JP5039720B2 - ワークの成形方法及び成形システム - Google Patents

Description

本発明は、ワークの成形方法及び成形システムに関する。

加工対象のワークの肉厚を部分的に増肉するプレス加工方法が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、板状のワークにおいてその端部を増肉する技術が開示されている。
特開２００１−３１４９２１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたプレス加工方法では増肉可能な部位がワークの端部及びその周辺の狭い範囲に限られており、広範囲に亘ってワークを増肉することができなかった。一方、ワークの肉厚を減肉するコイニング加工等も知られているが、このコイニング加工も広範囲に亘ってワークを減肉することができなかった。すなわち、仮に広範囲に亘って減肉しようとすると、成形荷重が数千から数万トン必要になり機械設備や金型寿命の問題が生じてしまっていた。

そのため、広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分とを有する製品（例えばカバー端部に広範囲な厚肉部分とカバー中央部に広範囲な薄肉部分とを備えたトルクコンバータ用カバー）の成形が困難であるという問題があった。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分を備えた製品を安価且つ容易に成形するワークの成形方法及び成形システムを提供することを目的とする。

本発明は、一定板厚の板状のワークから、端部が増肉された最終形状を成形するワークの成形方法であって、前記ワークの中央部に略半球形状のパンチを用いて絞り加工を施すことにより、前記中央部を減肉する第１の工程と、前記ワークの中央部の周縁から外側の胴部に向かってしごき加工を施すことにより、前記中央部周縁を減肉するとともに前記胴部を増肉する第２の工程と、前記ワークの中央部から中央部周縁にかけて板厚方向に押しつぶすことにより、前記中央部を略平面状に成形するとともに前記中央部周縁から前記胴部に向かって略一定の傾斜角度で拡げるよう成形する第３の工程と、前記ワークの全体を板厚方向に押しつぶすことにより、減肉された中央部及び中央部周縁並びに増肉された胴部を備えたワークの全体を略平面状に成形する第４の工程と、前記第４の工程により略平面状に成形されたワークに基づき、前記最終形状を成形する第５の工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、一定板厚の板状のワークから、端部が増肉された最終形状を成形するワークの成形システムであって、前記ワークの中央部に略半球形状のパンチを用いて絞り加工を施すことにより、前記中央部を減肉する第１の加工手段と、前記ワークの中央部の周縁から外側の胴部に向かってしごき加工を施すことにより、前記中央部周縁を減肉するとともに前記胴部を増肉する第２の加工手段と、前記ワークの中央部から中央部周縁にかけて板厚方向に押しつぶすことにより、前記中央部を略平面状に成形するとともに前記中央部周縁から前記胴部に向かって略一定の傾斜角度で拡げるよう成形する第３の加工手段と、前記ワークの全体を板厚方向に押しつぶすことにより、減肉された中央部及び中央部周縁並びに増肉された胴部を備えたワークの全体を略平面状に成形する第４の加工手段と、前記第４の加工手段により略平面状に成形されたワークに基づき、前記最終形状を成形する第５の加工手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の工程及び第２の工程（第１の加工手段及び第２の加工手段）では多大な成形荷重を要するコイニング加工等用いることなくワークの中央部及び中央部周縁を減肉するとともにワークの胴部を増肉しているので、広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分を備えた製品を安価且つ容易に成形することができる。

また、第３の工程及び第４の工程（第３の加工手段及び第４の加工手段）ではワークの中央部と中央部周縁との間を段階的に拡げているので、ワークの中央部及び中央部周縁における座屈の発生を防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。この実施形態では、本発明に係るワークの成形方法をトルクコンバータ用カバー２（図１参照）の成形に適用した場合を例に説明する。

（トルクコンバータ用カバー２について）
図１は、本実施形態に係るワークの成形方法により成形したトルクコンバータ用カバー２の概略断面図である。図１を用いてトルクコンバータ用カバー２について説明する。

図１に示すトルクコンバータ用カバー２は、自動車等の車両に搭載されるトルクコンバータ１の構成要素の一つである。このトルクコンバータ用カバー２は、ポンプインペラ３との間でロックアップクラッチ４、タービンランナ（不図示）、ステータ（不図示）等を収容する略有底筒状のカバーである。素材は鋼板などである。

ここでのトルクコンバータ用カバー２は、部位によって薄肉部２ａ、厚肉部２ｂ、端部２ｃに分けられるものとする。薄肉部２ａは、トルクコンバータ用カバー２の軽量化及びコンパクト化などのために減肉（薄肉化）された部位である（薄肉部２ａの肉厚は例えば4.4±0.5mm）。厚肉部２ｂは、ロックアップクラッチ４が図１の矢印方向に移動してこの厚肉部２ｂに押し付けられたときに発生する熱の伝導を低減するために増肉（厚肉化）された部位である（厚肉部２ｂの肉厚は例えば7.6mm）。端部２ｃは、トルクコンバータ用カバー２の外周側に位置する部位である。この端部２ｃにおいてトルクコンバータ用カバー２はポンプインペラ３と接合される（端部２ｃの肉厚は例えば7.0mm）。

以上説明してきたように、トルクコンバータ用カバー２は、端部２ｃよりも内側においてロックアップクラッチ４の押し付けにより発生する熱の伝導を低減させる程度の範囲で増肉された厚肉部２ｂと、厚肉部２ｂよりも内側においてカバーの軽量化及びコンパクト化を実現させる程度の範囲で減肉された薄肉部２ａと、を備えた形状に成形されている。

（トルクコンバータ用カバー２の成形工程の概要について）
図２は、本実施形態に係るトルクコンバータ用カバー２の成形工程を示すフローチャートである。図３は、図２の各工程におけるトルクコンバータ用カバー２の形状の断面図を示している。図２及び図３を用いてトルクコンバータ用カバー２の成形工程の概要について説明する。なお、成形工程の詳細については後述する。

まず、前段階（ステップＳ０）として、加工対象のワーク５を準備する。このワーク５は一定板厚（例えば７ｍｍ）で形成された円板状の鋼板である（図３（Ｓ０）参照）。

ステップＳ１に進むと、このワーク５の中央部５ａを減肉する絞り加工を施す。これにより、中央部５ａが上方に膨らんだ単純な湾曲形状（図３（Ｓ１）参照）に成形する。このとき、ワーク５の中央部５ａは減肉される（本例では4.4mm±0.5mm）。

ステップＳ２に進むと、このワーク５の中央部周縁５ｂを減肉するしごき加工を施す。これにより、中央部周縁５ｂが中央部５ａに対して略垂直に延びた形状（図３（Ｓ２）参照）に成形される。このとき、中央部周縁５ｂの肉が外側の胴部５ｃに移動することで、中央部周縁５ｂは減肉されるとともに胴部５ｃは増肉される（本例では中央部周縁５ｂは4.4mm±0.5mm、胴部５ｃは7.6mm）。

ステップＳ３に進むと、このワーク５の中央部５ａから胴部５ｃに向かってテーパー状に拡げる加工を施す。これにより、中央部５ａから中央部周縁５ｂに向かって傾斜し、且つ、中央部周縁５ｂから胴部５ｃに向かってこの傾斜に沿って延びた形状（図３（Ｓ３）参照）に成形される。

ステップＳ４に進むと、このワーク５の全体を板厚方向に平面状に押しつぶす加工を施す。これにより、減肉された中央部５ａ及び中央部周縁５ｂ並びに増肉された胴部５ｃを備えた略平面状（図３（Ｓ４）参照）に成形される。

ステップＳ５に進むと、ステップＳ４により略平面状に成形されたワーク５に基づき、最終形状として薄肉部２ａ、厚肉部２ｂ及び端部２ｃを備えたトルクコンバータ用カバー２（図３（Ｓ５）参照）を成形する。

（トルクコンバータ用カバー２の成形工程の詳細について）
以下、図２の各工程の詳細について説明する。

（ステップＳ１について）
図４は、図２のステップＳ１に係る工程を説明する図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれステップＳ１に係る工程の前後、すなわちダイス１２が図４の矢印方向へ移動する動作の動作前、動作後を示している。

ステップＳ１では、図４（ａ）に示すように、ワーク５の胴部５ｃをしわ押さえ１１とダイス１２との間で保持するとともに、中央部５ａの下方に略半球形状のパンチ１３を配設する。

このような構成でダイス１２を図４の矢印方向に移動させる。そうすると、ワーク５の中央部５ａにパンチ１３によって張り出しを伴う絞り加工が施される。これにより、図４（ｂ）に示すように、ワーク５の中央部５ａが上方に膨らんだ単純な湾曲形状に成形される。このとき、ワーク５の中央部５ａは減肉される。

（ステップＳ２について）
図５は、図２のステップＳ２に係る工程を説明する図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれステップＳ２に係る工程の前後、すなわちダイス１２が図５の矢印方向へ移動する動作の動作前、動作後を示している。

ステップＳ２では、図５（ａ）に示すように、ワーク５の胴部５ｃをしわ押さえ１１の上面に配置するとともに、ダイス１２をパンチ１３との間でクリアランスＴの間隔を隔てて配置する。このとき、ダイス１２はステップＳ１のときよりも内側（図５の右側）に配置されている。

このような構成でダイス１２を図５の矢印方向に移動させる。そうすると、図５（ｂ）に示すように、ワーク５の中央部周縁５ｂから胴部５ｃに向かってダイス１２とパンチ１３との間でしごき加工が施される。これにより、ワーク５の中央部周縁５ｂは減肉されるとともに、この減肉された部分は胴部５ｃの側に移動してワーク５の胴部５ｃは増肉される。クリアランスＴの長さを調整することで中央部周縁５ｂの肉厚が中央部５ａの肉厚と同じになるように減肉する。なお、図５（ｂ）に示すように、ワーク５の中央部周縁５ｂは略鉛直方向（中央部５ａに対して略垂直）に延びるよう成形されている。

（ステップＳ３について）
図６は、図２のステップＳ３に係る工程を説明する図である。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれステップＳ３に係る工程の前後、すなわち金型１４が図６の矢印方向へ移動する動作の動作前、動作後を示している。

ステップＳ３では、図６（ａ）に示すように、ワーク５の中央部５ａの上方及び下方にはそれぞれ金型１４と金型１５が配設されている。これら金型１４及び金型１５はそれぞれ略平面状の面部１４ａ、１５ａを備えている。また、ワーク５の胴部５ｃの上方及び下方にはそれぞれ金型１６、１７が配設されている。金型１６は外側（図６の左側）に向かって上方に傾斜する傾斜部１６ａを備えている。一方、金型１７は略半球形状の突起部１７ａを備えている。

このような構成で金型１４を図６の矢印方向に移動させる。そうすると、まずワーク５は中央部５ａから中央部周縁５ｂに向かって、面部１４ａと面部１５ａとの間で板厚方向に押しつぶされる。続いてワーク５は中央部周縁５ｂから胴部５ｃに向かって、傾斜部１６ａと突起部１７ａとの間で傾斜部１６ａの傾斜に沿って拡がるよう成形される。これにより、図６（ｂ）に示すように、ワーク５の中央部５ａは略平面状に成形される。また、ワーク５の中央部周縁５ｂから胴部５ｃまでは傾斜部１６ａの傾斜角度で拡がるよう成形される。その結果、ワーク５は中央部５ａから胴部５ｃに向かってテーパー状（円錐台形状）に拡がった形状になる。

（ステップＳ４について）
図７は、図２のステップＳ４に係る工程を説明する図である。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれステップＳ４に係る工程の前後、すなわち金型１８が図７の矢印方向へ移動する動作の動作前、動作後を示している。

ステップＳ４では、図７（ａ）に示すように、ワーク５の全体の上方及び下方にはそれぞれ金型１８、１９が配設されている。これら金型１８及び金型１９はそれぞれ略平面状の面部１８ａ、１９ｂを備えている。

このような構成で金型１８を図７の矢印方向に移動させる。そうすると、ワーク５の全体が面部１８ａと面部１９ａとの間で板厚方向に押しつぶされる。これにより、図７（ｂ）に示すように、ワーク５の全体が略平面状に成形される。以上のステップＳ１からステップＳ４の工程により、減肉された中央部５ａ及び中央部周縁５ｂ並びに増肉された胴部５ｃを備えた略平面状の形状を得ることができる。

（ステップＳ５について）
図８は、図２のステップＳ５に係る工程を説明する図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれステップＳ５に係る工程の前後、すなわち金型２０が図８の矢印方向へ移動する動作の動作前、動作後を示している。

ステップＳ５では、図８（ａ）に示すように、ワーク５の全体の上方及び下方にはそれぞれ金型２０、２１が配設されている。これら金型２０及び金型２１はそれぞれこのワーク５に基づいて成形すべき最終形状に応じて凹部２０ａ、凸部２１ａを備えた構成となっている。また、図８（ａ）のように、金型２０は金型２１よりも幅厚に構成されておりクリアランスＴ２の間隔を金型２１との間で隔てている。

このような構成で金型２０を図８の矢印方向に移動させる。そうすると、ワーク５の全体が、金型２０と金型２１との間で凹部２０ａや凸部２１ａに応じて最終形状になるよう成形される。また、クリアランスＴ２の位置においてはワーク５の胴部５ｃに絞り加工が施される。これにより、図８（ｂ）に示すように、最終形状として薄肉部２ａ、厚肉部２ｂ及び端部２ｃを備えたトルクコンバータ用カバー２を得ることができる。

以上、図２の各工程の詳細について説明してきたが、各ステップに係る工程について補足する。

ステップＳ１からＳ５に係る全ての工程について補足する。本実施形態に係るワークの成形方法（又は成形システム）によれば、これら全ての工程をコイニング加工等の多大な成形荷重を要する加工を用いることなくプレス加工のみで実現している。そのため、広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分を備えた製品を安価且つ容易に成形することができる。また、機械設備の大型化や金型寿命の問題を防止することができる。

続いてステップＳ２に係る工程について補足する。ステップＳ２に係る工程は、ワーク５の中央部周縁５ｂを減肉する工程である。この工程は、減肉される領域を中央部５ａに加えて中央部周縁５ｂまで広げることで広範囲な減肉を実現することができる点で好適である。

続いてステップＳ３に係る工程について補足する。ステップＳ３に係る工程は、ワーク５を中央部５ａから胴部５ｃに向かってテーパー状（円錐台形状）に拡がった形状に成形する工程である。この工程は、前のステップＳ２に係る工程を経て成形された中央部５ａ及び中央部５ａに対して略垂直に延びる中央部周縁５ｂを、後のステップＳ４及びＳ５に係る工程において略直線状に延ばすための準備工程と言い換えることができる。仮にこのステップＳ３に係る工程を経ずにステップＳ４又はステップＳ５に係る工程に進むと、中央部５ａ及び中央部周縁５ｂは座屈してしまうおそれがある。特に中央部５ａ及び中央部周縁５ｂは薄肉であるため、厚肉であるときに比べて座屈してしまうおそれが高い。しかしながら、このステップＳ３に係る工程を経ることでこのような座屈のおそれを防止することができる点で好適である。

続いてステップＳ４に係る工程について補足する。ステップＳ４に係る工程は、ワーク５の全体を略平面状に成形する工程である。この工程では、現実には成形荷重の制約等によって略平面状に成形できないことも考えられる。そこで、ステップＳ４に係る工程では略平面状に成形する場合に限らず、ステップＳ５に係る工程と同様に成形すべき最終形状に応じた形状に成形するようにしてもよい。

（まとめ）
本実施形態に係るワークの成形方法（又は成形システム）によれば、第１の工程（Ｓ１）及び第２の工程（Ｓ２）（第１の加工手段（Ｓ１）及び第２の加工手段（Ｓ２））では多大な成形荷重を要するコイニング加工等用いることなくワーク５の中央部５ａ及び中央部周縁５ｂを減肉するとともにワーク５の胴部５ｃを増肉しているので、広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分を備えた製品を安価且つ容易に成形することができる。また、第３の工程（Ｓ３）及び第４の工程（Ｓ３）（第３の加工手段（Ｓ３）及び第４の加工手段（Ｓ４））ではワーク５の中央部５ａと中央部周縁５ｂとの間を段階的に拡げているので、ワーク５の中央部５ａ及び中央部周縁５ｂにおける座屈の発生を防止することができる（請求項１及び３に記載の発明の効果）。

また、本実施形態に係るワークの成形方法によれば、第１の工程（Ｓ１）において円板状のワーク５に絞り加工を施すことにより、第５の工程（Ｓ５）では広範囲な厚肉部分と広範囲な薄肉部分を備えたトルクコンバータ用カバー２を安価且つ容易に成形することができる（請求項２に記載の発明の効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記説明においては、本発明に係るワークの成形方法をトルクコンバータ用カバー２の成形に適用した場合を例に説明してきたが、この場合には限らない。例えば、クラッチドラムの成形に適用してもよい。

本実施形態に係るワークの成形方法により成形したトルクコンバータ用カバーの概略断面図である。 本実施形態に係るトルクコンバータ用カバーの成形工程を示すフローチャートである。 図２の各工程に係るトルクコンバータ用カバーの形状の断面図を示している。 図２のステップＳ１に係る工程を説明する図である。 図２のステップＳ２に係る工程を説明する図である。 図２のステップＳ３に係る工程を説明する図である。 図２のステップＳ４に係る工程を説明する図である。 図２のステップＳ５に係る工程を説明する図である。

１ トルクコンバータ
２ トルクコンバータ用カバー
２ａ 薄肉部
２ｂ 厚肉部
２ｃ 端部
５ ワーク
５ａ 中央部
５ｂ 中央部周縁
５ｃ 胴部
ステップＳ１（第１の工程、第１の加工手段）
ステップＳ２（第２の工程、第２の加工手段）
ステップＳ３（第３の工程、第３の加工手段）
ステップＳ４（第４の工程、第４の加工手段）
ステップＳ５（第５の工程、第５の加工手段）

Claims (3)

1. 一定板厚の板状のワークから、端部が増肉された最終形状を成形するワークの成形方法であって、
   前記ワークの中央部に略半球形状のパンチを用いて絞り加工を施すことにより、前記中央部を減肉する第１の工程と、
   前記ワークの中央部の周縁から外側の胴部に向かってしごき加工を施すことにより、前記中央部周縁を減肉するとともに前記胴部を増肉する第２の工程と、
   前記ワークの中央部から中央部周縁にかけて板厚方向に押しつぶすことにより、前記中央部を略平面状に成形するとともに前記中央部周縁から前記胴部に向かって略一定の傾斜角度で拡げるよう成形する第３の工程と、
   前記ワークの全体を板厚方向に押しつぶすことにより、減肉された中央部及び中央部周縁並びに増肉された胴部を備えたワークの全体を略平面状に成形する第４の工程と、
   前記第４の工程により略平面状に成形されたワークに基づき、前記最終形状を成形する第５の工程と、
   を有することを特徴とするワークの成形方法。
2. 前記第１の工程で用いられるワークは、一定板厚の円板状のものであり、
   前記第５の工程において成形される最終形状は、トルクコンバータ用カバーの形状であることを特徴とする請求項１に記載のワークの成形方法。
3. 一定板厚の板状のワークから、端部が増肉された最終形状を成形するワークの成形システムであって、
   前記ワークの中央部に略半球形状のパンチを用いて絞り加工を施すことにより、前記中央部を減肉する第１の加工手段と、
   前記ワークの中央部の周縁から外側の胴部に向かってしごき加工を施すことにより、前記中央部周縁を減肉するとともに前記胴部を増肉する第２の加工手段と、
   前記ワークの中央部から中央部周縁にかけて板厚方向に押しつぶすことにより、前記中央部を略平面状に成形するとともに前記中央部周縁から前記胴部に向かって略一定の傾斜角度で拡げるよう成形する第３の加工手段と、
   前記ワークの全体を板厚方向に押しつぶすことにより、減肉された中央部及び中央部周縁並びに増肉された胴部を備えたワークの全体を略平面状に成形する第４の加工手段と、
   前記第４の工程により略平面状に成形されたワークに基づき、前記最終形状を成形する第５の加工手段と、
   を有することを特徴とする成形システム。

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