JPH11285741A - 金属板の成形加工方法および加工工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、専門の金型を必要とすること
なく、平面部の歪みも発生しない、かつ加工時間の短
い、薄肉部品への張り出し加工法を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明は、多数の回転自在のボールを取り
付けた棒状工具を回転させ、ボールの表面の軌跡の包絡
面からなる回転体形状を、金属薄肉材に押し付けるとと
もに、押し付けた工具を回転させたまま移動させ、回転
体状の包絡面の移動軌跡の形状を、薄肉材に転写する金
属薄肉材の成形加工法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属板などの金属
薄肉材にビードや張り出しなどの成形を行う成形加工方
法およびそれに用いる加工工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術１においては、金属板などの金
属薄肉部材にビードや張り出しなどの成形を行うには、
金型を用い、この金型を金属板にプレスして加圧加工す
るものがある。

【０００３】また従来技術２として、機械学会論文集Ｃ
５８巻５５４号(１９９２)３１４７頁に記載の通り、球
状の先端を持った棒状工具を金属板に押し付けて逐次張
り出し成形加工をするものがある。

【０００４】また従来技術３として、特開平７ー１３２
３２９号公報に記載の通り、球状の先端を持った棒状工
具を数値制御して張り出し成形加工する方法及びおよび
その加工工具がある。

【０００５】一方、従来の成形加工工具として図５、図
６に示すような形状の工具がある。図５は、棒状工具の
先端に金属板成形用のボールを回転自在に埋め込んだも
のであり、この工具を金属板に対し押圧したり、押圧し
た状態で移動して成形するものである。また、図６は、
棒状工具の先端部が球状に加工されており、この球状の
面を金属板に押圧したり、押圧した状態で移動させるこ
とにより成形するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１の場合に
は、製造する製品によって少しでも製品の寸法が変わる
と、型が使えなくなり、別の型と交換する必要があるた
め、少量の加工ではコストが極めて高くなるという課題
を有していた。またプレス型を金属板に押し付けること
により、金属板に対し引張り力が加わり、張り出し部分
に近接する薄肉部分の面にまで引張り力が発生し、残留
応力によって被加工金属板の平面部に歪が発生するとい
う課題を有していた。

【０００７】従来技術２および３の加工方法において
は、従来技術１のような課題はないが、棒状工具と金属
板とが接触する点が一点であることから、その接触点を
広い面積にわたって動かしたり、深さ方向に何回も繰り
返して動かさなくてはならないので、高速な工具の移動
が出来ず、加工に時間を要するという課題を有してい
た。

【０００８】更に、図５に示した従来例では、ボール１
２が棒状工具に対して回転するようになっているので、
ボール１２が工具本体１１から脱落しないようにするた
めには保持部１３はボール１２を半分以上抱込む必要が
ある。従って、工具を移動すると保持部１３の抱込み部
分が金属板４に当たるので適用できる形状や制御プログ
ラムに制約が多く使用されていない。従って、一般には
図６に示すような、棒状工具の先端部を球状に加工した
ものを使用している。しかしながら、ボール１４と金属
板４は滑り接触なので、加工には潤滑油の供給が必要で
あり、成形加工が煩雑であった。

【０００９】本発明の目的は、専用の金型を必要とする
ことなく、平面部の歪みも発生しない、かつ加工時間の
短い、金属板への張り出し成形加工方法および加工工具
を提供することにある。

【００１０】また本発明の他の目的は、（１）数値制御
による逐次成形加工において大幅な高速化をを実現する
こと、（２）加工面の美麗な逐次成形加工を行うこと、
（３）加工部周辺の薄板平面部に歪みを発生させないで
張り出し成形を行うこと（４）加工荷重の低い逐次成形
加工を行うこと、（５）被加工材保持部分の構成が簡単
な逐次成形加工法を実現すること、（６）移動速度が速
く、ＮＣ材料駆動部の力の弱い、タレットパンチプレス
やレーザー切断装置などで張り出しや、ビードなどの逐
次成形加工を行うこと、（７）加工時に潤滑油を必要と
しない逐次成形加工を行うこと、（８）塗装鋼鈑などに
適した逐次成形加工法を実現することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、棒状工具と、この棒状工具の先端部に回
転自在に取付けられた複数個のボールとからなる金属板
の加工工具としたものである。

【００１２】また、前記棒状工具の回転軸から偏芯した
位置に前記ボールが取り付けられた金属板の加工工具と
したものである。

【００１３】また、前記棒状工具の回転軸芯に近いボー
ルは回転軸芯より遠い位置のボールよりも小さい径であ
る金属板の加工工具としたものである。

【００１４】また、棒状工具を回転させたとき、前記ボ
ールの回転面が金属板を押圧してなる金属板の成形加工
方法としたものである。

【００１５】また、棒状工具は前記金属板の被成形面を
を移動してなる金属板の成形加工方法としたものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。図１は、本発明の工具の一実施例
を示す断面図である。図２は、図１の工具を下面側から
見た平面図。図３は、工具の動作状況を示した断面図。
図４は、他の実施例の工具の動作状況を示す断面図。図
５、図６は、従来の工具の一部を示す断面図である。

【００１７】先ず、図１により、本発明の構成を説明す
る。図１は、本発明の工具の一例の断面であり、１は棒
状工具本体、２は棒状工具１の先端部に回転自在に複数
個取り付けられたボールである。この棒状工具１が回転
すると、個々のボール２は棒状工具１を軸として回転す
る。棒状工具を軸として回転するボール２はドーナツ状
の回転軌跡をなし、それぞれのボールがなす回転軌跡の
集積によって包絡面の形状が形成される。この形状は対
向する被加工金属板に対し、先端がほぼ４５°の円錐形
になるよう、１２個のボールを配置してある。ボール２
自体は回転自在に、かつ棒状工具から脱落しないように
棒状工具１にかしめて埋め込まれている。本実施例で
は、ボール２の径は棒状工具１の外径の約１／５にして
いる。図２にボール２の配置の状況を示す。図１は、図
２のＡＡ断面を示したものである。棒状工具の先端部の
最外径に取付けられた４個のボール２は、しごき加工を
するときに必要であるため、同一外周上で等間隔に配置
されている。他の８個は、同一外周上等間隔とならない
ように上下方向にずらして配置されている。棒上工具１
の切頭円錐形状となった先端部では、ボールの径と先端
部の面積の関係から、ボールを接近させて配置できない
ので、半径上のボールの配置は粗くして配置している。

【００１８】図３は、棒状工具１を回転させた時、棒状
工具１を軸として回転するボール２の表面がなす、切頭
円錐形の包絡面３を、金属板４に押し付け、切頭円錐形
の張り出し５の加工を行っている状況を示している。６
は、金属板４のエッジのクランプである。７は、金属板
４の裏側を支えるための工具である。このように金属板
４のエッジはクランプ６と工具７とによって固定されて
いる。

【００１９】図４は、棒状工具１を回転させたとき、棒
状工具１を軸として回転するボール２表面の包絡面８が
球状となるように棒状工具１の先端部の形状に合致する
ようにボールを配置させるたものである。この棒状工具
１を回転させて、金属板４に押し付けた状態で横方向に
移動させると、球状包絡面８が断面がほぼ円弧状となっ
たビード９を板材４に成形することができる。図４の棒
状工具１は、ボールを１４個配置したものであるが、包
絡面をより球形に近くするには、棒状工具１の先端部で
軸心に近い部分に配置した２個のボール１０の径を他の
ボール２の径に対し１／２としてある。

【００２０】本発明の工具ではボール２と金属板４との
接触は、ボール２の転がりによる接触となるため、潤滑
油は不用であり、塗装鋼鈑などを加工しても、従来のよ
うに被膜に傷を付けることも無い。また、ボールは、軸
受け用ボールとして各種の材質ものが市販されており、
耐摩耗性の高い超硬材やセラミックス材のものなども比
較的容易に入手することが出来る。

【００２１】逐次成形は、板と棒状工具のボールの接点
で加工するが、図６に示した従来の工具では、接触部の
１点だけを数値制御の形状送りによって移動しながら成
形していたのに対し、本発明では、工具と金属板との接
触点が多点としていることと、数値制御による工具の移
動と工具の回転により、加工点を高速で移動することが
出来るので、加工速度の大幅な向上が図れる。

【００２２】例えば、図３の加工の場合、図１の工具に
よる加工では回転と上下の移動のみで数秒の加工時間で
あるが、図６の従来の工具で加工すると、１点が張り出
し形状の壁全面を移動する時間を必要とし数分間を必要
となる。また、制御プログラムも複雑となる。加工力
は、接触点数に比例して多くなるが、１点の加工力は、
ボールの半径と、押し込み深さに比例するので、小径ボ
ールであることと、棒の回転数を上げることで、加工速
度を損なう事はなく、１回転毎のボール押し込み深さを
非常に小さく取れることから、全体として、加工力も従
来よりかなり小さくなる。したがって、被加工材の裏側
に支え工具を入れられない管材の加工にも適している。

【００２３】また、１回転毎のボール押し込み深さが非
常に小さく取れることから、従来の逐次成形による加工
品に見られる工具の移動痕が目立たず、加工面の美麗な
逐次成形加工を実現することが出来る。

【００２４】また、工具は周りの被加工材に与える歪み
は、ボール押し込み深さと、ボール径が小さいほど少な
くなることから、プレス張り出し品はもとより、従来の
逐次成形に比較しても、加工後の平面部の歪みの少ない
成形加工を実現することが出来る。

【００２５】図７は、逐次成形加工を容易に行うための
加工装置により、板材４に大きな張り出し５を加工する
例を示す平面図である。金属板４の外周は一部のみを、
分割されたクランプ装置６により保持する。そのためク
ランプ６の位置はクランプ保持台１５に取付けられたハ
ンドル１６の調節により容易に偏向出来るので、板の大
きさの変化に対応し易い。また、棒状工具１４が押し付
けられる板材４の反対側の面に設けた支え工具７は、隙
間２０を設けた複数の単純な工具の組み合わせとした、
極めて簡単な構造としている。

【００２６】図８は、図７の装置の断面を示したもので
ある。台板１７は、４箇所のクランプ６を同一平面に保
つための台で、並行に上下するよう１８のガイドピンで
ガイドされている。１９はガイドピン１８をを支えるシ
リンダーである。

【００２７】図７の装置は、数値制御フライス盤のテー
ブルの上に乗せて使用するものであり、従来の逐次成形
用にも有効なものであるが、材料の保持構造が簡易化さ
れているため、加工荷重の小さいことが前提条件となっ
ている。

【００２８】また、数値制御フライス盤は、もともと工
具を回転させて使用するものであるから、本発明の図４
のような工具と、図７の装置と組み合わせて使用するの
に数値制御フライス盤が最も適している。

【００２９】また、移動速度が速く、ＮＣによる材料駆
動力の弱い、タレットパンチプレス、レーザー切断装置
などでも、回転軸に本発明の図１や図４のような工具を
取り付けることにより、張り出しやビードなどの逐次成
形加工用装置に簡単に簡単に兼用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、次のごとき効果が得ら
れる。

【００３１】１．プレス加工と異なり専用金型を必要と
しないので、張り出し成形が経済的にであるばかりでな
く、金型製作期間を必要とせぬため、短納期で張り出し
成形部品を納入することが出来る。

【００３２】２．加工工具の板への接触径が小さいの
で、加工部周辺の平面部に歪みを残さない張り出し成形
が出来る。

【００３３】３．内側に金型が挿入できない管材への張
り出し成形加工が出来る。

【００３４】４．逐次成形加工の高速化を実現すること
が出来る。

【００３５】５．加工時に潤滑油を必要としない逐次成
形加工が出来る。

【００３６】６．加工面の美麗な逐次成形加工が出来
る。

【００３７】７．板への接触径が小さく、加工荷重の小
さい逐次成形加工法を実現することが出来る。

【００３８】８．板材保持部分の装置の簡単な逐次成形
張り出し加工が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具の一実施例の断面図である。

【図２】本発明の実施例の工具の下面側から見た平面図
である。

【図３】本発明の実施例の工具の作動状況を示した断面
図である。

【図４】本発明の他の実施例の作動状況をを示す断面図
である。

【図５】従来の工具の一部を示す断面図である。

【図６】他の従来の工具を示す外観図である。

【図７】本発明の一実施例の装置を示す平面図である。

【図８】本発明の一実施例の装置の断面図である。

【符号の説明】

１…工具本体、２…ボール、３…包絡面、４…板材、５
…張り出し面、６…クランプ、７…支え工具、８…包絡
面、９…ビード面、１０…小径ボール、１１…工具本
体、１２…ボール、１３…ボール保持部、１４…工具球
状部、１５…クランプ保持台、１６…ハンドル、１７…
台板、１８…ガイドピン、１９…シリンダー、２０…工
具間隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大縄 猛 栃木県下都賀郡大平町富田1052番地の４ 株式会社日立栃木マテリアル内 (72)発明者 鈴木 照二 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 三関 隆 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】棒状工具と、この棒状工具の先端部に回転
   自在に取付けられた複数個のボールとからなる金属板の
   加工工具。
2. 【請求項２】請求項１において、前記棒状工具の回転軸
   から偏芯した位置に前記ボールが取り付けられた金属板
   の加工工具。
3. 【請求項３】請求項１において、前記棒状工具の回転軸
   芯に近いボールは回転軸芯より遠い位置のボールよりも
   小さい径である金属板の加工工具。
4. 【請求項４】前記棒状工具を回転させたとき、前記ボー
   ルの回転面が金属板を押圧してなる金属板の成形加工方
   法。
5. 【請求項５】請求項４において、前記棒状工具は前記金
   属板の被成形面をを移動してなる金属板の成形加工方
   法。
6. 【請求項６】請求項５において、前記棒状工具にて押圧
   される前記金属板の裏面に前記金属板の支え部材を設け
   てなる金属板の成形加工方法。