JP5661517B2 - 段差成形金型及び段差成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、段差成形金型及び段差成形方法に関する。詳しくは、ワークに段差形状部の成形及び段差形状底部への穴あけ加工を行うための段差成形金型及び段差成形方法に関する。

例えば自動車等の製造工場において、燃料タンク等の「段差を有する底部に大型の開口を有する部品を成形する」場合は、成形金型により、ワーク本体に対して段差を有するワークフランジを成形する工程と、ワークフランジの所定の位置に穴あけ加工する工程が必要である。

特許文献１は、浅い段差を有する皿部を成形しその皿部分の中央に開口を成形する皿穴加工用プレス装置を開示している。このプレス装置は、先に浅い段差を有する皿部を成形し、その後開口を成形する。
また、特許文献２は、先に開口を成型し、次にフランジを成形する製造方法を開示している。また、この文献には、先に開口を成形する場合、段差の大きいフランジを成形する場合であっても、段差部分に成形の圧力が集中しないので当該段差部分の亀裂を防止できることが開示されている。

実開昭５９−１６５７２５号公報 特開２００９−２１４１５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ワークの伸びの限界により、ワーク本体に対して深い段差を成形すると段差部分に亀裂が生るので、深い段差を成形することができない。これを避けるために、亀裂が発生しないように工程を数回に分けることも可能である。しかしながら、工程を複数回に分けると、製造工程が増え全体の作業効率が下がり、更に工程が増えることにより、ワークの位置合せ回数も増えワークの精度が落ちることもある。
他方、特許文献２に記載の方法では、先に設けた開口は、その後、フランジを成形すると、位置ずれ及び形状ずれが生じ、所望の精度の開口を形成することは困難である。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、一工程で、ワーク本体に深い段差形状部を成形し、その段差形状部に高い精度で開口を成形する段差成形金型及び段差成形方法を提供することを目的とする。

（１）ワーク（例えば、後述のワーク１０５、２０５）に段差形状部（例えば、後述のワーク段差形状部１４３、２４３）の成形及び穴あけ加工を行うための段差成形金型（例えば、後述の成形金型１００、２００）であって、
前記段差形状部に対応する凹形状部（例えば、後述のダイ凹形状部１１５、２１５）と、前記凹形状部の底部（例えば、後述のダイ底部１４１、２４１）にダイ穴（例えば、後述のダイ穴１１７、２１７）を有するダイ（例えば、後述のダイ１１６、２１６）と、
前記ダイ穴に対応し前記ダイ穴と係合して前記ワークに穴あけ加工を行う穴あけパンチ（例えば、後述の穴あけパンチ部１０８、２０８）と、
前記穴あけパンチの外側に位置し、前記凹形状部に対応し前記凹形状部と係合して、前記ワークに前記段差形状部を成形する凸形状部（例えば、後述のパンチ凸形状部１４２、２４２）を備える段差成形パンチ（例えば、後述の段差成形パンチ１１０、後述のフランジ成形パンチ２１３）と、
前記穴あけパンチの内側に位置し、前記穴あけパンチよりも前記ダイ側に突出した、先行パンチ（例えば、後述の先行パンチ部１０６、２０６）と、を備え、
前記先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部（例えば、後述の先行パンチエッジ１０７、２０７）を備え、
前記穴あけパンチが前記ワークに穴あけ加工を行う前に、前記先行パンチ部が前記ワークを前記凹形状部に押しこむことで前記刃部が前記ワークに下穴を成形し、更に前記凸形状部が前記凹形状部と係合して前記ワークに前記段差形状部を成形するように構成された段差成形金型。

（１）の発明によれば、ワークに段差形状部の成形及び穴あけ加工を行うための段差成形金型は、段差形状部に対応する凹形状部と、凹形状部の底部にダイ穴を有するダイと、ダイ穴に対応しダイ穴と係合してワークに穴あけ加工を行う穴あけパンチと、穴あけパンチの外側に位置し、ダイの凹形状部に対応し凹形状部と係合して、ワークに段差形状部を成形する凸形状部を備える段差成形パンチと、穴あけパンチの内側に位置し、穴あけパンチよりもダイ側に突出した、先行パンチと、を備え、先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部を備え、ている。
そして、穴あけパンチがワークに穴あけ加工を行う前に、先行パンチがワークを凹形状部に押しこむことで刃部がワークに下穴を成形し、更に凸形状部が、凹形状部と係合してワークに段差形状部を成形するように構成されている。

これによって、段差成形パンチの凸形状部がダイの凹形状部と係合してワークに段差形状部を成形する前に、先行パンチによってワークを凹形状部に押しこんでいるので、段差成形時に押しこまれた分だけワークに余裕が生じ、ワークの伸びを阻害することがなく、段差部分に亀裂が生じることを抑制できる。
また、段差成形部を成形した後に、穴あけパンチがワークに穴あけ加工を行うので、穴あけ加工を高い精度で行うことができる。
更に、この成形金型は、これらの一連の作業を一工程で実施できるので作業効率が高い。

また、先端に刃部を有する先行パンチが、ワークに所望のタイミングで確実に下穴を成形することができるので、段差形状部を成形する際に確実に下穴が設けられ、下穴が広がることにより、ワークの伸びを阻害することがなく、段差部分に亀裂が生じることを確実に抑制できる。

（２）ワーク（例えば、後述のワーク１０５、２０５）に成形しようとする段差形状部（例えば、後述のワーク段差形状部１４３、２４３）に対応する凹形状部（例えば、後述のダイ凹形状部１１５、２１５）と、前記凹形状部の底部（例えば、後述のダイ底部１４１、２４１）にダイ穴（例えば、後述のダイ穴１１７、２１７）を備えるダイ（例えば、後述のダイ１１６、２１６）と、
前記ダイ穴に対応した穴あけパンチ（例えば、後述の穴あけパンチ部１０８、２０８）と、
前記穴あけパンチの外側に位置し、前記凹形状部に対応した凸形状部（例えば、後述のパンチ凸形状部１４２、２４２）を有する段差成形パンチ（例えば、後述の段差成形パンチ１１０、後述のフランジ成形パンチ２１３）と、
前記穴あけパンチの内側に位置した先行パンチ（例えば、後述の先行パンチ部１０６、２０６）と、
を備え、
前記先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部（例えば、後述の先行パンチエッジ１０７、２０７）を備えた段差成形金型（例えば、後述の成形金型１００、２００）を用いて、前記ワークに前記段差形状部の成形及び穴あけ加工を行う段差成形方法であって、
前記先行パンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記ワークを前記凹形状部に押し込むことで前記刃部が前記ワークに下穴を成形するステップと、
前記段差成形パンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記凸形状部を前記凹形状部に係合させ、前記ワークに前記段差形状部を成形するステップと、
前記穴あけパンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記ダイ穴と係合させ、前記段差形状部の前記底部に穴あけ加工を行うステップと、
を有する段差成形方法。

（２）の発明によれば、ワークに段差形状部の成形及び穴あけ加工を行うための段差成形方法であって、これに用いる段差成形金型は、ワークに成形しようとする段差形状部に対応する凹形状部と、凹形状部の底部にダイ穴を備えるダイと、ダイ穴に対応した穴あけパンチと、穴あけパンチの外側に位置しダイの凹形状部に対応した凸形状部を有する段差成形パンチと、穴あけパンチの内側に位置した先行パンチと、を備え、先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部を備え、ていて、
先行パンチをダイ方向へ移動させ、ワークをダイの凹形状部に押し込むことで前記刃部が前記ワークに下穴を成形するステップと、
段差成形パンチをダイ方向へ移動させ、段差成形パンチの凸形状部をダイの凹形状部に係合させ、ワークに段差形状部を成形するステップと、
穴あけパンチを、ダイ方向へ移動させ、ダイ穴と係合させ、段差形状部の底部に穴あけ加工を行うステップと、を有する。

これによって、段差成形パンチの凸形状部がダイの凹形状部と係合してワークに段差形状部を成形する前に、先行パンチによってワークを凹形状部に押しこんでいるので、段差成形時に押しこまれた分だけワークに余裕が生じ、ワークの伸びを阻害することなく段差部分に亀裂が生じることを抑制できる。
また、段差部分を成形した後に、穴あけパンチがワークに穴あけ加工を行うので、穴あけ加工を高い精度で行うことができる。
更に、この成形方法は、これらの一連の作業を一工程で実施できるので作業効率が高い。

本発明によれば、一工程で、ワーク本体に深い段差形状部を成形し、その段差形状部に高い精度で開口を成形する段差成形金型及び段差成形方法を提供することができる。

（ａ）第１の実施形態の成形金型を用いて成形されたワークを示す図である。（ｂ）第１の実施形態の成形金型の部分断面図である。 第１の実施形態のワークの成形及び穴あけ処理を示す図である。 先行パンチスクラップと穴あけパンチスクラップとの関係を示す図である。 段付パンチ、及びその変形例を示す図である。 （ａ）第２の実施形態の成形金型を用いて成形されたワークを示す図である。（ｂ）第２の実施形態の成形金型の部分断面図である。 第２の実施形態のワークの成形及び穴あけ処理を示す図である。

［第１の実施形態］

以下、本実施形態について図１ないし図４に基づいて説明する。
図１（ａ）は、第１の実施形態の成形金型１００（図１Ｂ）を用いて成形されたワーク１０５を示す図である。
成形されたワーク１０５は、ワーク本体１２９、ワークフランジ１３０、及びワーク周辺部１４５を備えている。
ワークフランジ１３０は、ワーク段差形状部１４３、及びワーク段差形状底部１４４を有しており、ワーク段差形状底部１４４に開口１２５が成形される。

図１（ｂ）は、第１の実施形態の成形金型１００の部分断面図である。
成形金型１００は、上型１０１及び下型１０２を備えている。

上型１０１は、図示しない駆動部によって下型１０２方向へ接近あるいは離隔する方向に駆動される。通常、上型１０１は上側に、下型１０２は下側に配置されるので、この場合、上型１０１は、上下方向に駆動される。上型１０１は、上型ホルダー１０３、段付パンチ１０４、段差成形パンチ１１０、上型ブランクホルダー１１２、及び段差成形パンチホールド荷重源１２２を備えている。

段付パンチ１０４、上型ブランクホルダー１１２、及び段差成形パンチホールド荷重源１２２は、上型ホルダー１０３に固定されている。段差成形パンチホールド荷重源１２２は、スプリング、ガスシリンダー及び油圧シリンダー等を用いて、段差成形パンチ１１０を上型ホルダー１０３に対して接近あるいは離隔する方向へ移動する。

段付パンチ１０４は、略円筒状の穴あけパンチ部１０８と、先行パンチ部１０６から構成されている。先行パンチ部１０６は、穴あけパンチ部１０８の径より小径であって、穴あけパンチ部１０８の先端から下型１０２（後述のダイ１１６）方向へ突出している。また、先行パンチ部１０６の先端の先行パンチ部下面１３３は、先行パンチエッジ（先行パンチ刃部）１０７を備えている。

穴あけパンチ部１０８は、その下型１０２（後述のダイ１１６）方向の端部に、穴あけパンチエッジ（穴あけパンチ刃部）１０９を有している。穴あけパンチエッジ１０９は、後述のダイエッジ１１９と係合して、ワーク１０５に開口１２５を成形する。

なお、段付パンチ１０４は、先行パンチ部１０６、及び穴あけパンチ部１０８と構造的に一体化されているとしたが、中空円筒状の穴あけパンチ部１０８が、先行パンチ部１０６の外周に同心円状に配置される等、先行パンチ部１０６、及び穴あけパンチ部１０８は構造的に別部材によって構成されていてもよい。

段差成形パンチ１１０は、本体成形パンチ部１１１、及びフランジ成形パンチ部１１３を備え、フランジ成形パンチ部１１３はその先端にパンチ凸形状部１４２を有する。本体成形パンチ部１１１は、後述のダイ本体部１２７と係合してワーク本体１２９を成形し、フランジ成形パンチ部１１３のパンチ凸形状部１４２は、後述のダイ凹形状部１１５と係合してワーク本体１２９に深い段差を有するワークフランジ１３０を成形する。

下型１０２は、下型ホルダー１１８、ダイ１１６、及び下型ブランクホールド荷重源１２０を備える。

下型ブランクホールド荷重源１２０は、スプリング、ガスシリンダー、及びクッションピン等を用いて、下型ブランクホルダー１１４を、下型ホルダー１１８に対して接近あるいは離隔する方向に移動させる。

ダイ１１６は、段差成形パンチ１１０の本体成形パンチ部１１１に対応するダイ本体部１２７、及びフランジ成形パンチ部１１３のパンチ凸形状部１４２に対応するダイ凹形状部１１５を備える。
ダイ凹形状部１１５は、ダイ内周面１２８、及びその底部にダイ底部１４１を有し、ダイ底部１４１にダイ穴１１７を有する。ダイ内周面１２８及びダイ底部１４１の形状は、パンチ凸形状部１４２の形状に対応している。
ダイ穴１１７は、その上型１０１（前述の穴あけパンチ部１０８）方向の端部にダイエッジ１１９を備える。ダイエッジ１１９は対応する穴あけパンチエッジ１０９と係合して開口１２５を成形するよう構成されている。

図２（ａ）ないし（ｅ）は、本実施形態のワークの成形及び穴あけ処理を示す図であり、以下、これに沿って説明する。

図２（ａ）は、ワーク１０５を成形金型の上型１０１及び下型１０２の間に配置し、上型１０１が下型１０２に接近する状態を示す図である。
このとき、ワーク１０５のワーク周辺部１４５（図１（ａ）参照）に対して、先ず上型ブランクホルダー１１２が接触し、ワーク１０５は、下型ブランクホールド荷重源１２０による上向きの適切な圧力によって、上型ブランクホルダー１１２と下型ブランクホルダー１１４とに狭持される。

図２（ｂ）は、先行パンチ部１０６がワーク１０５を押し込む状態を示す図である。
上型ホルダー１０３が下型ホルダー１１８方向へ移動し、それと同時に、上型ブランクホルダー１１２、その先端に先行パンチ部１０６を有する段付パンチ１０４、及び段差成形パンチホールド荷重源１２２を介した段差成形パンチ１１０が、下型ホルダー１１８方向へ移動する。
このとき、前述の通り、下型ブランクホルダー１１４は、下型ブランクホールド荷重源１２０によって、ワーク１０５のワーク周辺部１４５に対して適切な圧力を印加しつつ、上型ブランクホルダー１１２の下型ホルダー１１８方向への移動にあわせて、後退する。
先行パンチ部１０６がダイ１１６方向へ移動すると、先行パンチ部下面１３３がワーク１０５に当接し、ワーク１０５は、ワーク周辺部１４５が上型ブランクホルダー１１２と下型ブランクホルダー１１４によって狭持されているため、ダイ１１６のダイ凹形状部１１５に、押し込まれ延ばされる。

図２（ｃ）は、先行パンチエッジ１０７が、ワーク１０５に下穴１２３を成形する状態を示す。
上型ホルダー１０３が下型ホルダー１１８方向へ、更に移動すると、段差成形パンチ１１０がダイ１１６方向へ移動し、段差成形パンチ１１０のフランジ成形パンチ部１１３（図１（ｂ）参照）と、ダイ１１６のダイ凹形状部１１５が、一部係合し、ワーク１０５にワークフランジ１３０の一部を成形する。
ここで、ワークフランジ１３０の一部が成形されると、ワークは、フランジ成形パンチ部１１３とダイ凹形状部１１５とによって、段差の一部を成形されると共に固定されるので、先行パンチ部下面１３３の降下によって更に延ばされる。

先行パンチ部１０６が、更に、ダイ１１６方向へ移動すると、先行パンチ部下面１３３の先行パンチエッジ１０７により、ワーク１０５に切込みが入り、下穴１２３が成形される。
このときの段付パンチ１０４のダイ１６方向への移動距離は、張力がかかっているワーク１０５に対して切込みを行うことができるように適切に設定されている。

図２（ｄ）は、ワーク１０５に、ワーク本体１２９（図１（ａ）参照）、及びワークフランジ１３０（図１（ａ）参照）を成形する状態を示す。
更に上型ホルダー１０３が下型ホルダー１１８方向に移動すると、段差成形パンチ１１０が、ダイ１１６方向へ移動し、フランジ成形パンチ部１１３と、ダイ凹形状部１１５が係合することによってワークフランジ１３０を成形する。
また、段差成形パンチ１１０によって、ワーク１０５に印加されるプレス圧力は、段差成形パンチホールド荷重源１２２によって、適切な範囲に調整されている。

図２（ｅ）は、ワーク１０５に開口１２５を成形する状態を示す。
段差成形パンチ１１０によって、ワークフランジ１３０が成形されると、上型ホルダー１０３が更に下型ホルダー１１８方向へ移動しても、段差成形パンチホールド荷重源１２２が後退することによって、段差成形パンチ１１０は、ダイ１１６に対して押圧力を印加した状態で停止する。一方、上型ホルダー１０３のダイ１１６方向への移動によって、段付パンチ１０４もダイ１１６方向へ移動し、段付パンチ１０４の穴あけパンチ部１０８の先端に位置する穴あけパンチエッジ１０９が、ダイエッジ１１９と係合し、ワーク段差形状底部１４４に開口１２５を成形する。

従って、上型ホルダー１０３が下型ホルダー１１８方向へ移動し、それによって、上型ブランクホルダー１１２、先端に先行パンチ部１０６を有する段付パンチ１０４、及び上型ブランクホルダー１１２を介した段差成形パンチが、下型ホルダー１１８方向へ移動するとき「ワークに対する段差成形方法」について整理すると以下になる。

ステップ１：
ワーク１０５をダイ凹形状部１１５に押し込むステップ（図２（ｂ）参照）
先行パンチ部下面１３３がワーク１０５に当接し、ワーク１０５は、ワーク周辺部１４５が上型ブランクホルダー１１２と下型ブランクホルダー１１４によって狭持されているため、ダイ１１６のダイ凹形状部１１５に、押し込まれ延ばされる。

ステップ２：
ワーク１０５に段差形状部の一部を成形するステップ（図２（ｃ）参照）
段差成形パンチ１１０がダイ１１６方向へ移動し、段差成形パンチ１１０のフランジ成形パンチ部１１３と、ダイ１１６のダイ凹形状部１１５が、一部係合し、ワーク１０５にフランジの一部を成形する。

ステップ３：
ワーク１０５に下穴１２３を成形するステップ（図２（ｃ）参照）
先行パンチ部１０６が、更に、ダイ１１６方向へ移動することにより、先行パンチ部下面１３３の先行パンチエッジ１０７により、ワーク１０５に切込みが入り、下穴１２３が成形される。

ステップ４：
ワーク１０５にワーク段差形状部１４３を成形するステップ（図２（ｄ）参照）
段差成形パンチ１１０が、ダイ１１６方向へ移動し、フランジ成形パンチ部１１３と、ダイ凹形状部１１５が係合することによりワークフランジ１３０を成形する。

ステップ５：
ワーク１０５に穴あけ加工を行うステップ（図２（ｅ）参照）
段付パンチ１０４のダイ１１６方向へ移動によって、段付パンチ１０４の穴あけパンチ部１０８の先端に位置する穴あけパンチエッジ１０９が、ダイエッジ１１９と係合し、ワーク段差形状底部１４４に開口１２５を成形する。

［パンチスクラップ］
次に、図３（ａ）ないし（ｃ）を用いて、先行パンチ部１０６によって下穴１２３を成形したときに発生する先行パンチスクラップ１２４と、穴あけパンチ部１０８によって開口１２５が成形されたときに発生する穴あけパンチスクラップ１２６との対比によって本実施形態におけるワーク１０５の挙動を説明する。

図３（ａ）は、ワーク１０５に下穴１２３を成形する状態を示し、図２（ｃ）に対応する詳細図である。
段差成形パンチ１１０がダイ１１６方向へ移動することによって、フランジ成形パンチ部１１３とダイ凹形状部１１５との一部が係合し、ワークフランジ１３０（図１（ａ）参照）の一部が成形される。

ワーク１０５は、先行パンチ部１０６の先行パンチ部下面１３３の先行パンチエッジ１０７によって、下穴１２３が成形されるとき、フランジ成形パンチ部１１３とダイ凹形状部１１５との係合によって固定され、張力によって保持され、対応するダイ部分が存在しない状態での空中でのカットとなる。従って先行パンチスクラップ１２４は、ワーク１０５から完全に切り離されることはなく、一部がワーク１０５に繋がっている。

図３（ｂ）は、穴あけパンチ部１０８によって、ワーク１０５に開口１２５を成形する状態を示し、図２（ｅ）に対応する詳細図である。
穴あけパンチ部１０８がダイ１１６方向へ移動し、穴あけパンチエッジ１０９とダイエッジ１１９とが係合することによって、ワーク段差形状底部１４４に開口１２５を成形する。同時に穴あけパンチスクラップ１２６が発生する。

図３（ｃ）は先行パンチスクラップ１２４と穴あけパンチスクラップ１２６の比較を示す。
先行パンチ部１０６で、下穴１２３を成形した時の下穴１２３の大きさは、先行パンチスクラップ１２４の外周である「先行パンチスクラップ外周１４６」と同じである。ところが、ワークフランジ１３０の段差成形を行い、その後、開口１２５を成形した時の、下穴１２３の大きさは、穴あけパンチスクラップ１２６の内周である「穴あけパンチスクラップ内周１４７」と同じであり、拡大している。

図３（ａ）に示すように、ワーク１０５に一部段差成形を行うと、ワーク１０５の下穴１２３の周囲の下穴周辺部１４９は、フランジ成形パンチ部１１３がダイ１１６方向へ移動するにつれて、フランジ成形パンチ部１１３に巻き込まれ、ダイ内周面１２８方向に、即ち、半径方向外側に、引き寄せられる。図３（ｂ）に示すように、段差成形が終了した段階では下穴周辺部１４９は、ダイ底部１４１及びダイ内周面１２８に、対応した形状に成形される。この時ワーク１０５（下穴周辺部１４９）に、先行パンチスクラップ外周１４６と同じ開口に開けられた下穴１２３は、ダイ内周面１２８方向へ拡大する。その結果、下穴１２３の大きさが広がることにより、ワーク１０５の段差部分の伸びが阻害されることなく段差部分を成形できる。

ここで、「下穴１２３が成形されていない場合」を考えると、「下穴１２３が成形された場合」の下穴周辺部１４９に相当する部分は、フランジ成形パンチ部１１３がダイ１１６方向へ移動するにつれて、ダイ内周面１２８方向に引き寄せられるが、「下穴１２３が成形されていない場合」では下穴１２３に相当する部分が存在するためダイ内周面１２８方向への移動が阻害され、ワーク段差形状部１４３に歪が生じ亀裂が生じることがある。
本実施形態では、ワークフランジ１３０を成形する前に、下穴１２３を成形することによって、下穴周辺部１４９の移動を阻害しないようにして、ワーク段差形状部１４３に亀裂が生じることを抑制できる。
更に、先行パンチスクラップ１２４は、穴あけパンチスクラップ１２６とは一部で繋がっている。これにより先行パンチスクラップ１２４と穴あけパンチスクラップ１２６とが散乱することを防止できる。

［先行パンチの形状］
図４（ａ）ないし（ｄ）は、段付パンチ１０４、及びその変形例を示す。

図４（ａ）で示す先行パンチ部１０６は、その先行パンチ部下面１３３が平坦であり、そのエッジ（先行パンチエッジ１０７）は、先行パンチ部下面１３３の端部（周囲）に設けられていて、円形の下穴１２３を成形するように構成されている。本実施形態は、先行パンチ１０６の形状につき様々な変形、バリエーションが可能である。図４（ｂ）ないし（ｄ）に、先行パンチ部１０６の変形例である、１０６ｂ、１０６ｃ、及び１０６ｄを示す。

図４（ｂ）は、先行パンチ部１０６ｂを示す。先行パンチ部１０６ｂの断面は円形状であり、先行パンチ部下面１３３ｂが斜面になっており、先端部に鋭利な先行パンチエッジ１０７ｂを有する。

図４（ｃ）は、先行パンチ部１０６ｃを示す。先行パンチ部１０６ｃの断面は円形状であり、先行パンチ部下面１３３ｃは円錐状であり、先端部に鋭利な先行パンチエッジ１０７ｃを有する。

図４（ｄ）は、先行パンチ部１０６ｄを示す。先行パンチ部１０６ｄの断面は円形状であり、先行パンチ部下面１３３ｄは、二平面から構成されており、先端部に鋭利な先行パンチエッジ１０７ｄを有する。

図４（ａ）ないし（ｄ）に示すように、先行パンチ部１０６、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの断面はいずれも円形状であるとしたが、これらには限らない。例えば、先行パンチ部１０６、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの断面は、正方形、三角形等他の形状を有するものであってもよい。

更に、先行パンチ部下面１３３、１３３ｂ、１３３ｃ、及び１３３ｄの形状は、同様に円形には限らず、先行パンチ部１０６、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの断面が四角形の場合、四角錐であってもよい。
また、先行パンチ部１０６、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの断面が三角形の場合、三角錐であってもよい。
更に、これらに限らず様々な変形が可能である。

［第２の実施形態］
以下、本実施形態について図５、及び図６に基づいて説明する。

図５（ａ）は、本実施形態の成形金型を用いて成形されたワーク２０５を示す図である。
成形されたワーク２０５は直線部と湾曲部が混在する多角形であり、ワーク本体２２９、ワークフランジ２３０、及びワーク周辺部２４５を備えている。
ワークフランジ２３０は、ワーク段差形状部２４３、及びワーク段差形状底部２４４を有しており、ワーク段差形状底部２４４に開口２２５が成形される。
図５（ｂ）は、第２の実施形態の成形金型２００の部分断面図である。

成形金型２００は、上型２０１及び下型２０２を備えている。

上型２０１は、図示しない駆動部によって下型２０２方向へ接近あるいは離隔する方向へ駆動される。通常上型２０１は上側に、下型２０２は下側に配置されるので、この場合上型２０１は、上下方向に駆動される。上型２０１は、上型ホルダー２０３、段付パンチ２０４、本体成形パンチ２１１、フランジ成形パンチ２１３、上型ブランクホルダー２１２、本体成形パンチホールド荷重源２３９、及びフランジ成形パンチホールド荷重源２４０を備えている。

段付パンチ２０４、上型ブランクホルダー２１２、本体成形パンチホールド荷重源２３９、及びフランジ成形パンチホールド荷重源２４０は、上型ホルダー２０３に固定されている。
本体成形パンチホールド荷重源２３９は、スプリング、ガスシリンダー及び油圧シリンダー等を用いて、本体成形パンチ２１１を上型ホルダー２０３に対して接近あるいは離隔する方向へ移動する。フランジ成形パンチホールド荷重源２４０は、スプリング、ガスシリンダー及び油圧シリンダー等を用いて、フランジ成形パンチ２１３を上型ホルダー２０３に対して接近あるいは離隔する方向へ移動する。
本体成形パンチホールド荷重源２３９、及びフランジ成形パンチホールド荷重源２４０を個別に制御することができるので、本体成形パンチ２１１とフランジ成形パンチ２１３とを個別に制御し移動させることができる。

ここで、第１の実施形態の成形金型１００と、第２の実施形態の成形金型２００とを比較すると、成形金型１００では、本体成形パンチ部１１１とフランジ成形パンチ部１１３とが段差成形パンチ１１０として一体化されているのに対して、成形金型２００は、別体であって、それらを個別に制御できる本体成形パンチ２１１とフランジ成形パンチ２１３とを備える。

段付パンチ２０４は、第１の実施形態と同様に、略円筒状の穴あけパンチ部２０８と、穴あけパンチ部２０８の先端から穴あけパンチ部２０８の径より小径であり下型２０２（後述のダイ２１６）方向へ突出している略円筒状の先行パンチ部２０６から構成されている。また、先行パンチ部２０６の先端の先行パンチ部下面２３３は先行パンチエッジ（先行パンチ刃部）２０７を備えている。

穴あけパンチ部２０８も、第１の実施形態と同様に、その下型２０２（後述のダイ２１６）方向の端部に、穴あけパンチエッジ（穴あけパンチ刃部）２０９を有している。穴あけパンチエッジ２０９は、後述のダイエッジ２１９と係合して、ワーク２０５に開口２２５を成形する。

なお、段付パンチ１０４は、第１の実施形態と同様に、先行パンチ部１０６、及び穴あけパンチ部１０８と構造的に一体化されているとしたが、中空円筒状の穴あけパンチ部１０８が、先行パンチ部１０６の外周に同心円状に配置される等、先行パンチ部１０６、及び穴あけパンチ部１０８は構造的に別部材によって構成されていてもよい。

フランジ成形パンチ２１３は、その先端にはパンチ凸形状部２４２を有する。
本実施形態では、フランジ成形パンチ２１３、及びパンチ凸形状部２４２の形状は、直線部と湾曲部が混在する多角形のワークフランジ２３０に対応する直線部と湾曲部が混在する多角形である。

本体成形パンチ２１１は、後述のダイ本体部２２７と係合してワーク本体２２９（図５（ａ）参照）を成形し、フランジ成形パンチ部２１３のパンチ凸形状部２４２は、後述のダイ凹形状部２１５と係合してワーク本体２２９に深い段差を有するワークフランジ２３０（図５（ａ）参照）を成形する。

下型２０２は、下型ホルダー２１８、ダイ２１６、及び下型ブランクホールド荷重源２２０を備える。

下型ブランクホールド荷重源２２０は、スプリング、ガスシリンダー、及びクッションピン等を用いて、下型ブランクホルダー２１４を、下型ホルダー２１８に対して接近あるいは離隔する方向に移動させる。

ダイ２１６は、本体成形パンチ２１１に対応するダイ本体部２２７、及びフランジ成形パンチ２１３のパンチ凸形状部１４２に対応するダイ凹形状部２１５を備える。
ダイ凹形状部２１５は、ダイ内周面２２８、及びその底部にダイ底部２４１を有し、ダイ底部２４１にダイ穴２１７を有する。ダイ内周面２２８及びダイ底部２４１の形状は、パンチ凸形状部１４２の形状に対応している。
従って、ダイ凹形状部２１５、及びダイ内周面２２８の形状も、直線部と湾曲部が混在する多角形である。
ダイ穴２１７は、その上型２０１（前述の穴あけパンチ部２０８）方向の端部にダイエッジ２１９を備える。ダイエッジ２１９は対応する穴あけパンチエッジ２０９と係合して開口２２５を成形するように構成されている。

以下、成形金型２００を用いたワークフランジ２３０の成形処理について説明する。
図６（ａ）ないし（ｅ）は、本実施形態のワーク２０５の成形及び穴あけ処理を示す図であり、以下、これに沿って説明する。

図６（ａ）は、ワーク２０５を成形金型２００の上型２０１及び下型２０２の間に配置し、上型２０１が下型２０２に接近する状態を示す図である。
このとき、ワーク２０５のワーク周辺部２４５に、上型ブランクホルダー２１２が接触し、ワーク２０５は、下型ブランクホールド荷重源２２０による上向きの適切な圧力によって、上型ブランクホルダー２１２と下型ブランクホルダー２１４に狭持される。

図６（ｂ）は、本体成形パンチ２１１、及びダイ２１６により、ワーク２０５を拘束しワーク本体２２９を成形する状態を示す図である。
上型ホルダー２０３が下型ホルダー２１８方向へ移動し、それと同時に、上型ブランクホルダー２１２、その先端に先行パンチ部１０６を有する段付パンチ２０４、本体成形パンチホールド荷重源２３９を介した本体成形パンチ部１１１、及びフランジ成形パンチホールド荷重源２４０を介したフランジ成形パンチ２１３が下型ホルダー２１８方向へ移動する。
この時、下型ブランクホルダー２１４は、下型ブランクホールド荷重源２２０によって、ワーク２０５に対して適切な圧力を印加しつつ、上型ブランクホルダー２１２の下型ホルダー２１８方向への移動にあわせて、後退する。
これにより、ワーク２０５のワーク周辺部２４５が、上型ブランクホルダー２１２と下型ブランクホルダー２１４とに狭持されつつ、下型ホルダー２１８方向へ移動し、成形される。

更に、本体成形パンチホールド荷重源２３９が伸長し、本体成形パンチ２１１を、ダイ２１６方向へ移動させる。これにより本体成形パンチ２１１、及びダイ本体部２２７が係合することによりワーク本体２２９を拘束し成形する。このとき、本体成形パンチ２１１は、本体成形パンチホールド荷重源２３９によって、ワーク本体２２９に対して適切な圧力を印加しつつ、ワーク本体２２９を成形する。
これにより直線部と湾曲部が混在する多角形段差を有するワークフランジ２３０を成形するときに、発生する可能性のあるワーク本体２２９の湾曲部から外側に向かう部分での「浮き上り」が発生する前に、ワーク本体２２９を拘束し成形する。これによりワーク本体２２９での「浮き上り」を防止し、更に「浮き上り」に起因するシワの発生を抑制することができる。

図６（ｃ）は、先行パンチ部２０６が、ワーク２０５を押し込み延ばしつつ、更に先行パンチエッジ２０７が切り込みを入れている状態を示す。
上型ホルダー２０３が下型ホルダー２１８方向へ移動すると、それに伴い先行パンチ部２０６がダイ２１６方向へ移動する。ワーク本体２２９（図５（ａ）参照）が、本体成形パンチ２１１、及びダイ本体部２２７により成形され拘束されているので、先行パンチ部２０６の先端に位置する先行パンチ部下面２３３が、ダイ２１６のダイ凹形状部２１５に配置されているワーク２０５に当接し、ワーク２０５をダイ方向へ押し込み延ばす。更に、先行パンチ部２０６がダイ２１６方向へ移動すると、先行パンチ部２０６の先端に位置する先行パンチエッジ２０７により、ワーク２０５に切り込みが入り、下穴２２３が成形される。

図６（ｄ）は、ワーク本体２２９に対する深い段差を有するワークフランジ２３０を成形する状態を示す図である。
フランジ成形パンチホールド荷重源２４０が伸張することにより、フランジ成形パンチ２１３がダイ２１６方向へ移動する。これによりフランジ成形パンチ２１３と、ダイ凹形状部２１５が係合することによってワークフランジ２３０を成形する。ここでフランジ成形パンチ２１３によって与えられるワークフランジ２３０に印加されるプレス圧力は、フランジ成形パンチホールド荷重源２４０によって、適切な範囲に調整されている。

図６（ｅ）は、ワーク２０５に開口２２５を成形する状態を示す図である。
フランジ成形パンチ２１３と、ダイ凹形状部２１５が係合することにより、ワークフランジ２３０が成形されると、更に、上型ホルダー２０３が下型ホルダー２１８方向へ移動しても、フランジ成形パンチホールド荷重源２４０、及び本体成形パンチホールド荷重源２３９が後退することによって、フランジ成形パンチ２１３、及び本体成形パンチ２１１は、ダイ２１６に対して押圧力を印加した状態で移動を停止する。一方、上型ホルダー１０３のダイ２１６方向へ移動によって、段付パンチ２０４もダイ２１６方向へ移動し、段付パンチ２０４の穴あけパンチ部２０８の先端に位置する穴あけパンチエッジ２０９が、ダイエッジ２１９と係合し、ワーク段差形状底部２４４（図５（ａ）参照）に開口２２５（図５（ａ）参照）を成形する。

以上により、成形金型２００は、深い段差を有する、直線部と湾曲部が混在する多角形のワークフランジ２３０を成形する場合であっても、ワーク本体２２９の「浮き上り」の発生を防止し「浮き上り」に起因するシワの発生を抑制する。これによって、図５（ａ）に示すように、深い段差を有し、かつ、シワのない直線部と湾曲部が混在する多角形のワークフランジ２３０を成形できる。
なお、以上ワーク２０５は直線部と湾曲部が混在する多角形のワークフランジ２３０であるとして説明したが、第１の実施形態と同様に、円形のワークフランジであっても成形できることは言うまでもない。

ここで、上型ホルダー２０３が下型ホルダー２１８方向へ移動し、それと同時に、上型ブランクホルダー２１２、その先端に先行パンチ部１０６を有する段付パンチ２０４、本体成形パンチホールド荷重源２３９を介した本体成形パンチ部１１１、及びフランジ成形パンチホールド荷重源２４０を介したフランジ成形パンチ２１３が下型ホルダー２１８方向へ移動するとき「ワークに対する段差成形方法」について整理すると以下になる。

ステップ１：
ワーク本体２２９を成形するステップ（図６（ｂ）参照）
ワーク２０５のワーク周辺部２４５が、上型ブランクホルダー２１２と下型ブランクホルダー２１４とに狭持されつつ、下型ホルダー２１８方向へ移動し、成形される。
更に、本体成形パンチ２１１が、ダイ２１６方向へ移動し、本体成形パンチ２１１、及びダイ本体部２２７が係合することによりワーク本体２２９を成形する。

ステップ２：
ワーク２０５をダイ凹形状部２１５に押し込み延ばすステップ（図６（ｃ）参照）
先行パンチ部２０６がダイ２１６方向へ移動すると、ワーク本体２２９（図５（ａ）参照）が、本体成形パンチ２１１、及びダイ本体部２２７により拘束されているので、先行パンチ部２０６の先端に位置する先行パンチ部下面２３３が、ダイ２１６のダイ凹形状部２１５に配置されているワーク２０５に当接し、ワーク２０５をダイ方向へ押し込み延ばす。

ステップ３：
ワーク２０５に下穴２２３を成形するステップ（図６（ｃ）参照）
更に、先行パンチ部２０６がダイ２１６方向へ移動すると、先行パンチ部２０６の先端に位置する先行パンチエッジ２０７により、ワーク２０５に切り込みが入り、下穴２２３が成形される。

ステップ４：
ワーク２０５にワーク段差形状部２４３を成形するステップ（図６（ｄ）参照）
フランジ成形パンチ２１３がダイ２１６方向へ移動すると、フランジ成形パンチ２１３と、ダイ凹形状部２１５とが係合することによってワークフランジ２３０を成形する。

ステップ５：
ワーク２０５に穴あけ加工を行うステップ（図６（ｅ）参照）
段付パンチ２０４のダイ２１６方向へ移動によって、段付パンチ２０４の穴あけパンチ部２０８の先端に位置する穴あけパンチエッジ２０９が、ダイエッジ２１９と係合し、ワーク段差形状底部２４４（図５（ａ）参照）に開口２２５（図５（ａ）参照）を成形する。

［第１の実施形態及び第２の実施形態に共通の効果］
（１）成形金型１００、２００によって、パンチ凸形状部１４２、２４２が、ダイ凹形状部１１５、２１５と係合し、ワーク１０５、２０５にワーク段差形状部１４３、２４３を成形する前に、先行パンチ部１０６、２０６が、ワーク１０５、２０５に下穴１２３、２２３を成形しているので、段差成形時に、下穴１２３、２２３が広がることにより、ワーク１０５、２０５の伸びを阻害することがなく、ワーク段差形状部１４３、２４３に亀裂が生じることを抑制できる。
（２）また、段差成形後に、穴あけパンチ部１０８、２０８がワーク１０５、２０５に穴あけ加工を行うので、穴あけ加工を高い精度で行うことができる。
（３）更に、これらの一連の作業が一工程で、実施できるので、作業効率が向上する。

（４）先端に刃部１０７、２０７有する先行パンチ部１０６、２０６が、ワーク１０５、２０５に、確実に下穴１２３、２２３を成形することができるので、ワーク段差形状部１４３、２４３を成形する際に、ワーク１０５、２０５の伸びを阻害することなく、段差部分に亀裂が生じることを確実に抑制できる。
［第２の実施形態の効果］
（５）直線部と湾曲部が混在する多角形のワークフランジ２３０を成形する場合でも、フランジ成形パンチ２１３とダイ凹形状部２１５（図５（ｂ）参照）によって、ワークフランジ２３０を成形する前に、本体成形パンチ２１１、及びダイ２１６によりワーク本体２２９を拘束し成形するので、ワーク本体１２９をシワの発生を抑制しながら加工ができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、ワーク１０５、２０５に下穴１２３、２２３を成形していた。しかしながら、ワーク１０５、２０５の伸びを阻害することがなく、ワーク段差形状部１４３、２４３に亀裂が生じることを抑制するという効果を奏するためには、ワーク１０５、２０５に下穴１２３、２２３を成形することは必須ではない。
即ち、上述した「ワークに対する段差成形方法」において、上述のステップＳ３は必須なステップではなく、たとえ省略しても、ステップＳ２の処理によって、段差成形パンチの凸形状部がダイの凹形状部と係合してワークに段差形状部を成形する前に、先行パンチによってワークを凹形状部に押しこんでいるので、段差成形時に押しこまれた分だけワークに余裕が生じ、その結果、当該効果自体を奏することは可能になる。
もっとも、前記実施形態のようにステップＳ２の後にステップＳ３を含めることで、当該効果がより顕著なものとなる。

１００、２００…成形金型
１０１、２０１…上型
１０２、２０２…下型
１０３、２０３…上型ホルダー
１０４、２０４…段付パンチ
１０５、２０５…ワーク
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、２０６…先行パンチ部（先行パンチ）
１０７、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、２０７…先行パンチエッジ（先行パンチ刃部）
１０８、２０８…穴あけパンチ部（穴あけパンチ）
１０９、２０９…穴あけパンチエッジ（穴あけパンチ刃部）
１１０…段差成形パンチ
１１１、２１１…本体成形パンチ部（本体成形パンチ）
１１２、２１２…上型ブランクホルダー
１１３、２１３…フランジ成形パンチ部（フランジ成形パンチ）
１１４、２１４…下型ブランクホルダー
１１５、２１５…ダイ凹形状部
１１６、２１６…ダイ
１１７、２１７…ダイ穴
１１８、２１８…下型ホルダー
１１９、２１９…ダイエッジ（ダイ刃部）
１２０、２２０…下型ブランクホールド荷重源
１２２…段差成形パンチホールド荷重源
１２３、２２３…下穴
１２４、２２４…先行パンチスクラップ
１２５、２２５…開口
１２６、２２６…穴あけパンチスクラップ
１２７、２２７…ダイ本体部
１２８、２２８…ダイ内周面
１２９、２２９…ワーク本体
１３０、２３０…ワークフランジ
１３３、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、２３３…先行パンチ部下面
１４１、２４１…ダイ底部（底部）
１４２、２４２…パンチ凸形状部
１４３、２４３…ワーク段差形状部（段差形状部）
１４４、２４４…ワーク段差形状底部（段差形状底部）
１４５、２４５…ワーク周辺部
１４６、２４６…先行パンチスクラップ外周
１４７、２４７…穴あけパンチスクラップ内周
１４９…下穴周辺部
２３９…本体成形パンチホールド荷重源
２４０…フランジ成形パンチホールド荷重源

Claims (2)

1. ワークに段差形状部の成形及び穴あけ加工を行うための段差成形金型であって、
   前記段差形状部に対応する凹形状部と、前記凹形状部の底部にダイ穴を有するダイと、
   前記ダイ穴に対応し前記ダイ穴と係合して前記ワークに穴あけ加工を行う穴あけパンチと、
   前記穴あけパンチの外側に位置し、前記凹形状部に対応し前記凹形状部と係合して、前記ワークに前記段差形状部を成形する凸形状部を備える段差成形パンチと、
   前記穴あけパンチの内側に位置し、前記穴あけパンチよりも前記ダイ側に突出した、先行パンチと、
   を備え、
   前記先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部を備え、
   前記穴あけパンチが前記ワークに穴あけ加工を行う前に、前記先行パンチが前記ワークを前記凹形状部に押しこむことで前記刃部が前記ワークに下穴を成形し、更に前記凸形状部が前記凹形状部と係合して前記ワークに前記段差形状部を成形するように構成された段差成形金型。
2. ワークに成形しようとする段差形状部に対応する凹形状部と、前記凹形状部の底部にダイ穴を備えるダイと、
   前記ダイ穴に対応した穴あけパンチと、
   前記穴あけパンチの外側に位置し、前記凹形状部に対応した凸形状部を有する段差成形パンチと、
   前記穴あけパンチの内側に位置した先行パンチと、
   を備え、
   前記先行パンチは、先端が平面であり且つ該平面の周囲に設けられた刃部を備えた段差成形金型を用いて、前記ワークに前記段差形状部の成形及び穴あけ加工を行う段差成形方法であって、
   前記先行パンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記ワークを前記凹形状部に押し込むことで前記刃部が前記ワークに下穴を成形するステップと、
   前記段差成形パンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記凸形状部を前記凹形状部に係合させ、前記ワークに前記段差形状部を成形するステップと、
   前記穴あけパンチを前記ダイ方向へ移動させ、前記ダイ穴と係合させ、前記段差形状部の前記底部に穴あけ加工を行うステップと、
   を有する段差成形方法。

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