JP5401201B2

JP5401201B2 - 略筒状部材の製造方法

Info

Publication number: JP5401201B2
Application number: JP2009181676A
Authority: JP
Inventors: 誠司中村
Original assignee: Aida Engineering Ltd
Current assignee: Aida Engineering Ltd
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2011031286A

Description

本発明は略筒状部材の製造方法に関する。さらに詳しくは、プレス加工によりカップ状の部材の底面に大きな開口部が形成された略筒状部材を製造する方法に関する。

底部に大きな開口部が形成されたカップ状の部材は、高い寸法精度で一定の板厚で成形することは難しいし、その側面に切り欠きを形成するのはさらに難しい。それは各工程において、加工に伴う応力が残留応力として製品に残るため、寸法精度を一定にできないことと、素材板厚のバラ付きや材料の異方性に起因して厚みを一定にしにくいことによる。このような略筒状部材を成形する方法として以下の３つの方法が考えられる。

第１の方法は、板材を絞り型でカップ状に絞り成形して中間素材とし、次いで、そのカップ状の底面に穴を形成し側壁に切削加工などで切り欠きを施すというものである。
第２の方法は、製品形状を展開したブランク材を用いて絞り成形し、次いでカット、ピアス等の成形を施すというものである。
第３の方法は、パイプ状の部材と五円玉状の部材、すなわち中央に開口部が形成されている部材とを溶接にて接合する方法である。

その他、特許文献１には円形の平板素材を低い絞り率でプレス加工によりカップ状部材に成形するものが記載されている。また、特許文献２にはフローフォーミング加工を用いるものが記載されている。なお、特許文献３にはパイプ状素材の開口部を口絞り加工するものが記載されている。

特開２００６−６８７８１号公報特開平１０−３３１８６８号公報特開２００１−１２１２２９号公報

第１の方法によると、カップ状に形成する際に、底部と側壁が連続しているアール部の板厚が減少しやすく、板厚にバラ付きが生じる。また、加工時の残留応力等の影響により、底部に開口部を形成し、側壁に切り欠き部を形成するとスプリングバックが生じ、製品が変形しやすい。特に側面の加工は煩雑であり時間を要する。

第２の従来の方法によると、展開ブランクを絞り成形するので、板厚を一定の値にするのが困難である。また、このものも底部や側壁に開口部を形成すると、スプリングバックが生じ、製品が変形しやすい。

第３の従来の方法によると、手間がかかり、製造コストも高くなる。さらに溶接時の熱により製品が変形しやすいし、その変形を修正する後工程が必要となる。

板材をプレスにより成形する際に、製品の板厚を均一にし、かつ製品形状の精度を安定させるのは困難であった。そこで、本発明はカップ状の部材の底面に大きな開口部を有し、側面に切り欠きを有する形状に形成し、かつ全体の板厚の均一性および形状の寸法精度が高い略筒状部材の製造方法を提供することを課題としている。

本発明の略筒状部材の製造方法（請求項１）は、カップ状の部材の底面に大きな開口部が形成された略筒状部材の製造方法であって、板材をトリミング加工することにより略円形に形成すると共に、その中心にピアス加工により予備加工用の開口部を形成してブランク材を得る第１工程と、そのブランク材の開口部の周辺に７０〜９０％の絞り率の絞り成形を複数回行うことにより底部と側壁とからなるカップ状の部材に成形する第２工程と、前記複数回の絞り加工を行ったことにより増肉した前記側壁に圧縮場でのシゴキ加工を施し、前記側壁を塑性変形させて板厚を均一にする第３工程と、前記カップ状の部材の底部にピアス加工により開口部を形成する第４工程とからなることを特徴とする。
なお、前記絞り率とはブランク直径に対する製品直径の比を百分率で表したものである。

このようなプレス装置は前記第４工程の後に、前記側壁にトリミング加工あるいはピアス加工により開口部を形成する工程を備えたものが好ましい（請求項２）。

また、前記第５工程の後に側壁のスプリングバックを矯正する第６工程を備えたものが好ましい（請求項３）。

さらに、前記第２工程と第３工程の間または第３工程において、底部を面押しする加工が行われるものが好ましい（請求項４）。

本発明の略筒状部材の製造方法（請求項１）は、ブランク材に予備加工用の開口部を形成した後、絞り成形するので、製品に残留する応力（残留応力）を低減でき、底部や側壁に開口部を形成しても変形しにくい。
また、７０〜９０％の絞り率の絞り成形を複数回行うことにより、カップ状の部材に成形するので、底部と側壁とが連続する部位（アール部）の板厚の減少を防止し、アール部の強度を高くすることができる。
さらに、底部に大きな開口を形成する前に、側壁はシゴキ加工による塑性変形を受けるため大きな開口部の変形を防止することができる。

このような製造方法により得られた筒状部材は、部材全体の厚みが高い寸法精度で均一であるので、部分的に厚みが減少していることに起因する部材の強度低下を防止することができる。特に、この製造方法により製造された部材は、回転運動による遠心力や、その他の種々の方向の運動による慣性力を受けることにより、強度の弱い箇所に応力が集中しやすい状況で用いるもの、例えばクラッチケースに適している。なお、クラッチケースには加圧力が側壁の先端からアール部に向かう方向に加わる。本製造法により得られる筒状部材はアール部の強度が高いので、前記荷重を確実に受け止めることができる。

このような略筒状部材の製造方法において、前記第４工程の後に、前記側壁にトリミング加工あるいはピアス加工により開口部を形成する工程を備えている場合は（請求項２）、開口部の寸法精度を高くすることができる。すなわち、通常は側壁に開口部を形成すると、側壁が周方向に連続しなくなるので、側壁の内部に発生している残留応力等によりスプリングバックを引き起こし、側壁の変形の方向が不均一となる。しかし、本製造方法によると側壁にシゴキ加工を施しているので、スプリングバックの方向を半径方向の内向きに揃えることができる。

また、前記第５工程の後に側壁のスプリングバックを矯正する第６工程を備えた場合は（請求項３）、さらに開口部を含む全体の形状の寸法精度を高くすることができる。すなわち、側壁にシゴキ加工を施しているので、側壁のスプリンバックの方向が半径方向の内向きに揃っており、側壁を外側に広げる一回の工程で容易に寸法精度を高めることができる。

前記第２工程と第３工程の間または第３工程において、底部を面押しする加工を行なう場合は（請求項４）、さらに追加の工程を増やさなくても容易に寸法精度を高めることができる。

図１ａは本発明の製造方法により製造される略筒状部材の正面図、図１ｂは図１ａのＩ−Ｉ線断面図である。図２ａは本発明の略筒状部材の製造方法におけるブランク材を得る工程を示す概略図、図２ｂは図２ａに示すブランク材の側面図である。図３ａはブランク材から中間素材を得る工程を示す概略図、図３ｂは図３ａの工程により加工される部材の各工程の側面図である。図４ａは中間素材から本発明の略筒状部材を得る工程を示す概略図、図４ｂは図４ａの工程により加工される部材の各工程の側面図である。

図１には本発明の製造方法により製造される略筒状のクラッチ部品１を示す。そのクラッチ部品１はカップ状の部材であり、その縦壁３には切り欠き３ａが８箇所、底面２には大きな穴２ａが形成されている。このものはクラッチプレートを内側に入れ、そのクラッチプレートと一緒に回転する部品である。そのため、部品の組み付け上、軸方向（長手方向）に力がかかる。また、回転により周方向に力（遠心力）がかかるので、その力により部品が変形しやすい。さらに、多くの切り欠き部も形成されているので、さらに変形する可能性が高い。そのため、部分的に強度を低下させないように（変形させないように）、部品の形状および板厚についてその全域で高い寸法精度が求められている。

なお、本発明で得られる筒状部材が用いられる分野としては、各種ケース、回転体である。以下に、このような部品の製造方法について詳述する。

まず、図１ａ、図１ｂを用いて本発明で製造される略筒状のクラッチ部品１の各部位の形状を説明する。図１ａ、図１ｂに示すクラッチ部品１は、リング状の底部（底面）２と、その底部２の周縁から連続し立ち上がる側壁３（縦壁）とからなる。その側壁３と底部２とは滑らかに湾曲するアール部４を介して連続している。

図１では筒状部材の直径が約２０８ｍｍで、側壁の高さが約６１ｍｍである。その側壁の板厚は約３ｍｍである。また、前記アール部４の外面の曲率半径は約２ｍｍである。なお、クラッチ部品１の直径としては１５０〜３００ｍｍ、好ましくは２０５〜２１５ｍｍであり、側壁の高さとしては２０〜１００ｍｍ、好ましくは５０〜７０ｍｍであり、板厚としては１〜５ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍであり、アール部の曲率半径は約１〜３ｍｍである。その材質としては、強度上の問題から引っ張り強さ４００Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼板が好ましい。

前記底面２には円形の穴（開口部）２ａが形成されている。その開口部２ａの内径は約１９７ｍｍであり、カップの内径の約９５％の大きさである。なお、開口部２ａの形状は円形のほか、例えば楕円形、矩形状に形成することもできる。また、小さな複数の開口を形成してもよい。さらに、後述する本発明の製造方法によれば、形状や板厚の高い寸法精度を維持しつつ、円形の開口部２ａの直径をカップの内径に対し７０〜９８％、特に９０〜９６％の時に本発明の効果が高い。

前記側壁３には側壁３の上部まで達している矩形状の開口部３ａ（切り欠き部）が周方向に等間隔で８個形成されている。その切り欠き部３ａの高さは約５１．７ｍｍで、幅は約４５ｍｍである。なお、切り欠き部３ａは上端が外部まで達していない穴でもよい。また、切り欠き部３ａの形状としては三角形、長方形あるいはひし形のような多角形の他、円形、楕円形あるいは星形状に形成することもできる。なお、そのような形状の切り欠き部３ａについても側壁３の上端に達していない側壁３に形成された穴としてもよい。また、前記切り欠き部３ａの高さは１０〜９０ｍｍで、好ましくは４０〜６０ｍｍであり、幅は１０〜８０ｍｍで、好ましくは３０〜６０ｍｍである。なお、切り欠き部３ａの個数は１〜２０個で、好ましくは５〜１５である。

次に図２を用いて図１のクラッチ部品１の製造方法を説明する。最初に、図２ａに示すようにコイル状に巻かれた板材から所定量の板を切り出し、絞り成形を施すためのブランク材を得る。このとき、まずコイル材１０を準備し、そのコイル材１０を適切な長さにカットする（カットされたコイル材１０ａ）。そして、そのカットと同時に幅方向の上下の端縁をトリム加工して円形状の一部となる円弧１１、１１を成形する。なお、図２ｂの矢印Ａはトリミング加工やピアス加工などを施す方向を示している。

次いで、中心に小径の予備加工用の開口１２（以下、予備加工用の開口）をピアス加工により形成する。その開口１２は絞り成形での板減抑制やシゴキ加工における荷重の低減のためのものである。また、前記円弧１１、１１を含む全体の形状が円形になるようにトリム加工する。そのトリム加工は上下の円弧１１、１１の左右の端部同士をそれぞれ連結する大きな円弧形状の２個のトリム型で行なわれる（工程Ｓ１）。これがブランク材１３となる。なお、前記予備加工用の開口１２の直径は約１００〜１５０ｍｍであり、製品円形（内径寸法）の約４８〜７２％が好ましい。このように、コイル材を切断した後、円形にトリム加工すると、コイル材から円形の板を抜く通常のブランキングより歩留まりを向上させることができる。

前記第１工程Ｓに続き図３ａ、図３ｂに示すように、前記ブランク材１３に対し絞り成形を行う（工程Ｓ２）。その絞り成形は前記ブランク材１３の小径の開口部を中心とし、その周辺部に約７０〜９０％の絞り率の絞り成形を複数回行うものである。その絞り率は７５〜８５％が好ましい。図中の工程Ｓ２ａは第一回目の絞り加工である。さらに工程Ｓ２ｂでは工程Ｓ２ａの成形により変形した中間成形品１３ａに対してさらに７０〜９０％の絞り率で二回目の絞り加工を施す。このように次第に小径に絞っていくことで、アール部１２の肉厚の減少を防止することができ、それにより最終的な部品全体の板厚を均一にすることができる。なお、工程Ｓ２ａにおいてアール部４の曲率半径は約１５〜２０ｍｍであり、工程Ｓ２ｂにおいては約５〜１０ｍｍである。これら絞り成形の工程Ｓ２ａ、Ｓ２ｂでは、まだアール部４のアールが大きく底部２が傾斜しており平坦にはなっていない。

前記絞り成形の回数や一回の絞り率は、材質に起因する絞り易さあるいは最終的な部品の形状など、絞り工程を増やすことによる歩留まりや手間など、さらには従来の絞り成形の技術などを考慮して決定される。なお、絞り毎に絞り率を変化させてもよい。ここで絞り率とは、加工後の径／加工前の径×１００（％）で示す。

次いで、前記絞り加工（工程Ｓ２）を行ったことにより増肉した側壁３に対しシゴキ成形を施す（工程Ｓ３）。このシゴキ成形では側壁の板厚を薄くし、また塑性変形させ強度を高めるものである。なお、このシゴキ成形は側壁の板厚を大きく減少させないように、圧縮場での成形（押しシゴキ成形）を行っている。そのため、シゴキ成形においては側壁３が座屈などにより成形不良とならない程度の成形力としている。なお、その成形力は製品の形状や材質などにより異なる。

第４工程に進む前に、前記傾斜した底部２を平坦にし、かつアール部４を所定の寸法に成形するべく、ブランク材１３の底面に面押しを行う。このように前処理および第１工程Ｓ１〜第３工程Ｓ３を行うことにより板厚差の少ないカップ形状の中間素材１４を形成することができる。

図４ａ、図４ｂに示すように、前記中間素材１４の底部２にピアス加工を施し開口部２ａを形成する（工程Ｓ４）。その開口部２ａが大きいと、前記絞り加工等の加工に起因する異方性等の影響から通常は開口部が変形し易い。例えば楕円形状等に変形することがある。しかし、前記中間素材１４は側壁３が塑性変形し、みかけの降伏点が高くなっているので、スプリングバックする量を抑えることができる。すなわち、前記中間素材１４は底部２の周縁から側壁３が立設しているので、それがリブのように作用し補強され、開口部２ａを形成してもスプリングバックにより、その開口部２ａの形状が変形しにくいのである。なお、絞り加工により側壁３が上方へ伸びると共に、底部２も開口部２ａの直径が大きくなるように、半径方向外向きに材料が流れるので、その分だけ材料が得をするため歩留まりが向上する。

その後、側壁３にトリミング加工により切り欠き部３ａを形成する（工程Ｓ５）。その切り欠き部３ａは側壁３の周方向に等間隔で８つ形成する。この実施形態では、まず等間隔に４つの切り欠き部３ａを形成する（工程Ｓ５ａ）。次いでそれら形成された隣り合う切り欠き部３ａの中間に、それぞれ切り欠き部３ａを形成し、全体で８個の切り欠き部３ａである（工程Ｓ５ｂ）。なお、切り欠き部が小さい場合は一度に全部のトリミング加工を行うこともできる。

また、前記切り欠き部３ａの先端は上部まで達しているので、側壁３が周方向に連続しなくなる。筒状部材にこのような切り欠き部を形成すると、通常は加工に伴い、側壁３の内部に発生している残留応力等により側壁がスプリングバックを引き起こし、８つの分割された側壁３が複雑に変形してしまう。しかし、本製造方法によれば、側壁３は前記工程Ｓ４においてシゴキ加工されているので、スプリングバックの方向が半径方向の内向きに揃えられている。そのため、その後にスプリングバックを矯正する加工を施すのが容易になる。

前記工程Ｓ５に続き、側壁３の全長（高さ）を揃えるために、その上端面をカットする（工程Ｓ６ａ）。その後、前記工程Ｓ５および工程Ｓ６ａの加工により生じたスプリングバックを矯正する（工程Ｓ６ｂ）。内向きにスプリングバックした側壁３を内径から外径側へ力を加える（テーパーパンチ、カム等）ことで同じ向き、すなわち半径方向の外向きに矯正するだけでよいので、容易に寸法精度を高めることができる。

このように本願製造方法により得られたクラッチ部品１は部材全体の厚みが高い寸法精度で均一であるので、部分的に厚みが減少していることに起因する部材の強度低下を防止することができる。特に、本願製造方法により製造された部材は、回転運動による遠心力や、その他の種々の方向の運動による慣性力を受けることにより、強度の弱い箇所に応力が集中しやすい状況で用いるのに適している。

１筒状部材
２底部（底面）
２ａ開口部（穴）
３側壁（縦壁）
３ａ切り欠き部（開口部）
４アール部
１０コイル材
１０ａ板材（カットされたコイル材）
１１円弧
１２加工用の開口
１３ブランク材
１３ａ中間成形品
１４中間素材

Claims

カップ状の部材の底面に大きな開口部が形成された略筒状部材の製造方法であって、
板材をトリミング加工することにより略円形に形成すると共に、その中心にピアス加工により予備加工用の開口部を形成してブランク材を得る第１工程と、
そのブランク材の開口部の周辺に７０〜９０％の絞り率の絞り成形を複数回行うことにより底部と側壁とからなるカップ状の部材に成形する第２工程と、
前記複数回の絞り加工を行ったことにより増肉した前記側壁に圧縮場でのシゴキ加工を施し、前記側壁を塑性変形させて板厚を均一にする第３工程と、
前記カップ状の部材の底部にピアス加工により開口部を形成する第４工程とからなる略筒状部材の製造方法。
前記第４工程の後に、前記側壁にトリミング加工あるいはピアス加工により開口部を形成する第５工程を備えた請求項１記載の略筒状部材の製造方法。
前記第５工程の後に側壁のスプリングバックを矯正する第６工程を備えた請求項２記載の略筒状部材の製造方法。
前記第２工程と第３工程の間または第３工程において、底部を面押しする加工を行なう請求項１、２または３のいずれかに記載の略筒状部材の製造方法。