TW201545825A - 成形材製造方法及該成形材 - Google Patents

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Abstract

藉由含有以下步驟的成形加工製造成形材：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工。於擠脫加工使用的衝頭31的後端側的寬度較前端側的寬度為寬。使素材金屬板與衝頭31一起被推入壓入孔30a，藉此對於素材金屬板的相當於凸緣部的區域進行引縮加工。

Description

成形材製造方法及該成形材
本發明係有關於一種成形材製造方法及該成形材，該成形材係具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部。
例如下述的非專利文獻1等所示，已執行有藉由進行擠衝加工而製造具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材。在擠衝加工中藉由拉伸素材金屬板而形成本體部，故本體部的板厚係較素材板厚為薄。另一方面，由於相當於金屬板之凸緣部的區域因應本體部的形成而就全體而言縮小，故凸緣部的板厚係較素材板厚為厚。
例如有如下述專利文獻1等所示的使用上述成形材作為馬達殼的情形。該情形中，係期待本體部具有作為防止朝馬達殼外的漏磁的屏蔽材的功能。另外，視馬達的構造，亦期待本體部有作為定子的背軛的功能。作為屏蔽材或背 軛的功能係本體部越厚則越優良。因此，於如上所述地藉由擠衝加工而製造成形材時，必須將因擠衝加工所造成的板厚之減少量納入考慮而選定較本體部之必要板厚更厚的素材金屬板。另一方面，凸緣部多用於將馬達殼安裝於安裝對象。因此，期待凸緣部具有一定量的強度。
另外，於將成形材安裝於框架(chassis)、面板等對象構件時，有要求成形材與對象構件之間的良好密著性(氣密性)的情形。於該情形中，期待成形材的凸緣部的板厚均一且具有高精度的平坦度。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2013-51765號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：日本，村川正夫及其3名著「塑性加工之基礎」，初版，產業圖書股份有限公司，1990年1月16日，P.104至107。
於如上所述的習知成形材製造方法中，由於係藉由進行擠衝加工來製造具有筒狀的本體部與形成於該本體部之 端部的凸緣部的成形材，故凸緣部的板厚係成為較素材的板厚為厚。因此，有超過滿足凸緣部被期待的功能之板厚而使凸緣部不必要地變厚的情形。此即意謂成形材不必要地變重，而在謀求馬達殼等之輕量化的應用對象中不能忽視。
另外，為了使凸緣部的板厚均一或使凸緣部的平坦度成為高精度者，而考慮藉由衝壓加工推壓凸緣部使其薄壁化。然而，由於藉由習知的成形材製造方法所製造的成形材的凸緣部之板厚係朝向外周部而逐漸變厚，故導致接近板厚較厚的外周部的側優先地被薄壁化，而難以使凸緣部全體的板厚成為均一。另外，為了將如上所述的凸緣部藉由衝壓加工而薄壁化，需要高輸出的衝壓機，故將受到所使用的衝壓機的限制。
本發明係為了解決上述課題而研發，其目的為提供一種成形材製造方法及該成形材，可避免凸緣部不必要地變厚，不僅可輕量化成形材、縮小化素材金屬板，且可均一化凸緣部的板厚、獲得高精度的平坦度。
本發明之成形材製造方法，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工，而製造具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材；前述至少3次的 成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；前述擠脫加工係使用包含具有壓入孔的模(die)和衝頭(punch)的模具而進行；藉由使衝頭的後端側的寬度較前端側的寬度為寬，使在衝頭被推入模的壓入孔的狀態下的模與衝頭之間的間隙成為在後端側中較前端側為窄；在擠脫加工中使素材金屬板與衝頭一起被推入壓入孔，藉此對於素材金屬板的相當於凸緣部的區域進行引縮加工；壓印加工係將藉由擠衝加工而形成的凸緣部夾入壓模與受模之間而予以壓縮。
另外，本發明之成形材，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工而製造，為具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材，製造該成形材的至少3次的成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；於擠脫加工中對於素材金屬板的相當於凸緣部的區域進行引縮加工，並且於壓印加工中使凸緣部在壓模與受模之間被壓縮，藉此使凸緣部的板厚形成為較本體部的周壁的板厚為薄。
另外，本發明之成形材，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工而製造，為具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材，製造該成形材的 至少3次的成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；於擠脫加工中對於素材金屬板的相當於凸緣部的區域進行引縮加工，並且於壓印加工中使凸緣部在壓模與受模之間被壓縮，藉此使凸緣部的板厚形成為較素材金屬板的板厚為薄。
依據本發明的成形材製造方法及該成形材，藉由在擠脫加工中使素材金屬板與衝頭一起被壓入壓入孔，而進行對於素材金屬板之相當於凸緣部的區域的引縮加工以及將凸緣部夾入壓模與受模之間而壓縮的壓印加工，故可避免凸緣部不必要地變厚，輕量化成形材，並且可均一化凸緣部的板厚且獲得高精度的平坦度。另外，由於藉由進行引縮加工而使凸緣部的板厚變薄，故可大幅減低進行壓印加工所需要的衝壓能力，而可期待以較習知小輸出的衝壓機進行加工。本構成尤其有用於馬達殼等的謀求輕量化的應用對象。
1‧‧‧成形材
2‧‧‧素材金屬板
3‧‧‧模具
4‧‧‧模具
10‧‧‧本體部
11‧‧‧凸緣部
20‧‧‧第1中間體
21‧‧‧第2中間體
22‧‧‧第3中間體
23‧‧‧第4中間體
30‧‧‧模
30a‧‧‧壓入孔
31‧‧‧衝頭
31a‧‧‧寬變化部
32‧‧‧緩衝墊
40‧‧‧模
40a‧‧‧壓入孔
41‧‧‧衝頭
42‧‧‧擠筒
50‧‧‧壓模
51‧‧‧受模
100‧‧‧頂壁
101‧‧‧周壁
310‧‧‧前端側
311‧‧‧後端側
C30-31‧‧‧間隙
Rd‧‧‧下側肩部
Rp‧‧‧上側肩部
t101‧‧‧周壁101的板厚
t11‧‧‧凸緣部11的板厚
w310‧‧‧前端側310的寬
w311‧‧‧後端側311的寬
圖1為顯示藉由本發明的第1實施形態的成形材製造方法所製造的成形材的立體圖。
圖2為顯示沿著圖1的線II-II的剖面圖。
圖3為顯示用以製造圖1的成形材的成形材製造方法 的說明圖。
圖4為顯示用於圖3的擠脫加工的模具的說明圖。
圖5為顯示以圖4的模具進行的擠脫加工的說明圖。
圖6為更詳細地顯示圖4之衝頭的說明圖。
圖7為顯示用於圖3的第1擠衝加工的模具的說明圖。
圖8為顯示以圖7的模具進行的第1擠衝加工的說明圖。
圖9為顯示用於圖3的壓印加工的模具的說明圖。
圖10為顯示改變擠脫率時的第1中間體的板厚之差異的線圖。
圖11為顯示圖10的板厚測定位置的說明圖。
圖12為顯示由圖10的各第1中間體所製造的成形材之板厚的線圖。
圖13為顯示圖12的板厚測定位置的說明圖。
以下，參考圖式說明用以實施本發明的實施形態。
第1實施形態
圖1為顯示藉由本發明的第1實施形態的成形材製造方法所製造的成形材1的立體圖。如圖1所示，由本實施形態的成形材製造方法所製造的成形材1係具有本體部10與凸緣部11。本體部10係筒狀體，具有：頂壁100與從頂壁100的外緣延伸出的周壁101。頂壁100視使用成形材1的方向而亦有被稱為底壁等其他稱呼的情形。圖1中 雖顯示為本體部10具有真圓形的剖面，但本體部10亦可被作成橢圓形或角筒形等其他形狀的剖面。例如亦可形成更從頂壁100突出的突部等，而對於頂壁100進一步施加加工。凸緣部11為形成於本體部10的端部(周壁101的端部)的板部。
接著，圖2為沿著圖1的線II-II的剖面圖。如圖2所示，凸緣部11的板厚t11係較本體部10的周壁101的板厚t101更薄。此乃如以下所詳細說明，起因於對於素材金屬板2(參照圖3)的相當於凸緣部11的區域進行引縮加工。又，所謂凸緣部11的板厚t11係意謂著從周壁101與凸緣部11之間的下側肩部Rd之下端起至凸緣部11的外端為止之間的凸緣部11的板厚的平均值。同樣的，所謂周壁101的板厚t101係意謂著從下側肩部Rd的上端起至上側肩部Rp的下端為止之間的周壁101的板厚的平均值。
接著，圖3為顯示用以製造圖1的成形材1的成形材製造方法的說明圖。本發明的成形材製造方法係對於平板狀的素材金屬板2進行至少3次的成形加工而製造成形材1。於至少3次的成形加工中，係包含至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次擠衝加工以及於擠衝加工之後進行的至少1次的壓印加工。於本實施形態的成形材製造方法中，係藉由1次的擠脫加工與3次的擠衝加工(第1擠衝加工至第3擠衝加工)與1次的壓印加工而製造成形 材1。作為素材金屬板2而言，可使用冷軋鋼板、不鏽鋼鋼板以及鍍覆鋼板等的各種金屬板。
接著，圖4為顯示用於圖3的擠脫加工的模具3的說明圖。圖5為顯示以圖4的模具3進行的擠脫加工的說明圖。如圖4所示，使用於擠脫加工的模具3係包含：模30、衝頭31以及緩衝墊32(cushion pad)。於模30係設置有供素材金屬板2與衝頭31一起被壓入的壓入孔30a。緩衝墊32係以相對向於模30之外端面的方式配置於衝頭31的外周位置。如圖5所示，於擠脫加工中，並未藉由模30及緩衝墊32而完全拘束素材金屬板2的外緣部，素材金屬板2的外緣部係被擠脫至脫離模30及緩衝墊32之拘束之處。亦可將素材金屬板2的全部與衝頭31一起壓入壓入孔30a予以擠脫。
接著，圖6為更詳細地顯示圖4之衝頭31的說明圖。如圖6所示，使用於擠脫加工的衝頭31之後端側311的寬w311係較衝頭31之前端側310的寬w310更廣。另一方面，壓入孔30a的寬係沿著衝頭31對於壓入孔30a的插入方向而實質性地均一。換言之，模30的內壁係實質性地與衝頭31的插入方向平行延伸。
亦即，如圖6所示地在衝頭31被壓入壓入孔30a的狀態下的模30與衝頭31間的間隙(clearance)c30-31係較衝 頭31的前端側310為在衝頭31的後端側311中更窄。於衝頭31的後端側311的間隙c30-31係被設定為較進行擠脫加工前的素材金屬板2的板厚更窄。藉此，藉由在擠脫加工中素材金屬板2與衝頭31一起被壓入壓入孔30a，而對於素材金屬板2的外緣部亦即相當於凸緣部11的區域進行引縮加工。藉由引縮加工，相當於凸緣部11的區域之板厚減少(被減薄)。
又，於衝頭31的前端側310與後端側311之間係設置有由衝頭31的寬度連續地變化的傾斜面所構成的寬變化部31a。寬變化部31a係以於擠脫加工中素材金屬板2與衝頭31一起被壓入壓入孔30a時接觸於寬變化部31a與模30之內壁之間相當於素材金屬板2的下側肩部Rd(參照圖2)的區域的方式配置。
接著，圖7為顯示用於圖3的第1擠衝加工的模具4的說明圖，圖8為顯示以圖7的模具4進行的第1擠衝加工的說明圖。如圖7所示，使用於第1擠衝加工的模具4係具有模40、衝頭41以及擠筒(sleeve)42。於模40係設有供藉由上述擠脫加工而形成的第1中間體20與衝頭41一起被壓入的壓入孔40a。擠筒42係以相對向於模40之外端面的方式配置於衝頭41的外周位置。如圖8所示，第1擠衝加工中，係在第1中間體20之相當於本體部10的區域進行擠衝加工並且藉由模40及擠筒42而拘束第1中 間體20的外緣部而形成凸緣部11。又，擠筒42的目的為用以防止擠衝時的皺褶的產生，故在不會產生皺褶的情形亦可省略。
雖未圖示，但圖3的第2擠衝加工及第3擠衝加工亦可使用習知的模具實施。第2擠衝加工係於藉由第1擠衝加工形成的第2中間體21(參照圖3)的相當於本體部10的區域進一步進行擠衝加工。第3擠衝加工係相當於再擊(restrike)步驟，於藉由第2擠衝加工形成的第3中間體22(參照圖3)的相當於本體部10的區域進行引縮加工。
於第1擠衝加工至第3擠衝加工中，係於相當於凸緣部11的區域產生縮小，而於其區域中產生增厚。然而，藉由在擠脫加工中使相當於凸緣部11的區域之板厚預先充分減少，而可在最終的成形材1中使凸緣部11的板厚t11成為較本體部10的周壁101之板厚t101更薄。於擠脫加工的相當於凸緣部11的區域之板厚的減少量係可藉由變更使用於擠脫加工的模具3之衝頭31的後端側311的間隙c30-31而適當調節。
圖9為顯示用於圖3所示的凸緣部的壓印加工的模具的說明圖。又，於圖9係顯示挾著中央的一點鏈線壓印加工之前後的狀態。如圖9所示，於模具係包含：用以壓印的壓模50(上模)以及承受該壓模50的受模51(下模)。於壓 模50設有對應於最終製品之凸緣形狀的段差。藉由擠衝加工而形成的第4中間體23的凸緣部11係被夾入壓模50與受模51之間而受到推壓，藉此作為製品所需要的凸緣區域係被壓縮而薄壁化。又，凸緣部11之中未被壓印加工所壓縮的部分係於壓印加工之後被修整(trimming)。
凸緣部11係藉由擠衝加工而由素材金屬板2的外緣部所形成的部位。藉由本發明的成形材製造方法所製造的中間體20至中間體22係於對素材金屬板2進行擠脫加工時使相當於凸緣部11的區域藉由引縮加工而減少板厚，故藉由本發明的成形材製造方法所製造的成形材1之凸緣部11係較一般的成形材之凸緣部為板厚更薄。因此，即使使用較以往小輸出的衝壓機亦可進行壓印加工。又，所謂壓印加工係指於被加工材施加從數噸起視情況亦可能為超過100噸的高壓力的壓縮加工。一般雖亦有藉由壓印加工而於被加工材賦予模樣的情形，但本實施形態的壓印加工亦可不對凸緣部11賦予模樣。
接著舉出實施例。本發明者們係以於普通鋼的冷軋鋼板施行Zn-Al-Mg鍍覆的厚度1.8mm、直徑116mm的圓形板作為素材金屬板2，於以下的加工條件進行擠脫加工。在此，Zn-Al-Mg合金鍍覆係施行於鋼板的兩面，鍍覆附著量係使用單面約90g/m2者。
‧相當於凸緣部11的區域的引縮率：-20至60%
‧模具3的曲率半徑：6mm
‧壓入孔30a的直徑：70mm
‧衝頭31的前端側310的直徑：65.7mm
‧衝頭31的後端側311的直徑：65.7~68.6mm
‧寬變化部31a的形狀：傾斜面
‧寬變化部31a的位置：相當於下側肩部Rd的區域
‧壓印加工：無、有(500kN)
‧衝壓油：：TN-20
<引縮率的評價>
在引縮率為30%以下的情形(衝頭31的後端側311的直徑為67.5mm以下的情形)可無問題地進行加工。另一方面，於引縮率較30%大且為50%以下的情形(當衝頭31的後端側311的直徑較67.5mm大且為68.2mm以下的情形)，在與模30間的滑動部可確認到輕微的咬合損傷。另外，於引縮率超過50%的情形(衝頭31的後端側311的直徑較67.9mm大的情形)，產生與模30的內壁間的烙印及裂傷。由此可知，擠脫加工的相當於凸緣部11的區域的引縮率較佳為50%以下，更佳為30%以下。又，引縮率係定義為{(引縮加工前的板厚-引縮加工厚的板厚)/引縮加工前的板厚}×100。在此，作為引縮加工前的板厚可使用素材金屬板的板厚的值。
接著，圖10為顯示改變擠脫率時的第1中間體20的 板厚之差異的線圖。另外，圖11為顯示圖10的板厚測定位置的說明圖。於圖10顯示有進行引縮率-20%的擠脫加工之情形的第1中間體20的板厚(試驗體A，比較例)與進行引縮率30%的擠脫加工之情形的第1中間體20的板厚(試驗體B)。如圖10所示，進行引縮率30%的引縮加工之情形(試驗體B)中，相當於凸緣部11的區域(測定位置50至70)的板厚成為較素材金屬板2的板厚(1.8mm)薄。另一方面，進行引縮率-20%的引縮加工之情形(試驗體A)中，相當於凸緣部11的區域(測定位置50至70)的板厚成為較素材金屬板2的板厚(1.8mm)厚。
接著，圖12為顯示由圖10的各第1中間體20(試驗體A與試驗體B)製造的成形材1之板厚的線圖，圖13為顯示圖12的板厚測定位置的說明圖。
圖12的試驗體A(比較例)係對於進行了未包含引縮的擠脫加工的第1中間體20(圖10的試驗體A)進行擠衝加工且未進行對於凸緣部11的壓印加工者。
圖12的試驗體B1(比較例)係對於進行了包含引縮的擠脫加工的第1中間體20(圖10的試驗體B)進行擠衝加工且未進行對於凸緣部11的壓印加工者。
圖12的試驗體B2(發明例)係對於進行了包含引縮的擠脫加工的第1中間體20(圖10的試驗體B)進行擠衝加工且亦進行對於凸緣部11的壓印加工者。
如圖12所示，於第1中間體20之階段的板厚之差異亦直接顯現於成形材1。亦即，試驗體A(比較例)於最終的成形材1中的凸緣部11的板厚係較成形材的本體部的板厚還大。
試驗體B1(比較例)於最終的成形材1中的凸緣部11的厚度大致上為薄。然而凸緣部11的板厚並非均一。
另一方面，可知試驗體B2(發明例)係凸緣部11的板厚為均一。
又，進行了包含引縮的擠脫加工的成形材1(試驗體B1或試驗體B2)與進行了未包含引縮的擠脫加工的成形材1(試驗體A)為同尺寸時，試驗體B1或試驗體B2的重量較試驗體A的重量輕10%左右。
又，若進行包含引縮的擠脫加工，則素材金屬板2的相當於凸緣部11的區域將被拉伸。為了使進行了包含引縮的擠脫加工的成形材1(發明例)與進行了未包含引縮的擠衝加工的成形材1(比較例)成為相同尺寸，必須預先考慮相當於凸緣部11的區域被拉伸的量而使用小的素材金屬板2，或將凸緣部11的不要部分修整即可。
於如上所述的成形材製造方法及該成形材1中，藉由於擠脫加工中使素材金屬板2與衝頭31一起被推入壓入孔30a，而對於素材金屬板2的相當於凸緣部11的區域進行引縮加工，故可避免凸緣部11不必要地變厚而可輕量化成 形材1。另外，藉由於擠衝加工後對於凸緣部11進行壓印加工，藉此即可獲得高精度的薄壁板厚以及平坦度的凸緣部。本構成係特別有用於馬達殼等的成形材之輕量化或素材金屬板的縮小化、謀求高精度的薄壁凸緣部的應用對象中。
另外，由於在擠脫加工中的引縮加工的引縮率為50%以下，故可避免產生烙印或破裂。
又，於實施形態中雖以僅進行1次擠脫加工的方式進行說明，但亦可於擠衝加工前進行2次以上的擠脫加工。藉由進行複數次的擠脫加工，而可更確實地使凸緣部11變薄。複數次的擠脫加工在素材金屬板2較厚的情形特別有效。又，即使在進行複數次的擠脫加工的情形下，為了避免烙印等，較佳為使各次的引縮率為50%以下。另外，藉由使引縮率為30%以下則連損傷的發生亦可避免。
另外，實施形態中雖以進行3次擠衝加工的方式進行說明，但擠衝加工的次數係可因應成形材1的大小和所要求的尺寸精度而適當變更。
1‧‧‧成形材
10‧‧‧本體部
11‧‧‧凸緣部
100‧‧‧頂壁
101‧‧‧周壁

Claims (6)

  1. 一種成形材製造方法，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工，而形成具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材；前述至少3次的成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；前述擠脫加工係使用包含具有壓入孔的模和衝頭的模具而進行；藉由使前述衝頭的後端側的寬度較前端側的寬度為寬，使在前述衝頭被推入前述模的壓入孔的狀態下的前述模與前述衝頭之間的間隙成為在前述後端側中較前述前端側為窄；在前述擠脫加工中使前述素材金屬板與前述衝頭一起被推入前述壓入孔，藉此對於前述素材金屬板的相當於前述凸緣部的區域進行引縮加工；前述壓印加工係將藉由前述擠衝加工而形成的凸緣部夾入壓模與受模之間而予以壓縮。
  2. 如請求項1所記載之成形材製造方法，其中前述引縮加工的引縮率為50%以下。
  3. 如請求項1所記載之成形材製造方法，其中前述壓印加工係對於在前述擠脫加工中已進行了引縮加工的部位進行。
  4. 如請求項1至3中任一項所記載之成形材製造方法，其中前述成形材的凸緣部的板厚係較前述素材金屬板的板厚更小。
  5. 一種成形材，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工而製造，為具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材，前述至少3次的成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；於前述擠脫加工中對於前述素材金屬板的相當於前述凸緣部的區域進行引縮加工，並且於前述壓印加工中使前述凸緣部在壓模與受模之間被壓縮，藉此使前述凸緣部的板厚形成為較前述本體部的周壁的板厚為薄。
  6. 一種成形材，係藉由對於素材金屬板進行至少3次的成形加工而製造，為具有筒狀的本體部以及形成於該本體部之端部的凸緣部的成形材，前述至少3次的成形加工係包含：至少1次的擠脫加工、於該擠脫加工後進行的至少1次的擠衝加工以及於該擠衝加工後進行的至少1次的壓印加工；於前述擠脫加工中對於前述素材金屬板的相當於前述凸緣部的區域進行引縮加工，並且於前述壓印加工中使前述凸緣部在壓模與受模之間被壓縮，藉此使前述凸緣部的板厚形成為較前述素材金屬板的板厚為薄。
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