JP7401775B2 - パンチ、バーリング加工方法およびバーリング加工品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パンチ、バーリング加工方法およびバーリング加工品の製造方法に関する。

車体部品に適用される鋼板の高強度・薄肉化が推進される中、高強度化に伴いプレス成形時の伸びフランジ破断（材料端部の破断）が課題となっている（例えば、下記特許文献１、２参照）。
一般に、多角形状のバーリング加工においては、予め素板に打ち抜き加工や切削加工により多角形の下穴が設けられている。そして、下穴よりも大きいパンチを押し込むことによって、バーリング部が成形される。その際に、バーリング部の辺部については、パンチのストローク方向に対して素板が押し曲げられる単純なフランジ成形となる。

国際公開第２０１４／０１７４３６号 特開２０１７－１４８８４７号公報

しかしながら、穴縁の角部については、下穴の平面視において辺部よりも曲率が大きい高曲率部であることもあり、素板が穴の周方向に伸ばされながら曲げられる伸びフランジ成形となる。そのため、延性の低い高強度鋼板をバーリング加工する際には、角部での、き裂発生が課題となる。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、バーリング部の破断を抑制することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様は、バーリング加工するために用いられるパンチであって、前記パンチの軸線方向に並ぶ先行加工部、中間加工部および仕上げ加工部を備え、前記先行加工部は、前記パンチの軸線回りに周回する周方向に複数配置され、前記パンチの軸線に対して傾斜するとともに前記仕上げ加工部側に向かうに従い前記軸線から離間しつつ大きくなる第１傾斜壁面と、前記周方向に隣り合う前記第１傾斜壁面を繋ぐ第１稜線と、を備え、前記中間加工部は、複数の前記第１傾斜壁面それぞれに連なり、前記周方向に複数配置されるとともに前記仕上げ加工部側に向かうに従い前記軸線から離間しつつ小さくなる第２傾斜壁面と、前記周方向に隣り合う前記第２傾斜壁面の間に配置され、前記軸線に沿って延びるとともに前記仕上げ加工部側に向かうに従い大きくなる第１直壁面と、前記周方向に隣り合う前記第２傾斜壁面と前記第１直壁面とを繋ぎ、前記第１稜線に連なる第２稜線と、を備え、前記仕上げ加工部は、複数の前記第１直壁面それぞれに連なり、前記周方向に複数配置された第２直壁面と、前記周方向に隣り合う前記第２直壁面を繋ぐ隅壁面と、を備える。

ブランクとパンチとが軸線方向に相対的に接近し、ブランクの下穴にパンチが挿入されることで、先行加工部、中間加工部、仕上げ加工部が順に下穴をバーリング加工する。
先行加工部がブランクを加工するときには、第１稜線が下穴を加工する。これにより、パンチが、下穴の穴縁のうちの所定の領域を先行してバーリング加工する。
その後、中間加工部がブランクを加工するときには、第１直壁面および第２稜線が下穴を加工する。これにより、パンチが、下穴の穴縁を、前記所定の領域から下穴の穴縁に沿って広がるように逐次バーリング加工する。
そして、仕上げ加工部がブランクを加工するときには、第２直壁面および隅壁面が下穴を加工する。これにより、パンチがバーリング部をその全周にわたって仕上げ加工する。
以上より、このパンチによれば、下穴の穴縁において、所定の領域から下穴の穴縁に沿って広がるように逐次的にバーリング部を成形することができる。よって、下穴の平面視において、下穴の穴縁のうちの曲率が低い低曲率部を先行してバーリング加工することで、成形の過程で、バーリング部において平面視での曲率が高い高曲率部の中央を伸ばしながら成形するのではなく、高曲率部に周囲から材料を流入させながら成形するこができる。その結果、バーリング部でのき裂発生を抑制することが可能になり、成形性を向上させることができる。

前記第１傾斜壁面および前記第２傾斜壁面は、同一平面によって形成されていてもよい。

第１傾斜壁面および第２傾斜壁面が、同一平面によって形成されている。したがって、パンチの形状を簡素なものとすることができる。

前記第１傾斜壁面および前記第２傾斜壁面それぞれが前記軸線に対してなす傾斜角度は、１０°以上８０°以下であってもよい。

前記傾斜角度が１０°以上８０°以下であることによって、前記傾斜壁面を利用して、下穴の穴縁を、所定の領域から下穴の穴縁に沿って広がるように逐次的にバーリング加工し、高曲率部に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

前記第１直壁面および前記第２直壁面は、同一平面によって形成されていてもよい。

第１直壁面および第２直壁面が、同一平面によって形成されている。したがって、パンチの形状を簡素なものとすることができる。

前記第１稜線を、前記第１稜線が延びる方向に直交する横断面で見たときに、前記第１稜線は、外側に向けて凸となる曲線をなしてもよい。

前記横断面で見たときに、第１稜線が外側に向けて凸となる曲線をなす。したがって、例えば、前記横断面で見たときに、第１稜線が外側に向けて凸となる鋭角をなす場合に比べて、第１稜線が下穴を加工するときに、下穴の穴縁に過度な負荷が集中するのを抑制することができる。よって、成形性を更に高めることができる。

前記第１稜線がなす曲線の曲率半径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であってもよい。

前記曲率半径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることによって、第１稜線を利用して、下穴の穴縁の所定の領域から下穴の穴縁に沿って逐次的に広がるようにバーリング加工することが容易になる。そのため、高曲率部に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

前記第２稜線を、前記第２稜線が延びる方向に直交する横断面で見たときに、前記第２稜線は、外側に向けて凸となる曲線をなしてもよい。

前記横断面で見たときに、第２稜線が外側に向けて凸となる曲線をなす。したがって、例えば、前記横断面で見たときに、第２稜線が外側に向けて凸となる鋭角をなす場合に比べて、第２稜線が下穴を加工するときに、下穴の穴縁に過度な負荷が集中するのを抑制することができる。よって、成形性を更に高めることができる。

前記第２稜線がなす曲線の曲率半径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であってもよい。

前記曲率半径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることによって、第２稜線を利用して、下穴の穴縁を、所定の領域から下穴の穴縁に沿って広がるように逐次的にバーリング加工し、高曲率部に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

本発明の一態様は、ブランクに形成された平面視非真円形状の下穴に、前記パンチを用いてバーリング加工する方法であって、前記パンチの前記先行加工部、前記中間加工部、前記仕上げ加工部が順に前記下穴をバーリング加工し、前記先行加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第１稜線が前記下穴を加工し、前記中間加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第１直壁面および前記第２稜線が前記下穴を加工し、前記仕上げ加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第２直壁面および前記隅壁面が前記下穴を加工する。

前記下穴が平面視多角形状であり、前記パンチは、前記平面視多角形状の複数の辺部それぞれにおいて、各前記辺部を間に挟む一対の前記平面視多角形状の角部から離れて位置する所定の領域を先行してバーリング加工し、その後、前記所定の領域から一対の前記角部それぞれに向けて逐次バーリング加工してもよい。

この場合、先行加工部がブランクを加工するときには、第１稜線が辺部を加工する。これにより、パンチが、複数の辺部それぞれにおいて、各辺部を間に挟む一対の角部から離れて位置する所定の領域を先行してバーリング加工する。
その後、中間加工部がブランクを加工するときには、第１直壁面および第２稜線が辺部および角部を加工する。これにより、パンチが、前記所定の領域から一対の角部それぞれに向けて逐次バーリング加工する。
そして、仕上げ加工部がブランクを加工するときには、第２直壁面および隅壁面が辺部および角部を加工する。これにより、パンチがバーリング部をその全周にわたって仕上げ加工する。
以上より、このバーリング加工方法によれば、辺部のうちの所定の領域から角部にかけて逐次的にバーリング部を成形することができる。これにより、成形の過程でバーリング部における角部の中央を伸ばしながら成形するのではなく、角部の中央に周囲から材料を流入させながら成形するこができる。その結果、バーリング部における角部での、き裂発生を抑制することが可能になり、成形性を向上させることができる。

本発明の一態様は、前記バーリング加工方法により、前記ブランクにバーリング部が加工されてなるバーリング加工品を製造するバーリング加工品の製造方法である。

本発明によれば、バーリング部の破断を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るバーリング加工装置によって加工されるブランクの一部を示す斜視図である。 図１に示すブランクがバーリング加工されてなるバーリング加工品の一部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバーリング加工装置を示す側面図である。 図３に示すバーリング加工装置における要部を示す斜視図である。 図３に示すバーリング加工装置を構成するパンチの斜視図である。 図５に示すパンチの平面図である。 図５に示すパンチの側面図である。 図５に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面矢視図である。 図５に示すＩＸ－ＩＸ断面矢視図である。 図３に示すバーリング加工装置によってブランクをバーリング加工する過程を示す図であって、先行加工部がブランクを加工している状態を示す側面図である。 図１０に示すバーリング加工装置における要部を示す斜視図である。 図３に示すバーリング加工装置によってブランクをバーリング加工する過程を示す図であって、中間加工部がブランクを加工している状態を示す側面図である。 図１２に示すバーリング加工装置における要部を示す斜視図である。 図３に示すバーリング加工装置によってブランクをバーリング加工する過程を示す図であって、仕上げ加工部がブランクを加工している状態を示す側面図である。 図１４に示すバーリング加工装置における要部を示す斜視図である。 比較例のバーリング加工装置を構成するパンチの斜視図である。 図１６に示すバーリング加工装置によってブランクをバーリング加工する過程を示す斜視図である。 検証試験の実施例に係るバーリング加工装置によって製造されたバーリング加工品のせん断ひずみ量についてのコンター図である。 図１８に示すＸＩＸ矢視図である。 検証試験の比較例に係るバーリング加工装置によって製造されたバーリング加工品のせん断ひずみ量についてのコンター図である。 図２０に示すＸＸＩ矢視図である。 検証試験の実施例に係るバーリング加工装置によって製造されたバーリング加工品のせん断ひずみと伸びフランジ変形との関係について説明するためのバーリング加工品の斜視図である。 検証試験の比較例に係るバーリング加工装置によって製造されたバーリング加工品のせん断ひずみと伸びフランジ変形との関係について説明するためのバーリング加工品の斜視図である。

以下、図１から図２３を参照し、本発明の一実施形態に係るパンチ５０を備えるバーリング加工装置２０（プレス加工装置）を説明する。

（ブランク１０）
バーリング加工装置２０の説明にあたり、バーリング加工装置２０により加工されるブランク１０（ブランクシート）について説明する。

図１は、ブランク１０の一部を示す斜視図である。ブランク１０の厚さは、例えば、０．４ｍｍ以上２．９ｍｍ以下である。ブランク１０の厚さは、例えば、ブランク１０において、後述する下穴１１の軸線を中心とする同一円周上において周方向に等間隔をあけた５か所の板厚の平均値を採用することができる。ブランク１０の引張強さは、例えば、５９０ＭＰａ以上である。ブランク１０の引張強さは、例えば、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１により測定することができる。ブランク１０は、例えば、鋼やアルミニウム合金などの金属、具体的には、厚さ２．９ｍｍ以下、引張強さ５９０ＭＰａ以上１４７０ＭＰａ以下の鋼板などにより形成される。

ブランク１０には、平面視非真円形状の下穴１１が形成されている。図示の例では、下穴１１は、平面視正多角形状、具体的には平面視正方形状に形成されている。下穴１１は、辺部１２（低曲率部）と、角部１３（高曲率部）と、を備えている。辺部１２および角部１３は、いずれも下穴１１の穴縁１１ａである。辺部１２は、前記平面視多角形状の辺部である。角部１３は、前記平面視多角形状の角部である。

なお、本発明において、正方形状等を含む多角形状は、厳密な意味での多角形状に限定されない。多角形状を形成する複数の角部のうち一部または全部は、曲線で構成されていてもよい。多角形状の角部が曲線で形成される場合、当該曲線は、単一の円弧によって形成されていてもよく、複数の円弧によって形成されていてもよい。また、多角形状を形成する複数の辺部のうち一部または全部は、曲線で構成されていてもよい。多角形状の辺部が曲線で形成される場合、当該曲線は、単一の円弧によって形成されていてもよく、複数の円弧によって形成されていてもよい。ただし、多角形状の角部および辺部がともに曲線で形成される場合、多角形状の角部を形成する曲線では、多角形状の辺部を形成する曲線より曲率が大きくなる。
図１に例示した下穴１１は、正方形状の全ての角部が単一の円弧によって形成されるとともに、全ての辺部が直線によって形成されている。言い換えると、角部１３は平面視円弧状をなし、辺部１２は平面視直線状をなす。

なお本実施形態の変形例において、下穴１１の平面視形状は、正方形状に限られない。下穴１１の平面視形状は、正方形状以外の正多角形状であってもよい。例えば、下穴１１の平面視形状は、正三角形状や正五角形などであってもよい、さらに本実施形態の変形例において、下穴１１の平面視形状は、正多角形状に限られない。例えば、下穴１１の平面視形状は、正方形状ではない矩形状であってもよく、非対称な（いびつな）多角形状であってもよい。

（バーリング加工品１０Ａ）
バーリング加工装置２０は、図２に示すように、ブランク１０の下穴１１にバーリング加工を施す。バーリング加工は、ブランク１０にバーリング部１５を加工する方法である。ブランク１０にバーリング加工を施すことにより、ブランク１０にバーリング部１５が加工されてなるバーリング加工品１０Ａが製造される。

バーリング部１５は、ブランク１０から、ブランク１０の板厚方向に立ち上がっている。バーリング部１５の高さは、例えば、４ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。バーリング部１５の高さは、例えば、周方向に等間隔をあけた５か所の高さの平均値を採用することができる。バーリング部１５は、周方向に連続して延びている。バーリング部１５は、筒状に形成されている。

バーリング部１５は、平面視多角形状に形成されている。本実施形態では、バーリング部１５は、平面視正方形状に形成されている。バーリング部１５は、辺部１６と、角部１７と、を備えている。辺部１６は、前記平面視多角形状の辺部である。角部１７は、前記平面視多角形状の角部である。角部１７は、平面視円弧状をなし、辺部１６は平面視直線状をなす。

バーリング部１５は、下穴１１の穴縁１１ａを板厚方向（ブランク１０の面外）に曲げ加工することで形成される。このような曲げ加工において、下穴１１の穴縁１１ａは下穴１１の周方向に伸びる。すなわち、バーリング部１５は、下穴１１の穴縁１１ａが伸びフランジ成形されることで形成される。

（バーリング加工装置２０）
次に、バーリング加工装置２０について説明する。
図３および図４に示すように、バーリング加工装置２０は、ダイ３０と、ブランクホルダー４０と、パンチ５０と、を備えている。これらのダイ３０、ブランクホルダー４０およびパンチ５０には、一般的なプレス金型に用いられる公知の材料を適宜採用することができる。

ダイ３０およびブランクホルダー４０は、ブランク１０を、ブランク１０の板厚方向に挟む。ブランク１０は、ダイ３０およびブランクホルダー４０によって、板厚方向に固定される。ダイ３０およびブランクホルダー４０それぞれには、開口３１、４１が形成されている。ダイ３０およびブランクホルダー４０の各開口３１、４１の平面視形状は、ブランク１０の下穴１１の平面視形状よりも大きい。ダイ３０およびブランクホルダー４０がブランク１０を挟んだ状態で、ダイ３０およびブランクホルダー４０の各開口３１、４１は、ブランク１０の下穴１１と同軸に配置される。

パンチ５０は、ダイ３０およびブランクホルダー４０に挟まれたブランク１０の下穴１１と同軸に配置された状態で、ブランク１０に接近し、下穴１１に挿入される。パンチ５０は、パンチ５０の軸線Ｏ方向に平行移動（進退）する。バーリング加工を施す前において、パンチ５０は、ブランクホルダー４０を間に挟んでダイ３０の反対側に配置されている。パンチ５０は、軸線Ｏ方向に沿って、ブランク１０に対してブランクホルダー４０が位置する側から、ブランク１０に接近する。

パンチ５０の大きさは、ダイ３０およびブランクホルダー４０の各開口３１、４１を通過可能な大きさである。パンチ５０は、ブランクホルダー４０の開口４１を通過しながら、ブランク１０の下穴１１の穴縁１１ａを、ダイ３０の開口３１内に向けて曲げ変形（曲げフランジ成形）させる。パンチ５０は、ダイ３０と協働してバーリング部１５を加工する。パンチ５０がブランク１０の下穴１１の穴縁１１ａを曲げ変形させているとき、ブランク１０のうちの曲げ変形している部分は、パンチ５０とダイ３０との間に挟まれる。

（パンチ５０）
図５から図９に示すように、パンチ５０は、軸線Ｏ方向に並ぶ先行加工部５１、中間加工部５２および仕上げ加工部５３を備えている。なお以下では、軸線Ｏ方向に沿う先行加工部５１側を、軸線Ｏ方向の第１側Ｄ１という。軸線Ｏ方向に沿う仕上げ加工部５３側を、軸線Ｏ方向の第２側Ｄ２という。パンチ５０の軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。パンチ５０の軸線Ｏに直交する方向を径方向という。径方向に沿って軸線Ｏに近づく側を径方向の内側という。径方向に沿って軸線Ｏから離れる側を径方向の外側という。

先行加工部５１は、多角錘状である。本実施形態では、先行加工部５１は、正多角錘状、より具体的には、正四角錘状である。なお本実施形態の変形例において、先行加工部５１は、多角錘状に限られず、例えば、多角錘台状であってもよい。ここで、多角錘状および多角錘台状は、軸線Ｏ方向に直交する横断面視において、前述したような多角形状をなす形状である。

先行加工部５１は、第１傾斜壁面５４と、第１稜線５５と、を備えている。
第１傾斜壁面５４は、周方向に複数配置されている。複数の第１傾斜壁面５４は、互いに同等の形状かつ同等の大きさである。なお本実施形態の変形例において、複数の第１傾斜壁面５４は、それぞれ互いに異なる形状であってもよく、互いに異なる大きさであってもよい。

各第１傾斜壁面５４は、平面によって形成されている。各第１傾斜壁面５４は、軸線Ｏに対して傾斜するとともに仕上げ加工部５３に向かうに従い軸線Ｏから離間しつつ大きくなる。各第１傾斜壁面５４は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、径方向の外側に延びている。各第１傾斜壁面５４が軸線Ｏに対してなす傾斜角度θ１は、１０°以上８０°以下であることが好ましい。各第１傾斜壁面５４は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、周方向に大きく（幅広に）なっている。各第１傾斜壁面５４は、第１側Ｄ１に向けて凸となる二等辺三角形状である。

第１稜線５５は、周方向に隣り合う第１傾斜壁面５４を繋ぐ。第１稜線５５は、周方向に隣り合う第１傾斜壁面５４の等辺（頂角を挟む辺）を繋ぐ。各第１稜線５５は、軸線Ｏに対して傾斜している。各第１稜線５５は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、径方向の外側に延びている。第１稜線５５が軸線Ｏに対してなす傾斜角度θ２（図５参照）は、１０°以上８０°以下であることが好ましい。第１稜線５５が軸線Ｏに対してなす傾斜角度θ２は、第１傾斜壁面５４が軸線Ｏに対してなす傾斜角度θ１よりも大きい。

図８に示すように、第１稜線５５を、第１稜線５５が延びる方向に直交する横断面で見たときに、第１稜線５５は、外側に向けて凸となる曲線をなす。第１稜線５５がなす曲線の曲率半径Ｒ１は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。曲率半径Ｒ１は、例えば、前記延びる方向に等間隔をあけた５か所の曲率半径の平均値を採用することができる。
なお本実施形態の変形例において、第１稜線５５は前記横断面で見たときに、曲線をなしていなくてもよく、例えば、鋭角をなしていてもよい。

図５から図７に示すように、仕上げ加工部５３は、多角柱状である。本実施形態では、仕上げ加工部５３は、正多角柱状、具体的には正四角柱状である。ここで多角柱状は、軸線Ｏ方向に直交する横断面視において、前述したような多角形状をなす形状である。仕上げ加工部５３の平面視形状は、バーリング部１５の内周の平面視形状と同一である。パンチ５０を平面視したときに、仕上げ加工部５３は、先行加工部５１に外接している。

仕上げ加工部５３は、第２直壁面５６と、隅壁面５７と、を備えている。
第２直壁面５６は、後述する中間加工部５２を形成する第１直壁面５９に連なり、周方向に複数配置されている。複数の第２直壁面５６は、互いに同等の形状かつ同等の大きさである。なお本実施形態の変形例において、複数の第２直壁面５６は、それぞれ互いに異なる形状であってもよく、互いに異なる大きさであってもよい。

各第２直壁面５６は、平面によって形成されている。各第２直壁面５６は、軸線Ｏに沿って延びている。各第２直壁面５６は、軸線Ｏ方向に位置によらず周方向の大きさが同一である。各第２直壁面５６は、矩形状である。
なお、第２直壁面５６が軸線Ｏに沿って延びていることには、第２直壁面５６が軸線Ｏに完全に平行である場合だけでなく、第２直壁面５６が軸線Ｏに対してわずかに傾斜している場合が含まれる。この場合における傾斜角度は、例えば５°以下である。

隅壁面５７は、周方向に隣り合う第２直壁面５６を繋ぐ。隅壁面５７は、径方向の外側に向けて凸となる凸曲面によって形成されている。パンチ５０の軸線Ｏに直交する横断面で見たときに、隅壁面５７は、径方向の外側に向けて凸となる曲線をなす。隅壁面５７は、軸線Ｏに沿って延びている。
隅壁面５７は、先行加工部５１の第１稜線５５に対して周方向にずらされて配置されている。隅壁面５７と第１稜線５５とは、周方向に交互に配置されている。

中間加工部５２は、先行加工部５１と仕上げ加工部５３とを繋ぐ。中間加工部５２は、第２傾斜壁面５８と、第１直壁面５９と、第２稜線６０と、を備えている。
第２傾斜壁面５８は、周方向に複数配置されている。第２傾斜壁面５８は、仕上げ加工部５３側に向かうに従い軸線Ｏから離間しつつ小さくなる。複数の第２傾斜壁面５８は、互いに同等の形状かつ同等の大きさである。なお本実施形態の変形例において、複数の第２傾斜壁面５８は、それぞれ互いに異なる形状であってもよく、互いに異なる大きさであってもよい。

各第２傾斜壁面５８は、平面によって形成されている。各第２傾斜壁面５８は、軸線Ｏに対して傾斜している。各第２傾斜壁面５８は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、径方向の外側に延びている。各第２傾斜壁面５８が軸線Ｏに対してなす傾斜角度θ３（図５参照）は、１０°以上８０°以下である。
各第２傾斜壁面５８は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、周方向に小さく（幅狭に）なっている。各第２傾斜壁面５８は、第２側Ｄ２に向けて凸となる二等辺三角形状である。各第２傾斜壁面５８の頂角は、仕上げ加工部５３の隅壁面５７と軸線Ｏ方向に隣り合う。

第２傾斜壁面５８は、複数の前記第１傾斜壁面５４それぞれに連なる。本実施形態では、第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８の各傾斜角度θ１、θ３が、同一である。第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８は、同一平面によって形成されている。第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８を形成する平面は、ひし形状である。
なお本実施形態の変形例において、第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８が同一平面によって形成されていなくてもよい。例えば、第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８の傾斜角度θ１、θ３が、互いに異なっていてもよい。

第１直壁面５９は、周方向に隣り合う第２傾斜壁面５８の間に配置されている。第１直壁面５９は、軸線Ｏに沿って延びるとともに仕上げ加工部５３側に向かうに従い大きくなる。第１直壁面５９は、周方向に複数配置されている。複数の第１直壁面５９は、互いに同等の形状かつ同等の大きさである。なお本実施形態の変形例において、複数の第１直壁面５９は、それぞれ互いに異なる形状であってもよく、互いに異なる大きさであってもよい。
各第１直壁面５９は、平面によって形成されている。各第１直壁面５９は、軸線Ｏに沿って延びている。各第１直壁面５９は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い周方向に大きく（幅広に）なっている。各第１直壁面５９は、第１側Ｄ１に向けて凸となる二等辺三角形状である。

なお、第１直壁面５９が軸線Ｏに沿って延びていることには、第１直壁面５９が軸線Ｏに完全に平行である場合だけでなく、第１直壁面５９が軸線Ｏに対してわずかに傾斜している場合が含まれる。この場合における傾斜角度は、例えば５°以下である。
各第１直壁面５９は、複数の第２直壁面５６それぞれに連なっている。第１直壁面５９および第２直壁面５６は、同一平面によって形成されている。

第２稜線６０は、周方向に隣り合う第２傾斜壁面５８と第１直壁面５９を繋ぐ。第２稜線６０は、第２傾斜壁面５８がなす二等辺三角形の等辺（頂角を挟む辺）と、第１直壁面５９がなす二等辺三角形の等辺（頂角を挟む辺）と、を繋ぐ。
第２稜線６０は、周方向に複数配置されている。第２稜線６０は、全周にわたって配置されている。周方向に隣り合う第２稜線６０は、互いに連なっている。以上により、第２稜線６０は、周方向の全周にわたって連続して延びている。第２稜線６０は、第１側Ｄ１および第２側Ｄ２に交互に波打ちながら周方向に延びている。

第１直壁面５９を間に挟んで周方向に隣り合う２つの第２稜線６０は、第１側Ｄ１に向けて凸となる鋭角をなす。この鋭角は、第１稜線５５の第２側Ｄ２の端部に連なっている。各第２稜線６０は、第１直壁面５９を正面（径方向の外側）から見た正面視において、軸線Ｏに直交する仮想線Ｌ（図７参照）に対して傾斜している。各第２稜線６０は、第１側Ｄ１から第２側Ｄ２に向かうに従い、互いに離れていて、第１稜線５５から隅壁面５７に向けて延びている。第２稜線６０が仮想線Ｌに対してなす傾斜角度θ４は、４５°以上８０°以下である。

第２傾斜壁面５８を間に挟んで周方向に隣り合う２つの第２稜線６０は、第２側Ｄ２に向けて凸となる円弧をなす。この円弧は、第２傾斜壁面５８と隅壁面５７とを軸線Ｏ方向に繋ぐ。

図９に示すように、第２稜線６０を、第２稜線６０が延びる方向に直交する横断面で見たときに、第２稜線６０は、外側に向けて凸となる曲線をなす。第２稜線６０がなす曲線の曲率半径Ｒ２は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。曲率半径Ｒ２は、例えば、前記延びる方向に等間隔をあけた５か所の曲率半径の平均値を採用することができる。
なお本実施形態の変形例において、第２稜線６０は前記横断面で見たときに、曲線をなしていなくてもよく、例えば、鋭角をなしていてもよい。

（バーリング加工方法、バーリング加工品の製造方法）
次に、前記バーリング加工装置２０を用いたバーリング加工方法について説明する。
図１０から図１５に示すように、この方法では、ブランク１０とパンチ５０とが軸線Ｏ方向に相対的に接近し、パンチ５０がブランク１０の下穴１１に挿入されることで、先行加工部５１、中間加工部５２、仕上げ加工部５３が順に下穴１１をバーリング加工する。本実施形態では、ブランク１０がダイ３０とブランクホルダー４０によって固定された状態で、パンチ５０が軸線Ｏ方向の第１側Ｄ１に前進し、ブランク１０に接近する。

図１０および図１１に示すように、先行加工部５１がブランク１０を加工するときには、第１稜線５５が辺部１２を加工する。これにより、パンチ５０が、複数の辺部１２それぞれにおいて、各辺部１２を間に挟む一対の角部１３から離れて位置する所定の領域を先行してバーリング加工する。具体的には、パンチ５０が前進する過程で、まず、第１稜線５５が前記所定の領域のうち、径方向の最も内側に位置する部分に接触する。パンチ５０が更に前進すると、第１稜線５５が前記所定の領域を第１側Ｄ１に押圧して第１側Ｄ１に曲げ変形させる。このとき、第１稜線５５とブランク１０とが接触する範囲が、前記所定の領域において径方向の外側に徐々に広がっていく。

図１２および図１３に示すように、その後、中間加工部５２がブランク１０を加工するときには、第１直壁面５９および第２稜線６０が辺部１２および角部１３を加工する。これにより、パンチ５０が、前記所定の領域から一対の角部１３それぞれに向けて逐次バーリング加工する。具体的には、パンチ５０が前進する過程で、まず、第２稜線６０のうちの第１稜線５５に連なる部分が、前記所定の領域に接触する。パンチ５０が更に前進すると、ブランク１０のうち、パンチ５０（第１直壁面５９および第２稜線６０）によって曲げ変形される領域が、周方向に徐々に広がっていく。このとき、ブランク１０の辺部１２の材料が、徐々に角部１３に向けて周方向に流れていく。その結果、バーリング部１５の辺部１６における角部１７寄りの部分が、周方向に大きくせん断変形する。

図１４および図１５に示すように、仕上げ加工部５３がブランク１０を加工するときには、第２直壁面５６および隅壁面５７が辺部１２および角部１３を加工する。これにより、パンチ５０が、バーリング部１５をその全周にわたって仕上げ加工する。

以上説明したように、本実施形態に係るバーリング加工方法によれば、辺部１２のうちの所定の領域から角部１３にかけて逐次的にバーリング部１５を成形することができる。これにより、成形の過程でバーリング部１５における角部１７の中央を伸ばしながら成形するのではなく、角部１７の中央に周囲から材料を流入させながら造形するこができる。その結果、バーリング部１５における角部１７での、き裂発生を抑制することが可能になり、成形性を向上させることができる。

第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８が、同一平面によって形成されている。したがって、パンチ５０の形状を簡素なものとすることができる。
第１直壁面５９および第２直壁面５６が、同一平面によって形成されている。したがって、パンチ５０の形状を簡素なものとすることができる。

第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８の傾斜角度θ１、θ３が１０°以上８０°以下であることによって、第１傾斜壁面５４および第２傾斜壁面５８を利用して、辺部１２のうちの所定の領域から角部１３にかけて逐次的にバーリング加工することが容易になる。その結果、角部１３の中央に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

第１稜線５５を前記横断面で見たときに、第１稜線５５が外側に向けて凸となる曲線をなす。したがって、例えば、前記横断面で見たときに、第１稜線５５が外側に向けて凸となる鋭角をなす場合に比べて、第１稜線５５が辺部１２を加工するときに、辺部１２に過度な負荷が集中するのを抑制することができる。よって、成形性を更に高めることができる。

第１稜線５５がなす曲線の曲率半径Ｒ１が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることによって、第１稜線５５を利用して、辺部１２の所定の領域から角部１３にかけて逐次的にバーリング加工することが容易になる。その結果、角部１３の中央に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

第２稜線６０を前記横断面で見たときに、第２稜線６０が外側に向けて凸となる曲線をなす。したがって、例えば、前記横断面で見たときに、第２稜線６０が外側に向けて凸となる鋭角をなす場合に比べて、第２稜線６０が辺部１２を加工するときに、辺部１２に過度な負荷が集中するのを抑制することができる。よって、成形性を更に高めることができる。

第２稜線６０がなす曲線の曲率半径Ｒ２が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることによって、第２稜線６０を利用して、辺部１２の所定の領域から角部１３にかけて逐次的にバーリング加工し、角部１３の中央に周囲から材料を流入させ成形性を向上させることがより容易になる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
例えば前記実施形態では、下穴１１が平面視多角形状である。しかしながら、例えば、下穴１１が平面視楕円形状であってもよい。下穴１１の形状としては、平面視非真円形状（平面視において真円でない形状）である任意の形状を適宜採用することができる。

次に、前記バーリング加工装置２０、前記バーリング加工方法の効果を検証するための検証試験を実施した。
この検証試験では、シミュレーション（ソフトウェア）上で、実施例および比較例のバーリング加工装置２０、２０Ａを用いてブランク１０にバーリング加工を施し、バーリング加工品１０Ａ、１０Ｂを製造した。

実施例のバーリング加工装置２０としては、前記実施形態に係るバーリング加工装置２０を準備した。パンチ５０の仕上げ加工部５３は、角部が単一の円弧によって形成され、かつ、辺部が単一の直線によって形成される平面視正方形状とした。仕上げ加工部５３が平面視においてなす正方形状において、４つの辺部それぞれを延長させて互いに交差させることで得られる４つの直角を含む仮想の正方形を規定したとき、この仮想の正方形の一辺を８３ｍｍとした。第１稜線５５の傾斜角度θ２は４５°とした。第１稜線５５および第２稜線６０それぞれがなす曲線の曲率半径Ｒ１、Ｒ２は３ｍｍとした。

比較例のバーリング加工装置２０Ａとしては、図１６および図１７に示すバーリング加工装置２０Ａを準備した。このバーリング加工装置２０Ａにおいて、ダイ３０およびブランクホルダー４０は、実施例に係るバーリング加工装置２０と共通している。パンチ５０Ａの平面視形状は、実施例におけるパンチ５０の仕上げ加工部５３の平面視形状と同様に、バーリング部１５の内周の平面視形状と同一である。

これらの実施例および比較例の２種類のバーリング加工装置２０、２０Ａを用いて、引張強さが異なる３種類のブランク１０（５９０ＭＰａ級鋼板、７８０ＭＰａ級鋼板、および、９８０ＭＰａ級鋼板）に、バーリング加工を施した。ブランク１０の板厚は３ｍｍとした。バーリング部１５の下穴１１は、角部１３が単一の円弧によって形成され、かつ、辺部１２が単一の直線によって形成される平面視正方形状とした。下穴１１が平面視においてなす正方形状において、４つの辺部１２それぞれを延長させて互いに交差させることで得られる４つの直角を含む仮想の正方形を規定したとき、この仮想の正方形の一辺を９０ｍｍとした。角部１３の曲率半径は２０ｍｍとした。

さらに、同一種類のバーリング加工装置２０、２０Ａを用いて、同一種類のブランク１０をバーリング加工する際においても、バーリング部１５の高さを異ならせ、複数種類のバーリング部１５を加工した。具体的には、バーリング部１５の高さを５ｍｍから１７ｍｍまで、２ｍｍ刻みに異ならせ、７種類のバーリング部１５を加工した。

すなわち全体で、２（バーリング加工装置２０の種類）×３（ブランク１０の引張強さの種類）×７（バーリング部１５の高さの種類）＝４２回のバーリング加工を実施した。

そして、各バーリング加工品１０Ａ、１０Ｂに加工されたバーリング部１５に、き裂が発生しているか否か確認した。
結果を以下の表１に示す。表１では、き裂がない場合を「〇」とし、き裂がある場合を「×」とした。

この結果から、いずれの引張強さを具備するブランク１０においても、実施例のバーリング加工装置２０によりバーリング加工した場合の方が、バーリング部１５を高くしても、き裂の発生が抑制されていることが確認された。

なお、前記検証試験において実施したシミュレーションにおいて、実施例、比較例それぞれの場合におけるせん断ひずみ量のコンター図を図１８から図２１に示す。図１８および図１９は、実施例のバーリング加工装置２０により製造されたバーリング加工品１０Ａを示す。図２０および図２１は、比較例のバーリング加工装置２０Ａにより製造されたバーリング加工品１０Ｂを示す。各コンター図におけるバーリング加工品１０Ａ、１０Ｂのバーリング部１５のうち、色が濃い領域ほど、せん断ひずみが大きいことを示している。

図１９に示す実施例の場合と、図２１に示す比較例の場合と、を比較すると、実施例のバーリング部１５における辺部１６と角部１７との境界部分において比較例より色が濃くなっていることが確認された。

すなわち、実施例のバーリング加工装置２０によりバーリング加工品１０Ａを製造した場合、図２２に示すように、下穴１１の穴縁１１ａをバーリング加工する過程で、辺部１２と角部１３との境界部分Ａ１において、辺部１２から角部１３に向けてせん断変形している。その結果、角部１３の中央Ａ２に向けて材料が流入し、角部１３の中央Ａ２における伸びフランジ変形が抑制される。

一方、比較例のバーリング加工装置２０Ａによりバーリング加工品１０Ｂを製造した場合、図２３に示すように、下穴１１の穴縁１１ａをバーリング加工する過程で、辺部１２と角部１３との境界部分Ａ１において、実施例ほどのせん断変形が生じていない。その結果、角部１３の中央Ａ２における伸びフランジ変形が、実施例ほどには抑制されず、結果としてき裂が生じる。

１０ ブランク
１１ 下穴
１２ 辺部
１３ 角部
１５ バーリング部
２０ バーリング加工装置
５０ パンチ
５１ 先行加工部
５２ 中間加工部
５３ 仕上げ加工部
５４ 第１傾斜壁面
５５ 第１稜線
５６ 第２直壁面
５７ 隅壁面
５８ 第２傾斜壁面
５９ 第１直壁面
６０ 第２稜線
Ｏ 軸線

Claims (11)

1. バーリング加工するために用いられるパンチであって、
   前記パンチの軸線方向に並ぶ先行加工部、中間加工部および仕上げ加工部を備え、
   前記先行加工部は、
   前記パンチの軸線回りに周回する周方向に複数配置され、前記パンチの軸線に対して傾斜するとともに前記仕上げ加工部側に向かうに従い前記軸線から離間しつつ大きくなる第１傾斜壁面と、
   前記周方向に隣り合う前記第１傾斜壁面を繋ぐ第１稜線と、を備え、
   前記中間加工部は、
   複数の前記第１傾斜壁面それぞれに連なり、前記周方向に複数配置されるとともに前記仕上げ加工部側に向かうに従い前記軸線から離間しつつ小さくなる第２傾斜壁面と、
   前記周方向に隣り合う前記第２傾斜壁面の間に配置され、前記軸線に沿って延びるとともに前記軸線方向に沿って前記仕上げ加工部側に向かうに従い大きくなる第１直壁面と、
   前記周方向に隣り合う前記第２傾斜壁面と前記第１直壁面とを繋ぎ、前記第１稜線に連なる第２稜線と、を備え、
   前記仕上げ加工部は、
   複数の前記第１直壁面それぞれに連なり、前記周方向に複数配置された第２直壁面と、
   前記周方向に隣り合う前記第２直壁面を繋ぐ隅壁面と、を備えるパンチ。
2. 前記第１傾斜壁面および前記第２傾斜壁面は、同一平面によって形成されている請求項１に記載のパンチ。
3. 前記第１傾斜壁面および前記第２傾斜壁面それぞれが前記軸線に対してなす傾斜角度は、１０°以上８０°以下である請求項１または２に記載のパンチ。
4. 前記第１直壁面および前記第２直壁面は、同一平面によって形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のパンチ。
5. 前記第１稜線を、前記第１稜線が延びる方向に直交する横断面で見たときに、前記第１稜線は、外側に向けて凸となる曲線をなす請求項１から４のいずれか１項に記載のパンチ。
6. 前記第１稜線がなす曲線の曲率半径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項５に記載のパンチ。
7. 前記第２稜線を、前記第２稜線が延びる方向に直交する横断面で見たときに、前記第２稜線は、外側に向けて凸となる曲線をなす請求項１から６のいずれか１項に記載のパンチ。
8. 前記第２稜線がなす曲線の曲率半径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項７に記載のパンチ。
9. ブランクに形成された平面視非真円形状の下穴に、請求項１から８のいずれか１項に記載のパンチを用いてバーリング加工する方法であって、
   前記パンチの前記先行加工部、前記中間加工部、前記仕上げ加工部が順に前記下穴をバーリング加工し、
   前記先行加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第１稜線が前記下穴を加工し、
   前記中間加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第１直壁面および前記第２稜線が前記下穴を加工し、
   前記仕上げ加工部が前記ブランクを加工するときには、前記第２直壁面および前記隅壁面が前記下穴を加工するバーリング加工方法。
10. 前記下穴が平面視多角形状であり、
    前記パンチは、前記平面視多角形状の複数の辺部それぞれにおいて、各前記辺部を間に挟む一対の前記平面視多角形状の角部から離れて位置する所定の領域を先行してバーリング加工し、その後、前記所定の領域から一対の前記角部それぞれに向けて逐次バーリング加工する請求項９に記載のバーリング加工方法。
11. 請求項９または１０に記載のバーリング加工方法により、前記ブランクにバーリング部が加工されてなるバーリング加工品を製造するバーリング加工品の製造方法。

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