JP5819156B2 - Ｍｇ合金板のＶ曲げ加工を行なうプレス曲げ装置およびプレス曲げ方法 - Google Patents

Description

本発明は、Mg合金板を局部的に加熱してＶ曲げ加工を行なうプレス曲げ装置およびプレス曲げ方法に関するものである。

一般に、ＪＩＳ規格AZ31等のマグネシウムを主成分とする、例えばMg含有量90質量％以上のMg合金板は、軽量かつ高強度で、しかも電磁波遮蔽性や放熱性に優れているので、携帯電話やＴＶカメラ等の電子機器の筺体等の素材として注目されている。
しかしながら、Mg合金板は加工することが難しいので、Mg合金からなる製品を得るために鋳造が広く行なわれているが、鋳造によって得られる製品は、寸法精度が劣ると共に、生産性が低いという問題がある。

また、鋳造以外の成形技術としては、Mg合金板を加熱してプレス曲げ加工等を行なうことも行なわれており、さらにはMg合金板以外の、たとえば延性の低いジュラルミン板，Ti合金板，高張力鋼板等の難加工材についても、寸法精度の良いプレス曲げ成形品を得る技術が検討されている状況である。
たとえば特許文献１には、ヒーターを内蔵したパンチとダイを用いてMg合金板の曲げ部位を局部的に加熱しながら、曲げ加工を行なう技術が開示されているが、この技術では、プレス成形品の形状・寸法等に応じてパンチとダイを交換する必要がある場合に、ヒーターと電力源との配線の取外しや接続が発生し、パンチとダイの交換作業が複雑になるという問題がある。また、種々の形状・寸法の成形品を曲げ加工する場合に、成形品に応じて交換する多種類のパンチとダイにそれぞれヒーターを内蔵する必要があるために製造コストが高くなるという問題もある。

また、特許文献２には、ヒーターを内蔵したパンチとダイを用いてMg合金板全体を加熱しながら、プレス加工を行なう技術が開示されているが、この技術も特許文献１と同様に、パンチとダイの交換作業が複雑になるという問題、およびパンチとダイにヒーターを埋設するためのコストが高くなるという問題がある。

特開2001-105029号公報 特開2001-252729号公報

本発明は、延性の低いMg合金板を局部的に加熱してプレス曲げ加工によるＶ曲げ加工を行なう場合に、曲げ部位を局部的に加熱することが可能でかつパンチやダイ（たとえばヤゲンパンチやヤゲンダイ）を簡単に交換することが可能なMg合金板のプレス曲げ装置およびこの曲げ装置を用いたプレス曲げ方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、ヒーターを内蔵したパンチによってMg合金板を局部的に加熱する従来技術について鋭意検討したところ、Mg合金板の板厚が比較的薄ければ、放熱性が高くても短時間で所定の温度に昇温可能であることに着目し、ヒーターを内蔵したパンチによりMg合金板を直接加熱する従来方法に拠らなくても、十分に所定の温度に昇温可能ではないかと考え、外部熱源でパンチを加熱しその熱でMg合金板を間接加熱する方法を試みた。そして、本発明者らは、板厚が異なる複数枚のMg合金板について実験したところ、Mg合金板の板厚が２ｍｍ程度までならば、十分に短時間に曲げ部位を適温まで局部加熱することができるとの知見を得たので、この知見に基づいてさらに曲げ上型の構造について工夫したところ、ヒーターを埋設した中間体を介してパンチを装着すれば、パンチにヒーターを内蔵する必要がないことから製造コストを大幅に低減できると共に、パンチだけを簡単に交換して種々の形状・寸法の成形品の曲げ加工に対応できるという利点もあることから、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、曲げ上型と曲げ下型を有するMg合金板のＶ曲げ加工を行なうプレス曲げ装置において、曲げ上型は、内蔵したヒーターによってパンチを加熱する中間体を有し、その中間体とパンチとがキーを介して着脱自在に構成されているMg合金板のプレス曲げ装置である。
本発明のプレス曲げ装置においては、曲げ下型は、内蔵したヒーターによってダイを加熱する中間体を有し、その中間体とダイとがキーを介して着脱自在に構成されていることが好ましい。また、Mg合金板の板厚は0.1〜2.0mmであることが好ましく、そのMg合金板を全面的に予熱するか、またはMg合金板の曲げ部位を局部的に予熱する予熱手段を備えていることが好ましい。

また、本発明は、上記したプレス曲げ装置を用いて、ダイに載置したMg合金板の曲げ部位にパンチを当接させて、キーを介してパンチに着脱自在に装着された中間体に内蔵したヒーターから供給される熱で曲げ部位を200〜350℃に加熱して、Mg合金板のプレス曲げ加工によるＶ曲げ加工を行なう金属板のプレス曲げ方法である。
本発明のプレス曲げ方法においては、Mg合金板の板厚は0.1〜2.0mmであることが好ましい。また、プレス曲げ加工する前に、Mg合金板を全面的に予熱するか、またはMg合金板の曲げ部位を局部的に予熱することが好ましく、その予熱によってMg合金板全面または曲げ部位を150〜300℃に加熱することが好ましい。

本発明によれば、ヒーターを内蔵しない簡易なパンチとダイによって曲げ部位を局部的に加熱して寸法精度の良い曲げ加工を行なうことがでると共に、パンチやダイ（たとえばヤゲンパンチやヤゲンダイ）の交換も簡単に行なうことができるので、製造コストが低廉で、延性の低いMg合金板のプレス曲げ加工にとって産業上優れた効果を奏する。

本発明のプレス曲げ装置の例を模式的に示す斜視図である。 本発明のプレス曲げ装置の他の例を模式的に示す斜視図である。 Mg合金板の加熱部の例を模式的に示す断面図である。 Mg合金板を予熱する例を模式的に示す斜視図である。

図１は、本発明のプレス曲げ装置の例を模式的に示す断面図であり、図２，３は、本発明のプレス曲げ装置の他の例を模式的に示す断面図である。以下に、図１〜３を参照して本発明のプレス曲げ装置について説明する。
本発明のプレス曲げ装置は、図１に示すように、ヒーター１０を内蔵した中間体３とこの中間体３に接して着脱自在に装着されたパンチ２を備えた曲げ上型およびダイ６を備えた曲げ下型を基本構成とするものであり、この他に必要に応じて断熱体４、８や冷却体１１，１２を備えてもよい。この断熱体や冷却体については後述する。

次に、このプレス曲げ装置の具体的な態様について説明する。
曲げ上型の先端のパンチ２は、その上段に隣接する中間体３に接して装着されているから、内蔵されているヒーター10によって中間体３を加熱すればその中間体３に接しているパンチ２も中間体３の熱によって間接的に加熱されることになる。そこで、曲げ加工に先立って、まず、中間体３の熱によってパンチ２を曲げ加工に適温の例えば２００〜３５０℃まで間接加熱し、この温度に達したことを検知したら、曲げ上型を下降させて先端のパンチ２をMg合金板１に接触させ、この状態を一定時間保持しつつパンチ２の熱をMg合金板１に伝熱させてMg合金板１を２００〜３５０℃まで加熱する。次に、Mg合金板１が適温の２００〜３５０℃になったことを検知すると同時に、パンチ２を下降させることでMg合金板１を曲げ加工する。

このような本発明の態様によれば、間接加熱されたパンチをMg合金板１に接触させてから曲げ加工するまでに要する時間は、Mg合金板１の板厚や曲げ部位の長さに応じて変化するが、僅か２〜20秒であるから、Mg合金板１を直接加熱する従来の態様と比べてほとんど大差がなく、十分に実用化できるものである。
図２は、中間体３を長手方向に複数個分割して配設した態様を示すものである。図２の態様によれば、Mg合金板１の長さや曲げ部位の長さに応じてパンチ２を交換する場合でも、Mg合金板１の長さに応じて中間体３の必要なヒーター１０だけをスイッチオンするだけで対応することができるので、効率的である。

本発明の曲げ装置では、曲げ下型にもヒーター１０を内蔵した中間体７を設けてもよい。この場合でも、図示していないが中間体３を長手方向に複数個分割して配設するのが好ましい。また、中間体７に接してダイ６を着脱自在に装着すればダイ６を間接加熱することができると共に、ダイ６を簡単に交換することができる。特に、ダイ６を間接加熱すれば、ダイ６との接触によるMg合金板１の温度降下を未然に防止することができるから、放熱性が高いMg合金板１の曲げ加工にとって有利である。

図３は、曲げ下型にもヒーター１０を内蔵した中間体７を設けた態様を図示したものであり、１３ａはパンチ２によって間接加熱された加熱部（曲げ部位）を、また、１３ｂはダイ６によって間接加熱された加熱部をそれぞれ示す。このように、Mg合金板１の曲げ部位の近傍がダイ６によって間接加熱されるために、放熱性が高いMg合金板１であっても、その曲げ部位からの放熱を極力防止することができるから、Mg合金板１を曲げに適する温度で曲げ加工することができるという優れた効果が得られる。

また、ダイ６による間接加熱によって加熱部13aと13bの温度差を100℃以内に抑えることでMg合金板１の曲げ部位近傍の温度勾配を少なくすることができるので、Mg合金板１の反りの発生を防止し寸法精度の良い曲げ加工を行うことができるという効果も得られる。
このような中間体３，７に内蔵されるヒーター10は、特定の構成に限定されるものではないが、通電によって発熱する簡便な構成が効率良く加熱できるので好ましい。

また、パンチ２およびダイ６は、この中間体３，７とそれぞれ着脱自在に装着されているから、曲げ成形品の形状・寸法に応じて交換される場合でも、ヒーター10を内蔵した中間体３，７を交換する必要がなく、パンチ２およびダイ６だけを簡単に交換することができるから、本発明は、形状・寸法の違う多種類の汎用成形品の曲げ加工に容易に対応することができるという優れた効果を奏することができる。

このパンチ２およびダイ６を中間体３,７に着脱自在に装着する手段は、キーを用いた簡便な構成とする。
本発明の間接加熱によれば、Mg合金板１を200〜350℃の範囲内まで容易に加熱することができるから、放熱性の高いMg合金板１の曲げ加工にも適用することができる。
Mg合金板１の場合、曲げ部位の加熱温度が200℃未満では曲げ加工は困難であり、また、加熱温度が350℃を超えると、Mg合金板１の曲げ部位が部分的に溶融する惧れがあるために、曲げ寸法精度等の点で好ましくない。

本発明を適用する放熱性の高いMg合金板は、その板厚が0.1〜２mmの薄いMg合金板であることが好ましい。厚さが0.1mm未満のMg合金板は、あまり普及していないが薄すぎると曲げ部位が部分的に溶融する惧れがあるので、実用的な観点から0.1mm以上のものが好ましい。また、２mmを超える板厚の場合には、Mg合金板の高い放熱性のために、入熱と放熱との兼ね合いで２００〜３５０℃まで加熱するのにかなりの時間を要するので実用的でない。したがって、このような２mmを超える板厚のMg合金板を曲げ加工する場合は、曲げ加工前にMg合金板を全面的に予熱するか又は曲げ部位だけを予熱する方法が採られる。この予熱方法を採用すれば板厚が５mmまで曲げ加工することができる。

この予熱手段は、特に限定されるものではないが、プレートヒーター，誘導加熱コイル，レーザー光等を使用することができる。中でも、図５に示すような誘導加熱コイル14は、板厚方向に均一にかつ瞬時に曲げ部位だけを予熱することができるから、局部的な予熱を行う上で好ましい。
本発明の予熱は、曲げ部位を間接加熱する時間を短縮する上でも効果的である。Mg合金板１の曲げ部位を曲げ加工前に予熱しておけば、パンチ２による間接加熱の時間を大幅に短縮することができるので、適温を保持しつつ瞬時に曲げ加工することができる。

この場合の予熱温度は、曲げ温度より50℃低い150〜300℃の範囲内が熱効率の点から好ましい。
本発明のプレス曲げ装置では、ヒーター10により中間体３,７を２００℃〜３５０℃の高温に加熱するから、熱効率の観点から中間体３,７の上段に断熱体４,８を配設するのが好ましい。そして、この断熱体４,８を設けない場合には、ヒーター10の熱によってパンチ２を含む曲げ上型全体やダイ６を含む曲げ下型全体も加熱されることになり、その加熱・放冷を経時的に繰り返すことによってパンチ２を含む曲げ上型やダイ６を含む曲げ下型全体が歪んでしまう事態を発生させる惧れがあるから、このような事態を未然に防止するために断熱体４,８を配設するのが好ましい。

もっとも、このような断熱体４,８を中間体３,７に隣接して配設した場合でも、ヒーター10の熱が僅かに曲げ上型全体や曲げ下型全体に伝熱して上記のような事態を発生させる惧れがあるから、図１に示すように、このような事態を未然に防止するためには、断熱体４，８に隣接して冷却体11，12を配設することが好ましい。
この冷却体11，12に内蔵される冷却具は、特定の構成に限定されるものではないが、冷却水や冷却用空気が流通する配管を埋設する構成が簡便でかつ効率良く冷却できるので好ましい。

本発明は、例えばＶ曲げに用いられるプレスブレーキ（通称ヤゲンと呼ばれるプレスブレーキ）に適用するのが好ましい。

＜実施例１＞
図１に示すプレスブレーキを用いて、厚さ2.0mmのMg合金板１（ＪＩＳ規格AZ31，長さ100mm，幅50mm）をＶ曲げ加工する手順について以下に説明する。
まず、Ｖ曲げ加工に先立って、Mg合金板１の曲げ部位の温度を速やかに昇温させるために、予めパンチ２とダイ６を中間体３，７に内蔵したヒーター10によって曲げに適した240℃まで加熱しておく。次に、図１に示すように、Mg合金板１をダイ６上に載置すると共に、240℃に加熱されたパンチ２を下降させてMg合金板１の曲げ部位に当接させ、この状態を保持してMg合金板１の曲げ部位が240℃になるまで間接加熱した。そして、曲げ部位が240℃になるのを検知すると同時に、ヤゲンパンチ２を下降（押下）させてＶ曲げ加工を行なった。

実施例１の場合は、ダイ６も中間体７のヒーターによって240℃に加熱されているから、曲げ部位の間接加熱も速やかに行うことができると共に、曲げ部位近傍の温度勾配も殆どないので、曲げ部位の反りも見られなかった。
Ｖ曲げ加工後にMg合金板１を取り出して、Mg合金板１の曲げ部表面を観察したところ、反りや割れは認められず、寸法精度の良いＶ曲げを行なうことができた。

＜実施例２＞
図１に示すプレスブレーキを用いて、厚さ1.0mmのMg合金板１（ＪＩＳ規格AZ31，長さ300mm，幅100mm）を予熱しつつＶ曲げ加工を行う手順について説明する。
Ｖ曲げ加工に先立って、Mg合金板１の曲げ部位の温度を速やかに昇温させるために、予めパンチ２とダイ６を加熱する手順については、実施例１と同様であるが、実施例２では加熱温度を280℃としている。

次に、Mg合金板１をダイ６上に載置すると共に、Mg合金板１の曲げ部位を図４に示すような誘導加熱コイル14で230℃に予熱した予熱部15を形成する。その後速やかにMg合金板１の予熱部15をパンチ２及びダイ３の中心線上の曲げ部位に移動させると共に、280℃に予め加熱されたパンチ２を下降させてMg合金板１の予熱部15（曲げ部位）に当接させ、この状態を保持してMg合金板１の曲げ部位が280℃になるまで間接加熱した。そして、曲げ部位が280℃になるのを検知すると同時に、ヤゲンパンチ２を下降（押下）させてＶ曲げ加工を行なった。

実施例２の場合も、ダイ６を中間体７のヒーターによって280℃に加熱して行ったので、曲げ部位の反りは見られなかった。
Ｖ曲げ加工後にMg合金板１を取り出して、Mg合金板１の曲げ部表面を観察したところ、反りや割れは認められず、寸法精度の良いＶ曲げを行なうことができた。
＜実施例３＞
図１に示すプレスブレーキを用いて、厚さ5.0mmのMg合金板１（ＪＩＳ規格AZ31，長さ300mm，幅100mm）を予熱しつつＶ曲げ加工を行う手順について説明する。

実施例３は、厚さ5.0mmという比較的厚いMg合金板１を予熱してＶ曲げ加工する例であり、加熱温度が300℃である以外の曲げ加工の条件を実施例２と同一に設定してＶ曲げを行った。
Ｖ曲げ加工後にMg合金板１を取り出して、Mg合金板１の曲げ部表面を観察したところ、反りや割れは認められず、寸法精度の良いＶ曲げを行なうことができた。

したがって、厚さ２ｍｍが限度であった放熱性の高いMg合金板１であっても、曲げ加工前に予熱を行えば、厚さ５ｍｍまでＶ曲げ加工を行えることが確認できた。

１ Mg合金板
２ パンチ
３ 中間体
４ 断熱体
５ パンチ本体
６ ダイ
７ 中間体
８ 断熱体
９ ダイ本体
10 ヒーター
11 冷却体
12 冷却体
13a パンチによる加熱部
13b ダイによる加熱部
14 誘導加熱コイル
15 予熱部

Claims (8)

1. 曲げ上型と曲げ下型を有するMg合金板のＶ曲げ加工を行なうプレス曲げ装置において、前記曲げ上型は、内蔵したヒーターによってパンチを加熱する中間体を有し、該中間体と前記パンチとがキーを介して着脱自在に構成されていることを特徴とするMg合金板のプレス曲げ装置。
2. 前記曲げ下型は、内蔵したヒーターによってダイを加熱する中間体を有し、該中間体と前記ダイとがキーを介して着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のMg合金板のプレス曲げ装置。
3. 前記Mg合金板の板厚が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のMg合金板のプレス曲げ装置。
4. 前記Mg合金板を全面的に予熱するか、または前記Mg合金板の曲げ部位を局部的に予熱する予熱手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のMg合金板のプレス曲げ装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のＶ曲げ加工を行なうプレス曲げ装置を用いて、ダイに載置したMg合金板の曲げ部位にパンチを当接させ、キーを介して前記パンチに着脱自在に装着された中間体の熱によって前記曲げ部位を200〜350℃に間接加熱して、Mg合金板をプレス曲げ加工によるＶ曲げ加工を行なうことを特徴とするMg合金板のプレス曲げ方法。
6. 前記Mg合金板の板厚が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のMg合金板のプレス曲げ方法。
7. プレス曲げ加工する前に、前記Mg合金板を全面的に予熱するか、または曲げ部位を局部的に予熱することを特徴とする請求項５または６に記載のMg合金板のプレス曲げ方法。
8. 前記予熱の温度が150〜300℃であることを特徴とする請求項７に記載のMg合金板のプレス曲げ方法。

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