JP6418995B2

JP6418995B2 - プレス成形方法

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Inventors: 友治清水
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Description

本発明は、プレス成形方法に関するものであり、特に円板形状のブランク材から、中央部に有底円筒状の張出部を有し、該張出部の周囲に平坦な外周部が環状に拡がる最終成形品をプレス成形するプレス成形方法に関する。

昨今の自動車軽量化の要求に応えるべく、例えば車体フレームなどの構造部材に高張力鋼板（ハイテン材）を用いることが多くなっている。これは同じ強度を確保する場合に高張力鋼板であれば一般鋼材よりも薄肉化できることによるものであるが、高張力鋼板のプレス加工は一般鋼材よりも格段に難しく、成形中に割れやすい、しわが発生しやすい、スプリングバックが大きい等の技術的課題も多い。特に厚さが５ｍｍ以上の厚板高張力鋼板となると確立されたプレス成形技術がないのが現状である。

ところで、自動車のブレーキシステムとして現在主流となっているのはディスクブレーキシステムである。従来ディスクブレーキシステムを構成する円板状のブレーキディスクは、普通鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の鋳造により中間製品を形成し、これを切削加工により所望の形状に仕上げるという工程によって製造されている。例えば特許文献１には、ディスク鋳型に上部から溶鉄を注いでブレーキディスクを鋳造する技術が開示されている。また特許文献２には、ディスクブレーキ用のベンチレーテッドディスクを鋳型及び中子を用いた鋳造工程と、その後の切削工程とから製造する技術が開示されている。

特開平０３−１５１１３８号公報特開２００４−０２５１９０号公報

ブレーキディスクを鋳造及び切削加工によって製造する場合、鋳造工程において鋳型に金属溶湯を流し込んだ後に所望の形状に固めるために冷却する時間が必要となり、鋳造した中間製品を切削工程で精度よく切削するにも時間がかかるため、一般に工期が長くなる。また、鋳造及び切削による加工だと切削屑が出るため材料コストもかさんでしまうため、より効率のよい製造方法が求められている。

鋳造及び切削によって製造するよりも効率よくブレーキディスクを製造する方法の一つとして、厚板高張力鋼板を冷間プレス加工することが考えられる。プレス加工であれば加工時間は極めて短くなり、切削のように屑も発生しないため材料コストも抑えられる。ただしブレーキディスクは、その円板形状の中央部に形成され、シャフト及びタイヤホイールが取り付けられる取付フランジにおいても、取付フランジの周囲に形成され、摩擦パッドが当接するローター部分においても高い平坦性が求められるため、厚板高張力鋼板を従来の冷間プレス方法で加工しても製造が難しく、実用化されてこなかった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、平坦性が求められる部位において高い平坦度を確保できるプレス成形方法を提供することを目的とする。

上記目的のため、本発明は、円板形状のブランク材から、中央部に有底円筒状の張出部を有し、該張出部の周囲に平坦な外周部が環状に拡がる最終成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、前記最終成形品において前記外周部となる前記ブランク材の周端部を固定手段によって挟持して固定した上で、前記ブランク材の中央部に、前記最終成形品における前記張出部の張出方向の深さよりも深く、かつ前記張出部の径よりも小さい径で半球状に張り出させた凹部を絞り加工によって形成する第一工程と、前記凹部の深さを前記張出部の張出方向の深さに近づけるように、かつ前記凹部の径を前記張出部の径に近づけるように、前記凹部に当接する端面の稜角部が落とされたテーパー円柱状パンチで前記凹部をプレス成形する第二工程と、前記第二工程でプレス成形された後の前記凹部を、前記凹部に当接する端面が平坦な円柱状パンチでプレス成形する第三工程と、を有するプレス成形方法を提供する（発明１）。

なお、本発明においてテーパー円柱状パンチとは、パンチ全体の形状がテーパー円柱状である場合のみならず、プレス成形時にプレスする対象物に対して当接する部分、すなわち実質的にパンチとして機能する部分のみがテーパー円柱状で、当該部分の上部がプレス成形装置においてパンチを上下動させるために適した形状やプレス成形装置の構造に合わせた形状となっているものも含む概念である。また、本発明において円柱状パンチとは、パンチ全体の形状が円柱状である場合のみならず、プレス成形時にプレスする対象物に対して当接する部分、すなわち実質的にパンチとして機能する部分のみが円柱状で、当該部分の上部がプレス成形装置においてパンチを上下動させるために適した形状やプレス成形装置の構造に合わせた形状となっているものも含む概念である。

さらに、本発明において張出部や凹部の深さとは、張出部や凹部の外形上の深さをいい、ブランク材の上端面から当該部分のブランク材の上端面から最も離れている一点までの距離に相当する。また、本発明において張出部や凹部の径とは、張出部や凹部の外形上の径をいい、ブランク材から張り出した当該部分のブランク材に接する外端部における対向する二点間の距離に相当する。

上記発明（発明１）によれば、ブランク材の周端部の平坦性が後続のプレス成形の過程において失われないように固定手段によって挟持して固定した上で、第一工程において、元のブランク材の板厚よりも薄く、最終成形品において張出部を形成することとなる薄肉の凹部を形成し、この薄肉の凹部を第二工程及び第三工程において、最終成形品で求められる張出部の形状に段階的にプレス成形していくことができるため、単純に一度のプレス工程でプレス成形できない厚板高張力鋼板であってもプレス成形することが可能となる。また、最初に第一工程で薄肉の凹部を最終成形品における張出部の深さよりも深く形成しておき、その後にテーパー円柱状パンチを用いてプレス成形する第二工程と、円柱状パンチを用いてプレス成形する第三工程とにおいて、徐々に凹部を広く浅くして張出部をプレス成形していくことにより、薄肉の凹部以外の部位の変形を抑えることができるため、最終成形品において外周部となるブランク材の周端部のような平坦性が求められる部位において高い平坦度を確保できる。

上記発明（発明１）においては、前記第二工程がｎ回のプレス成形工程を有し、ｎ回目のプレス成形工程において用いられる前記テーパー円柱状パンチのテーパー度合が、ｎ−１回目のプレス成形工程において用いられる前記テーパー円柱状パンチのテーパー度合よりも小さいことが好ましい（発明２）。

上記発明（発明２）によれば、第二工程において徐々にテーパー円柱状パンチのテーパー度合を小さくしながら複数回プレス成形することにより、無理なく徐々に凹部を広く浅くしていくことができると共に、最終成形品において外周部となる部分のみならず張出部の円形底部となる部分の平坦性も高めていくことができる。

上記発明（発明１，２）においては、前記第二工程で用いられるダイが中央部に窪みを有することが好ましい（発明３）。

上記発明（発明３）によれば、第二工程のプレス成形の過程で発生するしわを、最終成形品において張出部の円形底部となる部分の中央部に寄せることができる。

上記発明（発明１〜３）においては、前記第三工程で用いられるダイが中央部及び周端部に窪みを有することが好ましい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、第三工程のプレス成形の過程で発生するしわを、最終成形品において張出部の円形底部となる部分の中央部及び周端部に寄せることができる。

上記発明（発明１〜４）に係るプレス形成方法は、特に前記ブランク材が引張強度２７０〜４４０ＭＰａ、厚さ６〜１２ｍｍの高張力鋼板である場合に好適である（発明５）。また、上記発明（発明１〜５）に係るプレス成形方法は、特に前記最終成形品がブレーキディスク用プレス成形体である場合に好適である。

本発明に係るプレス成形方法によれば、平坦性が求められる部位において高い平坦度を確保できる。

本発明の一実施形態における最終成形品の構造を示す説明図である。最終成形品をさらに加工して製造される自動車用ブレーキディスクを示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形装置を概念的に示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形方法の流れを説明するフロー図である。同実施形態に係るプレス成形方法の流れを模式的に示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形方法の第一工程を模式的に示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形方法の第二Ａ工程を模式的に示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形方法の第二Ｂ工程を模式的に示す説明図である。同実施形態に係るプレス成形方法の第三工程を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態においては、ブランク材Ｂとして厚板高張力鋼板を用い、図１に示すようなブレーキディスク用プレス成形体１００をプレス成形する。図１（ａ）はブレーキディスク用プレス成形体１００の平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図である。ブレーキディスク用プレス成形体１００に対して穴あけ加工等を行って、最終的に図２に示すような自動車用ブレーキディスク２００が製造される。

本実施形態でプレス加工されるブランク材Ｂは、板厚が９ｍｍの４４０Ｍｐａ級高張力鋼板（ＳＰＨ４４０）を直径Ｒが２６０ｍｍとなるように円板形状に打ち抜いたものである。ブランク材Ｂの材料はこれに限られるものではなく、最終成形品の形状や用途によって適宜選択されるべきものであるが、本実施形態のプレス成形方法は高張力鋼板のプレス成形に好適であり、中でも引張強度が２７０〜４４０ＭＰａ、板厚が６〜１２ｍｍの厚板高張力鋼板のプレス成形に特に好適である。また、鋼板種類も特に限定されないが、特に熱間圧延鋼板（ＳＰＨ）に好適であり、ＳＰＨＣ、ＳＰＨＤ、ＳＰＨＥ、ＳＰＨＦの何れにも適用可能である。

ブレーキディスク用プレス成形体１００は、ブランク材Ｂを後述のプレス成形方法でプレス成形してなるものであり、中央部に張出部１１０を有し、張出部１１０の周囲に平坦な外周部１２０が拡がる形状を有している。張出部１１０は略正円形状の円形底部１１１の周端部から円筒形状の側壁１１２が（図１における）鉛直上方向に延設された有底円筒形状を有する。側壁１１２の円形底部１１１とは反対側に位置する端部からは外周部１２０が（図１における）水平方向外側に向かって環状に拡がっている。図１（ａ）に示すように、ブレーキディスク用プレス成形体１００の外周部１２０の外周端によって形成される正円と、張出部１１０の外周端によって形成される正円とが略同心となっている。

外周部１２０の厚みｔ_１はブランク材Ｂの板厚とほぼ変わらず９ｍｍである一方、プレス成形された張出部１１０の厚みはブランク材Ｂの板厚より薄くなっており、円形底部１１１の厚みｔ_２が５．４ｍｍ、側壁１１２の厚みｔ_３が４．９ｍｍとなっている。また、円形底部１１１と側壁１１２とによって構成される張出部１１０の深さｄは３０．５ｍｍ、張出部１１０の直径ｒは１６６ｍｍとなっている。なお、ブレーキディスク用プレス成形体１００の直径はブランク材Ｂとほとんど変わらず２６０ｍｍとなっている。

自動車用ブレーキディスク２００は、中央部に取付フランジ２１０を有し、取付フランジ２１０の周囲に平坦なディスクロータ２２０が拡がる円盤形状を有している。取付フランジ２１０にはその中央に車軸のハブユニット（不図示）が嵌合する正円形状の軸孔２１１が穿設されており、さらに軸孔２１１の周囲にはタイヤホイール（不図示）を固定するためのボルト（不図示）を突出させるための固定孔２１２が等間隔に５つ穿設されている。ブレーキディスク用プレス成形体１００の張出部１１０が自動車用ブレーキディスク２００の取付フランジ２１０に対応し、張出部１１０に軸孔２１１や固定孔２１２を穿設することで取付フランジ２１０になる。また、ブレーキディスク用プレス成形体１００の外周部１２０が自動車用ブレーキディスク２００のディスクロータ２２０に対応する。なお、自動車用ブレーキディスク２００のディスクロータ２２０の外周端によって形成される正円と、取付フランジ２１０の外周端によって形成される正円と、軸孔２１１とが略同心となっている。

なお、本実施形態では、最終的に図２に示すような自動車用ブレーキディスク２００を製造すべく、図１に示すような中央に有底円筒形状の張出部１１０を有する形状のブレーキディスク用プレス成形体１００をブランク材Ｂからプレス成形しているが、張出部１１０の形状が円錐台形の有底円筒形状のプレス成形体や、張出部１１０の円形底部１１１が略正円形状ではなく楕円形状となっているプレス成形体であっても本発明に係るプレス成形方法を適用可能である。

本実施形態においてブランク材Ｂからブレーキディスク用プレス成形体１００をプレス成形するプレス成形装置３００は、図３に示すように、ダイ３１０と、パンチ３２０と、ブランク材Ｂを挟持して固定する挟持手段たるブランクホルダ３３０とを備える。ダイ３１０とパンチ３２０とはプレス成形の工程に合わせて異なる形状を有するものが複数セット用意される。本実施形態においては、図４に示すように、ブランク材Ｂを第一工程（Ｓ１０２）、第二Ａ工程（Ｓ１０３）、第二Ｂ工程（Ｓ１０４）及び第三工程（Ｓ１０５）という四つの工程でプレス成形してブレーキディスク用プレス成形体１００を形成していくため、第一工程（Ｓ１０２）で用いられるダイ３１０ａとパンチ３２０ａ、第二Ａ工程（Ｓ１０３）で用いられるダイ３１０ｂとパンチ３２０ｂ、第二Ｂ工程（Ｓ１０４）で用いられるダイ３１０ｃとパンチ３２０ｃ、第三工程（Ｓ１０５）で用いられるダイ３１０ｄとパンチ３２０ｄ、以上合計４セットの異なる形状を有するダイとパンチのセットが用意されている。

続いて、本実施形態に係るプレス成形方法の流れを、図４〜図９を参照しながら説明する。本実施形態では、図４及び図５に示すように、ブランク材Ｂをプレス成形装置３００にセットし（Ｓ１０１）、第一工程としてブランク材Ｂの中央部に半球状の凹部Ｄを絞り加工で形成し（Ｓ１０２）、第二Ａ工程として当該凹部Ｄを浅く広くプレス加工して凹部Ｄ′を形成し（Ｓ１０３）、第二Ｂ工程として当該凹部Ｄ′をより浅く広くプレス加工して凹部Ｄ″を形成し（Ｓ１０４）、最後に第三工程として当該凹部Ｄ″を所望の形状になるようにプレス加工して張出部１１０を形成（Ｓ１０５）して最終成形品としてのブレーキディスク用プレス成形体１００が成形される。

具体的には、まずプレス成形の対象となるブランク材Ｂをプレス成形装置３００にセットし、ブランク材Ｂが後続のプレス成形の過程で動かないように固定する（Ｓ１０１）。本実施形態においては、ブランク材Ｂを固定する手段として、第二Ａ工程、第二Ｂ工程及び第三工程においてはブランクホルダ３３０を用いるが、第一工程においてのみダイ３１０ａとアッパーパッド３４０とを用いる。第一工程においてダイ３１０ａとアッパーパッド３４０とでブランク材Ｂを挟持する際、ダイ３１０ａとアッパーパッド３４０とが当接するのはブランク材Ｂの周端部であり、この当接する部分が最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００において外周部１２０となる。また、第二Ａ工程、第二Ｂ工程及び第三工程においてブランクホルダ３３０でブランク材Ｂを挟持する際も同様に、最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００において外周部１２０となるブランク材Ｂの周端部にブランクホルダ３３０が当接する。このようにダイ３１０ａとアッパーパッド３４０、又はブランクホルダ３３０でブランク材Ｂを挟持して固定することにより、ブランク材Ｂの周端部の平坦性が後続のプレス成形の過程において失われないため、最終的に外周部１２０の平坦度が高いブレーキディスク用プレス成形体１００を成形することができる。特に、外周部１２０の平坦度を高く維持するためには、ダイ３１０ａとアッパーパッド３４０、又はブランクホルダ３３０によってブランク材Ｂを約１５０〜２００ＭＰａの挟持圧力で挟持させることが好ましい。

第一工程では、ブランク材Ｂの中央部に、最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００における張出部１１０の張出方向の深さｄよりも深く、かつ張出部１１０の径ｒよりも小さい径で半球状に鉛直下方向に張り出させた凹部Ｄを絞り加工によって形成する（Ｓ１０２）。本実施形態においては、凹部Ｄの深さｄ_１は６０ｍｍ、直径ｒ_１は１１０ｍｍとなっているが、これに限られるものではない。また、本実施形態においては、凹部Ｄの直径ｒ_１とブランク材Ｂの直径Ｒとの比率（絞り率：Ｒ／ｒ_１）は約２．３６となっているが、本発明に係るプレス成形方法であれば絞り率を３．０以上としても対応可能である。

図６に示すように、第一工程で用いられるパンチ３２０ａは円柱部３２２ａの先端に半球部３２１ａを取り付けた形状を有しており、ブランク材Ｂに当接する側が半球状になっている。また、ダイ３１０ａは凹部Ｄの形状に対応した円柱状の窪み３１１ａが中心に設けられた断面視凹形状を有する。ブランク材Ｂをこのようなダイ３１０ａの上に載せ、上からアッパーパッド３４０で挟み込んで固定した上で、ダイ３１０ａを固定し、パンチ３２０ａを下動させてブランク材Ｂの中央部をダイ３１０ａ側に向かって押し込むことにより、凹部Ｄが絞り加工によって形成される。第一工程後の凹部Ｄが中央部に形成されたものを中間成形品Ｍとする。

厚板高張力鋼板を単純に一度のプレス工程でプレス成形しようとしても、全体的に薄くしながら所望の形状にプレスするためには相当なプレス荷重が必要となり、大きなプレス力をかけてしまうとそれだけプレス成形品には割れや亀裂、しわが発生しやすい。本実施形態のように、第一工程において、元のブランク材Ｂの板厚よりも薄く、最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０を構成することとなる薄肉の凹部Ｄを形成しておき、この薄肉の凹部Ｄを後続のプレス成形工程、すなわち第二Ａ工程、第二Ｂ工程及び第三工程において、求められる張出部１１０の形状に段階的にプレス成形していくことによって、単純に一度のプレス工程でプレス成形できない厚板高張力鋼板であってもプレス成形することが可能となる。また、最初に第一工程で薄肉の凹部Ｄを最終成形品における張出部１１０の深さよりも深く形成しておき、後続のプレス成形工程において徐々に凹部Ｄを広く浅くして張出部１１０をプレス成形していく場合、薄肉の凹部Ｄ以外の部位の変形を抑えることができるため、最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００において外周部１２０を構成することとなるブランク材Ｂの周端部の平坦性に影響が出ない。

続いて、第二工程では、凹部Ｄの深さｄ_１をブレーキディスク用プレス成形体１００における最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄに近づけるように、かつ凹部Ｄの径ｒ_１を張出部１１０の径ｒに近づけるように、凹部Ｄに当接する端面の稜角部が落とされたテーパー円柱状パンチで凹部Ｄをプレス成形する（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。本実施形態においては、第二工程が第二Ａ工程及び第二Ｂ工程の２回のプレス成形工程を有し、２回目のプレス成形工程である第二Ｂ工程において用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｃのテーパー度合が、１回目のプレス成形工程である第二Ａ工程において用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｂのテーパー度合よりも小さくなっている。このように第二工程において、徐々にテーパー円柱状パンチのテーパー度合を小さくしながら複数回プレス成形することにより、無理なく徐々に凹部を広く浅くしていくことができると共に、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分の平坦性も高めていくことができる。

なお、本実施形態においては第二工程として２回のプレス成形を行ったが、これに限られるものではなく、例えば３回あるいは４回のプレス成形工程から第二工程が構成されていても構わない。第二工程におけるプレス成形回数を増やせば増やすほど割れや亀裂、しわ等を発生させずに精度よくプレス成形することができるようになる一方、最終成形品を得るまでに必要な加工時間が増えていくため、ブランク材Ｂの材質及び最終成形品に求められる加工精度に応じて第二工程におけるプレス成形回数と、それぞれのプレス成形工程に用いるパンチ及びダイの形状とを適宜調整することが好ましい。

第二Ａ工程では、図７に示すように、第一工程によって凹部Ｄが中央部に形成された中間成形品Ｍをプレス成形装置３００のブランクホルダ３３０に挟持させて固定し、テーパー円柱状パンチ３２０ｂを下動させて中間成形品Ｍをダイ３１０ｂ側に向かって押し込むことにより、凹部Ｄの深さｄ_１をブレーキディスク用プレス成形体１００における最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄに近づけるように、かつ凹部Ｄの径ｒ_１を張出部１１０の径ｒに近づけるようにプレス成形されて、凹部Ｄ′が中央部に形成された中間成形品Ｍ´を得る（Ｓ１０３）。中間成形品Ｍ′における凹部Ｄ′の深さｄ_２は凹部Ｄの深さｄ_１よりは浅いが最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄよりは深くなっている。また、中間成形品Ｍ′における凹部Ｄ′の径ｒ_２は凹部Ｄの径ｒ_１よりは大きいが最終的な張出部１１０の径ｒよりは小さくなっている。

図７に示すように、第二Ａ工程で用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｂは端面３２１ｂが略正円形状であり、その端面３２１ｂから鉛直上方向に向かって徐々に拡径するテーパー部３２２ｂと、テーパー部３２２ｂの上部に位置する円柱部３２３ｂと、円柱部３２３ｂの上部に位置し、プレス成形装置３００の駆動手段（不図示）に取り付けられる取付部３２４ｂとから構成されている。また、第二Ａ工程で用いられるダイ３１０ｂは中央部に窪み３１１ｂが形成され、稜角部が落とされた円柱形状を有する。このようにダイ３１０ｂの中央部に窪み３１１ｂが形成されていることにより、第二Ａ工程のプレス成形の過程で発生するしわを、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分の中央部に寄せることができる。当該部分には、ブレーキディスク用プレス成形体１００から自動車用ブレーキディスク２００を製造する際に、正円形状の軸孔２１１が穿設されるため、平坦性が求められない。このように中央部にしわを寄せるようなダイ形状を採用することによって、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分において、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。さらに、ダイ３１０ｂは稜角部が落とされていることにより、周端部にも窪み３１２ｂが形成されており、この部分にもプレス時に肉が寄り易くなっている。張出部１１０の円形底部１１１の周端部は中央よりの部分よりも求められる平坦度が低いため、当該部分にしわを寄せるようなダイ形状とすることによって、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。

第二Ｂ工程では、図８に示すように、第二Ａ工程によって凹部Ｄ′が中央部に形成された中間成形品Ｍ′をプレス成形装置３００のブランクホルダ３３０に挟持させて固定し、テーパー円柱状パンチ３２０ｃを下動させて中間成形品Ｍ′をダイ３１０ｃ側に向かって押し込むことにより、凹部Ｄ′の深さｄ_２をブレーキディスク用プレス成形体１００における最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄに近づけるように、かつ凹部Ｄ′の径ｒ_２を張出部１１０の径ｒに近づけるようにプレス成形されて、凹部Ｄ″が中央部に形成された中間成形品Ｍ″を得る（Ｓ１０４）。中間成形品Ｍ″における凹部Ｄ″の深さｄ_３は凹部Ｄ′の深さｄ_２よりは浅いが最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄよりは深くなっている。また、中間成形品Ｍ″における凹部Ｄ″の径ｒ_３は凹部Ｄの径ｒ_１よりは大きいが最終的な張出部１１０の径ｒよりは小さくなっている。

図８に示すように、第二Ｂ工程で用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｃは端面３２１ｃが略正円形状であり、その端面３２１ｃから鉛直上方向に向かって徐々に拡径するテーパー部３２２ｃと、テーパー部３２２ｃの上部に位置する円柱部３２３ｃと、円柱部３２３ｃの上部に位置し、プレス成形装置３００の駆動手段（不図示）に取り付けられる取付部３２４ｃとから構成されている。また、第二Ｂ工程で用いられるダイ３１０ｃは中央部に窪み３１１ｃが形成され、稜角部が落とされた円柱形状を有する。第二Ｂ工程で用いられるダイ３１０ｃには第二Ａ工程で用いられるダイ３１０ｂを流用してもよい。このようにダイ３１０ｃの中央部に窪み３１１ｃが形成されていることにより、第二Ｂ工程のプレス成形の過程で発生するしわを、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分の中央部に寄せることができる。当該部分には、ブレーキディスク用プレス成形体１００から自動車用ブレーキディスク２００を製造する際に、正円形状の軸孔２１１が穿設されるため、平坦性が求められない。このように中央部にしわを寄せるようなダイ形状を採用することによって、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分において、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。さらに、ダイ３１０ｃは稜角部が落とされていることにより、周端部にも窪み３１２ｃが形成されており、この部分にもプレス時に肉が寄り易くなっている。張出部１１０の円形底部１１１の周端部は中央よりの部分よりも求められる平坦度が低いため、当該部分にしわを寄せるようなダイ形状とすることによって、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。

第二工程におけるテーパー円柱状パンチは、凹部Ｄや凹部Ｄ′に当接する端面の稜角部が落とされたものであるが、この稜角部の角の落とし方は、稜角部を丸めた形状にすることであってもよいし、稜角部を断面視直線的に切断することであってもよい。例えば、第二Ａ工程で用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｂでは、図７に示すように、テーパー部３２２ｂが断面視で略直線的に稜角部が切断された形状を有している。また、第二Ｂ工程で用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｃでは、図８に示すように、テーパー部３２２ｃが断面視で稜角部にアールを付けて丸めた形状を有している。

ただし、第二工程が複数のプレス成形工程を有する場合、複数のプレス成形工程によって段階的に第一工程で得た凹部Ｄの深さｄ_１をブレーキディスク用プレス成形体１００における最終的な張出部１１０の張出方向の深さｄに近づけ、かつ凹部Ｄの径ｒ_１を張出部１１０の径ｒに近づけていく必要があるため、徐々にテーパー度合が小さくなっていくことが求められる。本実施形態では、２回目のプレス成形工程である第二Ｂ工程において用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｃのテーパー度合が、１回目のプレス成形工程である第二Ａ工程において用いられるテーパー円柱状パンチ３２０ｂのテーパー度合よりも小さくなっている。

続いて、第三工程では、第二Ｂ工程でプレス成形された後の凹部Ｄ″を、凹部Ｄ″に当接する端面が平坦な円柱状パンチ３２０ｄでプレス成形する。第三工程では、図９に示すように、第二Ｂ工程によって凹部Ｄ″が中央部に形成された中間成形品Ｍ″をプレス成形装置３００のブランクホルダ３３０に挟持させて固定し、円柱状パンチ３１１ｄを下動させて中間成形品Ｍ″をダイ３１０ｄ側に向かって押し込むことにより、張出部１１０が中央部に形成されたブレーキディスク用プレス成形体１００を得る（Ｓ１０５）。

図９に示すように、第三工程で用いられる円柱状パンチパンチ３２０ｄは、端面３２１ｄが略正円形状であり、その端面３２１ｄから鉛直上方向に円柱が延びる円柱部３２２ｄと、円柱部３２２ｄの上部に位置し、プレス成形装置３００の駆動手段（不図示）に取り付けられる取付部３２３ｄとから構成されている。また、第三工程で用いられるダイ３１０ｄは中央部に窪み３１１ｄが形成され、稜角部が落とされた円柱形状を有する。第三工程で用いられるダイ３１０ｄには第二Ａ工程で用いられるダイ３１０ｂや第二Ｂ工程で用いられるダイ３１０ｃを流用してもよい。このようにダイ３１０ｄの中央部に窪み３１１ｄが形成されていることにより、第三工程のプレス成形の過程で発生するしわを、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分の中央部に寄せることができる。当該部分には、ブレーキディスク用プレス成形体１００から自動車用ブレーキディスク２００を製造する際に、正円形状の軸孔２１１が穿設されるため、平坦性が求められない。このように中央部にしわを寄せるようなダイ形状を採用することによって、ブレーキディスク用プレス成形体１００において張出部１１０の円形底部１１１となる部分において、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。さらに、ダイ３１０ｄは稜角部が落とされていることにより、周端部にも窪み３１２ｄが形成されており、この部分にもプレス時に肉が寄り易くなっている。張出部１１０の円形底部１１１の周端部は中央よりの部分よりも求められる平坦度が低いため、当該部分にしわを寄せるようなダイ形状とすることによって、平坦性が要求される部分の平坦度を高めることができる。

本実施形態に係るプレス成形方法は、最初に第一工程で薄肉の凹部Ｄを最終成形品であるブレーキディスク用プレス成形体１００における張出部１１０の深さｄよりも深く形成しておき、その後にテーパー円柱状パンチ３２０ｂ，３２０ｃを用いてプレス成形する第二Ａ工程及び第二Ｂ工程と、円柱状パンチ３２０ｄを用いてプレス成形する第三工程とにおいて、徐々に凹部Ｄを広く浅くして張出部１１０をプレス成形していくことにより、薄肉の凹部Ｄ以外の部位の変形を抑えることができるため、ブレーキディスク用プレス成形体１００において外周部１２０となるブランク材の周端部において高い平坦度を確保できる。また、張出部１１０の円形底部１１１の中央部や周端部のようにそれほど高い平坦性を要求されていない部分に肉逃げするようにダイ形状を工夫したことにより、張出部１１０の円形底部１１１の高い平坦性が要求される部分において高い平坦度を確保できる。

以上、説明したように、本実施形態に係るプレス成形方法は、特に最終成形品がブレーキディスク用プレス成形体１００である場合に好適に用いられる。ブレーキディスク用プレス成形体１００を従来のように鋳造及び切削加工によって製造するよりも工期は大幅に短縮され、切削のように屑も発生しないため材料コストも抑えられるため、生産の効率化、大幅なコストダウン、省エネルギー化につながる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。本実施形態では、自動車用ブレーキディスク２００を製造するためのブレーキディスク用プレス成形体１００を最終成形品としたプレス成形方法を説明したが、他の最終製品向けの最終成形品についても適用可能である。

本発明に係るプレス成形方法によれば、円板形状のブランク材から、自動車向けのブレーキディスク用プレス成形体やコンパニオンフランジ用プレス成形体等の最終成形品を効率的にプレス成形できる。

１００ブレーキディスク用プレス成形体（最終成形品）
１１０張出部
１１１円形底部
１１２側壁
１２０外周部
２００自動車用ブレーキディスク
２１０取付フランジ
２１１軸孔
２１２固定孔
２２０ディスクロータ
３００プレス成形装置
３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄダイ
３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄパンチ
３３０ブランクホルダ
３４０アッパーパッド

Claims

円板形状のブランク材から、中央部に有底円筒状の張出部を有し、該張出部の周囲に平坦な外周部が環状に拡がる最終成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
前記最終成形品において前記外周部となる前記ブランク材の周端部を固定手段によって挟持して固定した上で、
前記ブランク材の中央部に、前記最終成形品における前記張出部の張出方向の深さよりも深く、かつ前記張出部の径よりも小さい径で半球状に張り出させた凹部を絞り加工によって形成する第一工程と、
前記凹部の深さを前記張出部の張出方向の深さに近づけるように、かつ前記凹部の径を前記張出部の径に近づけるように、前記凹部に当接する端面の稜角部が落とされたテーパー円柱状パンチで前記凹部をプレス成形する第二工程と、
前記第二工程でプレス成形された後の前記凹部を、前記凹部に当接する端面が平坦な円柱状パンチでプレス成形する第三工程と、を有するプレス成形方法。
前記第二工程がｎ回のプレス成形工程を有し、ｎ回目のプレス成形工程において用いられる前記テーパー円柱状パンチのテーパー度合が、ｎ−１回目のプレス成形工程において用いられる前記テーパー円柱状パンチのテーパー度合よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のプレス成形方法。
前記第二工程で用いられるダイが中央部に窪みを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプレス成形方法。
前記第三工程で用いられるダイが中央部及び周端部に窪みを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
前記ブランク材が引張強度２７０〜４４０ＭＰａ、厚さ６〜１２ｍｍの高張力鋼板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
前記最終成形品がブレーキディスク用プレス成形体であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレス成形方法。