JP5160397B2 - 深絞り成形型 - Google Patents

Description

本発明は、金属シート材を剪断加工して得たブランク材に円筒深絞り加工を施す、いわゆるカッピングプレス装置の深絞り成形型に関する。

缶工業に於いて円筒深絞り容器（以下、カップ）を製造する場合、例えば、米国特許第４０２０６７０号，第４２４８０７６号及び第４４１６１４０号に開示されたカッピングプレス装置（以下、プレス装置）が使用されている。
このプレス装置では、予め剪断加工により金属シート材からブランク材を打ち抜いておき、該ブランク材に円筒深絞り加工を施すことにより、カップを得る。

図５は、この種プレス装置の深絞り成形型による成形過程の一従来例を示した図であり、この深絞り成形型は、パンチ１とダイス２とブランクホルダ３とを備えて構成される。
この構成によれば、ブランク材４をダイス２の上に配置すると共に、その周端縁部４ａをブランクホルダ３でダイス２に押圧保持し、パンチ１を下降させてブランク材４を押し下げながら、押圧保持されたブランク材４の周端縁部４ａを被成形部へ滑らせて送り込むことにより、しわのない所望のカップを得ることができる。

このように、ブランク材４の周端縁部４ａをブランクホルダ３で押圧しながら被成形部へ引いて送ることは、成形品のしわ発生を防止するために欠かせない。
しかしながら、深絞り加工が進み、ブランクホルダ３がその内周側底面でブランク材４の周端縁部４ａのみを押圧する深絞り加工末期の段階においては、該周端縁部４ａをダイス２の肩部２ａへ安定的に滑らせて送るだけの押圧が加わってさえいれば、しわ発生の虞はない。

したがって、ブランク材４の押圧保持力をそれほど必要としない深絞り加工末期の段階においても、継続的にそれまでと同等のしわ抑えのための押圧保持力を維持すると、ブランク材４の周端が板厚方向に圧縮変形して先鋭となる、いわゆるピンチングを生じることがあり、歩留まりの低下を招く。
また、かかる場合には、深絞り加工末期の段階で、プレス装置に余計な負荷をかけていることにもなるから、プレス寿命の低下も招く。

ここで、図６に示すように、ブランクホルダ３の押圧面側に、円弧状断面を有するリング溝５を形成する構成も従来より知られているが、上記問題に対する有効な解決策とはなっていなかった。
なお、図６中の各部の寸法は、ブランク材４の板厚をｔとした場合に、θ１＞２０゜，θ２＞１０゜，Ｗ＜１．４Ｌ，Ｌ＞５ｔに設定されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、いわゆるピンチングやしわの発生を防止すると共に、プレス寿命を延長させることにある。

上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
請求項１に記載した発明は、成形用のパンチと、成形用のダイスと、ブランク材を前記ダイスとの間で押圧保持するブランクホルダとを備えた深絞り成形型において、前記ブランクホルダの押圧面側に平坦状をなす凸部とリング溝状をなす凹部とが径方向に交互に複数形成されており、前記押圧面を構成する凸部から凹部へ移行する凹部入り側の傾斜面、及び前記凹部から前記凸部へ移行する凸部入り側の傾斜面と、前記ダイス側の押圧面との挟角を共に鋭角に設定するとともに、前記ブランク材の板厚をｔとしたときに、前記凹部の間隔Ｌが、１．５ｔ＜Ｌ＜５ｔの範囲内とされ、前記凹部の幅Ｗが、１．４Ｌ＜Ｗ＜３．４Ｌの範囲内とされており、前記凹部入り側の傾斜面と前記ダイス側の押圧面との挟角θ１と、前記凸部入り側の傾斜面と前記ダイス側の押圧面との挟角θ２との間に、θ１＞θ２の関係があることを特徴とする。

このような構成によれば、リング溝内にてブランク材に故意に小さなしわを発生させると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部に引っかけることにより、ブランク材に適度な引張力を発生させることができる。

この構成によれば、ブランク材への押圧保持力を解放する凹部入り側にて、適度な大きさのしわをブランク材に発生させ得ると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部にて、より確実に抑えこみつつ引っかけることができるようになる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下の効果を得る。
請求項１記載の発明によれば、リング溝内にてブランク材に故意に小さなしわを発生させると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部に引っかけることにより、ブランク材に適度な引張力を発生させ得るので、結果的にしわの発生を有効に防止できると共に、いわゆるピンチングの発生も防止でき、歩留まりが向上する。
さらに、凹部にてしわ抑え面圧が解放されて、ブランク材の押圧保持力が低減するので、プレス装置への負荷が軽減し、プレス寿命も延ばすことができる。
また、ブランク材への押圧保持力を解放する凹部入り側にて、適度な大きさのしわをブランク材に発生させ得ると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部にて、より確実に抑えこみつつ引っかけることができるようになるので、しわ発生の防止効果がさらに向上する。

以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る深絞り成形型の一実施の形態を備えたプレス装置の部分断面図である。但し、図示都合上、後述するリング溝の記載は省略した。
この深絞り成形型は、成形用のパンチ１１と、成形用のダイス１２と、ブランク材を前記ダイス１２との間で押圧保持するブランクホルダ１３とを備えて構成されている。

ダイス１２は、その中央部にパンチ１１よりも僅かに大径のパンチ挿通孔２１が形成されており、該パンチ挿通孔２１と同径のパンチ挿通孔２２を有する下ダイシュ１４上に軸線を一致させて一体的に固定されている。
他方、ブランクホルダ１３は、図１の上下方向に移動可能であり、ダイス１２に対して接近又は離間できるようになっている。

ブランクホルダ１３には、リング状の刃部１５ａを備えた剪断パンチ１５が外周に嵌め込まれていると共に、ホルダ上面押え１６が上面に載置されている。
このホルダ上面押え１６を介して、プレス荷重がブランクホルダ１３に伝達されると、図１（ａ）に示すように、このブランクホルダ１３と剪断パンチ１５とが一体となって下方移動する。

この下方移動に伴い、金属シート材３１からは剪断パンチ１５によってブランク材３２が打ち抜かれると共に、ブランクホルダ１３とダイス１２との間には、ブランク材３２の周端縁部３２ａでのしわ発生を抑える押圧保持力が発生する。
この状態から図１（ｂ）に示すように、パンチ１１を下方移動させると、ブランク材３１に深絞り成形が施される。

しかる後、図１（ｃ）に示すように、剪断パンチ１５が上方に駆動されてブランクホルダ１３が上方移動すると、押圧保持力が解放されると共に、ダイス１２が相対離間する。
このブランクホルダ１３の上方移動と共にパンチ１２を上方移動させれば、カップ３３が得られる。

次に、本発明の特徴部分であるブランクホルダ１３の押圧面側形状につき、図２〜図４を参照しながら説明する。
なお、図２はダイス１２にブランクホルダ１３が当接した状態を示す要部拡大図、図３はブランクホルダ１３を押圧面（下面）側から見た平面図、図４はブランクホルダ１３の要部拡大図である。

ブランクホルダ１３の押圧面側には、図２及び図３に示すように、直径がそれぞれ異なる複数のリング溝（凹部）４１が同心に形成されており、これらリング溝４１と、リング溝４１の形成されていない平坦部（凸部）４２とにより、凹凸が構成されている。
さらに、本実施の形態によるリング溝４１は、図２及び図４に示すように、二等辺三角形断面を有している。

この二等辺三角形断面の底辺寸法に対応するリング溝４１の幅Ｗ，該底辺と斜辺との挟角θ1，θ2，リング溝４１の間隔Ｌ，及び二等辺三角形断面の高さ寸法に対応するリング溝４１の深さＳは、以下の範囲に設定しておくことが好ましい（図４参照）。
なお、符号ｔはブランク材３２の板厚である。

１．５ｔ＜Ｌ＜５ｔ …(i)
１．４Ｌ＜Ｗ＜３．４Ｌ …(ii)
３゜＜θ１＜２０゜ …(iii)
３゜＜θ２＜１０゜ …(iv)
０．１ｔ＜Ｓ＜０．４ｔ …(v)

すなわち、本実施の形態においては、ブランクホルダ１３の押圧面側にリング溝４１を形成することによって、リング溝４１とリング溝未形成の平坦部４２とで凹凸を構成すると共に、その凸部を構成する平坦部４２から凹部を構成するリング溝４１へ移行する凹部入り側の傾斜面４１Ａと、ダイス１２側の押圧面（上面）１２Ａとの挟角θ１が鋭角に設定されている。

また、リング溝４１からその径方向内側（図２では紙面左側、図４では紙面右側）に隣り合う平坦部４２へ移行する凸部入り側の傾斜面４１Ｂと、ダイス１２側の押圧面１２Ａとの挟角θ２も鋭角に設定されている。
さらに、本実施の形態においては、これら挟角θ１、θ２が共に等しく設定されることにより、二等辺三角形断面のリング溝４１になっている。

上記関係式(i)において、１．５ｔ＜Ｌとした理由は、Ｌ≦１．５ｔでは、しわ抑えの距離が短くなり過ぎるため、リング溝４１で発生させたしわをその隣り（径方向内側）に位置する平坦部４２で十分に抑えきれず、該しわを次のリング溝４１に移行させてしまうと、結果的に大きなしわが発生し、この大きなしわが凸部入り側の凹凸移行部４３に引っかかると、カップ側壁部に傷が発生するからである。

また、上記関係式(i)において、Ｌ＜５ｔとした理由は、５ｔ≦Ｌでは、上記とは逆にしわ抑えの距離が長くなり過ぎるため、しわ抑え力が一定の場合には、ブランク材４１に対するしわ抑え面圧（＝しわ抑え力／平坦部の面積）が低くなり、その結果、カップ側壁部にしわが発生し易くなるからである。

上記関係式(ii)において、１．４Ｌ＜Ｗとした理由は、Ｗ≦１．４Ｌでは、リング溝４１の幅Ｗが短くて押圧解放空間が小さくなり過ぎるため、リング溝４１内にてブランク材３２に故意に小さなしわを発生させると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部４３に引っかけてブランク材３２に適度な引張力を発生させることにより、大きなしわの発生を防ぐ、という本リング溝形状による効果が期待できなくなり、カップ側壁部にしわが発生するからである。

また、上記関係式(ii)において、Ｗ＜３．４Ｌとした理由は、３．４Ｌ≦Ｗでは、リング溝の幅Ｗが長くて押圧解放空間が大きくなり過ぎるため、上記関係式(i)でＬ≦１．５ｔとした場合と同様に、結果的に大きなしわを発生させることになり、カップ先端部に傷が発生するからである。

上記関係式(iii)において、３゜＜θ１とした理由は、θ１≦３゜では、押圧解放空間が小さくなり過ぎるため、上記関係式(ii)でＷ≦１．４Ｌとした場合と同様に、本リング溝形状による効果が期待できなくなり、カップ先端にピンチングが生じるからである。

また、上記関係式(iii)において、θ１＜２０゜とした理由は、２０゜≦θ１では、平坦部４２からリング溝４１へと移行する凹部入り側にて急激にしわ抑えが解放されるため、リング溝４１内で発生するしわが大きくなり過ぎて、このしわを凸部入り側の凹凸移行部４３で抑えることができなくなり、カップ先端部にしわが発生するからである。

上記関係式(iv)において、３゜＜θ２とした理由は、θ２≦３゜では、凸部入り側の挟角θ2が小さくなり過ぎるため、リング溝４１内にて故意に発生させたしわを凸部入り側の凹凸移行部４３にて引っかけてブランク材３２に適度な引張力を発生させる、という本リング溝形状による効果を期待できなくなり、カップ先端にピンチングが生じるからである。

また、上記関係式(iv)において、θ２＜１０゜とした理由は、１０゜≦θ２では、凸部入り側の挟角θ2が大きくなり過ぎるため、リング溝４１内にて故意に発生させたしわを凸部入り側の凹凸移行部４３にて滑らかに延ばせなくなり、カップ先端部にしわが発生するからである。

上記関係式(v)において、０．１ｔ＜Ｓとした理由は、Ｓ≦０．１ｔでは、押圧解放空間が小さくなり過ぎるため、上記関係式(ii)でＷ≦１．４Ｌとした場合と同様に、本リング溝形状による効果が期待できなくなり、カップ先端部にピンチングが生じるからである。

また、上記関係式(v)において、Ｓ＜０．４ｔとした理由は、０．４ｔ≦Ｓでは、上記関係式(iii)で２０゜≦θ１とした場合と同様に、凹部入り側にて急激にしわ抑えが解放されるため、リング溝４１内で発生するしわが大きくなり過ぎて、このしわを凸部入り側の凹凸移行部４３で抑えることができなくなり、カップ先端部にしわが発生するからである。

以上説明したように、本実施の形態による深絞り成形型によれば、ブランクホルダ１３の押圧面側に、二等辺三角形断面を有する複数のリング溝４１を同心に形成し、これらリング溝４１内にてブランク材３２に故意に小さなしわを発生させると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部４３に引っかけてブランク材３２に適度な引張力を発生させているので、大きなしわとピンチングの発生を防ぐことができる。

さらに、ブランクホルダ１３に本実施の形態によるリング溝４１が形成されていない従来の深絞り成形型に比して、ブランクホルダ１３のしわ抑え力を大幅に（最大で１／３まで）軽減させ得るので、ピンチングが低減して歩留まりの向上を図ることができる。
しかも、リング溝４１にてしわ抑え面圧が解放されて、ブランク材３２の押圧保持力が低減するので、プレス装置にかかる負荷が減り、プレス寿命も延びる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、また、前述した各具体的数値は好ましい数値の一例であって、これに限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、リング溝４１の断面形状を二等辺三角形としているが、この形状に限られるわけではなく、不等辺三角形や台形等のように任意の形状を採用をし得る。

また、不等辺三角形断面を有するリング溝においては、凹部入り側の挟角θ１と、凸部入り側の挟角θ２との間に、上記(i)〜(v)に加えてさらに、θ１＞θ２の関係を成立させておくことが好ましい。
この構成によれば、ブランク材３２への押圧保持力を解放するリング溝内で適度な大きさのしわをブランク材３２に発生させ得ると共に、このしわを凸部入り側の凹凸移行部にて、より確実に抑えこみつつブランク材３２に適度な引張力を発生させ得るようになり、しわの発生をより効果的に防ぐことができる。

本発明に係る深絞り成形型の一実施の形態によるカップ成形工程を段階的に示す部分断面図であり、（ａ）は金属シートを剪断してブランク材を打ち抜いている状態を示す図、（ｂ）は深絞り成形の初期の段階を示す図、（ｃ）は深絞り成形を終えてパンチを引き上げている状態を示す図である。 図１に示すブランクホルダをダイスに当接させた状態を示す要部拡大図である。 図１に示すブランクホルダを押圧面側から見た平面図である。 図１に示すブランクホルダの要部拡大図であって、ダイス対向面に形成したリング溝における各部の寸法を説明するための図である。 深絞り成形型の一従来例を示す要部断面図である。 押圧面側にリング溝が形成された深絞り成形型の一従来例を示す要部拡大図である。

符号の説明

１１ パンチ
１２ ダイス
１３ ブランクホルダ
３２ ブランク材
４１ リング溝（凹部）
４２ 平坦部（凸部）
４１Ａ 凹部入り側の傾斜面
４１Ｂ 凸部入り側の傾斜面
θ１ 凹部入り側の傾斜角
θ２ 凸部入り側の傾斜角

Claims (1)

1. 成形用のパンチと、成形用のダイスと、ブランク材を前記ダイスとの間で押圧保持するブランクホルダとを備えた深絞り成形型において、
   前記ブランクホルダの押圧面側に平坦状をなす凸部とリング溝状をなす凹部とが径方向に交互に複数形成されており、
   前記押圧面を構成する凸部から凹部へ移行する凹部入り側の傾斜面、及び前記凹部から前記凸部へ移行する凸部入り側の傾斜面と、前記ダイス側の押圧面との挟角を共に鋭角に設定するとともに、
   前記ブランク材の板厚をｔとしたときに、
   前記凹部の間隔Ｌが、１．５ｔ＜Ｌ＜５ｔの範囲内とされ、
   前記凹部の幅Ｗが、１．４Ｌ＜Ｗ＜３．４Ｌの範囲内とされており、
   前記凹部入り側の傾斜面と前記ダイス側の押圧面との挟角θ１と、前記凸部入り側の傾斜面と前記ダイス側の押圧面との挟角θ２との間に、θ１＞θ２の関係があることを特徴とする深絞り成形型。

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