JP5272245B2 - 絞りプレス型のビード加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、絞りプレス型における材料流入をコントロールするビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得るための絞りプレス型のビード加工方法に関する。

従来から、自動車の車体パネル等を所定の三次元形状に絞り成形する絞りプレス型は例えば図３に示すように、ダイ２１が設けられた上型２と、ポンチ３１及びクッションリング３２が設けられた下型３とから構成され、クッションリング３２はポンチ３１の外周部を取り囲むように配置されるクッションピン４によって支持されている。このクッションリング３２は、上型２のダイ２１とで被プレス材５の周縁部５ａを押圧して、下型３のポンチ３１により被プレス材５をダイ２１側に押し込んで成形する際に材料の動きを拘束制御するものである。

このクッションリング３２及びダイ２１の被プレス材５の周縁部５ａを押圧する部位であるしわ押え面３２ａ、２１ａには、プレス加工の際、被プレス材の流入を制御してしわ、面歪みを防止するビード６が形成されている。ビード６は、図３の絞りプレス型１においては、ダイ２１のしわ押え面２１ａに形成された凸ビード６１と、クッションリング３２のしわ押え面３２ａに形成された凹ビード６２とから形成されている。このビード６はプレス加工の際、被プレス材と接する凸形状部が摩耗し易いので、その箇所に硬質化処理を施している（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

このようなビード６を形成するには図２に示すように、凸ビード６１、凹ビード６２は型彫り加工前の鋳造段階において予めダイ２１及びクッションリング３２に形成しておく（加工ステップ２０１）。このダイ２１及びクッションリング３２の凸ビード部、凹ビード部を型彫り加工において粗加工し（加工ステップ２０２）、さらに、凸ビード部、凹ビード部は被プレス材と接する凸形状部を溶接により肉盛りするために、開先加工により欠肉部６１ａ、６２ａを形成する（加工ステップ２０３）。そして、欠肉部６１ａ、６２ａを塞ぐようにして、溶接により肉盛り６１ｂ、６２ｂを施す（加工ステップ２０４）。この肉盛り６１ｂ、６２ｂされた箇所を所定の凸ビード６１、凹ビード６２の大きさ、寸法に仕上げ加工する（加工ステップ２０５）。最後に、プレス機械（ダイスポッティングプレス）に、この加工処理が施された絞りプレス型１をセットして、金型の最終調整を行って製作が終了する（加工ステップ２０６）。

なお、加工ステップ２０１〜２０５においては、凸ビード６１は型製作状態を示しているので上方向に向いているが、加工ステップ２０６においては、凸ビード６１はプレス加工状態を示しているので、下方向に向いている。したがって、加工ステップ２０６に示された下方向の矢印は、プレス方向を示している。

このように加工処理すると図２（Ｂ）に示すように、上型２のダイ２１の凸ビード６１は肉盛り６１ｂの箇所が溶接により硬質化され、下型３のクッションリング３２の凹ビード６２は肉盛り６２ｂの箇所が溶接により硬質化されるので、被プレス材と接する凸形状部の耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができる。

特開平８−５７５５９号公報 特開平１０−２９１０７０号公報

しかしながら、上述した背景技術では、硬質化処理が溶接による肉盛りなので、薄く肉盛りすることができず、肉盛り後の仕上げ加工の工数がかかる難点があった。例えば、溶接棒によるアーク溶接の場合、欠肉部６１ａ、６２ａを隙間無く埋めるためには２〜３層盛りしなければならず、その結果、肉盛りの厚みが４ｍｍ位になってしまうので、仕上げ代が１〜３ｍｍとなる。したがって、肉盛り後の仕上げ加工の工数がかかってしまうことになる。また、溶接による肉盛りの場合、溶接割れや剥離等を防ぐために予熱処理を施さなければならないこともあり、加工工数が増えてしまう難点もあった。

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、ビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ると共に、ビードを硬質化処理する加工工数を減らすことができる絞りプレス型のビード加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明の第１の態様である絞りプレス型のビード加工方法は、被プレス材の絞りプレス加工を行う上型及び下型と、上型及び下型の何れか一方の型に設けられたクッションリングと、クッションリング及び他方の型の各しわ押え面に形成され絞りプレス加工時における被プレス材の流入量を調節して皺、面歪みを防止するためのビードとを備えた鋳造によるプレス型のビード加工方法であって、型掘り加工前の鋳造段階において予めクッションリング及び他方の型に素材として形成したビード部を、型彫り加工においてビードの所定形状に粗加工する第１の加工ステップと、粗加工されたビード部を硬質粒子によって成膜するために、第１の加工ステップで粗加工されたビード部を所定の深さまで掘り込み加工することで、掘り込み形状をほぼ当該ビードの大きさ、寸法に沿って形成させる第２の加工ステップと、第２の加工ステップで掘り込み加工されたビード部に、耐摩耗性及び耐かじり性を有する金属又は合金である硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜を形成する第３の加工ステップと、第３の加工ステップでビード部に成膜された皮膜を仕上げ加工する第４のステップとを有するものである。

このような第１の態様である絞りプレス型のビード加工方法によれば、硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して皮膜を形成できるので、ビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができると共に、皮膜の膜厚は溶接の肉盛りのように厚くはならなので仕上げ加工の工数を減らすことができる。また、コールドスプレーは皮膜を薄膜に形成できることから、掘り込み加工を、ほぼビードの大きさ、寸法に沿って形成させることができる。また、硬質粒子は、耐摩耗性及び耐かじり性を有する金属又は合金であるので、従来の溶接による硬質化処理と同等以上のビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができる。

本発明の第２の態様は第１の態様である絞りプレス型のビード加工方法において、所定の深さは、ビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができる皮膜の膜厚を確保する寸法である。また、本発明の第３の態様は第２の態様である絞りプレス型のビード加工方法において、所定の深さは０．１〜０．２ｍｍである。このような第２の態様及び第３の態様である絞りプレス型のビード加工方法によれば、コールドスプレーにより成膜した皮膜は薄膜でも耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができることから、彫り込み形状をほぼビードの大きさ、寸法に沿って形成させることができるので、皮膜を形成後の仕上げ加工の工数を減らすことができる。

本発明の第４の態様は第１の態様乃至第３の態様のうち何れか１つの態様である絞りプレス型のビード加工方法において、皮膜を形成するビードの部分は、プレス加工時に被プレス材が当接する箇所である。このような第４の態様である絞りプレス型のビード加工方法によれば、耐摩耗性及び耐かじり性をビード通過抵抗力が発生する適切な位置で得ることができる。

本発明の絞りプレス型のビード加工方法によれば、ビードの耐摩耗性、耐かじり性を得ると共にビードを硬質化処理する加工工数を減らすことができる。

以下、本発明の絞りプレス型のビード加工方法を実施するための最良の形態例について図面に基き説明する。なお、本発明の絞りプレス型のビード加工方法が適用される絞りプレス型は図３に示す絞りプレス型１なので、同一要素には同一参照番号を付して説明を省略する。

本発明の絞りプレス型のビード加工方法は図１に示すように、凸ビード６１、凹ビード６２は、型彫り加工前の鋳造段階において予めダイ２１及びクッションリング３２に素材（凸ビード部、凹ビード部）として形成しておく（加工ステップ１０１）。これは、型彫り加工の工数を減らすためである。このダイ２１及びクッションリング３２の凸ビード部、凹ビード部を型彫り加工において粗加工する（加工ステップ１０２）。

粗加工が終了したダイ２１及びクッションリング３２の凸ビード部、凹ビード部は、硬質粒子によって成膜するために所定の深さまで掘り込み加工する（加工ステップ１０３）。この所定の深さは０．１〜０．２ｍｍが好ましい。アーク溶接による肉盛りの場合には、隙間無く盛るためには３〜５ｍｍ程度の深さで欠肉部を掘り込まなければならないが、後述する硬質粒子によって成膜するためのコールドスプレー法では皮膜の厚さを数μｍの薄膜から数十ｍｍ程度の厚膜までの作製が可能なので、ビードの耐摩耗性を得ることができる膜厚を確保するためには掘り込み深さは０．１〜０．２ｍｍでよい。したがって、コールドスプレーにより成膜した皮膜７は薄膜でも耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができることから、この掘り込み形状をほぼビードの大きさ、寸法に沿って形成させることができるので、皮膜７を形成後の仕上げ加工の工数を減らすことができる。

皮膜用の掘り込み加工が終了したダイ２１及びクッションリング３２の凸ビード部、凹ビード部は、予熱処理や溶接処理を施すことなく硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜７を形成する（加工ステップ１０４）。このコールドスプレー法は、硬質粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度のガスを先細末広がり形状のラバルノズルにより超音速流にして、その超音速流のガス中に硬質粒子を投入して加速させ、固相状態のまま基材に高速で衝突させて皮膜を形成する技術である。

このようなコールドスプレー法は、硬質粒子を溶融させることなく基材に衝突させるために、硬質粒子供給部、ガス供給部、ガス加熱部、ラバルノズルを具備したスプレーガン部から構成されたコールドスプレー装置（図示せず。）によって行われる。

このコールドスプレー装置は、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスを作動ガスとしてガス供給部から高圧で硬質粒子供給部及びガス加熱部に供給し、硬質粒子供給部では作動ガスと共に硬質粒子をスプレーガン部に供給し、ガス加熱部では作動ガスを硬質粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱してスプレーガン部に供給する。この際、ガス加熱部による加熱温度は硬質粒子の材質に応じて３００〜５００℃とする。この硬質粒子としては、耐摩耗性及び耐かじり性を有する粒径が５〜５０μｍの金属又は合金が好ましく、例えば、ニッケルやステンレス等、付着効率が高く皮膜の機械的強度が高い材料が使用できる。このような金属又は合金を硬質粒子として採用すれば、従来の溶接による硬質化処理と同等以上のビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができる。なお、スプレーガン部から超音速流で噴出された時に５μｍより小さいと、基材付近に生じる衝撃波によって粒子の慣性力が小さくなり付着率が低下し、また原料粉末の安定供給が困難なため、ビードの耐摩耗性及び耐かじり性が必要な皮膜としては好ましくないので、コールドスプレー用粉末としては適切ではない。また、ガス加熱部による硬質粒子の加熱温度は、硬質粒子の材質、粒径及び衝突速度に応じて設定される。

加熱された作動ガス及び硬質粒子が供給されたスプレーガン部は、作動ガスを超音速流で噴き出させることにより硬質粒子を作動ガス流で基材に高速で衝突させ、そのエネルギにより基材と硬質粒子に塑性変形を生じさせて硬質化された皮膜を成膜する。したがって、皮膜は、緻密で密度が高く酸化皮膜を生成しない接合強度の高い皮膜を形成することができる。

なお、皮膜を成膜する技術として、プラズマ溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法等が実施されているが、何れも高温プロセスのため、成膜時における原料粉末の酸化や分解を引き起こす可能性が高く、また溶融凝固に伴う体積収縮に起因し、皮膜内に気孔が発生し、緻密な皮膜を形成することが困難なことから、ビード６には適さない。

そして加工ステップ１０４で皮膜７が成膜されたダイ２１及びクッションリング３２の凸ビード部、凹ビード部を、仕上げ加工する（ステップ１０５）。仕上げ加工は、皮膜７が溶接による硬質化処理に比べて薄膜にできるので、従来の硬質化処理方法より仕上げ工数を減らすことができる。この仕上げ加工法は、皮膜７の硬度により研削や切削等が適宜選択される。

最後にプレス機械（ダイスポッティングプレス）に、加工ステップ１０２〜１０５による加工処理が施された絞りプレス型１をセットして、金型の最終調整を行って製作が終了する（加工ステップ１０６）。

このように、本発明の絞りプレス型のビード加工方法によれば、硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して上型２のダイ２１の凸ビード６１及び下型３のクッションリング３２の凹ビード６２に皮膜７を形成して硬質化できるので、耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができると共に、皮膜７の膜厚は溶接の肉盛りのように厚くはならないので仕上げ加工の工数を減らすことができる。

なお、加工ステップ１０１〜１０５においては、凸ビード６１は型製作状態を示しているので上方向に向いているが、加工ステップ１０６においては、凸ビード６１はプレス加工状態を示しているので、下方向に向いている。したがって、加工ステップ１０６に示された下方向の矢印は、プレス方向を示している。

また、皮膜７を形成するビード６の部分は、プレス加工時に被プレス材５が当接する箇所にすることで、耐摩耗性及び耐かじり性を被プレス材５との接触力が発生する適切な位置で得ることができる。

さらに、ビード６（図３参照。）を補正する場合においても、加工ステップ１０２〜１０６を実行することにより、凸ビード６１、凹ビード６２の耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができると共に、皮膜７の膜厚は溶接の肉盛りのように厚くはならなので仕上げ加工の工数を減らすことができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本発明の絞りプレス型のビード加工方法の好ましい実施の形態例を示す説明図である。 従来の絞りプレス型のビード加工方法を示す説明図である。 本発明の絞りプレス型のビード加工方法及び従来の絞りプレス型のビード加工方法に適用される絞りプレス型を示す全体断面図である。

１……絞りプレス型
２……上型
２１ａ……しわ押え面
６１……凸ビード
３……下型
３２……クッションリング
３２ａ……しわ押え面
６２……凹ビード
５……被プレス材
６……ビード
７……皮膜

１０２……加工ステップ（第１の加工ステップ）
１０３……加工ステップ（第２の加工ステップ）
１０４……加工ステップ（第３の加工ステップ）
１０５……加工ステップ（第４の加工ステップ）

Claims (4)

1. 被プレス材の絞りプレス加工を行う上型及び下型と、前記上型及び前記下型の何れか一方の型に設けられたクッションリングと、前記クッションリング及び他方の型の各しわ押え面に形成され前記絞りプレス加工時における前記被プレス材の流入量を調節して皺、面歪みを防止するためのビードとを備えた鋳造によるプレス型のビード加工方法であって、
   型掘り加工前の鋳造段階において予め前記クッションリング及び前記他方の型に素材として形成したビード部を、前記型彫り加工において前記ビードの所定形状に粗加工する第１の加工ステップと、
   前記粗加工された前記ビード部を硬質粒子によって成膜するために、前記第１の加工ステップで前記粗加工された前記ビード部を所定の深さまで掘り込み加工することで、掘り込み形状をほぼ当該ビードの大きさ、寸法に沿って形成させる第２の加工ステップと、
   前記第２の加工ステップで前記掘り込み加工された前記ビード部に、耐摩耗性及び耐かじり性を有する金属又は合金である前記硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜を形成する第３の加工ステップと、
   前記第３の加工ステップで前記ビード部に成膜された前記皮膜を仕上げ加工する第４のステップとを有することを特徴とする絞りプレス型のビード加工方法。
2. 前記所定の深さは、前記ビードの耐摩耗性及び耐かじり性を得ることができる前記皮膜の前記膜厚を確保する寸法であることを特徴とする請求項１記載の絞りプレス型のビード加工方法。
3. 前記所定の深さは、０．１〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の絞りプレス型のビード加工方法。
4. 前記皮膜を形成する前記ビードの部分は、プレス加工時に前記被プレス材が当接する箇所であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の絞りプレス型のビード加工方法。

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