JP6970332B1 - プレス加工機に用いるしわ取り板 - Google Patents
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Abstract
【課題】製作精度を保持しながら大幅に低価格化を実現したしわ取り板を提供する。【解決手段】キャビティ１が設けられた第一の金型１００と、コア２が設けられた第二の金型２００からなる一対の金型を用いたプレス成形により被加工材４を所要の形状に絞り加工品に成形するプレス加工機に用いるしわ取り板３であって、しわ取り板３を、キャビティ１とコア２の対向面の各コーナー部外周に沿って２方向に延びるアームを有する複数のしわ取り板片３１、３２、３３、３４で構成して、絞り加工されるコーナー部に配置する。【選択図】図１
Description
本発明は、プレス成形により被加工材を所要の形状に絞り加工品に成形するプレス加工機に用いるしわ取り板に関する。
プレス機を用いる絞り加工は、キャビティを有する第一の金型（凹状金型、ダイとも称する）とコア（あるいはパンチ）を有する第二の金型（凸状金型）からなる上下一対の金型を用いるのが一般的である。
絞り加工は、従来から行われている金属板を被加工材（ブランク、又はワーク）とするプレス成型の他、繊維強化複合樹脂（所謂、ＦＲＰ）を被加工材とするプレス成型でも広く用いられている。
被加工材が繊維強化複合樹脂の場合、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維材にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化樹脂や熱可塑性樹脂を含浸させて半硬化状態とした中間材（プリプレグ）を用いるのが一般的である。このプリプレグをプレス機で加熱・加圧して所要に加工品を製造する。
絞り加工は、従来から行われている金属板を被加工材（ブランク、又はワーク）とするプレス成型の他、繊維強化複合樹脂（所謂、ＦＲＰ）を被加工材とするプレス成型でも広く用いられている。
被加工材が繊維強化複合樹脂の場合、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維材にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化樹脂や熱可塑性樹脂を含浸させて半硬化状態とした中間材（プリプレグ）を用いるのが一般的である。このプリプレグをプレス機で加熱・加圧して所要に加工品を製造する。
繊維強化複合樹脂のプレス機を用いた絞り加工では、キャビティへのコアの進入に伴って、絞りスペース（キャビティとコアの間の隙間）への強化繊維材の引き込みが生じる。
この引き込みは加工品のコーナー部分で顕著であり、当該強化繊維材への局部的な不定形引っ張り歪や間隔の伸縮が生じ、強化繊維材密度が変化し、樹脂の偏在が起こって加工品の側壁等にしわを生じさせ、場合によっては繊維の破断が発生する。これは、加工品の強度に部分的なバラツキが生じ、全体強度の低下等の不具合をもたらし、成型品の品質劣化、不良品発生の原因となる。
この引き込みは加工品のコーナー部分で顕著であり、当該強化繊維材への局部的な不定形引っ張り歪や間隔の伸縮が生じ、強化繊維材密度が変化し、樹脂の偏在が起こって加工品の側壁等にしわを生じさせ、場合によっては繊維の破断が発生する。これは、加工品の強度に部分的なバラツキが生じ、全体強度の低下等の不具合をもたらし、成型品の品質劣化、不良品発生の原因となる。
このような不具合の発生を回避するために、従来から“しわ取り板”と称する被加工材保持治具が用いられている。しわ取り板は、被加工材（以下、プリプレグを想定）の外縁を周回する枠状板体（額縁状の板体）であり、金型の所定位置に被加工材を保持するブランクホルダーとしての機能も有する。
図３は、既知の絞り加工機の一例を説明する模式図で、（ａ）はキャビティ１を有する第一の金型とコア２を有する第二の金型からなる絞り加工機の側面図、（ｂ）は（ａ）の第一の金型と被加工材を取り除いて第二の金型を上面から見た要部平面図である。
この絞り加工機は上記したような一対の金型からなり、第一の金型１００に設けられたキャビティ１に、第二の金型２００に設けられたコア２が入り込むように上昇して、被加工材４としてのプリプレグを絞り加工する。
そして、前記第二の金型２００のコア２の外周に沿って周回するようにしわ取り板３が設置されている。
図３に示す形式の加工機は、機台（プレス機のベース）７に固定され、第一の金型１００に対して第二の金型２００が上昇し、第一の金型１００のキャビティ１に第二の金型２００のコア２が圧入するようになっている。なお、一対の金型を上下逆とした形式もある。
そして、前記第二の金型２００のコア２の外周に沿って周回するようにしわ取り板３が設置されている。
図３に示す形式の加工機は、機台（プレス機のベース）７に固定され、第一の金型１００に対して第二の金型２００が上昇し、第一の金型１００のキャビティ１に第二の金型２００のコア２が圧入するようになっている。なお、一対の金型を上下逆とした形式もある。
図３（ｂ）に平面視形状を示したように、しわ取り板３は一枚の額縁状の板体で構成されており、第二の金型２００に設けられたコア２の外縁に沿って周回して上昇・下降可能に設置されている。しわ取り板３は、通常は金型と同系統の金属板で構成されている。
絞り加工の際には、被加工材（例えば、プリプレグ）４をしわ取り板３の上に載置する（図３の（ａ）に示した状態）。このしわ取り板３は伸縮部材５により昇降可能になっており、第２の金型２００の上昇開始の前又は第２の金型の上昇開始と同時に上昇させ、被加工材４を第１の金型１００の下面と第２の金型２００の上面（対向面）との間に挟持する。
絞り加工の際には、被加工材（例えば、プリプレグ）４をしわ取り板３の上に載置する（図３の（ａ）に示した状態）。このしわ取り板３は伸縮部材５により昇降可能になっており、第２の金型２００の上昇開始の前又は第２の金型の上昇開始と同時に上昇させ、被加工材４を第１の金型１００の下面と第２の金型２００の上面（対向面）との間に挟持する。
次いで、第２の金型２００を加圧機構６により大矢印方向にさらに上昇させ、コア２をキャビティ１に圧入させることで被加工材４を所定の形状に絞り加工する。
しわ取り板３は、被加工材４の保持と位置合わせを行う手段でもあるが、絞り加工では、被加工材の絞り工程で生じる被加工材の周辺部分の組織をキャビティとコアの間に適正移動させ、主として側壁に生じるしわの発生や肉厚の減少による破断を回避させることを主たる役割としている。
この種のしわ取り板に関する従来技術を開示したものとして、例えば特許文献１、特許文献２などの特許文献の他に多数の一般文献もある。
特許文献１は、凹状部（キャビティ）を持つ上金型と、凸状部（コア）を有する下金型を用い、下金型の外周に配置したしわ取り板を備えた繊維強化複合材料成型品のプレス成型装置と方法を開示している。
特許文献１は、凹状部（キャビティ）を持つ上金型と、凸状部（コア）を有する下金型を用い、下金型の外周に配置したしわ取り板を備えた繊維強化複合材料成型品のプレス成型装置と方法を開示している。
また、特許文献２は、凹状金型（ダイと称する上記上金型に相当）と凸状金型（パンチと称する上記下金型に相当）、及びしわ取り板を有する汎用のプレス機であり、上記の金型に高圧液体を注入することで板材の絞り加における成型品のしわの発生と破断を回避する方法と装置が開示されている。
上記の先行技術に記載されたように、絞り加工機において用いられるしわ取り板（しわ抑え板とも称する）は、一般に凸状金型のコア外周を囲んで額縁状に開口した単一の板体で構成される。
金型の平面視形状（上下金型の対向平面での形状）は、図３（ｂ）に示されたように、通常は矩形である。この矩形の金型に用いるしわ取り板も、矩形の金型の表面形状に合わせて、凸形状金型のコアの外周を包囲する矩形とされている。
金型の平面視形状（上下金型の対向平面での形状）は、図３（ｂ）に示されたように、通常は矩形である。この矩形の金型に用いるしわ取り板も、矩形の金型の表面形状に合わせて、凸形状金型のコアの外周を包囲する矩形とされている。
絞り加工では、特にコーナー部における凹形状部（キャビティ）と凸形状部（コア）とが組み合わされる絞り部分で強化繊維の引き込み、それによる繊維間の偏りや切断、樹脂層の膜厚減少等の不具合が生じ易い。
しわ取り板の主たる機能は、このような被加工材の構成部材の過大な引き込みを回避し、適正な引き込みがなされるようにする目的で用いられる。
しわ取り板の主たる機能は、このような被加工材の構成部材の過大な引き込みを回避し、適正な引き込みがなされるようにする目的で用いられる。
従来の額縁形状の単一板としたしわ取り板は、幅広の板材を打ち抜いて製作される。製作精度は絞り加工品の品質に影響するため、切断面の仕上げ、平面度の確保等の仕上げ加工も必要となる。
一般に、このような形状でサイズの大きな板体の仕上げ作業は小さなサイズに比べて難しい。
また、このような額縁状部材の材料取りは極めて非効率であるため、廃棄部分が多く、かなりコスト高となる。そのため、加工品の製造コスト低減を阻害する要因の一つになっている。
本発明は、上記従来のしわ取り板と同等の製作精度を保持しながら大幅に低価格化を実現したしわ取り板を提供することを目的とする。
一般に、このような形状でサイズの大きな板体の仕上げ作業は小さなサイズに比べて難しい。
また、このような額縁状部材の材料取りは極めて非効率であるため、廃棄部分が多く、かなりコスト高となる。そのため、加工品の製造コスト低減を阻害する要因の一つになっている。
本発明は、上記従来のしわ取り板と同等の製作精度を保持しながら大幅に低価格化を実現したしわ取り板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は単一部材であったしわ取り板を、複数のしわ取り板片で構成した点に特徴を有する。
本発明の代表的な構成を記述すれば以下のとおりである。以下では、本発明の理解を容易にするために各構成要件に実施例の符号を併記するが、本発明はこの符号で参照される構成に限定されるものではない。
本発明の代表的な構成を記述すれば以下のとおりである。以下では、本発明の理解を容易にするために各構成要件に実施例の符号を併記するが、本発明はこの符号で参照される構成に限定されるものではない。
本発明は、キャビティ１を有する第一の金型１００と、コア２を有する第二の金型２００からなる上下一対の金型を用いたプレス成形により被加工材４を所要の形状に絞り加工品に成形するプレス加工機に用いるしわ取り板３であって、下記の構成とした。
（１）しわ取り板３を、記キャビティ１とコア２の対向面の各コーナー部外周に沿って２方向に延びるアームを有する複数のしわ取り板片３１〜３４とし、絞り加工されるコーナー部に配置するようにした。
（２）しわ取り板を構成する複数のしわ取り板片３１〜３４の前記外周に沿った２方向の各アーム長さを、コーナー部の一対の金型の対向面内で同一サイズとした。すなわち、図１（ｂ）の平面図において、各しわ取り板片３１〜３４のＸ方向のアーム長さを「Ｘ３１、Ｘ３２、Ｘ３３、Ｘ３４」、Ｙ方向のアーム長さを「Ｙ３１、Ｙ３２、Ｙ３３、Ｙ３４」としたとき、４隅全てのしわ取り板片３１〜３４で「Ｘ３１＝Ｘ３２＝Ｘ３３＝Ｘ３４＝Ｙ３１＝Ｙ３２＝Ｙ３３＝Ｙ３４」である。なお、「Ｘ３１＝Ｘ３２＝Ｘ３３＝Ｘ３４」≠「Ｙ３１＝Ｙ３２＝Ｙ３３＝Ｙ３４」であってよい。
（３）しわ取り板３を構成する複数のしわ取り板片３１〜３４の少なくとも1つの前記外周に沿った２方向の各アームの一方又は双方の長さを、コーナー部の一対の金型の対向面内で異なるものとした。
（４）しわ取り３を構成する複数のしわ取り板片３１〜３４について、一対の金型の第一の金型との間の前記被加工材を挟持する圧力が個別に調整可能となるように取り付けた。
本発明は、上記の構成及び後述する実施の形態で説明される実施例の構成に限定解釈させるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
上記（１）の構成によれば、しわ取り板を低コストで製作でき、被加工材の過大な引き込みを抑制し、それによる繊維間の偏りや切断、樹脂層の膜厚減少を回避することでしわの発生や破断（成形品の裂けや割れ）を抑制することができる。
例えば、非加工材が金属の場合、角の成形はその部分が延展性で薄くなることで形状ができるが、その減少した分の金属が他の部分に移動するので、多くなった金属により、金属板が波うつことになる。波うった材料（凹凸を有する材料）は結果として金型内に引き込まれなくなる。したがって、被加工材が金属の場合は、加工品に凸凹が出ないように周囲にわって（３６０°）でしわ取り板を置くのが望ましい。一方、繊維強化複合樹脂（ＣＦＲＰ）の場合は、角は繊維が均等に寄ることで成形されるため、角を形作る部分の範囲に限定され、それ以外の部分は、波打つことは少ないため、周囲にわたってしわ取り板を置く必要がない。むしろ角の近傍の４点部分のみしわ抑えを配置した方が、必要以上に被加工物がつぶれることなく、精度の高いもの繊維強化複合成型品が得られやすい。
例えば、非加工材が金属の場合、角の成形はその部分が延展性で薄くなることで形状ができるが、その減少した分の金属が他の部分に移動するので、多くなった金属により、金属板が波うつことになる。波うった材料（凹凸を有する材料）は結果として金型内に引き込まれなくなる。したがって、被加工材が金属の場合は、加工品に凸凹が出ないように周囲にわって（３６０°）でしわ取り板を置くのが望ましい。一方、繊維強化複合樹脂（ＣＦＲＰ）の場合は、角は繊維が均等に寄ることで成形されるため、角を形作る部分の範囲に限定され、それ以外の部分は、波打つことは少ないため、周囲にわたってしわ取り板を置く必要がない。むしろ角の近傍の４点部分のみしわ抑えを配置した方が、必要以上に被加工物がつぶれることなく、精度の高いもの繊維強化複合成型品が得られやすい。
また、上記（２）の構成によれば、コーナー部の絞りが同程度の被加工材の場合、三次元絞りの大きさがコーナー部で大差がない場合、このしわ取り板を用いるのが好ましい。各コーナー部毎にしわ取り板片を選択する必要がなく、設置作業が容易かつ迅速である。
そして、上記（３）の構成としたしわ取り板は、コーナー部の二次元方向絞り量が、他のコーナー部のそれと異なるものや三次元方向（絞りの深さ）が部分的に大きく異なる部分を有する異形の加工品の製作に適している。
このような異形の加工品の絞り加工の場合には、被加工材の引き込み量の予測（あるいは、シミュレーションの結果）に従って、予め用意しておいた２方向の各アーム長さの異なるしわ取り板片を選択してプレス機に装着する。
このようなアーム長さが異なるしわ取り板片を選択して用いることで、異形の絞り加工品の品質向上に資する。
このようなアーム長さが異なるしわ取り板片を選択して用いることで、異形の絞り加工品の品質向上に資する。
さらに、上記（４）の構成としたしわ取り板は、その各しわ取り板片による被加工材（プリプレグ）の厚みや形状の違いに応じた挟持力を最適化することで、しわや割けの発生確率をより低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るプレス加工機に用いるしわ取り板の実施例１を適用した絞り加工機の模式図で、（ａ）はキャビティ１を有する第一の金型とコア２を有する第二の金型からなる絞り加工機の側面図、（ｂ）は（ａ）の第一の金型と被加工材を取り除いて第二の金型を上面から見た要部平面図である。
この絞り加工機は図３で説明したものと同様に、一対の金型からなり、第一の金型１００に設けられたキャビティ１に第二の金型２００に設けられたコア２が入り込むように上昇して被加工材４としてのプリプレグを絞り加工する。
本実施例では、第二の金型２００のコア２の外周で、コア２の各コーナー部３０にしわ取り板片３１、３２、３３、３４が配置されている。すなわち、本実施例では、４個のＬ字状のしわ取り板片３１、３２、３３、３４で一組のしわ取り板３を構成している。
各しわ取り板片３１、３２、３３、３４の平面形状は図形上で同一又は合同であり、各コーナーに互換使用できる形状とされている。図１では、解り易いように、しわ取り板に粗いハッチングをかけて図示してある。絞り加工の手順は図３での説明と同様なので説明は省略する。
しわ取り板３を構成する複数のしわ取り板片３１〜３４の前記外周に沿った２方向の各アーム長さ（Ｘ―Ｘ方向アーム長さ：Ｔ１,Ｙ―Ｙ方向アーム長さ：Ｔ２）は、コーナー部の一対の金型の対向面内で同一のサイズとした。図１（ｂ）で説明すると、各しわ取り板片３１〜３４のＸ―Ｘ方向のアーム長さを「Ｘ３１、Ｘ３２、Ｘ３３、Ｘ３４」、Ｙ―Ｙ方向のアーム長さを「Ｙ３１、Ｙ３２、Ｙ３３、Ｙ３４」としたとき、４隅全てのしわ取り板片３１〜３４で「Ｘ３１＝Ｘ３２＝Ｘ３３＝Ｘ３４＝Ｙ３１＝Ｙ３２＝Ｙ３３＝Ｙ３４」である。すなわち、４隅のいずれにどのしわ取り板片を配置すべきかの選択が不要なため、設置作業が容易かつ迅速化できる。
なお、金型のＸ―Ｘ方向とＹ―Ｙ方向のサイズが大きく異なるようなものにおいては、「Ｘ３１＝Ｘ３２＝Ｘ３３＝Ｘ３４」≠「Ｙ３１＝Ｙ３２＝Ｙ３３＝Ｙ３４」とすることもできる。この場合も、形状の目視でアームの向きを判断して設置することは容易である。
しわ取り板片３１、３２、３３、３４のそれぞれは、例えば、バネ機構で構成した伸縮部材５により昇降可能になっており、被加工材４を載置した状態で第二の金型２００の上昇開始の直前に第一の金型１００の下面（第二の金型２００の対向面との間）に、当該被加工材４を挟持させる点で図３に示したものと同様である。
なお、伸縮部材５の挟持圧力を調整可能にすることで、被加工材４の形状や差異、成型品の絞り形状に最適の挟持力を設定可能とすることができる。
なお、伸縮部材５の挟持圧力を調整可能にすることで、被加工材４の形状や差異、成型品の絞り形状に最適の挟持力を設定可能とすることができる。
しわ取り板片３１、３２、３３、３４のそれぞれは、例えば、図１（ｂ）に示したように、コーナー部３０を中点としてコア２の外縁に沿って互いに反対方向で直角に延びる同一幅のアームＴ１、Ｔ２を有する形状にすることができる。
しわ取り板片３１、３２、３３、３４の製作では、４個とも同じＬ字形状であることから、板状素材から材料の無駄を最小とする打ち抜きができる。したがって、材料費の大幅低減が可能となる。
また、従来の単一の部材である額縁状しわ取り板３に比べて、本実施例にかかるしわ取り板片３１、３２、３３、３４は、全体が小サイズなので、所定の製作精度を得る仕上げ作業も短縮でき、全体としてコストの低減が可能となる。
また、従来の単一の部材である額縁状しわ取り板３に比べて、本実施例にかかるしわ取り板片３１、３２、３３、３４は、全体が小サイズなので、所定の製作精度を得る仕上げ作業も短縮でき、全体としてコストの低減が可能となる。
図１に示す実施例では、Ｘ―Ｘ方向の長さとＹ―Ｙ方向のアームの長さは同一としてある。したがって、プレス型抜きでの材料取り効率がよく低コスト化できる。
この４個のしわ取り板片３１、３２、３３、３４をコアの周囲に取り付ける際に配置位置の考慮は不要であるため、作業は極めて容易となる。
この４個のしわ取り板片３１、３２、３３、３４をコアの周囲に取り付ける際に配置位置の考慮は不要であるため、作業は極めて容易となる。
上記したように、本実施例のしわ取り板は、従来の額縁状の単一枚部材に比べ、プレス機への取り付け作業における取り扱い易さに加えて安価に製作することができる。
図２は、本発明に係るプレス加工機に用いるしわ取り板の実施例２を適用した絞り加工機の模式図で、（ａ）は側面模式図、（ｂ）は（ａ）の第一の金型と被加工材を取り除いて第二の金型を上面から見た要部平面図である。なお、参照符号は図１と同様である。
本実施例は、第二の金型２００のコア２の形状が単純でなく、加工品の２次元方向（側壁）が複雑な形状のもの、あるいは深さ方向（３次元方向）に多様な形状を有るものである場合に有効としたしわ取り板である。説明のため、図２（ｂ）にはコア２の形状の上記した複雑さを誇張して示してある。なお、絞り作業の手順も実施例１と同様である。
このしわ取り板３を構成するしわ取り板片３１，３２，３３，３４は、それぞれのＸ―Ｘ方向のアーム長さとＹ―Ｙ方向のアーム長さを異なったものとして示してあるが、これらのしわ取り板片３１，３２，３３，３４の少なくとも１枚のＸ―Ｘ方向の長さとＹ―Ｙ方向の各アームの長さを異なったものとし、残りのしわ取り板片は前記した実施例１と同様のものとすることもできる。
図２に示す実施例では、加工品の形状が複雑な部分に対応するコーナー部に設置するしわ取り板片を、そのアームの長さを適宜に選択することで加工品のしわ発生や割れの抑制あるいは低減を可能とするものである。
したがって、本実施例によれば、前記実施例の効果に加えて、予想される加工品の絞り形状に対応するよう様々なしわ取り板片を事前に用意することで、不良品の発生を抑制して品質のよい加工品の製作が可能である。
なお、本発明は比較的大きい金型の場合に効果が出やすく、例えば、コアの角から角までの一つ（４つの辺のうちの一つ）が１０００ｍｍ以上であると好ましく、１５００ｍｍ以上であれば、より好ましく、２０００ｍｍ以上であれば、さらに好ましい。
上記の実施例では繊維強化複合樹脂材を被加工材として説明したが、本発明は繊維を構造材としない樹脂単板やガラス複合板、金属板、樹脂―金属複合板、クラッド金属板などを被加工材とした絞り加工機にも適用できる。
１・・・キャビティ
２・・・コア
３・・・しわ取り板
３１，３２，３３，３４・・・しわ取り板片
４・・・被加工材
５・・・伸縮部材
６・・・加圧機構
７・・・機枠
１００・・・第一の金型
２００・・・第二の金型
２・・・コア
３・・・しわ取り板
３１，３２，３３，３４・・・しわ取り板片
４・・・被加工材
５・・・伸縮部材
６・・・加圧機構
７・・・機枠
１００・・・第一の金型
２００・・・第二の金型
Claims (2)
- キャビティを有する第一の金型と、コアを一つ有する第二の金型からなる上下一対の金型を用いたプレス成形により繊維強化樹脂のプリプレグを所要の形状の絞り加工品に成形するプレス加工機に用いるしわ取り板であって、
前記しわ取り板は、前記コアの各コーナー部の外側に１つずつ配置された複数のしわ取り板片で構成され、前記しわ取り板片の各々は、一方が他方に対し直角に延びる一対のアームを有することを特徴とし、前記絞り加工品の側壁に生じるしわの発生や肉厚の減少による破断を回避させるためのしわ取り板。 - 前記しわ取り板を構成する複数のしわ取り板片の少なくとも１つは、一対の金型の一方との間の前記プリプレグを挟持する圧力を個別に調整可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工機に用いるしわ取り板。
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