JP6686853B2 - プレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明はプレス成形装置に関する。

一般的に、薄板状の板金（以下、ブランクともいう）から所定の形状を有する板金部品を形成する場合は、プレス成形技術が用いられる。特許文献１には、板金の少なくとも２箇所の被加工部位に連続して絞り加工を施す固定型と可動型とからなる金型に関する技術が開示されている。

特許文献１に開示されている技術では、上型の両側に配置されたブランクホルダーと下型本体とで板金を固定し、この状態で上型の可動パンチを下降させて板金に絞り加工を施している。その後、上型に固定されている固定パンチを降下させて板金に絞り加工を施している（特許文献１の図３〜図５参照）。

実開平２−１０４１２１号公報

特許文献１に開示されている技術では、板金に絞り深さの深い部位の加工を行った場合、板金を固定している箇所（ブランクホルダーと下型本体とで板金を狭持している箇所）にシワが生じてしまう。このため、板金にシワが生じることを考慮して、板金を固定している箇所に予め余肉部を設ける必要があった。この余肉部にはプレス成形時にシワが生じるが、プレス成形後にこのシワを削ることでシワのない板金部品を得ることができる。

しかしながら、このように予め板金に余肉部を設けた場合は、余分に板金が必要となり、材料コストが増加するという問題があった。

また、板金に絞り深さの異なる部位を形成する場合、絞り深さの異なる部位を分離して形成する開放絞りという成形方法を用いることができる。しかしながら、開放絞りを用いた場合は、板金が拘束されない区間（開放区間）が生じ、絞り深さが浅い部位を加工した際にシワが生じるという問題があった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、成形時にシワが形成されることを抑制することが可能なプレス成形装置を提供することである。

本発明にかかるプレス成形装置は、絞り深さの異なる成形品を成形可能なプレス成形装置であって、上型と、前記上型と対向するように配置された下型と、前記上型の下面の一部に形成された開口部に設けられ、前記上型に対して上下方向に変位可能な上型クッションと、前記下型の周囲に設けられ、前記上型クッションと対向するように設けられた第１の下型クッションと、前記下型の周囲において前記第１の下型クッションに対して独立して変位するように、且つ前記上型と対向するように設けられた第２の下型クッションと、を備える。プレス成形する際、前記上型クッションと前記第１の下型クッションとでブランクの一方を狭持し、前記上型と前記第２の下型クッションとで前記ブランクの他方を狭持した状態で、前記上型と前記上型クッションと前記第１及び第２の下型クッションとを下方向に第１の距離変位させて、前記下型を用いて前記ブランクを成形する第１のプレス成形を実施し、前記第１のプレス成形の後、更に、前記上型クッションおよび前記第１の下型クッションの位置を固定した状態で、前記上型と前記第２の下型クッションとを下方向に第２の距離変位させて、前記上型と前記下型とを用いて前記ブランクを成形する第２のプレス成形を実施する。

本発明にかかるプレス成形装置では、上型に対して上下方向に変位可能な上型クッションと、上型クッションと対向するように設けられた第１の下型クッションと、第１の下型クッションに対して独立して変位するように、且つ上型と対向するように設けられた第２の下型クッションと、を設けている。そして、プレス成形する際、上型クッションと第１の下型クッションとでブランクの一方を狭持し、上型と第２の下型クッションとでブランクの他方を狭持した状態で、上型と上型クッションと第１及び第２の下型クッションとを下方向に変位させて第１のプレス成形を実施し、その後、更に、上型クッションおよび第１の下型クッションの位置を固定した状態で、上型と第２の下型クッションとを下方向に変位させて第２のプレス成形を実施している。

このように、本発明にかかるプレス成形装置では、上型クッションを設け、更に下型クッションを第１の下型クッションと第２の下型クッションとに分割しているので、ブランクの各部位の絞り深さに応じて、クッションのストロークの長さを適切に設定することができる。よって、絞り深さの異なる部位を成形する際、ブランクが狭持される箇所に圧縮応力が集中することを抑制することができるので、成形時にシワが形成されることを抑制することができる。

これにより、ブランクに予め余肉部を設ける必要がなくなり、材料コストの増加を抑制することができる。また、絞り深さの異なる部位の成形を一度に行うことができるので、絞り深さの異なる部位を分離して形成する開放絞りを用いる必要がなくなる。よって、板金が拘束されない区間（開放区間）が生じないので、絞り深さが浅い部位を加工した際にシワが生じることを抑制することができる。

本発明により、成形時にシワが形成されることを抑制することが可能なプレス成形装置を提供することができる。

実施の形態にかかるプレス成形装置を示す断面図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置が備える上型４０、上型クッション５０、下型１０、及び下型クッション２０、３０の位置関係を示す分解斜視図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置を用いて成形される成型品を示す断面図である。 図３に示す成型品を成形するステップを説明するための断面図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置の成形工程を示す断面図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置の成形工程を示す断面図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置の成形工程を示す断面図である。 下型クッション２０、３０の位置関係を説明するための断面図である。 実施の形態にかかるプレス成形装置が備える上型４０、上型クッション５０、下型１０、及び下型クッション２０、３０の位置関係を説明するための上面図である。 図７の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。 図７の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図７の切断線Ｃ−Ｃにおける断面図である。 図７の切断線Ｄ−Ｄにおける断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプレス成形装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるプレス成形装置１は、下型１０、下型クッション２０、３０、上型４０、及び上型クッション５０を備える。

下型１０は、上型４０と対向するように配置されており、下型１０の上面には成形品６０（図３参照）の下面に対応した形状を有する型１５が形成されている。下型１０は下型ホルダー１１０に固定されている。

上型４０は、下型１０と対向するように配置されており、上型４０の下面には成形品６０（図３参照）の上面に対応した形状を有する型４５が形成されている。つまり、本実施の形態にかかるプレス成形装置１では、下型１０の上面に形成された型１５と上型４０の下面に形成された型４５とでブランク７０を挟んでプレスすることで、下型１０および上型４０に対応した形状を備える成形品６０を形成することができる（図５Ｃ参照）。

図１に示す上型４０は上型ホルダー１００に固定されている。また、上型４０の下面の一部には開口部４３が形成されている。開口部４３には、上型クッション５０が上型４０に対して上下方向に変位可能に配置されている。具体的には、上型４０の開口部４３の下面にはシリンダ５１が取り付けられており、シリンダ５１には軸５２が上下方向に変位可能に取り付けられている。軸５２の下端には上型クッション５０が取り付けられている。換言すると、上型クッション５０は、シリンダ５１及び軸５２を用いて、上型４０に吊り下げられている。また、上型４０にはガイド部５５が設けられており、上型クッション５０に設けられた係合部５６とガイド部５５とが係合することで、上型クッション５０が上型４０に対して上下方向に安定的に変位する。

下型クッション２０（第２の下型クッション）は、上型４０の側部４７と対向するように配置されている。つまり、下型クッション２０の上面は上型４０の側部４７の下面と対向しており、プレス成形時に下型クッション２０の上面と上型４０の側部４７の下面とでブランク７０を狭持することで、ブランク７０を固定することができる（図５Ａ参照）。

下型クッション２０の下部には、下型クッション２０を支持するクッションピン１１が取り付けられている。クッションピン１１は、下型ホルダー１１０の孔部１１１に挿通されており、クッションピン１１の下端はクッション装置（不図示）と連結されている。クッションピン１１は、下型クッション２０が下方向の力を受けた際に、下型クッション２０を元の位置に復元する上向きの力を下型クッション２０に伝える。下型クッション２０は上型４０の変位に応じて上下方向に変位するように構成されている。

下型クッション３０（第１の下型クッション）は、上型クッション５０と対向するように配置されている。つまり、下型クッション３０の上面は上型クッション５０と対向しており、プレス成形時に下型クッション３０の上面と上型クッション５０の下面とでブランク７０を狭持することで、ブランク７０を固定することができる（図５Ａ参照）。

下型クッション３０の下部には、下型クッション３０を支持するクッションピン１２が取り付けられている。クッションピン１２は、下型ホルダー１１０の孔部１１２に挿通されており、クッションピン１２の下端はクッション装置（不図示）と連結されている。クッションピン１２は、下型クッション３０が下方向に移動した際に、下型クッション３０を元の位置に復元する上向きの力を下型クッション３０に伝える。

ここで、下型クッション３０は、クッションピン１１と同じ動作をするクッションピン１２で保持されている。上型４０で下型クッション２０が押し下げられると、クッションピン１１も押し下げられる。このとき、クッションピン１１と同じ動作をするクッションピン１２も押し下げられるため、下型クッション３０も下方向に移動する。上型クッション５０にはシリンダ５１から下方向の力が働いており、上型クッション５０はブランク７０を上から押さえている（図５Ａ参照）。

また、下型１０には当接部１４が設けられており、下型クッション３０が下方向に変位した際に下型クッション３０の底面３２が下型１０の当接部１４と当接することで、下型クッション３０の下方向の変位が停止する。このような構成により、下型クッション３０の変位量ｄ１（図５Ａ参照）が決定される。

図２は、本実施の形態にかかるプレス成形装置が備える上型４０、上型クッション５０、下型１０、及び下型クッション２０、３０の位置関係を示す分解斜視図である。なお、図１に示したプレス成形装置１の断面図は、図２の切断線Ｉ−Ｉにおける断面に対応している。

図２に示すように、下型１０および上型４０は、上下方向において互いに対向するように配置されている。また、下型クッション２０および上型４０の側部４７は、上下方向において互いに対向するように配置されている。また、下型クッション３０および上型クッション５０は、上下方向において互いに対向するように配置されている。

下型１０の周囲には、下型１０を取り囲むように下型クッション２０、３０が配置されている。ここで、下型クッション２０および下型クッション３０は、互いに独立して変位するように設けられている。よって、下型クッション２０と下型クッション３０の上下方向における変位量（ストローク）はそれぞれ独立に設定することができる。

図３は、本実施の形態にかかるプレス成形装置を用いて成形される成型品を示す断面図である。なお、図３に示す成形品６０の断面は、図１に示したプレス成形装置１の断面と対応している。

図３に示すように、本実施の形態にかかるプレス成形装置１は、絞り深さの異なる成形品６０を成形することができる。つまり、成形品６０は、絞り深さが浅い部位６１と絞り深さが深い部位６２とを備える。具体的には、絞り深さが浅い部位６１の絞り深さは深さｄ１であり、絞り深さが深い部位６２の絞り深さは深さｄ３である。ここで、深さｄ３は、成形品６０の全体的な絞り深さを示しており、深さｄ１と深さｄ２とを加算した値である。

図４は、図３に示した成型品６０を成形するステップを説明するための断面図である。図４に示すように、成型品６０を成形する際は、まず絞り深さが浅い部位６１（絞り深さｄ１）を形成する（ステップ１）。その後、絞り深さが深い部位６２を形成する（ステップ２）。絞り深さが深い部位６２を形成する際は、ステップ１の後、更に絞り深さｄ２のプレス成形を実施する。これにより、絞り深さが深い部位６２、つまり、絞り深さｄ１と絞り深さｄ２とを加算した絞り深さｄ３の部位を形成することができる。

次に、図５Ａ〜図５Ｃを用いて、本実施の形態にかかるプレス成形装置１を用いて成形品６０を成形する工程について説明する。

まず、クッション装置（不図示）を用いてクッションピン１１、１２を上昇させて、下型クッション２０、３０をブランク７０のセット位置まで上昇させる。そして、図５Ａに示すように、上型クッション５０と下型クッション３０とでブランク７０の一方の端部を狭持し、上型４０の側部４７と下型クッション２０とでブランク７０の他方の端部を狭持する。

このとき、上型４０と上型４０に吊り下げられている上型クッション５０は、上型ホルダー１００の上昇によって上昇している。上型クッション５０は、シリンダ５１と軸５２のストロークｄ２の分だけ上型４０の開口部４３内で下降している状態でブランク７０をブランクホールドしている。

そして、この状態を保持した状態で、上型４０と上型クッション５０と下型クッション２０、３０とを下方向に変位させる。これにより、ブランク７０が下型１０に当接してプレス成形される。その後、下型クッション３０の底面３２が下型１０の当接部１４と当接すると、図５Ｂに示すように下型クッション３０の下降が停止する。このときの下型クッション３０の変位量は図５Ａに示すストロークｄ１に対応しており、このストロークｄ１は図３に示した成形品６０の絞り深さｄ１に対応している。

その後、更に上型４０を下降させると、上型クッション５０および下型クッション３０の位置が固定された状態（つまり、下方向に変位しない状態）で、上型４０と下型クッション２０とが下方向に変位する（図５Ｃ参照）。このとき、軸５２がシリンダ５１内へと移動して、上型４０の開口部４３の内部に上型クッション５０が入り込む。このときの上型４０に対する上型クッション５０の相対的な変位量、換言すると軸５２がシリンダ５１内へと入り込んだ量は図５Ａに示したストロークｄ２に対応しており、このストロークｄ２は図３に示した成形品６０の絞り深さｄ２に対応している。このような動作により、上型４０と下型１０とを用いてブランク７０を成形することができる。

以上で説明したように、本実施の形態にかかるプレス成形装置１では、上型４０に対して上下方向に変位可能な上型クッション５０と、上型クッション５０と対向するように設けられた下型クッション３０と、下型クッション３０に対して独立して変位するように、且つ上型４０の側部４７と対向するように設けられた下型クッション２０と、を設けている。

そして、プレス成形する際、上型クッション５０と下型クッション３０とでブランク７０の一方を狭持し、上型４０の側部４７と下型クッション２０とでブランク７０の他方を狭持した状態で、上型４０と上型クッション５０と下型クッション２０、３０とを下方向に変位させて第１のプレス成形（図５Ｂ参照）を実施している。その後、更に、上型クッション５０および下型クッション３０の位置を固定した状態で、上型４０と下型クッション２０とを下方向に変位させて第２のプレス成形（図５Ｃ参照）を実施している。

このように、本実施の形態にかかるプレス成形装置では、上型クッション５０を設け、更に下型クッションを下型クッション２０と下型クッション３０とに分割しているので、ブランク７０の各部位の絞り深さに応じて、クッションのストロークの長さを適切に設定することができる。よって、絞り深さの異なる部位を成形する際、ブランクが狭持される箇所に圧縮応力が集中することを抑制することができるので、成形時にシワが形成されることを抑制することができる。

図６は、下型クッション２０、３０の位置関係を説明するための断面図である。図６に示すように、本実施の形態にかかるプレス成形装置では、下型クッションを下型クッション２０（破線で示す）と下型クッション３０（実線で示す）とに分割している。図６の上図は、プレス成形前の状態（図５Ａ参照）を示しており、この状態では下型クッション２０と下型クッション３０とが上昇しており、水平方向において同一面となっている。

図６の下図は、プレス成形後の状態（図５Ｃ参照）を示しており、この状態では下型クッション２０と下型クッション３０とが、水平方向において異なる位置となっている。つまり、本実施の形態にかかるプレス成形装置では、ブランク７０の各部位の絞り深さに応じて、下型クッション２０、３０のストロークの長さを適切に設定することができる。具体的には、下型クッション２０のストロークの長さを距離ｄ３とし、下型クッション３０のストロークの長さを距離ｄ１としている。よって、絞り深さの異なる部位を成形する際、ブランクが狭持される箇所に圧縮応力が集中することを抑制することができるので、成形時にシワが形成されることを抑制することができる。

また、このようにシワの発生を抑制することができるので、ブランクに予め余肉部を設ける必要がなくなり、材料コストの増加を抑制することができる。また、絞り深さの異なる部位の成形を一度に行うことができるので、絞り深さの異なる部位を分離して形成する開放絞りを用いる必要がなくなる。よって、板金が拘束されない区間（開放区間）が生じないので、絞り深さが浅い部位を加工した際にシワが生じることを抑制することができる。

図７は、本実施の形態にかかるプレス成形装置１が備える上型４０、上型クッション５０、下型１０、及び下型クッション２０、３０の位置関係を説明するための上面図である。なお、図７において上型４０および上型クッション５０は破線で示している。また、図７は、図２に示した分解斜視図の符号２００付近を上方向から見た図に対応している。

図７に示すように、下型１０の周囲には下型クッション２０、３０が設けられている。また、下型クッション２０と下型クッション３０は互いに独立して変位可能に構成されている。よって、下型クッション２０と下型クッション３０の上下方向の変位量（ストローク）は、それぞれ独立に設定することができる。また、上型４０（上型４０の側部４７）は、鉛直方向において下型クッション２０と対向するように設けられている。上型クッション５０は、鉛直方向において下型クッション３０と対向するように設けられている。

図７に示すように、下型１０、下型クッション３０、及び上型クッション５０が配置されている領域は絞り深さが浅い領域であり、下型クッション２０、及び上型４０の側部４７が配置されている領域は絞り深さが深い領域である。

図８は、図７の切断線Ａ−Ａにおける断面図であり、プレス成形が終了した時点の状態（図５Ｃ参照）を示している。図８に示すように、本実施の形態では、下型クッション２０と下型クッション３０との隙間Ｗ１を最小にしている。また、上型４０と上型クッション５０との隙間Ｗ２を最小にしている。そして、平面視した際に（つまり、図８を紙面上側からみた際に）、下型クッション２０と上型クッション５０とが一部で重畳するようにしている。このときの上型４０と下型クッション３０との隙間はＷ３であり、ブランク７０は隙間Ｗ３において無拘束状態となっている。

つまり、下型クッション２０と上型４０とで狭持されているブランク７０は、上型４０のＲ面に沿って伸び、点８１において上型４０から離れている。また、下型クッション３０と上型クッション５０とで狭持されているブランク７０は、下型クッション３０のＲ面に沿って伸び、点８２において下型クッション３０から離れている。ブランク７０は、上型４０の点８１と下型クッション３０の点８２との間において無拘束状態となっている。

このときの上型４０と下型クッション３０との隙間Ｗ３は、ブランク７０の傾斜や絞り深さｄ２に基づいて決定される。つまり、本実施の形態では、ブランク７０の傾斜を利用することで、下型クッション２０と上型クッション５０とが一部で重畳するように配置することができる。

本実施の形態では、このようにブランク７０が無拘束状態となっている領域（隙間Ｗ３）を最小にすることができるので、従来の開放絞りで問題となっていたような成形時のシワの発生を抑制することができる。

図９〜図１１はそれぞれ、図７の切断線Ｂ−Ｂ、切断線Ｃ−Ｃ、及び切断線Ｄ−Ｄにおける断面図である。図９〜図１１はそれぞれ、第１のプレス成形が終了した時点の状態（図５Ｂ参照）を示している。

図７の符号５９に示す領域では、上型クッション５０の端部が鋭角となっている。このような領域では、ブランク７０に急な捻れが生じ、成形時にシワが発生するおそれがある。そこで本実施の形態にかかるプレス成形装置１では、図９の断面図に示すように、第１のプレス成形が終了した時点の状態（図５Ｂ参照）において、上型クッション５０の下端が下型クッション２０から離間するように、逃げ５６を形成している。また、図１０、図１１の断面図に示すように、上型クッション５０の下端に逃げ５７、５８を形成している。

上型クッション５０の下端に形成されている逃げ５６、５７、５８の部分は、上型クッション５０の端部（図７の符号５９に示す）から離れるにつれて、徐々に下型クッション２０側に近づくようにしている（図９〜図１１参照）。つまり、図９に示すように、上型クッション５０の端部（図７の切断線Ｂ−Ｂの位置）では逃げ５６が最も大きく（下型クッション２０から最も離れている）、図１１に示すように、上型クッション５０の端部から離れた位置（図７の切断線Ｄ−Ｄの位置）では逃げ５８が小さくなっている（下型クッション２０に近づいている）。

このように、本実施の形態にかかるプレス成形装置１では、上型クッション５０の下端に逃げ５６、５７、５８を形成している。よって、成形時にブランク７０が図７の符号５９に示す領域において滑らかに変化するようにすることができるので、ブランク７０が捻れることを抑制することができる。よって、成形時にシワが発生することを抑制することができる。

更に、本実施の形態にかかるプレス成形装置１では、図７に示すように、平面視した際に上型クッション５０の先端（符号５９に示す）が下型クッション２０と重畳するように構成している。換言すると、上型クッション５０の先端が、絞り深さが深い領域で終わるように配置している。このような構成によっても、成形時にシワが発生することを抑制することができる。

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１ プレス成形装置
１０ 下型
１１、１２ クッションピン
１４ 当接部
２０、３０ 下型クッション
３２ 底面
４０ 上型
４３ 開口部
４７ 側部
５０ 上型クッション
５１ シリンダ
５２ 軸
５５ ガイド部
５６ 係合部
１００ 上型ホルダー
１１０ 下型ホルダー
１１１、１１２ 孔部

Claims (2)

1. 絞り深さの異なる成形品を成形可能なプレス成形装置であって、
   上型と、
   前記上型と対向するように配置された下型と、
   前記上型の下面の一部に形成された開口部に設けられ、前記上型に対して上下方向に変位可能な上型クッションと、
   前記下型の周囲に設けられ、前記上型クッションと対向するように設けられた第１の下型クッションと、
   前記下型の周囲において前記第１の下型クッションに対して独立して変位するように、且つ前記上型と対向するように設けられた第２の下型クッションと、を備え、
   プレス成形する際、
   前記上型クッションと前記第１の下型クッションとでブランクの一方を狭持し、前記上型と前記第２の下型クッションとで前記ブランクの他方を狭持した状態で、前記上型と前記上型クッションと前記第１及び第２の下型クッションとを下方向に第１の距離変位させて、前記下型を用いて前記ブランクを成形する第１のプレス成形を実施し、
   前記第１のプレス成形の後、更に、前記上型クッションおよび前記第１の下型クッションの位置を固定した状態で、前記上型と前記第２の下型クッションとを下方向に第２の距離変位させて、前記上型と前記下型とを用いて前記ブランクを成形する第２のプレス成形を実施し、
   前記第２のプレス成形が終了した時点の状態で、絞り深さが浅い領域と深い領域の境界において、平面視した際に前記上型クッションと前記第２の下型クッションとが重畳している、
   プレス成形装置。
2. 前記第１のプレス成形が終了した時点の状態において、
   平面視において前記上型クッションの端部が鋭角となった領域で、前記上型クッションの下端が前記第２の下型クッションから離間するように、前記上型クッションの下端に逃げを形成し、
   前記逃げは、前記上型クッションの前記端部と前記第２の下型クッションとの間が最も大きく形成され、前記上型クッションの前記端部から離れた位置では小さくなるように形成される、
   請求項１に記載のプレス成形装置。

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