JP7221531B2 - 成形金型及びそれを用いるプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形金型及びそれを用いるプレス成形方法に関する。

燃費の向上を追求する目的で、自動車の車体の軽量化が近年進められている。その為、車体に従来から使用されていた鋼板に替えて、鋼板よりも軽量なアルミニウム板材が採用されることが多くなってきている。しかし、アルミニウム板材は鋼板よりも成形性が劣る材料であるため、鋼板に使用されていた従来の成形金型を用いて、このアルミニウム板材を成形しようとすると、プレス成形時にアルミニウム板材に割れが発生することがある。特許文献１には、この割れの発生を回避するために、アルミニウム板材の把持力を低くしたプレス型のブランクホルダーが記載されている。

また特許文献２には、絞り成形時にダイとブランクホルダーとを嵌合させてアルミニウム板材にビードを形成し、アルミニウム板材における該ビードよりも外方部分はダイとブランクホルダーとで挟持しない絞り成形装置が記載されている。

特開昭４８－４９６６０号公報 特開２０１４－５０８５７号公報

特許文献１に記載のプレス型のブランクホルダーは、アルミニウム板材の把持力が低い結果、アルミニウム板材に皺が発生してしまう。次に特許文献２に記載の絞り成形装置は、アルミニウム板材をビードにおいてダイとブランクホルダーとで挟持している。その結果、アルミニウム板材におけるビードよりも外側部分を、該ビードよりも内側に流入させることができず、アルミニウム板材に割れが発生してしまう。

したがって本発明の課題は、金属製の板材を成形するときに、金属製の板材に割れが発生し難く、金属製の板材に皺が発生し難い成形金型を提供することにある。またそれを用いるプレス成形方法を提供することにある。

本発明は、凹部を有するダイ、凸部を有するパンチ、該凹部の輪郭に一致する形状の貫通口を有し且つ該ダイと該パンチとの間に配される第１部材を備え、該ダイ及び該第１部材の間に配された金属製の板材に対して、該凸部を該貫通口及び該凹部に挿通してプレス成形する成形金型であって、
前記第１部材は、前記貫通口の周縁部に前記凸部よりも低く隆起する隆起部を有し、
前記ダイは、前記隆起部に嵌合し且つ前記凹部よりも浅く窪んだ凹陥部を該凹部の周縁部に有し、
前記成形金型は、前記隆起部及び前記凹陥部から外方に、前記第１部材と前記ダイとの間隔を、前記金属製の板材の厚み以上に調整する第２部材を有している、成形金型を提供するものである。

また本発明は、凹部を有するダイ、凸部を有するパンチ、該凹部の輪郭に一致する形状の貫通口を有し且つ該ダイと該パンチとの間に配される第１部材を備え、
前記第１部材は、前記貫通口の周縁部に前記凸部よりも低く隆起する隆起部を有し、
前記ダイは、前記隆起部に嵌合し且つ前記凹部よりも浅く窪んだ凹陥部を該凹部の周縁部に有し、
前記隆起部及び前記凹陥部から外方に、前記第１部材と前記ダイとの間の距離を調整する第２部材を有する成形金型を用いるプレス成形方法であって、
金属製の板材を前記ダイと前記第１部材とで挟んだときに、前記第２部材によって該第１部材と該ダイとの間の距離を該金属製の板材の厚み以上に調整しつつ、前記凹陥部と前記隆起部とを嵌合させ該金属製の板材を変形させて該金属製の板材の周縁部に仮屈曲部を形成する工程と、
前記凸部を前記貫通口及び前記凹部に挿通して前記金属製の板材をプレス成形するときには、先ず前記隆起部に前記仮屈曲部を係合させ、該金属製の板材における該仮屈曲部から外方部分の前記凹部側への移動を防ぎながらプレス成形し、
その後、前記凹陥部よりも深くプレス成形するときには、前記仮屈曲部を延ばしながら前記隆起部から内方に前記金属製の板材の周縁部を越えさせ、該周縁部を前記凹部内に流入させつつプレス成形する工程とを備える、プレス成形方法を提供するものである。

本発明によれば、金属製の板材を成形するときに、金属製の板材に割れが発生し難く、金属製の板材に皺が発生し難い成形金型及びそれを用いるプレス成形方法を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態である成形金型の構成を模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示す成形金型を用いてプレス成形し、金属製の板材を変形させて金属製の板材に仮屈曲部を形成する様子を模式的に示す断面図である。 図３は、図１に示す成形金型を用い、第１部材の隆起部に金属製の板材の仮屈曲部を係合させた状態で、金属製の板材をプレス成形する様子を模式的に示す断面図である。 図４は、図１に示す成形金型を用い、金属製の板材の仮屈曲部を引き延ばしながら、金属製の板材をプレス成形する様子を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１には本発明の一実施形態である成形金型１の斜視図が示されている。成形金型１は、金属製の板材１０をプレス成形するものである。

金属製の板材１０としては、アルミニウム板、ステンレス板、マグネシウム板、鉄板等が挙げられ、軽量化の観点から、アルミニウム板、マグネシウム板等の合金板が好ましく用いられ、アルミニウム板が特に好ましく用いられる。アルミニウム板とは、純アルミニウム板のみならず、それに加えてアルミニウムを主成分とする合金板を含むものである。アルミニウム板として、合金板を使用する場合、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の合金が好ましく用いられ、コストの観点及び量産性の観点から、４０００系及び５０００系の合金が特に好ましく用いられる。

金属製の板材１０の厚みは、均一であることが好ましい。最も薄い位置での板材１０の厚みは、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが更に好ましく、０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが特に好ましい。

図１に示すように、成形金型１は、凹部２１を有するダイ２、凸部３１を有するパンチ３、貫通口４１を有する第１部材４、ダイ２と第１部材４との間隔を調整する第２部材５を備えている。成形金型１は、それらに加えて、周知のコンピュータで構成された制御部（不図示）を備えている。

ダイ２、パンチ３及び第１部材４は、制御部（不図示）と電気的に接続されている。制御部に入力された移動軌道のデータ、或いは操作者がコントローラーを介して制御部に入力した操作信号に基づき、ダイ２、パンチ３及び第１部材４を移動させることが可能になされている。制御部には、移動データが入力されているか、又は入力可能になされている。制御部への移動データの入力は、ＵＳＢメモリ等の記録媒体を介して入力可能であってもよいし、インターネットやイントラネット等のネットワークを介して入力可能であってもよい。

第１部材４は、金属製のものであり、図１に示すように、ダイ２とパンチ３との間に配されている。第１部材４は、その中央部分に貫通口４１を有している。貫通口４１は、その輪郭がダイ２の凹部２１の輪郭と一致する形状となっている。第１部材４は、貫通口４１の周縁部にパンチ３の凸部３１よりも低く隆起する隆起部４２と、該周縁部から外方に位置する外周部４３とを有する。隆起部４２は、貫通口４１から連続して該貫通口４１から外方に形成されている。隆起部４２を備えている結果、第１部材４は、貫通口４１の周縁部が、外周部４３から上方に段状に隆起している。隆起部４２及び外周部４３は、それぞれ、金属製の板材１０との対向面となる上面が水平な面となっていることが好ましい。

金属製の板材の中でも、特にアルミニウム板材又はマグネシウム板材に割れが発生し難く、アルミニウム板材又はマグネシウム板材に皺が発生し難い観点から、外周部４３の上面と隆起部４２の上面との間隔ｔ１は、凸部３１の高さｔ２よりも小さいが、金属製の板材１０の厚みｔ３よりも大きいことが好ましい。間隔ｔ１は最も広い位置での値である。高さｔ２は最も高い位置での値である。厚みｔ３は最も薄い位置での値である。

高さｔ２に対する間隔ｔ１の割合は、０．５％以上３％以下であることが好ましく、１％以上２％以下であることが更に好ましい。
厚みｔ３に対する間隔ｔ１の割合は、３００％以上６０００％以下であることが好ましく、５００％以上２０００％以下であることが更に好ましい。
間隔ｔ１は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが更に好ましく、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが特に好ましい。
高さｔ２は、５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であることが好ましく、３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることが更に好ましい。
厚みｔ３は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが更に好ましく、０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが特に好ましい。

ダイ２は、金属製のものであり、図１に示すように、中央部分に上方に向かって窪んだ凹部２１を備えている。ダイ２は、凹部２１の周縁部に隆起部４２に嵌合する凹陥部２２と、該周縁部から外方に位置する外周部２３とを有する。凹陥部２２は、凹部２１よりも浅く窪んだものである。凹陥部２２は、凹部２１から連続して該凹部２１から外方に形成されている。凹陥部２２を備えている結果、ダイ２は、凹部２１の周縁部が、外周部２３から上方に段状に陥没している。凹陥部２２及び外周部２３は、それぞれ、金属製の板材１０との対向面となる下面が水平な面となっていることが好ましい。

金属製の板材の中でも、特にアルミニウム板材又はマグネシウム板材に割れが発生し難く、アルミニウム板材又はマグネシウム板材に皺が発生し難い観点から、外周部２３の下面と凹陥部２２の下面との間隔ｔ４は、凹部２１の窪み高さｔ５よりも小さいが、金属製の板材１０の厚みｔ３よりも大きいことが好ましい。間隔ｔ４は最も深い位置での値である。高さｔ５は最も深い位置での値である。凹陥部２２の間隔ｔ４は、隆起部４２の間隔ｔ１と同じであることが好ましい。

高さｔ５に対する間隔ｔ４の割合は、１％以上２０％以下であることが好ましく、１％以上２％以下であることが更に好ましい。
厚みｔ３に対する間隔ｔ４の割合は、３００％以上６０００％以下であることが好ましく、５００％以上２０００％以下であることが更に好ましい。
間隔ｔ４は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
高さｔ５は、１５ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることが好ましく、７５ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが更に好ましい。

パンチ３は、金属製のものであり、図１に示すように、中央部分に上方に向かって隆起した凸部３１と、凸部３１から外方に位置する外周部３３とを有する。凸部３１は、第１部材４の貫通口４１及びダイ２の凹部２１に挿通可能となっている。凸部３１及び外周部３３は、それぞれ、金属製の板材１０との対向面となる上面が水平な面となっていることが好ましい。

第２部材５は、金属製のものであり、図１に示すように、プレート状に形成されている。第２部材５は、隆起部４２及び凹陥部２２から外方に配されており、且つ金属製の板材１０から外方に配されている。第２部材５は、ダイ２の外周部２３と第１部材４の外周部４３との間に位置するように外周部２３上に配されている。プレート状の第２部材５は、ダイ２と第１部材４との間隔を、金属製の板材１０の厚みｔ３以上に調整するものである。

金属製の板材の中でも、特にアルミニウム板材又はマグネシウム板材に割れが発生し難く、アルミニウム板材又はマグネシウム板材に皺が発生し難い観点から、第２部材５によって、ダイ２と上昇させた第１部材４との間隔ｔ６を、金属製の板材１０の厚みｔ３よりも大きく調整することが好ましく、同じに調整することが最も好ましい。また間隔ｔ６を厚みｔ３よりも大きく調整するときには、厚みｔ３に対する間隔ｔ６の割合は、１００％以上１０００％以下であることが好ましく、１００％以上２００％以下であることが更に好ましい。
間隔ｔ６は、０．２ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましく、０．６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが更に好ましく、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが特に好ましい。間隔ｔ６は最も狭い位置での値である。

成形金型１を用いた金属製の板材１０のプレス成形方法の好ましい一実施態様を、説明する。先ず、図１に示すように、ダイ２と第１部材４との間に、金属製の板材１０を配置する。次に、制御部（不図示）から送られる操作信号に基づき、第１部材４を上方に作動させる。そして、図２に示すように、金属製の板材１０をダイ２と第１部材４とで挟んだときに、第２部材５によって第１部材４とダイ２との間の距離である間隔ｔ６を金属製の板材１０の厚みｔ３以上に調整する。それとともに、凹陥部２２と隆起部４２とを嵌合させ金属製の板材１０を塑性変形させて該金属製の板材１０の周縁部に仮屈曲部１１を形成する工程を行う。

次いで、図３に示すように、第２部材５によって第１部材４とダイ２との間隔ｔ６を金属製の板材１０の厚みｔ３以上に調整した状態で、制御部（不図示）から送られる操作信号に基づき、パンチ３を上方に作動させる。そして、凸部３１を貫通口４１及び凹部２１に挿通して金属製の板材１０をプレス成形する。このようにプレス成形するときには、先ず隆起部４２に仮屈曲部１１を係合させ、金属製の板材１０における仮屈曲部１１から外方部分１２の凹部２１側への移動を防ぎながらプレス成形する。第１部材４とダイ２との間隔ｔ６が金属製の板材１０の厚みｔ３以上に調整されている結果、金属製の板材１０は、第１部材４とダイ２との間で挟持されていない状態となっている。しかし金属製の板材１０は、仮屈曲部１１によって隆起部４２に係合されており、外方部分１２の凹部２１側への移動を防ぎながらプレス成形できる結果、金属製の板材１０に皺が発生し難くなっている。

その後、図４に示すように、第２部材５によって第１部材４とダイ２との間隔ｔ６を金属製の板材１０の厚みｔ３以上に調整した状態で、制御部（不図示）から送られる操作信号に基づき、パンチ３を更に上方に作動させる。凸部３１を貫通口４１及び凹部２１に挿通して金属製の板材１０をプレス成形するときに、凸部３１によって凹陥部２２よりも深くプレス成形する。このように深くプレス成形するときには、金属製の板材１０の周縁部における仮屈曲部１１を引き延ばしながら、第１部材４の隆起部４２から内方に該周縁部を越えさせる。そして、ダイ２の凹部２１内に金属製の板材１０の周縁部を流入させつつプレス成形する工程を行う。凹部２１内に金属製の板材１０の周縁部を最大限流入させた状態においても、金属製の板材１０の周縁部の端縁は、隆起部４２と凹陥部２２とが嵌合した部分内に位置していることが好ましい。深くプレス成形するときも、金属製の板材１０は、第１部材４とダイ２との間で挟持されていない状態となっている。その為、金属製の板材１０の周縁部をダイ２の凹部２１内に流入させながらプレス成形でき、金属製の板材１０に割れが発生し難くなっている。以上のとおり、成形金型１を用いた金属製の板材１０のプレス成形方法によれば、金属製の板材１０を成形するときに、金属製の板材１０に割れが発生し難くなっており、しかも金属製の板材１０に皺が発生し難くなっている。

金属製の板材１０の仮屈曲部１１を引き延ばしながら、第１部材４の隆起部４２から内方に金属製の板材１０の周縁部を越えさせ易くする観点から、隆起部４２における金属製の板材１０に接触する角α４（図３参照）、言い換えれば、隆起部４２に仮屈曲部１１が係合する部分の角α４は、面取りされていることが好ましく、鈍角に面取りされていることが更に好ましく、又は角α４に丸みが付いていた方が更に好ましい。角α４が面取りされているとき、角α４は、０°より大きく１８０°より小さいことが好ましく、１２０°以上１５０°以下であることが更に好ましい。角α４に丸みが付いているとき、角α４の丸みを表す曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。隆起部４２の角α４の曲率半径は、ダイ２における凹陥部２２と外周部２３との境界に位置する角α２（図３参照）の曲率半径以上であることが好ましく、角α２の曲率半径よりも大きいことが更に好ましい。角α２は、言い換えれば、隆起部４２と凹陥部２２とを嵌合させて金属製の板材１０を挟んだ状態において、隆起部４２の角α４に対向する、ダイ２の凹陥部２２における角である。

以上、本発明の成形金型及びそれを用いるプレス成形方法をその好ましい実施形態の成形金型１に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。

例えば上述した本実施形態の成形金型１においては、図１に示すように、ダイ２及び第１部材４は、１つの隆起部４２と、該隆起部４２に嵌合する１つの凹陥部２２とを有している。それに代えて、第１部材４が複数の隆起部４２を有し、ダイ２が、これらの隆起部４２それぞれに嵌合する複数の凹陥部２２を有していてもよい。このようにダイ２及び第１部材４が、複数の隆起部４２と複数の凹陥部２２を有しているときには、隆起部４２による間隔ｔ１は、何れも同じであってもよく、異なっていてもよい。間隔ｔ１が異なっているときには、金属製の板材１０の皺を発生し難くする観点からは、ダイ２の凹部２１側に向かって、漸次大きくなっていることが好ましい。また金属製の板材１０の割れを発生し難くする観点からは、ダイ２の凹部２１側に向かって、漸次小さくなっていることが好ましい。

また上述した本実施形態の成形金型１においては、図１に示すように、第１部材４の隆起部４２は、貫通口４１から連続して該貫通口４１から外方に形成されている。それに代えて、隆起部４２は、貫通口４１から間隔を空けた位置に、該貫通口４１から外方に形成されていてもよい。同様に、ダイ２の凹陥部２２は、凹部２１から連続して該凹部２１から外方に形成されている。それに代えて、凹陥部２２は、凹部２１から間隔を空けた位置に、該凹部２１から外方に形成されていてもよい。

１ 成形金型
２ ダイ
２１ 凹部
２２ 凹陥部
３ パンチ
３１ 凸部
４ 第１部材
４１ 貫通口
４２ 隆起部
５ 第２部材
１０ 金属製の板材
１１ 仮屈曲部
１２ 外方部分

Claims (3)

1. 凹部を有するダイ、凸部を有するパンチ、該凹部の輪郭に一致する形状の貫通口を有し且つ該ダイと該パンチとの間に配される第１部材を備え、該ダイ及び該第１部材の間に配された金属製の板材に対して、該凸部を該貫通口及び該凹部に挿通してプレス成形する成形金型であって、
   前記第１部材は、前記貫通口の周縁部に前記凸部よりも低く隆起する隆起部と該周縁部から外方に位置する第１外周部とを有し、
   前記隆起部及び前記第１外周部は、それぞれ前記板材との対向面が水平な面を備え、
   前記ダイは、前記凹部の周縁部に前記隆起部に嵌合し且つ前記凹部よりも浅く窪んだ凹陥部と該周縁部から外方に位置する第２外周部とを有し、
   前記凹陥部及び前記第２外周部は、それぞれ前記板材との対向面が水平な面を備え、
   前記成形金型は、前記隆起部及び前記凹陥部から外方に、前記第１部材と前記ダイとの間隔を、前記金属製の板材の厚み以上に調整する第２部材を有しており、
   前記隆起部の水平な面と前記第１外周部の水平な面との第１間隔、及び前記凹陥部の水平な面と前記第２外周部の水平な面との第２間隔は、それぞれ、前記板材の厚みよりも大きく、該第１間隔と該第２間隔とが同じ間隔である、成形金型。
2. 前記金属製の板材を前記ダイと前記第１部材とで挟んだときに、前記第２部材によって該第１部材と該ダイとの間の距離を該金属製の板材の厚み以上に調整しつつ、前記凹陥部と前記隆起部とを嵌合させ該金属製の板材を変形させて該金属製の板材の周縁部に仮屈曲部を形成するようになされており、
   前記凸部を前記貫通口及び前記凹部に挿通して前記金属製の板材をプレス成形するときには、先ず前記隆起部に前記仮屈曲部を係合させ、該金属製の板材における該仮屈曲部から外方部分の前記凹部側への移動を防ぎながらプレス成形するようになされており、
   その後、前記凹陥部よりも深くプレス成形するときには、前記仮屈曲部を延ばしながら前記隆起部から内方に前記金属製の板材の周縁部を越えさせ、該周縁部を前記凹部内に流入させつつプレス成形するようになされている、請求項１に記載の成形金型。
3. 凹部を有するダイ、凸部を有するパンチ、該凹部の輪郭に一致する形状の貫通口を有し且つ該ダイと該パンチとの間に配される第１部材を備え、該ダイ及び該第１部材の間に配された金属製の板材に対して、該凸部を該貫通口及び該凹部に挿通してプレス成形する成形金型を用いるプレス成形方法であって、
   前記成形金型において、前記第１部材は、前記貫通口の周縁部に前記凸部よりも低く隆起する隆起部と該周縁部から外方に位置する第１外周部とを有し、
   前記隆起部及び前記第１外周部は、それぞれ前記板材との対向面が水平な面を備え、
   前記ダイは、前記凹部の周縁部に前記隆起部に嵌合し且つ前記凹部よりも浅く窪んだ凹陥部と該周縁部から外方に位置する第２外周部とを有し、
   前記凹陥部及び前記第２外周部は、それぞれ前記板材との対向面が水平な面を備え、
   前記成形金型は、前記隆起部及び前記凹陥部から外方に、前記第１部材と前記ダイとの間の距離を調整する第２部材を有しており、
   前記成形金型において、前記隆起部の水平な面と前記第１外周部の水平な面との第１間隔、及び前記凹陥部の水平な面と前記第２外周部の水平な面との第２間隔は、それぞれ、前記板材の厚みよりも大きく、該第１間隔と該第２間隔とが同じ間隔となっており、
   前記プレス成形方法は、金属製の板材を前記ダイと前記第１部材とで挟んだときに、前記第２部材によって該第１部材と該ダイとの間の距離を該金属製の板材の厚み以上に調整しつつ、前記凹陥部と前記隆起部とを嵌合させ該金属製の板材を変形させて該金属製の板材の周縁部に仮屈曲部を形成する工程と、
   前記凸部を前記貫通口及び前記凹部に挿通して前記金属製の板材をプレス成形するときには、先ず前記隆起部に前記仮屈曲部を係合させ、該金属製の板材における該仮屈曲部から外方部分の前記凹部側への移動を防ぎながらプレス成形し、
   その後、前記凹陥部よりも深くプレス成形するときには、前記仮屈曲部を延ばしながら前記隆起部から内方に前記金属製の板材の周縁部を越えさせ、該周縁部を前記凹部内に流入させつつプレス成形する工程とを備える、プレス成形方法。

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