JP7117065B2 - プレス成形金型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形金型及びその製造方法に関する。

例えば、自動車のアウタパネルのような板金部品は、金属板のプレス成形により形成される。具体的には、ダイとブランクホルダとでブランク材の端部を挟持した状態で、ブランク材の中央部をパンチに押し付けることにより、ブランク材が引き延ばされながらパンチの形状に倣うように成形される。

このようなプレス成形金型において、ブランク材の端部を挟持するダイ及びブランクホルダには、中央側（製品側）への材料流入を規制するためのビードが設けられることが一般的である。ビードは、通常、製品の縁に沿って連続的に延びる線状の突起及び溝で形成され、これらの突起と溝とでブランク材を挟持することで、ブランク材に複数の線状の折り曲げ部を形成して材料流入を規制する。

例えば、下記の特許文献１には、波形のビードを設けることで、ビードによる材料流入抵抗を増大させる技術が示されている。また、下記の特許文献２には、ダイ及びブランクホルダの押さえ面に、複数の凹凸を有する第１の面と、第１面と交差する第２の面と、第２面と交差する第３の面とを設け、これらでロックビードを構成する技術が示されている。

特開平９－２９３４８号公報 国際公開第２０１５／０９８５１９号

しかし、上記の何れの場合も、ビードによりブランク材に複数の線状の折り曲げ部を設けることで材料流入を規制するものであるため、複数の折り曲げ部を設ける分だけブランク材が大きくなり、材料歩留まりが低下する。

そこで、本発明は、プレス成形の材料歩留まりを高めることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、ブランク材の端部を挟持する押さえ面を有するダイ及びブランクホルダと、成形面を有するパンチとを備えたプレス成形金型であって、前記ダイの押さえ面及び前記ブランクホルダの押さえ面のうちの少なくとも一方に、前記ブランク材と点接触する多数の微小突起を設けたプレス成形金型を提供する。

このように、本発明のプレス成形金型では、ブランク材の端部を挟持するダイ及びブランクホルダの押さえ面に、従来のような線状のビードを設けるのではなく、多数の微小突起を設けた。これらの微小突起がブランク材に点接触して食い込むことにより、従来と同様の材料流入規制効果が得られる。これにより、従来のように線状のビードでブランク材に複数の折り曲げ部を形成する場合と比べて、ブランク材の大きさ（特に、ダイ及びブランクホルダで挟持される部分の大きさ）を縮小することができるため、材料歩留まりが向上する。

上記のような多数の微小突起は、ダイの押さえ面とブランクホルダの押さえ面の一方のみに設けても効果はあるが、これらの双方に設けた方がより効果的である。特に、ダイの押さえ面に設けた多数の微小突起と、ブランクホルダの押さえ面の多数の微小突起とを、プレス方向と直交する面内でずらして設けることで、両押さえ面の微小突起がブランク材の両面から交互に食い込むため、材料の流入規制効果が高められる。

上記のプレス成形金型は、ダイとブランクホルダとで材料の端部を挟持した状態で、多数の微小突起とこれにプレス方向で対向する面との間の隙間を材料の板厚以下とすることが好ましい。これにより、微小突起とこれに対向する面とでブランク材が厚さ方向で圧縮されるため、微小突起がブランク材に確実に食い込んで材料の流入規制効果が高められる。

多数の微小突起は、例えば、ボールエンドミルで形成することができる。具体的には、ダイの押さえ面及びブランクホルダの押さえ面のうちの少なくとも一方を、ボールエンドミルで格子状に研削することにより、該押さえ面に多数の微小突起を形成することができる。ボールエンドミルは、従来のプレス成形金型の製造設備における押さえ面の仕上加工に用いられているため、このボールミルで多数の微小突起を形成することで、新たな加工装置を要することなく従来の製造設備を用いて上記の金型を製造することができる。

以上のように、本発明は、多数の微小突起を設けた押さえ面で材料の流入を規制することで、材料歩留まりを高めることができる。

プレス成形金型の断面図であり、プレス成形前の状態を示す。 プレス成形金型の断面図であり、ダイ及びブランクホルダでブランク材を挟持した状態を示す。 プレス成形金型の断面図であり、プレス成形完了時の状態を示す。 ダイ及びブランクホルダの押さえ面付近を拡大して示す断面図である。 押さえ面に設けられた微小突起の斜視図である。 ダイの押さえ面の平面図（下面図）である。 ブランクホルダの押さえ面の平面図（上面図）である。 ダイ及びブランクホルダの押さえ面でブランク材を挟持した状態を示す断面図である。 ダイの押さえ面に微小突起を形成する工程を示す平面図である。 図９のＸ－Ｘ線における断面図である。 ダイの押さえ面に微小突起を形成する工程を示す平面図である。 図１１のＹ－Ｙ線における断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るプレス成形金型を示す。このプレス成形金型は、ブランク材Ｗの端部を完全にロックした状態（製品側への材料流入を完全に規制した状態）で、緩やかな曲面からなる部品（例えば自動車のアウタパネル）成形する、いわゆる張り出し成形を行うものである。

プレス成形金型は、図１に示すように、ダイ１０と、ブランクホルダ２０と、パンチ３０とを主に備える。図２に示すように、ダイ１０を降下させて、ダイ１０に設けられた押さえ面１１とブランクホルダ２０に設けられた押さえ面とでブランク材Ｗの端部（周囲）を挟持する。その後、ブランクホルダ２０のクッション圧に抗してダイ１０をさらに降下させることで、ダイ１０及びブランクホルダ２０でブランク材Ｗを挟持した状態でこれらを一体に降下させる。これにより、図３に示すように、ブランク材Ｗの中央部がパンチ３０の成形面３１に押し付けられて、成形面３１に倣う形状に成形される。こうして成形された成形品Ｗ’のうち、パンチ３０で成形された中央領域Ｗ１’が製品部となり、ダイ１０とブランクホルダ２０とで挟持された部分を含む端部領域Ｗ２’が、後のトリミング工程で除去される不要部となる。

図４に示すように、ダイ１０の押さえ面１１及びブランクホルダ２０の押さえ面２１には、本発明の特徴的構成である多数の微小突起１２，２２が設けられる。各微小突起１２，２２は、例えば図５に示すような略角錐状、例えば底面が正方形の略四角錘状を成している。各微小突起１２，２２の側面１２ｂ，２２ｂは、各側面１２ｂ，２２ｂの底辺１２ｃ，２２ｃと平行な中心軸を有する円筒面からなる。

このような微小突起１２，２２が、図６及び図７に示すように、それぞれダイ１０の押さえ面１１及びブランクホルダ２０の押さえ面２１に、規則的なパターンで設けられる。本実施形態では、各微小突起１２，２２の頂部１２ａ，２２ａが、材料流入方向（図６及び図７の上下方向）及びこれと直交する方向（同左右方向）で等ピッチの格子状に配列されている。微小突起１２，２２は、製品部の縁に沿った領域に設けられる。微小突起１２，２２は、製品部の縁の全周に設けてもよいし、縁のコーナー部を除く略直線状の領域のみに設けてもよい。

図８に示すように、ダイ１０側の微小突起１２と、ブランクホルダ２０側の微小突起２２とは、プレス方向と直交する方向でずらして設けられる。図示例では、微小突起１２，２２が、材料流入方向（図８の左右方向）で交互に配置される。詳しくは、微小突起１２，２２がそれぞれ同じピッチで設けられ、これらが材料流入方向で半ピッチずらして配される。これにより、ダイ１０側の微小突起１２が、ブランクホルダ２０側の微小突起２２のうち、頂部２２ａよりも下方に後退した領域（例えば、底辺２２ｃ）とプレス方向で対向し、ブランクホルダ２０側の微小突起２２は、ダイ１０側の微小突起１２のうち、頂部１２ａよりも上方に後退した領域（例えば、底辺１２ｃ）とプレス方向で対向する。

ダイ１０の押さえ面１１のうち、多数の微小突起１２を設けた領域と材料流入方向で隣接する領域には、微小突起１２よりも上方に後退した逃げ面１３が設けられる。ブランクホルダ２０の押さえ面２１のうち、多数の微小突起２２を設けた領域と材料流入方向で隣接する領域には、微小突起２２よりも下方に後退した逃げ面２３が設けられる。

上記のように多数の微小突起１２，２２を設けた押さえ面１１，２１でブランク材Ｗの端部を挟持すると、各微小突起１２，２２がブランク材Ｗに点接触して食い込み、これによりブランク材Ｗの端部の製品側（図８の右側）への流入を完全に規制することができる。この場合、微小突起１２，２２は、従来の線状のビードよりも低い高さ（プレス方向寸法）で足り、例えば３ｍｍ以下とされる。これにより、ブランク材Ｗの変形量が小さくなるため、ブランク材Ｗの大きさ（特に押さえ面１１，２１で挟持する部分の大きさ）を縮小することができ、材料歩留まりが向上する。

図示例では、各微小突起１２，２２とこれにプレス方向で対向する面との間隔ｔが、ブランク材Ｗの板厚以下に設定される。これにより、各微小突起１２，２２とこれに対向する面とでブランク材Ｗが圧縮されるため、各微小突起１２，２２がブランク材Ｗに確実食い込み、材料流入抵抗が高められる。尚、上記の間隔ｔが小さすぎると、ブランク材Ｗが破断する恐れがあるため、間隔ｔはブランク材Ｗの板厚の半分以上に設定することが好ましい。

また、図示例では、ダイ１０側の微小突起１２の頂部１２ａは、ブランクホルダ２０側の微小突起２２の頂部よりも下方に配されており、これにより両微小突起１２，２２がプレス方向と直交する方向（特に材料流入方向）でラップ代ｈだけ重複している。このような微小突起１２，２２でブランク材を挟持し、ブランク材Ｗを材料流入方向で波形に変形させることで、製品部への流入抵抗が高められる。

上記の微小突起１２，２２は、例えば、ボールエンドミルを用いて形成することができる。具体的には、図９及び図１０に示すように、ダイ１０の押さえ面１１のうち、突起形成領域１４と材料流入方向で隣接する領域に、予め、突起形成領域１４よりも上方に後退した逃げ面１３を設ける。そして、図９に鎖線矢印で示すように、ボールエンドミル４０を第１の方向（図示例では、材料流入方向と直交する方向）に沿って移動させながら、押さえ面１１の突起形成領域１４を研削する。これにより、図１１及び図１２に示すように、押さえ面１１に、第１の方向に沿った断面円弧状の複数の溝１５が所定ピッチで形成される。

次に、図１１及び図１２に鎖線矢印で示すように、ボールエンドミル４０を、第１の方向と交差する第２の方向（例えば第１の方向と直交する方向。図示例では材料流入方向。）に沿って移動させながら、押さえ面１１のうち、複数の溝１５間の凸条部を研削する。これにより、押さえ面１１に、第２の方向に沿った断面円弧状の複数の溝１６が所定ピッチで形成される。以上により、押さえ面１１に、溝１５，１６が格子状に形成され、これらの溝１５，１６で囲まれた領域に略四角錘状の微小突起１２が形成される（図５及び図６参照）。この溝１５，１６により微小突起１２の側面１２ｂが形成されているため、微小突起１２の側面１２ｂは、ボールエンドミル４０の先端の球面部で形成された円筒面となっている。

その後、微小突起１２の尖った先端を後加工で除去する。例えば、上記のボールエンドミル４０で微小突起１２の先端を除去する。このように、微小突起１２の尖った先端を除去することで、押さえ面１１，２１でブランク材Ｗを挟持した際に、微小突起１２の頂部１２ａでブランク材Ｗを破損する事態を防止できる。

ブランクホルダ２０の押さえ面に設けられる微小突起２２は、上記と同様の手順で形成されるため、説明を省略する。

従来の一般的なプレス成形金型の製造設備では、ダイ及びブランクホルダの押さえ面をボールエンドミルを用いて細かいピッチで研削することにより、押さえ面を平滑に仕上げていた。このエンドミルを用いて、押さえ面１１，２１を従来の仕上げ加工よりも粗いピッチで格子状に研削することにより、押さえ面１１，２１に上記のような多数の微小突起１２，２２を形成することができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、微小突起１２，２２が四角錐状である場合を示したが、これに限らず、他の角錐状であってもよい。例えば、押さえ面上でボールエンドミルを三方向に走査することで、三角錘状の微小突起を形成することができる。また、微小突起は、角錘状に限らず、円すい状や球面状の突起であってもよい。また、微小突起１２，２２の形状（高さ等）を、場所によって異ならせてもよい。

また、本発明は、ブランク材Ｗの端部を完全にロックした状態で成形する張り出し成形に限らず、ブランク材Ｗの端部から製品側へ材料を流入させながら成形する絞り成形に適用することもできる。すなわち、本発明は、微小突起によりブランク材の端部から製品側への材料流入を完全に規制できることを見出したことを特徴とするものであるが、微小突起の形状やブランクホルダ２０のクッション圧等を調整して微小突起による材料流入抵抗を低減することで、絞り成形に適用することができる。

１０ ダイ
１１ 押さえ面
１２ 微小突起
１３ 逃げ面
１４ 突起形成面
１５，１６ 溝
２０ ブランクホルダ
２１ 押さえ面
２２ 微小突起
２３ 逃げ面
３０ パンチ
３１ 成形面
４０ ボールエンドミル
Ｗ ブランク材

Claims (2)

1. ブランク材の端部を挟持する押さえ面を有するダイ及びブランクホルダと、成形面を有するパンチとを備えたプレス成形金型であって、
   前記ダイの押さえ面及び前記ブランクホルダの押さえ面の双方に、前記ブランク材と点接触する多数の微小突起を設け、
   前記ダイの押さえ面に設けた前記微小突起の頂部と、前記ブランクホルダの押さえ面に設けた前記微小突起の頂部とを、プレス方向と直交する方向でずらして設けたプレス成形金型。
2. ブランク材の端部を挟持する押さえ面を有するダイ及びブランクホルダと、成形面を有するパンチとを備えたプレス成形金型の製造方法であって、
   前記ダイの押さえ面及び前記ブランクホルダの押さえ面のうちの少なくとも一方を、ボールエンドミルで格子状に研削することにより、該押さえ面に多数の微小突起を形成するプレス成形金型の製造方法。

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