JP7679199B2 - プレス絞り加工方法 - Google Patents

Description

本発明はプレス絞り加工方法に関する。具体的には、本発明は、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体の肩曲面部における減肉を効果的に低減することができるプレス絞り加工方法に関する。

当該技術分野においては、稜線部を有し且つ絞り高さの大きい膨出形状（例えば、山状及びハット状等の形状）を有する部分である膨出部を含む成形体が様々な用途に用いられている。このような成形体は、板状の部材から一回のプレス絞り加工によって作製することが困難である場合があるため、複数回のプレス絞り加工によって作製することが知られている。例えば図５の（ａ）に示すような目標とする形状よりも若干大きく膨出した膨出部を有する予備成形体１を予め作製しておく。このような予備成形体１は、例えば、目標とする形状よりも若干大きく膨出した形状に対応する内部空間を有する金型（オーバードロー型）（図示せず）を使用するプレス絞り加工によって作製することができる。

次に、黒塗りの矢印によって示すように目標とする形状に対応する内部空間を有する金型２を使用して予備成形体１をプレス絞り加工することにより、図５の（ｂ）に示すような目標とする形状を有する目標成形体３を作製する。尚、図５の（ａ）は、予備成形体１の形状を判り易く示すことを目的として、金型２の内部空間を画定する壁面（成型面）によって金型２を表すと共に、予備成形体１の金型２の内部に位置する部分が見えるように成型面の一部が省略されている。

図６は、図５に例示した従来技術に係るプレス絞り加工工程（従来方法）における金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を例示する模式図である。図６において黒塗りの矢印によって示すように、一般的なプレス機械を使用するプレス絞り加工工程においては、金型２（上型）が鉛直方向における下向きに予備成形体１を押圧することにより、目標とする形状を有する目標成形体３が成形される。この際、予備成形体１の目標とする形状よりも若干大きく膨出した膨出部Ｒ１が金型２によって押圧されて目標とする形状（例えば、座面等）へと成形される。

しかしながら、上記のような従来技術に係るプレス絞り加工方法（以降、「従来方法」と称呼される場合がある。）においては、膨出部Ｒ１の端部に位置する肩曲面部（稜線の近傍から側面に亘る部分）Ｒ２において、他の部位に比べて板厚が減少したり割れが生じたりする問題が生ずる虞がある。このような問題が生ずるのは、予備成形体１の成形時に既に板厚が減少（減肉）している肩曲面部Ｒ２が、図７において矢印によって示すように、上方から降りてくる金型２（上型）によって下方へ向かって擦られる（削ぎ落される）状態となり、肩曲面部Ｒ２において更に板厚が減少する（減肉する）ためであると考えられる。

そこで、当該技術分野においては、膨出形状を有する成形体のプレス絞り加工方法において肩曲面部における減肉を効果的に低減するための様々な技術が提案されている。

例えば、平板部と当該平板部から膨出し且つ円形の頂部を有する円筒絞り部とを備えた円筒絞り成形体を絞り成形により得る工程において、円筒絞り部の頂面に凸凹を形成しておき、次の絞り加工においてワーク（被成形体）の周長よりも短い周長を有する型により当該部分を増肉させる工法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。これによれば、減肉部における材料流出を最小限に抑えると共に増肉部では２５％以上増肉した円筒絞り成形体を成形することができるとされている。

しかしながら、上記工法においては、円筒絞り部の頂面に凸凹を形成するための特別な型が必要となるので、適用可能な成形体の形状が限定されると共に、製造コストの増大を招く。また、肩曲面部のみの減肉を低減する工法ではないため、上述したような肩曲面部の減肉を上記工法によって低減することには無理及び／又は無駄がある。

また、クランプパンチとクランプダイ及び増肉ダイとによってワーク全体をクランプした状態において増肉パンチによりワークの円筒部に軸方向の圧縮荷重を加えてワークの屈曲部を増肉し且つ増肉に応じて増肉案内ダイをクランプダイに対して後退させて屈曲部の増肉の流れを増肉案内ダイの内周面に案内する工法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。これによれば、皺の発生を防ぎつつ肩曲面部を増肉させることができるとされている。

しかしながら、上記工法においては、円筒絞り部の下端部を型内へ押し込むために内側及び外側の全体型が必要となり、この場合も複雑な形状を有する型が必要となるため製造コストの増大を招く。また、肩曲面部のみの減肉を低減する工法ではないため、上述したような肩曲面部の減肉を上記工法によって低減することには無理及び／又は無駄がある。

国際公開第２０１５／１４７２９７号 特許第５２３７１７９号公報

前述したように、当該技術分野においては、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体を作製するプレス絞り加工方法において肩曲面部における減肉を効果的に低減することができる技術に対する継続的な要求が存在する。

上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、上述したような予備成形体から目標成形体を作製する工程において、予備成形体の肩曲面部を、予備成形体の成形時と同じ方向に押圧するのではなく、膨出部の内部に向かう方向に押圧することにより、肩曲面部における更なる減肉を低減することができることを見出した。

具体的には、本発明に係るプレス絞り加工方法（以降、「本発明方法」と称呼される場合がある。）は、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体を作製するプレス絞り加工方法であって、以下に列挙する第１工程及び第２工程を含むことを特徴とするプレス絞り加工方法である。

第１工程：板状の基材である板材を第１金型によって第１方向に押圧することにより、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体である第１成形体を作製する工程。
第２工程：第１成形体の膨出部の中央部の形状を拘束しつつ肩曲面部の少なくとも一部を第２金型によって第２方向に押圧することにより、第２成形体を作製する工程。
尚、肩曲面部は膨出部の稜線から側面に亘る部分であり、第２方向は第１方向よりも膨出部の内部に向かう方向であり、第２成形体は第１成形体の肩曲面部の形状よりも目標とする形状に近い肩曲面部を有する成形体である。

本発明方法は、以下の第３工程を更に含むことができる。
第３工程：第２成形体の少なくとも一部を第３金型によって押圧することにより、目標とする形状を有する成形体である第３成形体を作製する工程。

上記のように、本発明方法においては、第１工程において成形された第１成形体（上述した予備成形体に対応）が含む膨出部の肩曲面部が第２工程において第１工程における押圧方向（第１方向）よりも膨出部の内部に向かう方向（第２方向）に押圧される。従って、前述した従来方法において起こるような肩曲面部における更なる減肉が効果的に低減される。即ち、本発明方法によれば、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体を作製するプレス絞り加工方法において、肩曲面部における減肉を効果的に低減することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の第１実施態様に係るプレス絞り加工方法（第１方法）に含まれる各工程の流れを例示するフローチャートである。 第１方法に含まれる第２工程を実行するプレス機械の構成、第２工程の進行に伴う第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を例示する模式図である。 第１方法に含まれる第２工程における第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化をより詳細に例示する模式図である。 本発明の第２実施態様に係るプレス絞り加工方法（第２方法）に含まれる各工程の流れを例示するフローチャートである。 目標とする形状よりも若干大きく膨出した膨出部を有する予備成形体から目標とする形状を有する目標成形体を作製する従来技術に係るプレス絞り加工方法（従来方法）を例示する模式図である。 図５に例示した従来技術に係るプレス絞り加工工程（従来方法）における金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を例示する模式図である。 図６に示した領域Ｒ２の模式的な拡大図である。

《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係るプレス絞り加工方法（以降、「第１方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

〈構成〉
図１は、第１方法に含まれる各工程の流れを例示するフローチャートである。第１方法は、以下に列挙する第１工程（ステップＳ１０）及び第２工程（ステップＳ２０）を含むことを特徴とするプレス絞り加工方法である。

第１工程（ステップＳ１０）：板状の基材である板材を第１金型によって第１方向に押圧することにより、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体である第１成形体を作製する工程。
第２工程（ステップＳ２０）：第１成形体の膨出部の中央部の形状を拘束しつつ肩曲面部の少なくとも一部を第２金型によって第２方向に押圧することにより、第２成形体を作製する工程。
尚、肩曲面部は膨出部の稜線から側面に亘る部分であり、第２方向は第１方向よりも膨出部の内部に向かう方向であり、第２成形体は第１成形体の肩曲面部の形状よりも目標とする形状に近い肩曲面部を有する成形体である。

第１工程は（ステップＳ１０）、例えば油圧式プレス機械又は機械式プレス機械等のプレス機械を使用して実行することができる。このようなプレス機械の構成及び作動については当業者に周知であるので、ここでの説明は省略する。

上記「板材」は、プレス絞り加工によって塑性変形させることが可能な材料によって構成され且つ板状の形状を有する部材である。このような材料の具体例としては、例えば、鉄、銅及びアルミニウム等の金属材料並びにこれらの金属の何れかを含む合金材料等を挙げることができる。上記板材の典型例としては、例えばステンレス鋼板等を挙げることができる。或いは、板材は、プレス絞り加工によって塑性変形させることが可能である限りにおいて、非金属材料であってもよい。

「第１金型」は、第１方法によって作製しようとする最終的な成形体（前述した「目標成形体」に対応する）の形状（以降、「目標形状」と称呼される場合がある。）よりも若干大きく膨出した膨出部を有する成形体（前述した「予備成形体」に対応する）の形状に対応する内部空間を有する金型である。このような金型は「オーバードロー金型」と称呼される場合がある。従って、第１工程において作製される「第１成形体」は、前述した予備成形体に対応する成形体であり、目標形状よりも若干大きく膨出した膨出部を有する。

「第１方向」は、第１工程において第１金型が板材を押圧する方向であり、プレス機械を使用するプレス絞り加工においては一般的に鉛直方向における下向きの方向である。

第２工程（ステップＳ２０）もまた、上述した第１工程と同様に実行することができる。但し、第２工程においては、第１工程において作製された第１成形体の膨出部の中央部の形状を拘束しつつ肩曲面部の少なくとも一部を第２金型によって第２方向に押圧することにより、第２成形体が作製される。

「肩曲面部」は、上述したように、膨出部の稜線から側面に亘る部分である。ここで言う「稜線」は、膨出部の頂面と側面との境界を意味するが、必ずしも膨出部の頂面と側面との間に明確な境界が存在することを要件とするものではない。即ち、本明細書における稜線は、膨出部の頂面と側面との境界近傍に位置する突出した部分を意味する。従って、肩曲面部は、膨出部の頂面と側面との境界近傍から側面に亘る部分に位置する曲面を意味する。

第１工程においては、第１金型によって第１方向に板材を押圧することにより、膨出部を含む成形体である第１成形体が作製される。この際、膨出部の形成に伴い肩曲面部の板厚は減少する（減肉する）。従って、従来方法と同じように第２工程においても第１工程と同じ第１方向に第１成形体の肩曲面部を押圧した場合、肩曲面部が金型によって第１方向に向かって擦られる（削ぎ落される）状態となる。即ち、肩曲面部において更に板厚が減少する（減肉する）。

しかしながら、第１方法に含まれる第２工程においては、上述したように、第１方向よりも膨出部の内部に向かう方向である第２方向に向かって、肩曲面部の少なくとも一部が第２金型によって押圧される。従って、従来方法のように第１工程における押圧方向（第１方向）と同じ方向に肩曲面部が擦られるのではなく、第１方向よりも膨出部の内部に向かう方向に肩曲面部が押圧される。その結果、従来方法に比べて、肩曲面部を形成している材料のうち、第１方向に向かって流動する材料の割合が低減し、肩曲面部に留まったり肩曲面部の第１方向とは反対側に流動したりする材料の割合が増大する。即ち、第２成形体の肩曲面部における更なる減肉が効率的に低減される。

尚、第２方向は、上述したように、第１方向よりも膨出部の内部に向かう方向である。例えば、第１方向が鉛直方向における下向きの方向である場合、第２方向は、水平方向において膨出部の中心に向かう成分を有する方向（例えば、斜め下に向かう方向）である。第２方向の具体的な角度は、例えば、第２金型によって押圧される肩曲面部の形状及び板厚、第２金型によって押圧された結果として形成される肩曲面部の目標形状、並びに第２工程における押圧負荷及びプレス機械の耐荷重等、様々な要因に基づいて適宜設定することができる。典型的には、第２方向は、肩曲面部の目標形状における主たる面の法線方向とすることができる。例えば、肩曲面部の目標形状における主たる面が座面を構成する場合、当該座面の法線方向を第２方向とすることができる。

上記のような方向に第２金型を駆動するための手段及び方法は特に限定されない。典型的には、詳しくは後述するように、第２方向に傾斜する斜面を有するカムドライバ及び当該カムドライバに当接して当該斜面に沿って摺動するように構成されたカムスライダを含んでなるカム機構を備えるプレス機械において当該カム機構によって第２金型を第２方向に駆動することができる。この場合、カムドライバの斜面を第２方向に平行な角度に設定してカムスライダを第２方向に摺動させることにより、第２金型を第２方向に移動させて、第２金型によって肩曲面部を第２方向に押圧することができる。

但し、肩曲面部の目標形状における主たる面の法線方向に正確に合致した斜面を有するカムドライバを個々の成形体に合わせて用意することは成形体の製造コストの増大に繋がる虞がある。従って、斯かる成形体の実際の製造工程においては、肩曲面部における減肉を効果的に低減することが可能である範疇において、既存のカムドライバの中から上記法線方向に近い角度にて傾斜する斜面を有するカムドライバを選択し使用してもよい。

図２は、上記のようなプレス機械の構成、第２工程の進行に伴う第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を例示する模式図である。図２の（ａ）に示すように、プレス機械１００は、図面に向かって左右にそれぞれ１つずつ合計２つのラム１１０ａ及び１１０ｂを備える。更に、プレス機械１００は、第２方向に傾斜する斜面を有するカムドライバ２３ａ及び２３ｂ及び当該カムドライバ２３ａ及び２３ｂにそれぞれ当接して当該斜面に沿って摺動するように構成されたカムスライダ２４ａ及び２４ｂを含んでなるカム機構を備える。２つの第２金型２２ａ及び２２ｂは、それぞれカムスライダ２４ａ及び２４ｂを介して、２つのラム１１０ａ及び１１０ｂにそれぞれ取り付けられている。加えて、プレス機械１００は、第１成形体１１の膨出部の中央部の形状を拘束するためのパッド２２ｃを備える。

上記のような構成を有するプレス機械１００を使用して第２工程が開始されると、図示しない駆動機構により２つのラム１１０ａ及び１１０ｂが駆動され、黒塗りの矢印によって示すように、第２金型２２ａ及び２２ｂが下降し始める。やがて、図２の（ｂ）に示すように、カムドライバ２３ａ及び２３ｂの斜面にカムスライダ２４ａ及び２４ｂがそれぞれ当接する。この時点以降は、図２の（ｃ）において白抜きの矢印によって示すように、カムドライバ２３ａ及び２３ｂの斜面上をカムスライダ２４ａ及び２４ｂがそれぞれ第２方向に摺動する。従って、カムスライダ２４ａ及び２４ｂに取り付けられた第２金型２２ａ及び２２ｂの移動方向もまた、それぞれ第２方向に移動し、第１成形体１１の膨出部の肩曲面部を第２方向に押圧する。

図３は、第１方法に含まれる第２工程における第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化をより詳細に例示する模式図である。図３の（ａ）は、上述した図２の（ａ）に対応し、第２工程における第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を判り易くすることを目的として、ワーク（被成形体）としての第１成形体１１、第２金型２２ａ及び２２ｂ並びにパッド２２ｃのみが描かれている。また、図３の（ｂ）乃至（ｅ）は、第２工程が開始された以降の第２金型の位置及びワーク（被成形体）の形状の変化を段階的に示し、図３の（ｆ）は第２工程の結果として得られる第２成形体１２を示す。尚、図３の（ｂ）乃至（ｆ）においては、パッド２２ｃは省略されており、パッド２２ｃによって形状が拘束される膨出部の中央部の範囲が２本の破線によって示されている。

第２工程が開始されると、図３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２金型２２ａ及び２２ｂが下降し始める（黒塗りの矢印を参照）。やがて、図２を参照しながら説明したように図示しないカム機構によって第２金型２２ａ及び２２ｂの移動方向が第２方向に変化する（白抜きの矢印を参照）。これにより、第１成形体１１の膨出部の肩曲面部Ｒ２が第２方向に押圧され、第２成形体１２が作製される。

〈効果〉
以上のように、第１方法においては、第１工程において成形された第１成形体が含む膨出部の肩曲面部が第２工程において第１工程における押圧方向（第１方向）よりも膨出部の内部に向かう方向（第２方向）に押圧される。従って、前述した従来方法において起こるような肩曲面部における更なる減肉が効果的に低減される。即ち、第１方法によれば、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体を作製するプレス絞り加工方法において、肩曲面部における減肉を効果的に低減することができる。

《第２実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第２実施形態に係るプレス絞り加工方法（以降、「第２方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

上述したように、第１方法によれば、第１工程において成形された第１成形体が含む膨出部の肩曲面部を第２工程において膨出部の内部に向かう方向（第２方向）に押圧することにより、肩曲面部における更なる減肉が効果的に低減される。その結果として得られる第２成形体が最終的な目標とする形状を有する場合は、当該第２成形体を最終的な製品たる成形体として使用することができる。

しかしながら、例えば、第２金型によって押圧される肩曲面部の形状及び板厚、第２金型によって押圧された結果として形成される肩曲面部の目標形状、並びに第２工程における押圧負荷及びプレス機械の耐荷重等、様々な要因により、最終的な目標とする形状を第２工程によって達成することが困難である場合も想定される。

〈構成〉
そこで、第２方法は、上述した第１方法であって、以下の第３工程を更に含むプレス絞り加工方法である。
第３工程：第２成形体の少なくとも一部を第３金型によって押圧することにより、目標とする形状を有する成形体である第３成形体を作製する工程。

図４は、第２方法に含まれる各工程の流れを例示するフローチャートである。上記から明らかであるように、第２方法は、上述した第１方法に含まれる第１工程（ステップＳ１０）及び第２工程（ステップＳ２０）の後に上記第３工程（ステップＳ３０）が実行される点を除き、上述した第１方法と同様のプレス絞り加工方法である。従って、第１工程及び第２工程については、上述した第１方法に関する説明において既に詳しく述べたので、ここでの説明は省略し、以下の説明においては主に第３工程について述べる。

第３工程においては、上述したように、第２工程において作製された第２成形体の少なくとも一部を第３金型によって押圧することにより、目標とする形状を有する成形体である第３成形体が作製される。第３金型によって押圧される第２成形体の部位には、少なくとも第２工程によって最終的な目標とする形状を達成することができなかった部位が含まれる。このような部位の具体例としては、例えば、第２工程において目標形状へと近付いたものの目標形状には至らなかった肩曲面部及び第２工程における肩曲面部への押圧の影響により意図しない変形が生じた膨出部の肩曲面部以外の部位等を挙げることができる。

従って、第３工程において使用される第３金型は、第２成形体を押圧することにより第２成形体を目標とする形状を有する成形体（第３成形体）とすることが可能な、目標形状に対応する内部空間を画定する成形面を有する金型である。尚、第３工程において第３金型によって第２成形体を押圧する方向は、上述した第１方向と同じ方向であってもよく、上述した第２方向と同じ方向であってもよく、或いは上述した第１方向及び第２方向の何れとも異なる方向であってもよい。

〈効果〉
以上のように、第２方法は、上述した第１方法であって、第１工程及び第２工程の後に第３工程が実行されるプレス絞り加工方法である。第３工程においては、第２成形体の少なくとも一部を第３金型によって押圧することにより、目標とする形状を有する成形体である第３成形体が作製される。従って、第２方法によれば、例えば、上述したような様々な要因により、最終的な目標とする形状を第２工程によって達成することが困難である場合であっても、第３工程の実行により、最終的な目標とする形状を有する成形体を確実に得ることができる。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。例えば、これまでの説明において参照した図面においては、第２工程において２つの肩曲面部が２つの第２金型によって同時に押圧される場合について例示した。しかしながら、第２工程において第２金型によって押圧される肩曲面部の数は１つであってもよく、或いは、３つ以上であってもよい。

１…予備成形体、２…金型（上型）、３…目標成形体、１１…第１成形体（予備成形体）、１２…第２成形体（目標成形体）、２２ａ及び２２ｂ…第２金型、２２ｃ…パッド、２３ａ及び２３ｂ…カムドライバ、２４ａ及び２４ｂ…カムスライダ、１００…プレス機械、並びに１１０ａ及び１１０ｂ…ラム。

Claims (2)

1. 膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体を作製するプレス絞り加工方法であって、
   板状の基材である板材を第１金型によって第１方向に押圧することにより、膨出形状を有する部分である膨出部を含む成形体である第１成形体を作製する工程である第１工程、及び
   前記第１成形体の前記膨出部の中央部の形状を拘束しつつ前記膨出部の頂面と側面との境界位置から前記側面に亘る部分である肩曲面部の少なくとも一部を第２金型によって前記第１方向に対して傾斜した方向であって前記肩曲面部の目標形状を構成する面のうち１つの面の法線方向において前記膨出部の内部に向かう方向である第２方向に押圧することにより、前記第１成形体の前記肩曲面部の形状よりも目標とする形状に近い前記肩曲面部を有する成形体である第２成形体を作製する工程である第２工程、
   を含むことを特徴とする、プレス絞り加工方法。
2. 請求項１に記載されたプレス絞り加工方法であって、
   前記第２成形体の少なくとも一部を第３金型によって押圧することにより、目標とする形状を有する成形体である第３成形体を作製する工程である第３工程、
   を更に含むことを特徴とする、プレス絞り加工方法。

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