JP6197136B1 - カップ構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素材の周縁部の押圧される端面の平坦面を確保し、さらにバリの発生を防ぎながら鍛造によってカップ構造体を製造する。【解決手段】本明細書によって開示される異形品１の製造方法は、素材９をダイス（口元ダイス２１、成形ダイス２２）に装着する装着工程と、成形パンチ３１による素材９の周縁部の内側部分の押圧と同時に素材９の周縁部がパンチスリーブ３２によって押圧されるとともに、成形パンチ３１によって素材９の一部が逃がし穴２６に押し出されることで形成される突起部４の下方に空間Ｓが確保された状態で異形品１を整形する鍛造工程と、パンチスリーブ３２によって異形品１の周縁部８を押し出すことによって異形品１を成形パンチ３１から取り出す取出工程と、を備えたものである。【選択図】図３

Description

本明細書によって開示される技術は、鍛造によるカップ構造体の製造方法に関する。

従来、アルミニウム材等からなる有底筒状ケースとして、特開２０１４−２７５１６号公報（下記特許文献１）に記載のものが知られている。この有底筒状ケースは全体として略円筒状をなし、その側面に２つの開口部が設けられたものである。このような有底筒状ケースは、一般に切削加工によって形成されている。

特開２０１４−２７５１６号公報

上記のような有底筒状ケースはカップ構造体の一例であって、カップ構造体を鍛造によって形成しようとした場合、ダイスに素材を装着しておき、パンチによって素材を押圧することによって成形することになる。しかしながら、パンチによってダイスの内部に押し出された素材が閉ざされた空間で逃げ場を失い、素材の一部がダイスとスリーブの間に入り込むことでバリが発生することがある。また、カップ構造体のような異形品の場合には、パンチの圧力が均等にかかりにくい。このため、最も圧力がかかりにくく、端面欠肉となる箇所を基準として全体の圧力を設定するため、全体の圧力が高くなりやすく、バリが発生しやすくなる。このように、鍛造によるカップ構造体の製造は容易とはいえなかった。

本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法は、有底の円筒状をなすカップ構造体の出発材料となる素材が収容されるダイス穴が設けられているとともに、前記ダイス穴よりも径が小さい逃がし穴が前記ダイス穴から下方に連なって設けられたダイスと、前記ダイス穴に収容された前記素材の周縁部の内側部分を押圧する成形パンチと、前記成形パンチの外周に設けられ前記素材の周縁部を押圧するパンチスリーブと、を備えた鍛造プレス装置によって製造されるカップ構造体の製造方法であって、前記素材を前記ダイスに装着する装着工程と、前記成形パンチによる前記素材の周縁部の内側部分の押圧と同時に前記素材の周縁部が前記パンチスリーブによって押圧されるとともに、前記成形パンチによって前記素材の一部が前記逃がし穴に押し出されることで形成される突起部の下方に空間が確保された状態で前記カップ構造体に整形する鍛造工程と、前記パンチスリーブによって前記カップ構造体の周縁部を押し出すことによって前記カップ構造体を前記成形パンチから取り出す取出工程と、を備えたものである。

このようにすると、鍛造工程において成形パンチによる押圧に加えてパンチスリーブによる押圧が行われるため、素材の周縁部をパンチスリーブによって確実に押さえ込むことができ、成形パンチによる整形後にカップ構造体の周縁部にバリが発生することを防ぐことができる。また、素材の一部が成形パンチによって逃がし穴に押し出されて突起部が形成されることになるものの、突起部の下方に空間が確保されているため、全体の圧力を高く設定しても、素材が逃げ場を失うことに起因したバリの発生を防ぐことができる。

本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法は、以下のようにしてもよい。
前記鍛造プレス装置は、前記ダイスの前記逃がし穴に下方から進入するノックアウトピンを備え、前記鍛造工程では、前記突起部の下端と前記ノックアウトピンの上端との間に前記空間が確保されているものとしてもよい。
このようにすると、ノックアウトピンを進入させるための穴を逃がし穴として利用することができるから、既存のダイスに大幅な変更を加えることなくバリの発生を防ぐことが可能になる。また、当然のことながら、取出工程においてノックアウトピンによってカップ構造体をダイスから取り出すことができる。

前記鍛造工程では、前記パンチスリーブが前記ダイス穴に進入することで前記素材の周縁部が押圧されるものとしてもよい。
このような構成によると、パンチスリーブとダイスによって素材の周縁部を整形することができる。

本明細書によって開示されるカップ構造体の製造方法によれば、素材の周縁部の押圧される端面の平坦性を確保し、さらにバリの発生を防ぎながら鍛造によってカップ構造体を製造することができる。

装着工程を示した断面図 鍛造工程を示した断面図 図２の一部を拡大して示した拡大断面図 鍛造工程を示した断面図であって、図２の切断面とは直交する切断面における断面図 図４の一部を拡大して示した拡大断面図 取出工程を示した断面図 異形品の正面図 異形品の平面図 図８におけるＡ−Ａ線断面図 カップ状に形成された異形品の正面図

＜実施形態＞
実施形態を図１から図１０の図面を参照しながら説明する。本実施形態で製造される異形品１は、例えば自動車の距離測定用センサーに用いられる超音波センサーのカップ状ケースとされている。異形品１は、図７に示すように、略円筒状をなして上方に開口する筒部２と、筒部２の下端部に設けられた段付部３と、段付部３の下端部から下方に突出して設けられた突起部４とを備えて構成されている。図７に示す異形品１は中間製品であって、最終的には筒部２の下側部分が削られることによって図１０に示すカップ状の異形品１に形成される。一方、異形品１の出発材料となる素材９は、図１に示すように、略円柱状をなすアルミニウム合金熱処理材製の中実体（貫通孔がない塊）であって、素材９の上下面は必ずしも平面状である必要はなく任意形状とされている。

筒部２の内部には、図８に示すように、横長の略長円形状をなす有底の凹部５が設けられており、凹部５は平面視において横方向よりも縦方向のほうが短い扁平形状とされている。凹部５の内壁のうち縦方向に対向する位置には、円弧状に切り欠かれた切欠部６が凹設されている。この切欠部６は、図９に示すように、凹部５の開口部７に臨んで上方に開口する形態で設けられている。

以下においては、図８に示す異形品１の上面のうち凹部５の外周側を周縁部８というものとし、切欠部６の外周側も含めて周縁部８というものとする。また、筒部２の内径のうち横方向の寸法を内径Ｒ１とし、筒部２の内径のうち縦方向の寸法を内径Ｒ２とした場合に、内径Ｒ１は内径Ｒ２よりも大きいものとされている。したがって、周縁部８のうち凹部５に隣接する部分は、切欠部６に隣接する部分よりも薄肉に形成されている。

異形品１は、鍛造プレス装置１０によって素材９に冷間鍛造または温間鍛造を施すことにより製造されている。この鍛造プレス装置１０は、図１に示すように、口元ダイス２１と成形ダイス２２と下側ノックアウトピン２３とを備えて構成された下側装置２０と、成形パンチ３１とパンチスリーブ３２とピンホルダ３３と上側ノックアウトピン３４とを備えて構成された上側装置３０とによって構成されている。上側装置３０が下側装置２０に対して相対的に移動することによって異形品１の圧造が行われるようになっている。

口元ダイス２１は、成形ダイス２２の上面に載置されている。口元ダイス２１には、成形パンチ３１が進入可能な上側ダイス穴２４が上下方向に貫通して設けられている。上側ダイス穴２４の内径は、上下方向において一定とされている。一方、成形ダイス２２の上端部には、下方に向かうほど内径が小さくなる段付き状の下側ダイス穴２５が上下方向に貫通して設けられている。下側ダイス穴２５の上端における内径は、上側ダイス穴２４の下端における内径と同じである。

また、成形ダイス２２には、逃がし穴２６が下側ダイス穴２５の下端部から下方に連なって設けられている。逃がし穴２６の内径は、上下方向において一定とされ、下側ダイス穴２５の下端部の内径よりも小さい。逃がし穴２６には、下側ノックアウトピン２３が下方から進入可能とされ、下側ノックアウトピン２３の上端は、異形品１の取り出し時以外は逃がし穴２６の下部に位置している。上側ダイス穴２４と下側ダイス穴２５と逃がし穴２６とは互いに連通しており、全体として段付き状をなす一つの貫通孔を構成している。

成形パンチ３１は、異形品１の凹部５および切欠部６を整形するメイン押出部３５と、メイン押出部３５よりも大径のホルダ取付部３６とを備えて構成されている。ホルダ取付部３６は、ピンホルダ３３に取り付けられて固定されている。一方、パンチスリーブ３２は成形パンチ３１の外周に設けられており、異形品１の上面における周縁部８を整形するサブ押出部３７と、サブ押出部３７よりも大径のピン取付部３８とを備えて構成されている。ピンホルダ３３の上面には受圧板３９が配置され、この受圧板３９によってピンホルダ３３とホルダ取付部３６が上方に抜けることが抑制されている。ピン取付部３８には、複数の上側ノックアウトピン３４の下端部が当たっている。素材９の圧造時に、パンチスリーブ３２は成形パンチ３１による整形に伴い、素材９の上端面に当接することにより、上方に移動する。これにより、上側ノックアウトピン３４も上方に持ち上げられる。一方、整形後の異形品１を取り外すには、上側ノックアウトピン３４を鍛造プレス装置１０により下方へ移動させることにより、成形パンチ３１から異形品１を取り外す。

次に、本実施形態における鍛造プレス装置１０を用いた異形品１の製造方法について説明する。まず、装着工程では、素材９を上側ダイス穴２４に対して上方から挿入し、図１に示すように、下側ダイス穴２５に対して約半分の深さとなるように装着する。このとき、下側ダイス穴２５の底面と素材９の下面との間には所定の空間が確保されている。また、素材９の上面は、上側ダイス穴２４の下端部に位置している。

装着工程の次には、素材９の鍛造工程が行われる。鍛造工程は冷間鍛造または温間鍛造によって行われる。

ダイス穴２４、２５に収容された素材９に向けて成形パンチ３１およびパンチスリーブ３２を下降させる。下降操作の初期状態では、成形パンチ３１の下端面がパンチスリーブ３２の下端面よりもやや後退した位置（上方位置）にある。このため、パンチスリーブ３２が成形パンチ３１よりも先に素材９の上面に接触することになるものの、パンチスリーブ３２によって素材９が塑性変形することはない。パンチスリーブ３２は、図示しないコイルばね、サラばね等のばねを圧縮させながら成形パンチ３１に対して相対的に上方へ移動していく。この間、成形パンチ３１の下端面が素材９の上面に当接し、素材９の圧造が開始される。

素材９の圧造が開始されて成形パンチ３１により凹部５および切欠部６が所定の深さになったとき、パンチリスリーブ３２の先端（サブ押出部３７の端面）が素材９（製品）の上端面に当たり、周縁部８を整形する。図３および図５に示すように、素材９の周縁部はパンチスリーブ３２に押圧されることによって異形品１の周縁部８に整形され、素材９の周縁部の内側部分は成形パンチ３１に押圧されることによって異形品１の凹部５および切欠部６に整形されることになる。

素材９の一部は、図２および図４に示すように、逃がし穴２６を通って下方に流れ込むことで突起部４に整形されるものの、突起部４の下端と下側ノックアウトピン２３の上端との間には所定の空間Ｓが確保されているため、素材９の一部が逃げ場を失ってパンチスリーブ３２と口元ダイス２１の間に入り込み、バリの発生原因となることが抑制されている。この結果、異形品１の周縁部８は、図３および図５に示すように、成形パンチ３１とパンチスリーブ３２と口元ダイス２１とによって囲まれた領域に形成される。このようにして成形パンチ３１およびパンチスリーブ３２が下死点に到達すると、素材９の圧造が完了し、異形品１が形成される。このとき、周縁部８の端面と凹部５の底面とはいずれも平面に整形されるため、これらを鍛造加工とは別に切削加工によって平面に加工しなくてもよく、大幅に製造コストを低減することができる。

鍛造工程の次には、異形品１の取出工程が行われる。図２および図４に示すように、異形品１の凹部５と切欠部６は、成形パンチ３１の下端部に嵌合した状態となっている。この状態から下側ノックアウトピン２３を上方へ移動させると、下側ノックアウトピン２３の上端面が突起部４の下端に当接し、図６に示すように、異形品１が口元ダイス２１および成形ダイス２２の上方に押し出された状態となる。これと同時に、あるいはその直後に、上側ノックアウトピン３４を下方へ移動させることでパンチスリーブ３２を成形パンチ３１に対して相対的に下方へ移動させ、異形品１を成形パンチ３１の下端部から離脱させる。これにより、異形品１は、下側ノックアウトピン２３の上端面に載置された状態となる。この後、突起部４を切削加工によって削ることにより、図１０に示す異形品１が得られる。

以上のように本実施形態では、鍛造工程において成形パンチ３１による押圧に加えてパンチスリーブ３２による押圧が行われるため、素材９の周縁部をパンチスリーブ３２によって確実に押さえ込むことができ、成形パンチ３１による整形後に異形品１の周縁部８にバリが発生することを防ぐことができる。また、素材９の一部が成形パンチ３１によって逃がし穴２６に押し出されて突起部４が形成されることになるものの、突起部４の下方に空間Ｓが確保されているため、異形品１でない場合よりも全体の圧力を高く設定しても、素材９が逃げ場を失うことに起因したバリの発生を防ぐことができる。

鍛造プレス装置１０は、ダイス（成形ダイス２２）の逃がし穴２６に下方から進入するノックアウトピン（下側ノックアウトピン２３）を備え、鍛造工程では、突起部４の下端とノックアウトピンの上端との間に空間Ｓが確保されているものとしてもよい。
このようにすると、ノックアウトピンを進入させるための穴を逃がし穴２６として利用することができるから、既存のダイスに大幅な変更を加えることなくバリの発生を防ぐことが可能になる。また、当然のことながら、取出工程においてノックアウトピンによって異形品１をダイスから取り出すことができる。

鍛造工程では、パンチスリーブ３２がダイス穴に進入することで素材９の周縁部が押圧されるものとしてもよい。
このような構成によると、パンチスリーブ３２とダイスによって素材９の周縁部を整形することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では切欠部６が設けられた異形品１を例示しているものの、凹部５のみが設けられた異形品としてもよい。これ以外にも、例えば、有底の凹部を有する部品の周壁部分の厚さが一定でないものを異形品としてもよい。

（２）上記実施形態では口元ダイス２１と成形ダイス２２を備えて構成されたダイスを例示しているものの、口元ダイス２１と成形ダイス２２が一体となった一つのダイスとしてもよい。

（３）上記実施形態では逃がし穴２６に下側ノックアウトピン２３が下方から進入するものとされているものの、下側ノックアウトピン２３が進入する穴とは別に逃がし穴を設けてもよい。

（４）上記実施形態では口元ダイス２１の内部においてパンチスリーブ３２が素材９の周縁部を押圧しているものの、パンチスリーブ３２側に上型を設置し、上型の内部において素材９の周縁部を押圧するようにしてもよいし、成形ダイス２２の内部において素材９の周縁部を押圧するようにしてもよい。

（５）突起部４の断面形状は円形には限定されず、楕円形や角形等の異形形状にしてもよい。

（６）上記実施形態では凹部５と切欠部６を１工程で同時に加工しているものの、凹部５と切欠部６を別々の工程で行い、全体として２工程で加工するようにしてもよい。

（７）上記実施形態では素材９はアルミ合金熱処理材を用いているものの、アルミ材やアルミ合金材を用いてもよいし、これらの金属材料以外にも、炭素鋼、低合金鋼、銅、銅合金等、塑性加工が可能な金属材料を用いてもよい。

（８）上記実施形態では周縁部８の厚さが一定でない異形品１をカップ構造体の一例として説明しているものの、周縁部が均等の厚さで形成されたカップ構造体（周縁部の外周面と内周面とが同軸に配置されたカップ構造体）を用いてもよい。

（９）上記実施形態では突起部４が上下方向において同一の外径をなす円柱状とされているものの、下方に向かうほど外径が小さくなるようなテーパ形状をなす突起部としてもよい。このようにすると、突起部の下方ほど圧力がかかりやすくなり、徐々に荷重が大きくなるため、成形パンチ３１の下端面によって凹部５の底面を平面に整形しやすくなる。

１…異形品（カップ構造体）
８…（異形品１の）周縁部
９…素材
１０…鍛造プレス装置
２１…口元ダイス
２２…成形ダイス
２３…下側ノックアウトピン
２４…上側ダイス穴
２５…下側ダイス穴
２６…逃がし穴
３１…成形パンチ
３２…パンチスリーブ

Claims (3)

1. 有底の円筒状をなすカップ構造体の出発材料となる素材が収容されるダイス穴が開口して設けられているとともに、前記素材の端面が前記ダイス穴の開口を通して外部に露出し、前記ダイス穴よりも径が小さい逃がし穴が前記ダイス穴の開口とは反対側に連なって設けられたダイスと、
   前記素材の端面と対向する対向端面を有し、前記ダイス穴に収容された前記素材の端面における周縁部の内側部分を前記対向端面によって押圧する成形パンチと、
   前記成形パンチの外周に設けられ前記素材の端面における周縁部に当接するパンチスリーブと、を備えた鍛造プレス装置によって製造されるカップ構造体の製造方法であって、
   前記素材を前記ダイスに装着する装着工程と、
   前記成形パンチによる前記素材の端面における周縁部の内側部分の押圧と同時に前記素材の端面における周縁部に前記パンチスリーブが当接するとともに、前記成形パンチの前記対向端面によって前記素材の一部が前記逃がし穴に押し出されることで形成される突起部の奥側に空間が確保された状態で前記カップ構造体に整形する鍛造工程と、
   前記パンチスリーブによって前記カップ構造体の周縁部を押し出すことによって前記カップ構造体を前記成形パンチから取り出す取出工程と、を備えたカップ構造体の製造方法。
2. 前記鍛造プレス装置は、前記ダイスの前記逃がし穴に奥側から進入するノックアウトピンを備え、
   前記鍛造工程では、前記突起部の奥端と前記ノックアウトピンの端面との間に前記空間が確保されている請求項１に記載のカップ構造体の製造方法。
3. 前記鍛造工程では、前記パンチスリーブが前記ダイス穴に進入することで前記素材の端面における周縁部に当接する請求項１または請求項２に記載のカップ構造体の製造方法。

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