JP5950374B1

JP5950374B1 - 深絞り加工機

Info

Publication number: JP5950374B1
Application number: JP2015105892A
Authority: JP
Inventors: 宏飯田
Original assignee: 飯田機械株式会社
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2035-05-25
Also published as: JP2016215258A

Abstract

【課題】小型化が可能で装置の構成も比較的単純であって、絞り加工比が２以上となる深絞りに適した深絞り加工機を提供する。【解決手段】平板状のブランクに深絞り加工を施すための雄金型のパンチと、該パンチとともに該ブランクを成形して深絞り加工を施すための雌金型のダイスと、該ブランクの成形時のしわ発生を防止するために該ダイスを保持するダイスホルダ上の該ブランクを押圧するしわ押さえと、からなる深絞り加工装置において、前記パンチの側壁面には点状および線状、あるいは点状または線状の多数の窪みが略全面に凹設され、前記パンチおよび前記ダイスの間隙は加工前の前記ブランクの板厚よりも小さく形成され、前記しわ押さえおよび前記ダイスの間隙は加工前の前記ブランクの板厚と略同一となるように保持される、構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、深絞り用パンチおよびこのパンチを使用した深絞り加工機に関し、より詳しくは一度の絞り加工で絞り直径に対する絞り高さの比が２を超える深絞りが可能な深絞り用パンチおよびこのパンチを使用した深絞り加工機に関する。

金属板成形法の中の１つである絞り加工は、一枚の金属の薄板からつなぎ目のない底付き容器を作る加工法であり、円筒形状をした底付き容器を絞り加工で成形する場合、深さが円筒の直径よりも深くなるような絞り加工を深絞り加工と呼んでいる。しかしながら、非特許文献１にも記載されているように、一度に加工できる高さと直径の比率（以下、「高さ／直径」を「絞り加工比」ということとする。）は１．０程度が限界でその限界近くまで加工しようとすると金型、油、機械の調整などがより厳しいものになっていく特性があり、実際にはそこまで一度に加工せずに最初は絞り加工比を０．５あるいはそれ以下にしておき、追い絞り加工で必要な高さ（深さ）にするのが一般的である。

深絞り加工に関する発明には、例えば、特許文献１に開示の「深絞り加工方法および深絞り加工装置」、特許文献２に開示の「深絞り加工装置」、特許文献３に開示の「深絞り加工装置」、がある。

特許文献１に開示の「深絞り加工方法および深絞り加工装置」は、「限界絞り比の高い立体的な成形が可能であると共に、原反利用率の向上を達成することができる深絞り加工方法および深絞り加工装置を提供する」ことを課題とし、当課題の解決手段を「ダイの表面における第１の領域で原反の滑りを許容することによって、この第１の領域では原反を滑らかに塑性変形させて、限界絞り比の高い立体的な絞り込みを行う。またそれと共に、第１の領域よりも外側の第２の領域では原反に対して原反押え板を強固に押圧させることによって、この部分ではダイの表面に原反を固定し、しわや歪みの発生を第１の領域内に止めて、第２の領域の外側にまでは波及させないようにする」こととしている。また、特許文献２に開示の「深絞り加工装置」は、「単一の金型で、かつ１回の成形によって良好な深絞り製品が得られ、優れた生産性及び生産コストの大幅な抑制が期待できる深絞り加工装置を提供する」ことを課題とし、当課題の解決手段を「下型ベースと、上型ベースと、下型ベースに設けられたパンチと、上型ベースに設けられてダイス穴が形成されたダイとを備え、上型ベースの下降によってパンチをダイス穴に挿入してワークを深絞り加工する深絞り加工装置であって、パンチの工具部の外周面に沿って環状の周溝を複数凹設すると共に、ダイス穴がテーパ部と、このテーパ部の小径端部に連続形成されている筒状のストレート部を有する」深絞り加工装置としている。そして、特許文献３に開示の「深絞り加工装置」は、「板材に最適な加熱および冷却を施すことにより、限界絞り比を増大させてより深い製品の加工を可能とするとともに、製品の板厚の均一性を制御することのできる深絞り加工装置を提供する」ことを課題とし、当課題の解決手段を「板材に深絞り加工を施すためのパンチと、前記パンチとともに前記板材を成形して深絞り加工を施すためのダイスと、前記板材の成形部周縁のしわ発生を防止するためのしわ押さえ部と、前記しわ押さえ部によって保持される部分の前記板材を直接加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルによる前記板材の加熱量を制御する加熱制御部と、前記パンチによって成形される部分の前記板材を冷却するための冷却手段とを有する」深絞り加工装置としている。

http://www.iguma.com/tech/shibori4.htm

特開２００２−１７８０４６号公報特開２００３−２００２２５号公報特開２００８−１７３６５５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の「深絞り加工方法および深絞り加工装置」では、「第１の領域よりも外側の第２の領域では原反に対して原反押え板を強固に押圧させる」ことから当加工装置の複雑化、大型化が避けられない。また、特許文献２に開示の「深絞り加工装置」では、深絞り加工装置の構成が「パンチの工具部の外周面に沿って環状の周溝を複数凹設すると共に、ダイス穴がテーパ部と、このテーパ部の小径端部に連続形成されている筒状のストレート部を有する」など複雑であってメンテナンスも容易ではない。そして、特許文献３に開示の「深絞り加工装置」では、「しわ押さえ部によって保持される部分の板材を直接加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルによる板材の加熱量を制御する加熱制御部と、パンチによって成形される部分の板材を冷却するための冷却手段とを有する」ことから、当加工装置の構成が複雑となっている。

そこで、本発明は、深絞りに適した加工機であって、小型化が可能で装置の構成も比較的単純であって、絞り加工比が２以上となる深絞り加工機を提供することを目的とする。

本出願人は、鋭意研究の結果、円柱状のパンチの側壁面に窪みを設けることにより今まで限界とされてきた絞り加工比が２を優に超える深絞り加工ができることを見いだした。本発明は、この知見に基づくものである。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る深絞り用加工機は、平板状のブランクに深絞り加工を施すための円柱状の雄金型の深絞り用パンチと、該パンチとともに該ブランクを成形して深絞り加工を施すための雌金型のダイスと、該ブランクの成形時のしわ発生を防止するために該ダイスを保持するダイスホルダ上の該ブランクを押圧するしわ押さえと、からなる深絞り加工装置において、前記パンチには、パンチ肩Ｒ部分を除いた該パンチの側壁面に点状および円周方向に略平行な線状、あるいは点状または線状の多数の窪みが略全面に凹設され、前記パンチおよび前記ダイスの間隙は加工前の前記ブランクの板厚よりも小さく形成され、前記しわ押さえおよび前記ダイスホルダの間隙は加工前の前記ブランクの板厚と略同一となるように保持され、前記しわ押さえは前記ダイスホルダと一体の支点に軸支される梃子に作用点で押圧され、該しわ押さえからの反力方向は該支点および該作用点を結ぶ方向に略一致する、ことを特徴としている。なお、点状の「点」には円周方向に対して縦長の点や横長の点が含まれ、線状の「線」には円周方向に略平行な直線や螺旋それに破線も含まれる。
また、本願請求項２に係る深絞り用加工機は、請求項１に記載の深絞り用加工機であり、前記窪みの円周方向に直交する縦断面は略すり鉢状であって、前記パンチの側壁面の仮想線および該パンチの先端側における該窪みが形成する接線との交角は該パンチの側壁面の仮想線および該パンチの後端側における該窪みが形成する接線との交角よりも小さい、ことを特徴としている。なお、パンチの側壁面の仮想線とは窪みがない状態を仮想したパンチの側壁面が形成する線をいう。
そして、本願請求項３に記載の深絞り用加工機は、請求項１または請求項２に記載の深絞り用加工機であって、前記パンチの側壁面を先端側から見通ししたときに前記窪みは重なり合っている、ことを特徴としている。
さらに、本願請求項４に係る深絞り用加工機は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の深絞り用加工機であって、前記窪みの見付け面積の総和は該窪みが凹設されている部分の前記パンチの側面の総面積の略１０％ないし６０％である、ことを特徴としている。なお、見付け面積とは、窪みにおける窪んだ部分の内面積を含まない側壁面に現れた面積をいう。
また、本願請求項５に係る深絞り加工機は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の深絞り加工機であって、前記ブランクの両面には汎用潤滑油が塗布される、ことを特徴としている。

上記構成により本願発明は以下の効果を奏する。
（１）パンチの側壁面に多数の点状や線状の窪みを全面に亘って凹設することで、一度の絞り加工で絞り高さを絞り直径で除した絞り加工比を２以上とすることができる。
（２）窪みの縦断面におけるパンチの先端側における側壁面が形成する仮想線と窪みが形成する線との交角をパンチの後端側における交角よりも小さくすることにより、絞り加工後のブランクの抜き出しが容易となる。
（３）窪みをパンチの側壁面を先端側から見通ししたときには重なり合っているように形成することで、斑のない深絞りを行うことができる。
（４）上記の効果は概ね窪みの見付け面積の総和をパンチの側面の総面積の略１０％ないし６０％とすることで発揮される。
（５）ダイスにパンチを挿入したときの間隙を加工前のブランクの板厚よりも小さく形成することにより、円滑な深絞りを行うことができる。このようにダイスとパンチの関係を保持することにより、絞り加工中のブランクには窪みの点状や線状の模様が転写され、ブランクはパンチの底面とともにパンチの側壁面にも引き摺られて伸び変形し、無理なく絞り加工比が２を優に超える深絞り加工ができると考えられる。このために従来の１／１０程度の押圧力でパンチを押進させることができる。
（６）しわ押さえをダイスホルダと一体の支点に軸支される梃子に作用点で押圧し、しわ押さえからの反力方向を支点と作用点とを結ぶ方向に略一致させることにより、しわ押さえからの反力は梃子に圧縮力となって作用するので、しわ押さえを押圧する油圧が不要となる。これにより、先の「従来の１／１０程度の圧力でパンチを押進させることができる」効果と相俟って、深絞り加工機の構成部材を少なくするとともに小型化を図ることができる。
（７）本発明に係る深絞り加工機では、油性剤や極圧添加剤が添加された特殊なプレス加工油をブランクの両面に塗布する必要はなく、一般的な汎用潤滑油で代用することができる。このため、一般家庭で使用されている粘性のある台所用洗剤（例えば、商品名「ママレモン」（登録商標））でも不都合なく代用ができるし、台所用洗剤を使えば深絞り加工後のブランクの洗浄にも兼用できる。

図１は、実施例に係る深絞り加工機の模式図である。。図２は、図１におけるII部拡大詳細図である。

以下、本願発明を実施するための形態に係る深絞り加工機について、図１および図２に基づいて説明する。なお、図１および図２において、符号１は実施例に係る深絞り加工機、符号１１はパンチ、符号１３は窪み、符号１５はパンチホルダ、符号２１はダイス、符号２３はダイスホルダ、符号３１はしわ押さえ、符号３３は梃子、符号３３１は支点、符号３３３は作用点、符号３５は支柱、符号３７は腕木、符号４１はブランク、である。

深絞り加工機１は、主に、ブランク４１に深絞り加工を施すための雄金型のパンチ１１と、パンチ１１とともにブランク４１を成形して深絞り加工を施すための雌金型のダイス２１と、ブランク４１の深絞り加工時のしわ発生を防止するためのしわ押さえ３１と、から構成されている。

パンチ１１は円柱状を呈していて、パンチ１１の先端の角部には丸みが付けられ、この丸みのことをパンチ肩Ｒという。パンチ１１は上部に位置するパンチホルダ１５に着脱自在に保持されていて、さらに、パンチホルダ１５は図示外の油圧に連設されている。そして、パンチ１１の側壁面には線状の窪み１３が凹設されている。

この線状の窪み１３は、側面から見て平行な筋となっているが、螺旋状であっても構わない。また、窪み１３を点状としても良いことは勿論であって、点状および線状の組み合わせとすることもできる。そして、窪み１３のパンチ１１の円周方向に直交する縦断面は、略すり鉢状を呈していて、パンチ１１の先端側においては、パンチ１１の側壁面が形成する仮想線（図２の点線部分）および窪み１３が形成する接線（図２の一点鎖線部分）との交角θ_ｆはパンチ１１の後端側における交角θ_ｒよりも小さくなるように、すなわち、θ_ｆ＜θ_ｒとなるように形成されている。このようにすることで、絞り加工後のブランク４１の抜き出しが容易となる。仮にθ_ｆ＞θ_ｒ、あるいはθ_ｆ＝θ_ｒとした場合に、絞り加工後のブランク４１を抜き出そうとするとブランク４１自体に横皺が生じてしまうことが、実験の結果、明らかになっている。

ダイス２１は雌金型であって、パンチ１１がブランク４１を引き込みながら絞り込むために必要となる大きさの穴（ダイス穴）が開けられている。ダイス２１の直径、すなわち、ダイス穴径はパンチ１１の直径にブランク４１の加工前の板厚の２倍よりも小さい数値を加えたものとなっている。実施例における板厚０．２４ｍｍのブランク４１の場合には、パンチ１１の直径に０．４２ｍｍを加えた数値をダイス穴径としていて、パンチ１１とダイス２１との間隙は０．２１ｍｍとなっている。また、ダイス穴の入り口のコーナー部には、パンチ１１の先端の角部に付けられ丸みと同様に丸みが付けられていて、この丸みをダイス肩Ｒという。なお、パンチ１１およびダイス２１の間隙は加工前のブランク４１の板厚よりも小さく形成する、としているが、この間隙はブランク４１の板厚の８０％ないし９０％が好ましく、実施例では、
パンチ１１およびダイス２１の間隙＝０．２１ｍｍ
ブランク４１の板厚＝０．２４ｍｍ
すなわち、パンチ１１およびダイス２１の間隙／ブランク４１の板厚＝０．２１ｍｍ／０．２４ｍｍ＝８７．５％となっている。

ダイス２１は下部に位置するダイスホルダ２３に着脱可能に保持されている。そして、パンチホルダ１５からは上方に延伸する支柱３５が固着されていて、その中間部からは内側に伸びる腕木３７が突設され、その先端部は支点３３１となって梃子３３が回動自在に軸支されている。すなわち、支点３３１はダイスホルダ２３に一体となった腕木の一部となっていてダイスホルダ２３に支持されている。なお、腕木３７の高さは調整可能となっていて、ダイス２１上のブランク４１をはさみ込んだ状態のしわ押さえ３１との離間距離を最適なものとし、後述する梃子３３が有効にしわ押さえ３１を押圧することができるようになっている。

しわ押さえ３１は円盤の中央に貫通孔が貫設されたドーナッツ状を呈していて、ダイス２１上に載置されたブランク４１をその上から抑えて絞り加工工程でしわが生じないようにする役目を担っている。そして、この貫通孔をパンチ１１が挿通する。しわ押さえ３１を所定の圧力で抑えるのは前述した梃子３３であり、しわ押さえ３１と梃子３３の先端の接触部が作用点３３３である。

つぎに、深絞り加工機１を使用した深絞り加工例を工程順に説明する。
（１）まず、ブランク４１をダイス２１上に載置する。
（２）つぎに、ダイス２１としわ押さえ３１で両面に汎用潤滑油を塗布したブランク４１をはさみ込み、梃子３３を回動させてしわ押さえ３１を押圧するようにセットする。この際、ダイス２１、ブランク４１およびしわ押さえ３１の相互の間に隙間が生じないように腕木３７の高さを調整しておくとともに、支点３３１と作用点３３３を結ぶ線はしわ押さえ３１に対する垂直線となるようにセットする。その上で絞り加工中に梃子３３が移動しないように図示外のストッパーで梃子３３を固定する。

（３）深絞り加工機１のパンチホルダ１５に固定されたパンチ１１が下降すると、まず、パンチ１１の先端部に接触したブランク４１はダイス２１が形成するダイス穴の中へと押し込まれて行く。このとき、パンチ１１およびダイス２１の間隙がブランク４１の板厚（０．２４ｍｍ）よりも０．０３ｍｍ小さくなっている（０．２１ｍｍ）ため、ブランク４１には点状や線状の窪み１３の模様が転写され、パンチ１１の底面ばかりでなくパンチ１１の側壁面にも引き摺られてブランク４１は伸び変形する。このときのプレス力は、例えば、絞り直径を１５３ｍｍφとした場合、従来の１／１０程度の５０ｋＮ程度の力で済む。
（４）さらに絞り加工が進行してゆくと、ダイス穴より外側に残っているブランク４１は、パンチ１１がダイス穴に押し込まれるのに連動してダイスの穴方向へと順次引き寄せられて行く。この過程において、ブランク４１にはダイス穴方向へ引き寄せられる力によって、２次的に板幅方向に圧縮応力が作用し、この圧縮応力によってブランク４１は板幅方向に縮められながらダイス穴へと絞り込まれるため、しわが発生する危険があるが、上からブランク４１を抑えつけるしわ押さえ３１によりしわの発生が防止される。

（５）絞り加工終了後にはパンチ１１を上昇させて、パンチ１１から絞り込んだ容器を離脱させる。この場合、窪み１３における交角がθ_ｆ＜θ_ｒとなるように形成されているため、パンチ１１を絞り込んだ容器からスムーズに離脱させることができる。
（６）ブランク４１の周辺部がダイス穴にまだ絞り込まれないで、帽子のツバのような形状として残っている部分をフランジ部と呼ぶが、フランジ部を残したままで終了した絞り容器のフランジ外周部、あるいは、フランジ部を残さないですべて絞り込んだ容器の口辺部は、不揃いになっていたり、波打ったりしているため、後工程で口辺部を丸めたりあるいはカットしたりする。

なお、深絞り加工機１では、絞り直径を１５３ｍｍφとした場合、絞り加工比が６．０程度まで可能となっている。

１実施例に係る深絞り加工機
１１パンチ
１３窪み
１５パンチホルダ
２１ダイス
２３ダイスホルダ
３１しわ押さえ
３３梃子
３３１支点
３３３作用点
４１ブランク

Claims

平板状のブランクに深絞り加工を施すための円柱状の雄金型の深絞り用パンチと、該パンチとともに該ブランクを成形して深絞り加工を施すための雌金型のダイスと、該ブランクの成形時のしわ発生を防止するために該ダイスを保持するダイスホルダ上の該ブランクを押圧するしわ押さえと、からなる深絞り加工装置において、
前記パンチには、パンチ肩Ｒ部分を除いた該パンチの側壁面に点状および円周方向に略平行な線状、あるいは点状または線状の多数の窪みが略全面に凹設され、
前記パンチおよび前記ダイスの間隙は加工前の前記ブランクの板厚よりも小さく形成され、
前記しわ押さえおよび前記ダイスホルダの間隙は加工前の前記ブランクの板厚と略同一となるように保持され、
前記しわ押さえは前記ダイスホルダと一体の支点に軸支される梃子に作用点で押圧され、該しわ押さえからの反力方向は該支点および該作用点を結ぶ方向に略一致する、ことを特徴とする深絞り加工機。
前記窪みの円周方向に直交する縦断面は略すり鉢状であって、前記パンチの側壁面の仮想線および該パンチの先端側における該窪みが形成する接線との交角は該パンチの側壁面の仮想線および該パンチの後端側における該窪みが形成する接線との交角よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の深絞り加工機。
前記パンチの側壁面を先端側から見通ししたときに前記窪みは重なり合っている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の深絞り加工機。
前記窪みの見付け面積の総和は該窪みが凹設されている部分の前記パンチの側壁面の総面積の略１０％ないし６０％である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の深絞り用加工機。
前記ブランクの両面には汎用潤滑油が塗布される、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の深絞り加工機。