JP5234262B2 - 絞り成形法 - Google Patents

Description

本発明は絞り成形法に関し、より詳しくは樋状断面が逆反りした鞍状製品をプレスにて形成する絞り成形法に係る。

従来、樋状やコ字状やハット状のような一方に開口した断面（以下、総じて樋状断面と称する。）で開口方向と反対側に反った形状、所謂鞍形状の部位を有する製品を板材から絞り成形する際、成形進展に伴い鞍状部位の中間部付近にシワが発生し易いという問題がある。例えば、図６の鞍状製品１００のような単純樋状断面の逆反り形状においては、中間部１０２に蛇腹状のシワ１０４（外方への凸条列）が発生し易い。

シワ１０４は、絞り成形の進行時に上型とパンチによる材料拘束が両端部よりも相対的に遅れる中間部へ圧縮応力が集中し、余肉の座屈が誘発されて中間部内側を中心に凸状のシワ列が表面に形成されるものである。例えば、図６に示す鞍状製品１００においては、板状部材からの絞り成形初期に端部１０１，１０３がパンチと上型によって先に拘束され、順次中間部１０２に向かって絞り変形が進行する。その過程で未拘束の中間部１０２に圧縮応力が集中し、シワ１０４を発生するに至る。このような、鞍状製品１００のシワ発生メカニズムを、図８及び図９にて概念的に詳説する。

図８は、板状部材２００を水平に保持しその下側にパンチ２０１の成形面２０２を上向きにセットして、板状部材２００を鉛直下降（Ｂ）させるかパンチ２０１を鉛直上昇（Ｃ）させて相対近接させつつある状態である。成形面２０２は下向きに拡がる樋状断面を有し、樋状断面が紙面幅方向へと鞍状に延在する。なお、実際のプレス成形においては、この他に上方から下降（Ａ）する上型やしわ押さえ等が組み合わされるが、説明簡略化のため割愛する。

図９は絞り成形途中のある瞬間を示し、この瞬間の略鞍状成形物を成形途上品２０３とする。既にパンチ２０１の成形面２０２が成形途上品２０３の両端部２０４，２０５に衝接しており、この後更に相対近接を続けることで更なる絞り成形が実施され、鞍状製品１００に至る。この時、図示しない上型やしわ押さえも協働している。この中間状態において、成形途上品２０３の両端部２０４，２０５がパンチ２０１と上型とに拘束（挟持）され、この後、順次中間部２０７に向かって絞り成形及び拘束が進展するのであるが、図９の状態においては両端部２０４，２０５の間は拘束されておらず、隙間２０６が存在する。したがって、拘束されていない隙間２０６部位に向かって両側から強い圧縮応力（Ｄ，Ｅ）が集中するので、中間部２０７が上型によって成形面２０２方向へ押し付けられる際にこの圧縮応力が作用し、中間部２０７の余肉分が座屈して、図６の鞍状製品１００のように多条の膨出シワ１０４が形成されるものである。

これは、鞍状製品の絞り成形において中間部に発生し易い問題であるが、更に両側部と中間部の断面形状差（周長差）が大きい形状において一層顕著となる。例えば、図７に記載のＹ字状に逆反る鞍状製品１１０の場合、中間部１１４がちょうど断面形状（周長）変化が激しい分岐部に位置する。このような形状では、圧縮応力が作用する部位に余肉分が多く存在するため、図６の単純形状よりもシワを誘発し易くなる。鞍形状品１１０においては、図６同様なシワ１１５に加え、各分岐１１２，１１３の付け根にもそれぞれシワ１１６，１１７が発生しがちであり、それらシワが相乗して大きなシワを形成することもある。Ｙ字状に逆反る鞍状製品であっても、シワ１１５，１１６，１１７を有しない図５に記載の鞍状製品１１８が望まれる。図６のような単純鞍状製品であれ図７のような複雑鞍状製品であれ、いずれにせよ製品としてシワ残存は好ましくないため、鞍状製品のプレス成形におけるシワ発生防止方策が従来より提案されてきた。

例えば、特許文献１及び特許文献２においては、鞍状製品の絞り成形においてシワ発生が予測される部位に中間絞り工程にて膨出部（ビード等）を形成し、仕上絞り工程にて膨出部を引き伸ばし消失させることで、各工程での伸びと圧縮をバランスさせシワ発生や伸び割れを防止することが提案されている。また、特許文献３においては、鞍状製品を絞り成形する一つの上型に対し逆反り部とそれ以外を形成するパンチをそれぞれ分割配置し、逆反り部位だけを独立成形することで拘束遅れを解消する絞り成形法が提案されている。そして、特許文献４には、樋状断面が鞍状に延在し３次元的に曲折する製品の例として、内燃機関用部品である吸気／排気マニホールドへの適用が例示されており、樋状断面で３次元的鞍形状の第２板体（所謂モナカ半体）を、プレス絞り加工で形成する旨が示されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２における膨出部付与／消失工法は、的確なシワの発生箇所に的確な形状の膨出部を予測、形成、消失させることが困難である。特に、一旦膨出変形させた部位を縮小変形させて完全消去することは塑性加工上極めて困難であるため、消去を断念しそのまま製品に残存させるケースが多く、膨出部の残存が許容されない製品には適用不能である。また、特許文献３における絞り成形法においては、パンチの分割配置により設備構造と制御が複雑化し、また、３次元的屈曲の鞍状製品には適用困難である。
特公昭６４−２４５２号公報 特開平６−１５４８９７号公報 特開昭５９−８７９２５号公報 特開平１０−３３９２２３号公報

本発明は上記問題に鑑み、樋状断面が逆反りする鞍状製品であっても、屈曲部にシワを発生させない絞り成形法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明によれば、平板材料に複数の絞り工程を施し、樋状断面の開口と反対方向に反る鞍型屈曲部を有する製品を形成する絞り成形法であって、中間絞り工程において、前記鞍型屈曲部の少なくとも一端部に平面あるいは曲面から成る削ぎ面を設けて前記鞍型屈曲部の両端部に高低差を有する中間形状品を形成し、仕上絞り工程において、前記中間形状品から前記削ぎ面を膨出して消失させつつ所期の製品外形へと絞り成形することとした。

本発明によれば、樋状断面が逆反りする鞍状製品であっても、屈曲部にシワを発生させずに絞り成形ができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３に基づいて説明する前に、本発明に係る絞り成形法の概念を、前記図８及び図９と対比し図１０及び図１１にて詳説する。図１１にて形成される最終製品は、図９で形成された鞍状製品１００から、多条の膨出シワ１０４を排除した鞍状製品２２０である。すなわち、鞍状製品１００と鞍状製品２２０の違いは、シワ１０４の有無だけである。

図１０は、図８と同様にセットした板状部材（図示せず）に対し、図９のようにパンチ２１１を相対近接させて絞り成形加工を施す途中の瞬間を示す。この瞬間の略鞍状成形物を成形途上品２１０とする。既にパンチ２１１が成形途上品２１０の端部２１５に当接している。図９において両側部２０４，２０５が拘束されたのに対して、図１０では片側端部２１５のみが拘束されている。したがって、図９のように中間部２１６に向かう圧縮応力は発生しない。

このように片側の端部２１５だけがパンチ２１１と上型とに拘束（挟持）されるのは、パンチ２１１の反対側端部上面に平面２１２を形成したため、平面２１２の形状が転写された削ぎ面２１４によって、端部２１５との間に（型／パンチ進行における）高低差２１３が生じるからである。これにより、図９のように鞍状部位の両端が同時に拘束され、かつ、その中間部が非拘束状態である状態で絞り成形されることがなくなるので、鞍状中間部へ圧縮応力が集中してシワを誘発することを確実に回避できる。したがって、この瞬間もこの後の絞り成形においても、中間部２１６に従来のようなシワは発生し得ない。

なお、削ぎ面（２１４）は本願便宜上の呼称であってこの呼称に限定されるものではないし、その形状、曲率（平面も含む）、傾斜も任意であるが、鞍状両端部に高低差（２１３）を生じさせるべく成形途上品（２１０）の端部に面を形成し仕上工程で消失させる行為は、全て本発明に属する。

以上のように図１０において、樋状断面の逆反り形状品で一端の上面（反り方向）に削ぎ面２１４を有する成形途上品２１０が絞り成形された。次いで図１１において、成形途上品２１０にパンチ２２１及び図示しない上型等によって仕上絞り成形を施し、図５に記載の最終形状である鞍状製品１１８を得る。この仕上絞り成形においては、全体の形状を最終形状へと絞ることに加えて、前工程で形成した削ぎ面２１４を消失させる。すなわち、削ぎ面２１４部分の材料をパンチ２２１にて膨出させるとともに上型で拘束し（絞り成形）、膨出面２２２を得る。もちろん膨出面２２２は鞍状製品２２０の一般面と段差や板厚差がないように形成されるのであるが、材質や加工条件によっては削ぎ面２１４の外縁線２２３が色の違いとして残ることがある。しかしながら、外縁線２２３は製品機能上も製品強度上も問題ないので、そのまま残置して構わない。むしろ、外縁線２２３の存在が、本願発明の実施の証となる。

以上のように、鞍状製品の絞り成形において、途中の絞り工程にて削ぎ面を形成し、仕上工程にて削ぎ面を消失させ最終形状に仕上げることによって、鞍中間部にシワが発生することを防止できる。特に高耐熱かつ薄板のステンレス材等の難加工材に適用すると、効果が大きい。上述説明においては、板状素材を水平配置し、その下方にパンチを配するとともに上方に上型を配したが、それらの上下配置や相対駆動は任意である。また、少なくとも上述の途中絞り成形工程（削ぎ面形成）と仕上絞り成形工程（削ぎ面消失）は必須であるが、これら工程の前後や中間に更なる絞り成形工程やトリム工程などを追加設定することも任意である。更に、上述説明は一般的なシワ押えを有する複動トランスファープレス設備を想定しているが、これに限らずプレス方式や設備も任意である。また、板状部材（ブランク）の余部に、旧来のシワ取りビードを適宜形成しておいてもよい。

図１乃至図３は本発明を実施するための最良の形態を示し、具体的には特許文献４に記載のような排気マニホールドのＹ字状集合部を構成する、一組の樋状断面のモナカ半体を形成するものである。ブランク２に絞り部３が膨出形成されている。製造便宜上、一つのＹ字状集合部を構成するための２つの（表裏）モナカ半体８，９を中間面４の両側に一体形成し、後の工程にて分断するものである。そして、モナカ半体８に相当するα範囲が問題の逆反りの鞍状絞り成形であり、β範囲が通常絞り成形部分である。図１は中間絞り成形工程後の成形途上品１を示し、図２はその側面図、図３は仕上絞り成形工程後の成形品７を示す。

図１の中間絞り成形工程において、図１０と同様に、逆反りの鞍状製品となる中間面４より左半分における鞍状部の片側端部（図の最左方）に、略平面上の傾斜面である削ぎ面５を形成する。削ぎ面５の形成は、図１０同様、パンチに削ぎ面５と同形状の面を設定し、絞り成形時に転写する。鞍状部位（α）において、パンチが最初に拘束する中央部分（中間面４付近）と削ぎ面５との間に高低差６が形成されるので、上述の如く中央部（図で鞍状最下部）にシワが発生するのを防止できる。

本実施例における削ぎ面５は、紙面で左上がりの平面状としたが、これに限るものではない。削ぎ面５の形状、曲率、設定範囲、パンチ移動軸に対する傾斜等は、最終及び途中成形形状や材質や設備都合等、諸般の条件を鑑みて適宜設定すればよい。

次いで、図３の仕上絞り成形工程において、全体を所期形状へと絞り成形するとともに、削ぎ面５を消失させ、成形品７を得る。削ぎ面５であった膨出部１０は一般面と面一化され、条件によっては外縁線１１が残存する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。

本発明の第１の実施形態に係る中間絞り成形品の正面図 本発明の第１の実施形態に係る中間絞り成形品の側面図 本発明の第１の実施形態に係る仕上絞り成形品の正面図 本発明の工法説明に係る製品例の斜視図 本発明の工法説明に係る製品例の斜視図 従来の工法説明に係る製品例の斜視図 従来の工法説明に係る製品例の斜視図 従来の工法の詳細説明図 従来の工法の詳細説明図 本発明の工法の詳細説明図 本発明の工法の詳細説明図

符号の説明

１，２０３，２１０ 成形途上品
２ ブランク
３ 絞り部
４ 中間面
５，２１４ 削ぎ面
６，２１３ 高低差
７ 成形品
８，９ モナカ半体
１０，２２２ 膨出部
１１，２２３ 外縁線
１００，１１０，２２０ 鞍状製品
１０１，１０３，１１１ 端部
１０２，１１４，２１６ 中間部
１１２，１１３ 分岐
１１５，１１６，１１７ シワ
２００ 板状部材
２０１，２１１，２２１ パンチ
２０２ 成形面
２０４，２０５，２１５ 端部
２０６ 隙間
２１２ 平面

Claims (1)

1. 平板材料に複数の絞り工程を施し、樋状断面の開口と反対方向に反る鞍型屈曲部を有する製品を形成する絞り成形法であって、
   中間絞り工程において、前記鞍型屈曲部の少なくとも一端部に平面あるいは曲面から成る削ぎ面を設けて前記鞍型屈曲部の両端部に高低差を有する中間形状品を形成し、
   仕上絞り工程において、前記中間形状品から前記削ぎ面を膨出して消失させつつ所期の製品外形へと絞り成形することを特徴とする絞り成形法。

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