JP5016937B2 - プレス成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、薄い金属板を絞り成形するためのプレス成形用金型に関する。

成形凹部を備えているダイにブランク材を載せ、成形凹部にパンチの成形凸部を進入させることで、プレス成形品を得ることができる。この際に、ブランクホルダでブランク材の周縁部を抑えると、皺のない綺麗な成形品を得ることができる。ただし、ブランク材の周縁部を単純に抑えるよりは、プレスの進行、すなわち絞り加工の進行度合いに合わせて、抑え力を調整することが望ましいとされている。

従来、抑え力を調整することができるプレス装置が知られている（例えば、特許文献１〜２参照。）。
特開平９−２９３４９号公報（図６） 特開昭５９−２０６１２０号公報（第１図）

特許文献１では、同文献の図６に示されるように、直線上の固定ビード３と、これらの固定ビード３の内側に各々配置された可変ポイントビード５とを備える。そして、ブランクホルダ（不図示）と固定ビード３とで絞り成形を実施する途中で、適宜、可変ポイントビード５をポイント状に効かせる。この結果、割れ２０の発生を防止しつつ、皺の発生を防止できる。

しかし、可変ポイントビード５の存在により、固定ビード３は外側に配置せざるを得ない。固定ビード３を外側に配置すると、成形後に縁を切除する際に、切り代が大きくなり、歩留まりが悪くなる。
また、固定ビード３の内側に可変ポイントビード５を配置するため、可変ポイントビード５及びこの可変ポイントビード５を移動させる手段を配置するスペースが十分に確保できないなど、構造的に無理がある。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図９は従来のプレス装置の基本構成を説明する図であり、成形凹部１０１を備えているダイ１０２と、このダイ１０２の周縁部にブランク材１０３の周縁部を押し付けるブランクホルダ１０４と、この成形凹部１０１に進入させる成形凸部１０５を備えているパンチ１０６とからなるプレス装置１００に、カム部材１１１、第１カム力伝達部材１１２、第２カム力伝達部材１１３及びビード１１４が付属されている。

パンチ１０６が下がると、カム部材１１１が第１カム力伝達部材１１２を図右へ押し出す。この第１カム力伝達部材１１２は、先端の斜面の作用で、第２カム力伝達部材１１３を下げる。すると、ビード１１４は、想像線で示されるブランク材１０３を強くダイ１０２に押し付ける。

第２カム力伝達部材１１３は、ブランクホルダ１０４をほぼ縦に貫通させる必要があるため、長くなる。周囲の温度が変化すると、第１カム力伝達部材１１２及び第２カム力伝達部材１１３は熱膨張により、長さが変化する。又は、繰り返して使用すると、ビード１１４の先端（下端）が摩耗し、ビード１１４が短くなる。
この結果、ビード１１４における抑え力が、微妙に変動する。

抑え力が過小になると、ブランク材１０３が成形凹部１０１に過剰に流入して成形品に皺が寄り、また、抑え力が過大になると、ブランク材１０３が成形凹部１０１に流入する量が不足して製品に亀裂が入り、結果として、成形不良を招く。

さらには、第１カム力伝達部材１１２及び第２カム力伝達部材１１３の大部分が、ブランクホルダ１０４に内蔵されているため、構造が複雑になる。

そこで、構造が簡単で且つ抑え力が変動する心配のないプレス成形用金型が求められている。

本発明は、構造が簡単で且つ抑え力が変動する心配のないプレス成形用金型を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、成形凹部を備えているダイと、このダイの周縁部にブランク材の周縁部を押し付けるブランクホルダと、前記成形凹部に進入させる成形凸部を備えているパンチとからなるプレス成形用金型において、
前記ブランクホルダは、第１のビード及び第１のホルダ面を備えプレス中に前記第１のビード及び第１のホルダ面により一定の抑え力でブランク材を前記ダイの前記第１のビードが対面する部位へ押し付ける第１のブランクホルダと、第２のビード及び第２のホルダ面を一体的に備えプレス中に変化する抑え力でブランク材を前記ダイの前記第２のビードが対面する部位へ押し付ける第２のブランクホルダとからなり、
前記第２のブランクホルダは、プレス途中に前記第２のビードが対面する部位と前記第２のビードとの距離が大きくなるように構成され、
前記ダイは、前記第２のビードが対面する部位に対して変位可能であり、前記第２のホルダ面を弾性的に押すパッドを備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、第２のビードは、第２のホルダ面よりも成形凸部に接近するように、第２のブランクホルダの縁に設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第１のビードが固定ビードに相当し、第２のビードが可動ビードに相当する。第２のビードは第２のホルダ面と共に移動するため、第２のブランクホルダの抑え力は、第２のビードと第２のホルダ面とで分担する。この結果、第２のビードに抑え力が集中する心配はなくなり、第２のビードの摩耗量を大幅に減少させることができる。

第２のビードは、第２のブランクホルダの一部に形成したので、第２のビードだけが他の部材に対して変位する心配はない。この結果、抑え力が不都合に変動することを解消することができる。

加えて、ブランクホルダを、第１のフランクホルダと第２のブランクホルダとに分割構成したため、第２のビードを第１のブランクホルダに内蔵させる必要はない。この結果、プレス成形用金型を簡単な構造にすることができる。

請求項２に係る発明では、第２のビードを成形凸部側に寄せた。
第２のビードは、他の部材よりもブランク材に強く接触するため、成形終期であっても、ブランク材が第２のビードから外れることは許されない。成形前のブランク材の大きさは第２のビードの位置を考慮して決定される。第２のビードが成形凸部に近いほど、準備するブランク材の大きさを小型化することができ、歩留まりを高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るプレス成形用金型のうちのパンチ及びブランクホルダの平面図であり、プレス成形用金型１０のパンチ１１は、成形凸部１２、１２を備えている。そして、パンチ１１を囲うようにブランクホルダ２０が配置されている。

ブランクホルダ２０は、固定ビードと呼ばれる第１のビード２１、２１、２１、２１及び口の字状の平坦面である第１のホルダ面２２を有している第１のブランクホルダ２３と、この第１のブランクホルダ２３に図面表裏方向へ移動可能に収納された第２のブランクホルダ２５、２５、２５とからなる。

第２のブランクホルダ２５は、可動ビードと呼ばれる第２のビード２６及びＩの字状の平坦面である第２のホルダ面２７を有している。第２のホルダ面２７よりも第２のビード２６は成形凸部１２側、即ち内側に設けられている。
すなわち、第２のビード２６は、第２のホルダ面２７よりも成形凸部１２に接近するように、第２のブランクホルダ２５の縁に設けられていることを特徴とする。

ブランクホルダ２０を、第１のフランクホルダ２３と第２のブランクホルダ２５とに分割構成したため、第２のビード２６を第１のブランクホルダ２３に内蔵させる必要はない。この結果、プレス成形用金型１０を簡単な構造にすることができる。

図２は図１の２−２線断面図であり、成形凹部２８を備えているダイ２９と、このダイ２９の周縁部にブランク材３０の周縁部を押し付けるブランクホルダ２０と、成形凹部２８に進入させる成形凸部１２を備えているパンチ１１とからなるプレス成形用金型１０において、ブランクホルダ２０は、第１のビード２１及び第１のホルダ面２２を備えプレス中に第１のビード２１及び第１のホルダ面２２により一定の抑え力でブランク材３０をダイ２９に押し付ける第１のブランクホルダ２３と、第２のビード２６及び第２のホルダ面２７を備えプレス中に変化する抑え力でブランク材３０をダイ２９に押し付ける第２のブランクホルダ２５とからなり、ダイ２９は、ブランク材３０を介して第２のホルダ面２７を弾性的に押すパッド３２を備えている。

パッド３２は、下部に抑え突起部３３を有するパッド本体３４と、このパッド本体３４の上に付設した弾性体３５とからなる。突起部３３及びパッド本体３４は、硬い鋳鉄又は鋳鋼製のブロックである。
弾性体３５は、ウレタンゴムやスプリングである。突起部３３に大きな上向き外力が作用すると、弾性体３５が縮んでパッド本体３４は上昇する。上向き外力が小さくなると、弾性体３５が伸びてパッド本体３４は下降する。したがって、上向き外力に応じて、突起部３３は昇降する。

第２のブランクホルダ２５は次に述べるカムドライバー機構３７により、駆動される。カムドライバー機構３７は、第２のブランクホルダ２５の底に設けた傾斜面３８と、この傾斜面３８に接すると共に図面左右に移動可能とされたテーパー部材３９と、このテーパー部材３９を図左に付勢するために第１のブランクホルダ２３からテーパー部材３９へ延ばした圧縮ばね４１と、テーパー部材３９を図右へ駆動するためにパンチ１１の側面に付設したドライバーカム４２とからなる。ドライバーカム４２は、図右へ突出した第１の山４３及びこの第１の山４３より高い第２の山４４と、これらの山４３、４４の間に設けられた谷４５とを有する。

以上の構成からなるプレス成形用金型の作用を次に述べる。
なお、パンチ１１が相対的に上死点から下死点まで移動する過程を、成形初期、成形中期及び成形終期の三段階で説明する。

図３は成形初期の作用説明図であり、（ａ）に示すように、便宜上、パンチ１１を固定して、ダイ２９及びブランクホルダ２０を下げる。上死点から下死点までのプレススライドストロークを１００％とすれば、成形初期でのプレススライドストロークは０〜６０％（下死点からのスライド高さは１００〜４０％）となる。

成形初期には、ブランク材３０は第１のブランクホルダ２３でダイ２９に押圧される。加えて、第１の山４３により、テーパー部材３９が図右へ移動し、第２のブランクホルダ２５が上昇する。すると、ブランク材３０は第２のホルダ面２７とパッド３２とで挟持（クランプ）される。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、ブランク材３０は、第１のビード２１及び第１のホルダ面２２により曲げられながら、一定の抑え力Ｆ１で拘束される。
また、第２のビード２６がブランク材３０に中程度に食い込んでいる。第２のビード２６がブランク材３０を上方へ曲げ始めた位置（第２のビード２６がブランク材３０の下面に当たった位置）で、ビード高さは０であるとし、第２のビード２６が上昇限に達した位置で、ビード高さは１００％であるとすると、中程度の食い込みでは、ビード高さは８０〜１００％に設定される。
これで、ブランク材３０は、第２のビード２６で曲げられながら、力Ｆ２で拘束される。

さらに、ブランク材３０は、第２のホルダ面２７とパッド３２とで挟持されるため、力Ｆ３で拘束される。
結果、ブランク材３０は、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３に比例する抑え力ＦＦ１で抑えられる。この抑え力ＦＦ１はブランク材３０に皺が寄らない程度の拘束力に該当する。

図４は成形中期の作用説明図であり、（ａ）に示すように、成形中期には、ブランク材３０は第１のブランクホルダ２３でダイ２９に押圧される。加えて、谷４５により、テーパー部材３９が図左へ移動し、第２のブランクホルダ２５が下がる。成形中期でのプレススライドストロークは３０％〜１００％（下死点からのスライド高さは７０％〜０）となる。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、ブランク材３０は、第１のビード２１及び第１のホルダ面２２により曲げられながら、一定の抑え力Ｆ１で拘束される。
また、第２のビード２６はブランク材３０に僅かに食い込んでいる。僅かな食い込みでは、ビード高さは１０％〜８０％に設定される。これで、ブランク材３０は、第２のビード２６で小規模に曲げられながら、弱い力ｆ２で拘束される。

さらに、ブランク材３０は、第２のホルダ面２７とパッド３２とで挟持されるため、弱い力ｆ３で拘束される。
結果、ブランク材３０は、Ｆ１＋ｆ２＋ｆ３に比例する抑え力ＦＦ２で抑えられるが、この抑え力ＦＦ２は、抑え力ＦＦ１より小さい。そのため、ブランク材３０が図左に移動することは妨げられない。すなわち、ブランク材３０の流入現象が起こる。

図５は成形終期の作用説明図であり、（ａ）に示すように、成形終期には、ブランク材３０は第１のブランクホルダ２３でダイ２９に押圧される。加えて、第２の山４４により、テーパー部材３９が図右へ大きく移動し、第２のブランクホルダ２５が大きく上昇する。すると、ブランク材３０は第２のホルダ面２７とパッド３２とで強く挟持（クランプ）される。成形終期でのプレススライドストロークは８０％〜１００％（下死点からのスライド高さは２０％〜０）となる。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、ブランク材３０は、第１のビード２１及び第１のホルダ面２２により曲げられながら、一定の抑え力Ｆ１で拘束される。
また、第２のビード２６がブランク材３０に強く食い込んでいる。強い食い込みでは、ビード高さは９０％〜１００％に設定される。これで、ブランク材３０は、第２のビード２６で強く曲げられながら、力Ｆ４で拘束される。

さらに、ブランク材３０は、第２のホルダ面２７とパッド３２とで挟持されるため、力Ｆ５で拘束される。
結果、ブランク材３０は、Ｆ１＋Ｆ４＋Ｆ５に比例する抑え力ＦＦ３で抑えられるが、Ｆ４はＦ２より大きく、Ｆ５はＦ３より大きいため、抑え力ＦＦ３は抑え力ＦＦ１より大きく、ブランク材３０の周縁部は強く拘束される。

以上に述べた抑え力ＦＦ１〜ＦＦ３とプレスストロークの関係は、図６のようにまとめることができる。
図６は抑え力とプレスストロークの関係を示すグラフであり、横軸はプレスストロークであり、成形開始〜成形終了までは、成形初期、成形中期、成形終期に区分される。これらの成形初期、成形中期、成形終期の期間（横軸に沿った長さ）は、図２で説明したドライバーカム４２の形状によって決定される。

ところで、成形初期において抑え力が不足すると、ブランク材が過剰に流入して皺が発生する。この領域を「しわ領域」としてグラフに明示した。また、成形中期は絞り加工が盛んに進行するため、抑え力が大きいとブランク材の流入が不足してブランク材に亀裂が発生する。この領域を「亀裂領域」としてグラフに明示した。

本発明では、成形初期の抑え力を、中程度のＦＦ１に設定し、成形中期の抑え力を、小さなＦＦ２に設定し、成形終期の抑え力を、大きなＦＦ３に設定することで、しわ領域並びに亀裂領域に入らないようにすることができた。なお、成形終期にはブランク材における伸びは僅かであるため、抑え力を大きくしても亀裂が入る心配はない。

以上の図３〜図５では、断面図に基づく抑え力の設定を説明した。次に、平面図に基づく作用を説明する。
図７は図１の作用説明図であり、成形初期では、（ａ）に示されるように、第１のビード２１、２１、２１、２１及び第１のホルダ面２２の抑え作用に、第２のビード２６、２６、２６及び第２のホルダ面２７、２７、２７の中程度の抑え作用が加わるため、６本の矢印で示すように中程度の抑え力でブランク材の周縁部を抑えることができる。皺が発生しないように抑えながら、成形初期の絞り加工を実施することができる。

成形中期では、（ｂ）に示されるように、第１のビード２１、２１、２１、２１及び第１のホルダ面２２の抑え作用が主体となるため、２本の矢印で示すように小さな抑え力でブランク材の周縁部を抑える。すなわち、成形中期の絞り加工では、亀裂の発生を防止するために材料の流入を促すとともに、第２ホルダ面２７、２７、２７でブランク材を挟むことで、皺の発生を抑制する。仮に、ブランク材の周縁が拘束されないと皺が発生するため、第２ホルダ面２７、２７、２７の作用は重要である。

成形終期では、（ｃ）に示されるように、２本の矢印で示す第１のビード２１、２１、２１、２１及び第１のホルダ面２２の抑え作用に、４本の白抜き矢印で示す第２のビード２６、２６、２６及び第２のホルダ面２７、２７、２７の大きな抑え作用が加わるため、大きな抑え力でブランク材の周縁部を抑えることができる。これで、成形品の最終的な形状調整が行われ、良好な形状の成形品を得ることができる。

次に、ブランク材の歩留まりと、ビードの位置との関係を検討する。
図５（ｂ）に示したように、成形終期であっても、第２のビード２６でブランク材３０を押し続ける必要がある。そのため、成形前に準備するブランク材３０の大きさは、第２のビード２６の位置を考慮して決定される。すなわち、第２のビード２６が図で右へ移動する程、ブランク材３０は大きくなり、歩留まりが悪くなる。
図５（ｂ）に示されように、第２のビード２６が第２のブランクホルダ２５の左の縁に設けられれば、ブランク材３０は最小で済ませることができ、歩留まりを良好にすることができる。

次に、可動ビームを採用するなどの理由から、ダイを分割する必要がある場合に備えて、分割位置の検討を行う。

図８はダイを分割する場合の説明図であり、（ａ）に示すように、ビード４７の左（又は右）の位置に、分割部４８を設定して、第１ダイ５１と第２ダイ５２に分割したとする。第１ダイ５１と第２ダイ５２の下面は、面一（つらいち）である必要がある。しかし、不可避的に第１ダイ５１の下面と第２ダイ５２の下面との間に段差が付く。この段差はブランク材３０に疵を付けたり、焼き付けを発生させる。そのため、（ａ）は採用できない。

そこで、（ｂ）に示すように、ビード４７に対応する凹部５３に分割部４８を設けた。凹部５３は曲面であるため、ブランク材３０との接触の程度が穏やかになる。そのため、第１ダイ５１と第２ダイ５２との間に段差が有ったとしても、問題にならない。分割部４８は区間Ｖの間であれば、何処でも良い。

（ｃ）は図４（ｂ）の再掲図であり、パッド３２がある場合は、パッド３２が上下移動可能であって、ブランク材３０に悪影響を及ぼさない。そこで、パッド３２とダイ２９との間の分割部４８は区間Ｗで示すように、第２のビード２６に対応する凹部５３及び第２のホルダ面２７に対応する部分に、設定することができる。

すなわち、ダイなどの金型の分割部４８は、ビード４７に係る凹部５３や凸部に設けることが推奨され、パッド３２がある場合は、その範囲を拡張してもよい。

次に、図１及び図２に基づいて、第１のビード２１と第２のビード２６との位置の関係を説明する。
図１に示すように、第１のビード２１、２１、２１、２１はパンチ１１を、ほぼ囲っている。一方、第２のビード２６、２６、２６はパンチ１１を部分的に囲っている。第１のビード２１、２１、２１、２１は成形初期から成形終期まで、一定の抑え力でブランク材を抑えて、成形品の形状決定に寄与する。

このように重要な第１のビード２１、２１、２１、２１はパンチ１１に近いほど形状制御に影響する。したがって、本発明では変動要素が大きな第２のビード２６、２６、２６よりも安定した第１のビード２１、２１、２１、２１をパンチ１１に近づけた。
すなわち、第１のビード２１、２１、２１、２１を内側に配置し、第２のビード２６、２６、２６を外側に配置した。

この結果、第１のビード２１、２１、２１、２１を有する第１のブランクホルダ２３に、第２のブランクホルダ２５、２５、２５を設けることができる。すなわち、図２に示すように、第１のブランクホルダ２３にライナー５４、５５を貼り、これらのライナー５４、５５で第２のブランクホルダ２５を昇降可能に案内することができるようにした。

尚、第２のビード２６を含む第２のブランクホルダ２５を昇降する手段は、実施例で説明したカムドライバー機構の他、押圧力が制御できる油圧シリンダや、サーボモータで駆動されるメカニカルシリンダであってもよい。

本発明は、高張力鋼のブランク材を絞るプレス成形用金型に好適である。

本発明に係るプレス成形用金型のうちのパンチ及びブランクホルダの平面図である。 図１の２−２線断面図である。 成形初期の作用説明図である。 成形中期の作用説明図である。 成形終期の作用説明図である。 抑え力とプレスストロークの関係を示すグラフである。 図１の作用説明図である。 ダイを分割する場合の説明図である。 従来のプレス装置の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…プレス成形用金型、１１…パンチ、１２…成形凸部、２０…ブランクホルダ、２１…第１のビード（固定ビード）、２２…第１のホルダ面、２３…第１のブランクホルダ、２５…第２のブランクホルダ、２６…第２のビード（可動ビード）、２７…第２のホルダ面、２８…成形凹部、２９…ダイ、３０…ブランク材、３２…パッド、３５…弾性体。

Claims (2)

1. 成形凹部を備えているダイと、このダイの周縁部にブランク材の周縁部を押し付けるブランクホルダと、前記成形凹部に進入させる成形凸部を備えているパンチとからなるプレス成形用金型において、
   前記ブランクホルダは、第１のビード及び第１のホルダ面を備えプレス中に前記第１のビード及び第１のホルダ面により一定の抑え力でブランク材を前記ダイの前記第１のビードが対面する部位へ押し付ける第１のブランクホルダと、第２のビード及び第２のホルダ面を一体的に備えプレス中に変化する抑え力でブランク材を前記ダイの前記第２のビードが対面する部位へ押し付ける第２のブランクホルダとからなり、
   前記第２のブランクホルダは、プレス途中に前記第２のビードが対面する部位と前記第２のビードとの距離が大きくなるように構成され、
   前記ダイは、前記第２のビードが対面する部位に対して変位可能であり、前記第２のホルダ面を弾性的に押すパッドを備えていることを特徴とするプレス成形用金型。
2. 前記第２のビードは、前記第２のホルダ面よりも前記成形凸部に接近するように、第２のブランクホルダの縁に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプレス成形用金型。

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