングプレス工程を更に二段階に分けてより正確な寸法出しが可能である。

また請求項３記載の発明によれば、仕上げプレス工程において本体部の周壁部と抜き孔とを別々のステップで加工するから、仕上げ段階において加工途中のワークに対し、ストレスが一気にかからず、正確な寸法設定が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下述べる実施例をその一つとするものであると共に、この技術思想に基づく種々の改良した実施例も含むものである。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
まず本発明に係る製造方法によって製造されるプレス加工製品１について説明する。このものは、図１に示すように例えば、流体配管の端部等にフランジ状に固定されて、他の部品との接続に寄与する接続フランジとして作用するものである。
即ちプレス加工製品１は、平面視で長円状をなすものであり、このものに対して、大径のジョイント孔となる抜き孔１１及び小径のジョイント孔となる抜き孔１２とが開孔状態に形成されるとともに、更に両端にボルト受孔１３が形成されている。このうち大径の抜き孔１１の内周面１１０と、前記本体部１０の周壁部１００との間の壁厚寸法ｗは、最薄壁部Ｚにおいて少なくとも本体部１０の板厚寸法ｔに対してそれよりも小さな壁厚寸法ｗとなっている。
具体的に本発明者が実用的に製造可能なものの場合、壁厚寸法ｗは３分の１ｔの厚さに設定されている製品であり、この板厚寸法ｔは、およそ６ｍｍである。なお、小径の抜き孔１２にあっても、その内周面１２０と前記本体部１０の周壁部１００との壁厚寸法ｗは、板厚寸法ｔよりも小さな壁厚寸法ｗとなっている。

なお、抜き孔１１及び抜き孔１２については、各々、内フランジ１１１、１２１を具えるものであり、これらは、それぞれ流体配管であるパイプＰ１、パイプＰ２を嵌込んで、ブレージング等により一体化するにあたっての差し込み規制を行うためのものである。なお本発明によって製造されるプレス加工製品１については、本体部１０の平面度の指標となる平滑ギャップΔｔは、０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下に設定されており、実製品は、０．１ｍｍ以下、０．０５ｍｍ程度が実現している。このようなプレス加工製品１は、板厚寸法ｔとした鋼板、例えばＪＩＳ．Ｓ２７０Ｃ等の一般的な鋼板を出発素材Ｗ０として、これをすべて機械プレスにより製造してゆくものであり、この製法自体に種々の工夫がされているものである。
以下、本願発明のプレス加工製品の製造方法について説明する。

〔製造工程〕
以下本願発明の製造方法の製造工程について順次説明するが、説明ないしは図示した各製造工程においては、必ずしも厳格な寸法が再現されていないものの、例えば図１におけるｇ−ｇ断面即ち大径の抜き孔１１の部位における断面形状を一例として例示しながら説明するものである。

（ｉ）抜きプレス工程
抜きプレス工程ｉ）では、プレス加工製品１の最終的な製品形状を考慮して、それより一回り大きな形状のブランク取りをするものである。
なお図７は、プレス加工製品１の各工程ごとの塑性変形の様子を骨格的に図示しているものであり、線Ｌ１が粗取りブランク線となるものである。もちろんこのような抜き加工については、一般的な機械プレスで行うものであり、上型２１Ｐと下型２１Ｄとによりその加工がなされる。
この抜きプレス工程は、その後必要に応じて粗取りブランクであるワークＷ１の整形のために、ならし工程（図２ i)-a 、図３ i)-a ）を採る場合もある。即ち図３ i)-a に示すように、上型２１Ｐ（ａ）と下型２１Ｄ（ａ）とに挟み込んでその平面度を現出させたワークＷ１ａを得るものである。

（ii）予備開孔プレス工程
この予備開孔プレス工程(ii)では、前工程で得られた粗取りブランクであるワークＷ１ａ（Ｗ１）に対して、まず前記抜き孔１１と抜き孔１２等を形成するための穴あけ作業を行う。この作業は、図２ ii)、図４、図７ ii)に示すように、穴あけ用のピン状部２２１を有する上型２２Ｐと、この受け型である下型２２Ｄとにより機械プレスにより行われる。この工程では、一例として抜き孔１１と抜き孔１２とボルト受孔１３とを一気に打ち抜く。
この際、図７に示すように例えば抜き孔１１についてみれば、内周粗取り線Ｌ５で示すように製品状態の抜き孔１１より幾分か小さい内周マージン１１０Ｍを確保した状態とした穿孔がされる。なお、この抜き孔１１以外の各開孔についても幾分か内径が小さい穿孔が予備開孔として形成される。このような開孔作業により、抜き孔１１についてみれば、予備孔スクラップ１１Ｍがスクラップとして排除される。

なおこの予備開孔プレス工程は、その前工程の抜きプレス工程と同時に行ってしまうことも可能である。加工目的の相違、つまり抜きプレス工程では、いわゆる粗ブランク取りをすること、予備開孔プレス工程は、開孔部を穿孔することを目的とするものであるから、これらを別工程として説明したが、これらが実質的に一挙に行われることも本発明の技術思想に包含されるものである。
更に言えば、順送加工等を行う場合には、予備開孔プレス工程が先行することもあり得る。特許請求の範囲にいう抜きプレス工程から仕上げプレス工程までを順次経るということは、実質的にこれらの加工が全工程の中でなされるという技術的意味であり、可能な範囲で工程順序の入れ替えは可能である。

（iii)コイニングプレス工程
このコイニングプレス工程(iii) では、前工程の予備開孔プレス工程(ii)によって穿孔されたワークＷ２を受け入れて、一定の中間素材としてのワークＷ３を得る。基本的には、図２ iii) 、図５ iii)Gに示すように上型２３Ｐと下型２３Ｄとを用いて、ワークＷ２の周壁部１００の周壁マージン１００Ｍを下方にしごき下ろす。一方、抜き孔１１においては、予備開孔より内径を拡げるように内周マージン１１０Ｍをしごき下ろすようなプレス加工がなされる。これにより中間素材のワークＷ３は、周壁マージン１００Ｍが周壁部１００下方外側に張り出すように塑性変形した状態となり、一方内周マージン１１０Ｍは、周壁部１００下方内側に張り出すようにしごき除けられた状態となっている。

〔コイニングプレス工程の細分化〕
なおこのコイニングプレス工程(iii) は、基本的なプロセスのほか、更に２段階に分けて行うことが好ましい。即ち図２ iii) 、図５、図７に示すように、まず第一コイニングプレス工程（図５ iii)U-1 )のように上型２３Ｐ（ａ）と下型２３Ｄ（ａ）とにより、受け入れたワークＷ２の周壁部１００のみを周壁一次マージン線Ｌ２においてしごき下ろすようにして周壁一次マージン１００Ｍ（ａ）を一部除去するものである。なおこのとき、抜き孔１１における内周面１１０については、加工を行わない。
このような状態のワークＷ３（ａ）を続いて第二コイニングプレス工程（図５ iii)U-2 )において、上型２３Ｐ（ｂ）と下型２３Ｄ（ｂ）とを用い、既にしごき下ろされていた周壁一次マージン１００Ｍ（ａ）よりも内側の周壁二次マージン線Ｌ３において周壁二次マージン１００Ｍ（ｂ）をしごき下ろすようにするとともに、抜き孔１１においては、内周マージン線Ｌ４において内周マージン１１０Ｍをしごき下ろすように形成するものである。即ち、少なくとも周壁マージン１００Ｍを一挙にしごき除けず、二段階にわたって設けるものである。勿論内周マージン１１０Ｍについても、一段階のほか２段階にわたってしごき下ろす形態ももとより差し支えない。

因みにこの工程において最薄壁部Ｚが現出するのであるが、この部位において通常では発生が不可避である材料の引けを防ぐことができる理由は、このコイニング加工では、材料のしごき除けの作用と共にいわばバーリングに類した材料押し込みも内周マージン１１０Ｍの除去の際に生じていることに因るものと推察される。

（iv) 仕上げプレス工程
この仕上げプレス工程(iv)の基本的な態様は、図６ iv)G に示すように前記コイニングプレス工程(iii) によってしごき下ろされた周壁マージン１００Ｍと内周マージン１１０Ｍとを排除したワークＷ４を得るものであり、ワークＷ４は実質的にプレス加工製品１の完成形状である。
即ち上型２４Ｐと下型２４Ｄとを用い、前記周壁マージン１００Ｍをシェアリングに類する作業で打ち抜いて除去するとともに、内周マージン１１０Ｍのスクラップ部になる内周マージンスクラップ１１０Ｍ（ｂ）を内周スクラップ線Ｌ６において除去するものである。
なお、抜き孔１１における残留した内周マージン１１０Ｍは、実質的に内フランジ１１１を形成するものである。

この仕上げプレス工程(iv)も、２段階にわたって行うことが好ましい。まず図２ iv)U -1、図６ iv)U-1 、図７に示すように、上型２４Ｐ（ａ）を押し下げることにより、周壁マージン１００Ｍをシェアリングに類した手法で除去して、ワークＷ４（ａ）を得る。しかる後、図２ iv)U-2 、図６ iv)U-2 、図７に示すように内周マージン１１０Ｍのスクラップとなる内周マージンスクラップ１１０Ｍ（ｂ）を上型２４Ｐ（ｂ）と下型２４Ｄ（ｂ）とにより内周スクラップ線Ｌ６において、打ち抜くように除去してワークＷ４（ｂ）を得る。因みにこのワークＷ４（ｂ）は、実質的にプレス加工製品１である。
このような仕上げプレス工程(iv)を経ることにより、プレス加工製品１の製造がなされる。

なお仕上げプレス工程(iv)の後、更に製品加工するに先立ち、プレスによるバリがほとんど生じなくとも、コーナ部は鋭く形成されていることから、例えば、製品全体をバレル研磨などにより、ピン角部や、エッジ部の面取り等を行うことが好ましい。また以上述べた説明は、発明の理解を明確にするため、プレス加工製品１を単体として示しているが、単体に分断せず、一定数の単位でまとめたブランク取りにより、順送加工を行うことももとより可能である。

本発明の製造方法によって製造されるプレス加工製品を示す説明図である。 本発明に係るプレス加工製品の製造方法による製造工程を骨格的に示す説明図である。 抜きプレス工程を示す断面図である。 予備開孔プレス工程を示す断面図である。 コイニングプレス工程を示す断面図である。 仕上げプレス工程を示す断面図である。 粗取りブランクからプレス加工製品への変形状態を示す断面図である。

１ プレス加工製品
１０ 本体部
１００ 周壁部
１００Ｍ 周壁マージン
１００Ｍ（ａ） 周壁一次マージン
１００Ｍ（ｂ） 周壁二次マージン
１１ 抜き孔
１１Ｍ 予備孔スクラップ
１１０ 内周面
１１０Ｍ 内周マージン
１１０Ｍ（ｂ） 内周マージンスクラップ
１１１ 内フランジ
１２ 抜き孔
１２０ 内周面
１２１ 内フランジ
１３ ボルト受孔
２１Ｐ 上型
２１Ｄ 下型
２２Ｐ 上型
２２Ｄ 下型
２２１ ピン状部
２３Ｐ 上型
２３Ｄ 下型
２３Ｐ（ａ） 上型
２３Ｄ（ａ） 下型
２３Ｐ（ｂ） 上型
２３Ｄ（ｂ） 下型
２４Ｐ 上型
２４Ｄ 下型
２４Ｐ（ａ） 上型
２４Ｄ（ａ） 下型
２４Ｐ（ｂ） 上型
２４Ｄ（ｂ） 下型
Ｗ０ 出発素材
Ｗ１ ワーク
Ｗ１ａ ワーク
Ｗ２ ワーク
Ｗ３ ワーク
Ｗ３（ａ） ワーク
Ｗ３（ｂ） ワーク
Ｗ４ ワーク
Ｗ４（ａ） ワーク
Ｗ４（ｂ） ワーク
Ｚ 最薄壁部
ｔ 板厚寸法
Δｔ 平滑ギャップ
ｗ 壁厚寸法
Ｂ ボルト
Ｐ１ パイプ
Ｐ２ パイプ
(i) 抜きプレス工程
(ii) 予備開孔プレス工程
(iii) コイニングプレス工程
(iv) 仕上げプレス工程
Ｌ１ 粗取りブランク線
Ｌ２ 周壁一次マージン線
Ｌ３ 周壁二次マージン線
Ｌ４ 内周マージン線
Ｌ５ 内周粗取り線
Ｌ６ 内周スクラップ線

Claims (3)

1. 平板状鋼板を打ち抜き加工したプレス加工製品の製造法であって、前記プレス加工製品は、平板状の本体部に抜き孔を具え、その抜き孔の内周面と本体部の外壁面との間の壁厚寸法が最薄壁部において板厚と同寸法以下であり、且つ最薄壁部を含む本体部は、平面度が０．２ｍｍ以下であるものであり、
   このプレス加工製品を加工するにあたっては、ファインブランキングプレスではない一般の機械プレス装置が適用され、抜きプレス工程と、予備開孔プレス工程と、コイニングプレス工程と、仕上げプレス工程とを順次経るものであり、
   前記抜きプレス工程は、平板状の出発素材から最終製品の形状を考慮して、必要な周壁マージンを有する形状の粗取りブランクとしてのワークを打ち抜くものであり、
   また前記予備開孔プレス工程は、必要な開孔を最終形状において求められる孔形状より内周マージンを確保して小さく孔開けを行うものであり、
   また前記コイニングプレス工程は、目的形状とすべく本体部の周壁マージンと抜き孔における内周マージンとをしごき除けるものであって、このしごき除けは、同一の金型により同一方向に向かって同時に行われるものであり、
   また仕上げプレス工程で前記コイニングプレス工程においてしごき除けられた各マージンをプレス打ち抜きするものであることを特徴とするプレス加工製品の製造方法。
   
2. 前記コイニングプレス工程は、更に２段階以上に設定されるものであって、周壁マージンと内周マージンとを目的形状とするための同一方向に向かって同時に行われるしごき除けに先立ち、周壁マージンをしごき除けるコイニングプレス加工と、抜き孔部内周マージンをしごき除けるコイニングプレス加工とのいずれか一方または双方が行われることを特徴とする前記請求項１記載のプレス加工製品の製造方法。
   
3. 前記仕上げプレス工程は、更に２段階に分けられ、第１の仕上げ工程において周壁部にしごき下ろされた周壁マージンを排除するものであり、第２の仕上げ工程において抜き孔部の内周マージンを所定範囲にわたって排除するものであることを特徴とする前記請求項１または２記載のプレス加工製品の製造方法。

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