TWI813862B

TWI813862B - 成形構材製造方法以及成形用模具

Info

Publication number: TWI813862B
Application number: TW109107748A
Authority: TW
Inventors: 岩永修一; 中村尚文
Original assignee: 日商日鐵日新製鋼股份有限公司
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2023-09-01
Also published as: TW202039113A; WO2020184480A1; CN113543903A; JPWO2020184480A1; JP7164009B2

Abstract

本發明之成形構材製造方法係包含藉由對素材金屬板進行複數段壓伸而製造具有本體部與凸緣部的成形構材；複數段壓伸包含：預備壓伸，係可從素材金屬板得到本體部坯體；以及至少一次壓縮壓伸，係使用模具一邊對本體部坯體施加壓縮力一邊將本體部坯體壓伸而形成本體部，前述模具包含模頭、沖頭以及加壓機構，前述模頭係具有壓入孔，前述加壓機構係對本體部坯體的周壁施加沿著本體部坯體之深度方向的壓縮力；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於壓入孔的入口中朝壓入孔的周方向延伸並且相對於壓入孔的軸方向傾斜而延伸，壓縮力的分力係藉由錐面而朝向壓入孔的徑方向內側。

Description

成形構材製造方法以及成形用模具

本發明係關於一種用以製造成形構材之成形構材製造方法，前述成形構材具有筒狀之本體部及形成於本體部之端部的凸緣(flange)部。

例如，如下述非專利文獻1等所示般進行以下操作：藉由進行壓伸加工(drawing)，而製造成形構材，該成形構材具有筒狀之本體部及形成於該本體部之端部的凸緣部。於壓伸加工中藉由將素材金屬板抽拉而形成本體部，故通常本體部之周壁之板厚變得薄於素材板厚。

例如，有時使用藉由如上所述之壓伸加工所成形之成形構材作為下述專利文獻1等所示之馬達外殼(motor case)。於該情形時，對本體部之周壁期待作為防止向馬達外殼外之漏磁的屏蔽材之性能。另外，視馬達之結構不同，亦對周壁期待作為定子(stator)之背軛(back yoke)之性能。

周壁越厚則作為屏蔽材或背軛之性能變得越良好。因此，於如上述般藉由壓伸加工而製造成形構材時，考慮到本體部之板厚減少，素材金屬板之板厚係被選定為較作為目的之本體部周壁之板厚更厚。然而，素材金屬板之板厚由於受製造條件等的影響並非恆常一定，而會於被稱為板厚公差的板厚之容許範圍內變動。另外，有時壓伸加工中之板厚減少量亦因模具狀態之變化或材料特性之不均一等而有所變動。

另一方面，近年來為了使馬達高性能化而謀求轉子的轉速的提升。轉子與馬達外殼之間只要有些微偏差就會產生振動以及噪音。為了減低馬達的振動以及噪音而對馬達外殼之內徑要求高精度之內徑真圓度。

因此，通常進行以下操作：於完成複數段壓伸加工後的步驟中，對本體部進行精飾引伸(finish ironing)而提高內徑之真圓度。前述精飾引伸中係將模頭(die)以及沖頭(punch)的間隙(間隔(clearance))設定為小於本體部之材料板厚，且藉由此些模頭以及沖頭將本體部之材料自內側與外側兩側夾持。將模頭以及沖頭的間隔設定為小於本體部之材料板厚這一情況稱之為負間隔(minus clearance)。

於下述專利文獻2等揭示有如下成形構材製造方法：即使素材金屬板之板厚有所變動或模具條件有所變動，仍能藉由控制精飾引伸前的本體部周壁之板厚之增減或對精飾引伸前的本體部坯體之周壁板厚予以調節而高精度地維持本體部的內徑真圓度。此種成形構材製造方法中係藉由進行負間隔的精飾引伸加工亦即藉由進行減少本體部坯體之板厚的精飾引伸加工而謀求內徑真圓度的高精度化。 [先前技術文獻] [非專利文獻]

[非專利文獻1]村川正夫及另三人著「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p.107。 [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-51765號公報。 [專利文獻2]日本特開2016-190245號公報。

[發明所欲解決之課題]

在上述之成形構材製造方法中，藉由進行精飾引伸加工而得到高精度的內徑真圓度。然而，當精飾引伸前的本體部坯體的周壁板厚控制的精度低時，更具體的說當使本體部周壁過度地增厚時會產生以下的問題。

亦即，當於精飾引伸前過度地使本體部周壁增厚時，會阻礙本體部坯體往模頭以及沖頭的間隙的流入，因而會有在本體部坯體或本體部的周壁產生破斷的狀況。另外，於素材金屬板為於該素材金屬板之表面具有鍍覆的表面處理鋼板之情形時，由於模頭以及沖頭與素材會在高面壓下滑動，所以會有產生鍍覆渣的疑慮。鍍覆渣有可能是造成成形構材的外觀惡化的原因。更且，也會有在模頭以及沖頭與素材之間的滑動部分中產生刮傷或是引起模具壽命的下降的情形。延伸率以及精飾引伸模頭肩半徑上有其限制，而使成形界限被制定。

本發明係為了解決如上述的課題而開發完成，本發明的目的在於提供一種成形構材製造方法以及成形用模具，即使不進行精飾引伸加工也能提升本體部的內徑真圓度。 [用以解決課題之手段]

本發明的成形構材製造方法係包含藉由對素材金屬板進行複數段壓伸而製造成形構材，前述成形構材係具有：筒狀之本體部；以及凸緣部，係形成於前述本體部之端部；複數段壓伸包含：預備壓伸，係由素材金屬板形成預備體，前述預備體係具有本體部坯體；以及至少一次壓縮壓伸，係使用模具於預備壓伸之後進行，一邊對本體部坯體施加壓縮力一邊將本體部坯體壓伸而形成本體部，前述模具包含模頭、沖頭以及加壓機構，前述模頭係具有壓入孔，前述沖頭係插入至本體部坯體之內部並將本體部坯體壓入至壓入孔，前述加壓機構係對本體部坯體的周壁施加沿著本體部坯體之深度方向的壓縮力；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐(taper)面，前述錐面係於壓入孔的入口中朝壓入孔的周方向延伸並且相對於壓入孔的軸方向傾斜而延伸，壓縮力的分力係藉由錐面而朝向壓入孔的徑方向內側。

本發明的成形用模具係用以對具有本體部坯體之預備體進行壓伸加工；前述成形用模具具備：模頭，係具有壓入孔；沖頭，係插入至本體部坯體之內部並將本體部坯體壓入至壓入孔；以及加壓機構，係對本體部坯體的周壁施加沿著本體部坯體之深度方向的壓縮力；前述成形用模具構成為一邊對本體部坯體施加壓縮力一邊將本體部坯體予以壓伸；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於壓入孔的入口中朝壓入孔的周方向延伸並且相對於壓入孔的軸方向傾斜而延伸，壓縮力的分力係藉由錐面而朝向壓入孔的徑方向內側。 [發明功效]

依據本發明之成形構材製造方法以及成形用模具，由於壓縮力的分力係藉由錐面而朝向壓入孔的徑方向內側，因此能在壓縮壓伸中將本體部坯體的周壁按壓於沖頭，從而能將本體部坯體或本體部的內周面無間隙地成形於沖頭的外周面。藉此，即便不進行精飾引伸加工也能提升本體部的內徑真圓度。

以下參照圖式來說明用以實施本發明的形態。本發明係不限定於各個實施形態，而是能夠在不脫離本發明的精神範圍內將構成要素予以變化並具體化。又，能夠藉由各個實施形態所揭示之複數個構成要素的適當組合來形成各種的發明。例如，亦可從實施形態所示之全部構成要素中削除幾個構成要素。更且，亦可適當組合不同之實施形態的構成要素。

圖1係顯示藉由本發明的實施形態1之成形構材製造方法所製造之成形構材1的立體圖。如圖1所示，藉由本實施形態之成形構材製造方法所製造之成形構材1係具有本體部10與凸緣部11。本體部10係具有頂壁100以及自頂壁100之外緣伸出的周壁101的筒狀部分。視使用成形構材1之朝向不同，頂壁100有時亦採用底壁等其他名稱。圖1中雖以本體部10具有剖面真圓形之方式表示，但本體部10亦可設為例如剖面橢圓形或角筒形等其他形狀。例如亦能形成自頂壁100進一步突出之突部等，亦能對頂壁100進一步實施加工。凸緣部11係形成於本體部10之端部(周壁101之端部)的板部。

接下來，圖2係顯示製造圖1之成形構材1之成形構材製造方法的說明圖。本發明之成形構材製造方法係藉由對平板狀之素材金屬板2進行複數段壓伸而製造成形構材1。於複數段壓伸中，包含預備壓伸及於前述預備壓伸之後進行的至少一次壓縮壓伸。於本實施形態之成形構材製造方法中，進行三次壓縮(第一壓縮、第二壓縮、第三壓縮)。可使用各種鋼板作為素材金屬板2。

預備壓伸係藉由對素材金屬板2實施加工而形成具有本體部坯體20a之預備體20的步驟。本體部坯體20a係比起圖1之本體部10直徑較寬且深度淺之筒狀體。本體部坯體20a之深度方向係由本體部坯體20a之周壁之延伸方向(高度方向)所規定。於本實施形態中，預備體20整體構成本體部坯體20a。但是亦可形成具有凸緣部之物作為預備體20。於該情形下，凸緣部不構成本體部坯體20a。

如下文將詳細說明般，第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸係一邊對本體部坯體20a施加沿著本體部坯體20a之深度方向的壓縮力42a(參照圖5)一邊將本體部坯體20a壓伸藉此形成本體部10的步驟。所謂將本體部坯體20a壓伸係指縮小本體部坯體20a之直徑並且更加深本體部坯體20a之深度。

各壓縮壓伸後的預備體20係具有相對於本體部坯體20a的徑方向傾斜而延伸的凸緣部坯體20b。如下文將詳細說明般，凸緣部坯體20b係沿著錐面44而被延伸，前述錐面44係設置於各壓縮壓伸中所使用的模頭40。本實施形態的成形構材製造方法係於第三壓縮壓伸後於預備體20進行再擊(restrike)加工。再擊加工係以凸緣部坯體20b沿著本體部坯體20a或本體部10的徑方向延伸的方式將凸緣部坯體20b修正為平坦狀的步驟。再擊加工能由以下方式來實施，亦即能以不具有後面敘述的錐面44的模頭以及與模頭相對向之方式配置的頂件墊將凸緣部坯體20b予以夾入來實施。再擊加工中，以本體部10或本體部坯體20a的周壁徑以及高度保持不變的狀態來進行凸緣部坯體20b的加工。

本實施形態的成形構材製造方法中，藉由經過再擊加工而使預備體20成為成形構材1。然而，例如在凸緣部11亦可沿著本體部10的徑方向傾斜而延伸的態樣中，亦可省略再擊且藉由第三壓縮壓伸來得到成形構材1。

其次，圖3係顯示用於圖2之預備壓伸中之模具3的說明圖。圖4係顯示利用圖3之模具3進行之預備壓伸的說明圖。如圖3所示，用於預備壓伸之模具3中包含：模頭30、沖頭31以及緩衝墊(cushion pad)32。模頭30中設有將素材金屬板2與沖頭31一併壓入之壓入孔30a。壓入孔30a的周壁面與模頭30的下表面係相互正交而延伸，前述壓入孔30a的周壁面與模頭30的下表面之間能夠藉由具有預定的曲率半徑的曲面狀的模頭肩部而連接。模頭肩部能藉由90度圓弧面來構成。另外，模頭肩部係劃分壓入孔30a的入口外緣。緩衝墊32係以與模頭30之端面相對向之方式配置於沖頭31之外周位置。

圖4的預備壓伸中，並未藉由模頭30以及緩衝墊32完全拘束素材金屬板2之外緣部，進行拉拔直至素材金屬板2之外緣部脫離模頭30以及緩衝墊32之拘束為止。亦可將整個素材金屬板2與沖頭31一併壓入至壓入孔30a中而拉拔。於如上述般形成具有凸緣部之預備體20之情形時，只要以素材金屬板2之外緣部不脫離模頭30及緩衝墊32之拘束的深度停止壓伸即可。

其次，圖5係顯示用於圖2之第一壓縮壓伸中之模具4的說明圖，圖6係顯示利用圖5之模具4進行之第一壓縮壓伸的說明圖。如圖5所示，用於第一壓縮壓伸之模具4中包含：模頭40、沖頭41以及頂件墊42。模頭40係具有壓入孔40a之構件。沖頭41係插入至本體部坯體20a之內部並將本體部坯體20a壓入至壓入孔40a的圓柱體。

壓入孔40a具有錐面44。錐面44係於壓入孔40a的入口中朝壓入孔40a的周方向延伸並且相對於壓入孔40a的軸方向傾斜而延伸的面。錐面44能理解為是底面已配置於壓入孔40a的入口處的圓錐台的周面。於與模頭40的軸方向正交的方向的剖面中，錐面44係構成為相對於模頭40的軸方向傾斜而延伸的平面。錐面44係以從壓入孔40a的入口朝向深處成為頭細狀的方式設置。壓入孔40a的入口係沖頭41側的壓入孔40a的開口。如圖5所示，於模頭40的下方配置有沖頭41的態樣中，壓入孔40a的入口能理解為是壓入孔40a的下部開口。

壓入孔40a的入口内徑40b係設為使用具有前述壓入孔40a的模頭40而進行之壓縮壓伸前的本體部坯體20a的周壁外徑以上。亦即，使用在圖5所顯示的第一壓縮壓伸的模具4中，壓入孔40a的入口内徑40b係設為預備壓伸後且第一壓縮壓伸前的本體部坯體20a的周壁外徑以上。

入口内徑40b與本體部坯體20a的周壁外徑之間的差較佳為前述本體部坯體20a的板厚的三倍以上。藉由採用這樣的尺寸差，即使在因搬送等而產生中心偏差的情形下本體部坯體20a也能不往錐外側脫離地被成形。因此，能降低本體部坯體20a的周壁因被賦予的壓縮力而被夾置於模頭40的下表面與頂件墊42之間且彎曲(buckling)的疑慮。另外，為了防止模頭40長大至需要程度以上，壓入孔40a的入口内徑40b較佳為各壓伸加工結束後所需要之凸緣部坯體20b的外徑以下。

頂件墊42係以與模頭40相對向之方式配置於沖頭41之外周位置。具體而言，頂件墊42具有墊部420以及施壓部421(支撐部)。墊部420係以與模頭40相對向之方式配置於沖頭41之外周位置的環狀構件。施壓部421係配置於墊部420之下部，將墊部420予以施壓支撐。施壓部421係以能調整將墊部420予以支撐的支撐力(施壓力)的方式構成。將本體部坯體20a載置於墊部420之上。更具體而言，將本體部坯體20a之周壁之下端載置於墊部420之上。本體部坯體20a之周壁係於模頭40下降時由模頭40以及墊部420所夾持。藉由如此般藉由模頭40以及墊部420夾持本體部坯體20a之周壁，而對本體部坯體20a施加施壓部421之支撐力(來自頂件墊的壓縮力)作為沿著本體部坯體20a之深度方向的壓縮力42a。亦即，頂件墊42係構成對本體部坯體20a施加沿著本體部坯體20a之深度方向的壓縮力42a之加壓機構。

如圖6所示，於第一壓縮壓伸中模頭40下降，藉此將本體部坯體20a與沖頭41一併壓入至壓入孔40a，從而將本體部坯體20a壓伸。此時，對於本體部坯體20a藉由模頭40以及墊部420夾持本體部坯體20a之周壁後，持續施加沿著本體部坯體20a之深度方向的壓縮力42a。亦即，於第一壓縮壓伸中，一邊施加壓縮力42a一邊將本體部坯體20a壓伸。前述第一壓縮壓伸能以直至墊部420到達下死點(bottom dead center)為止之期間結束的方式進行。墊部420的下死點係指機械性上墊部420的下降被限制的位置，墊部420的下死點能藉由施壓部421的構造或將墊部420的下降予以限制的構件的位置等而制定。換言之，第一壓縮壓伸係以不使墊部420觸底的方式進行。以直至墊部420到達下死點為止之期間結束的方式進行第一壓縮壓伸，藉此能於第一壓縮壓伸之間使施壓部421的支撐力作為壓縮力42a而作用於本體部坯體20a。亦即，第一壓縮壓伸中係一邊施加壓縮力42a一邊壓伸本體部坯體20a。由於能以上述般調節支撐力之方式構成施壓部421，故可以藉由調節支撐力來調節壓縮力42a。於壓縮力42a滿足預定之條件之情形時，能於不使本體部坯體20a減薄之情況下將本體部坯體20a壓伸。能藉由變化壓縮力42a來調整經過第一壓縮壓伸之本體部坯體20a之板厚。另外，於第一壓縮壓伸中，本體部坯體20a之周壁按壓於錐面44並且沿著錐面44壓入至壓入孔40a的深處。

加工中，頂件墊42之下表面並未與沖頭座43之上表面抵接，而是處於相對於上下方向能上下自由移動之狀態。這一情況頂件墊42並未產生所謂之觸底，而是於加工中，正在下降之模頭40與因施壓部421之施壓力(藉由頂件墊的壓縮力)而欲上升之頂件墊42經由本體部坯體20a而平衡的狀態。

圖2之第二壓縮壓伸以及第三壓縮壓伸係使用具有與圖5以及圖6所顯示之模具4相同的構成之模具而進行。然而，模頭40、沖頭41以及錐面44之傾斜角度θ等之尺寸係適當變更。於第二壓縮壓伸中係一邊施加壓縮力42a一邊將第一壓縮壓伸後之本體部坯體20a壓伸。另外，於第三壓縮壓伸中係一邊施加壓縮力42a一邊將第二壓縮壓伸後之本體部坯體20a壓伸。經過在該等第一壓縮壓伸、第二壓縮壓伸、第三壓縮壓伸而將本體部坯體20a製成本體部10。使用於第二壓縮壓伸的模具4中，壓入孔40a的入口内徑係設為第一壓縮壓伸後且第二壓縮壓伸前的本體部坯體20a的周壁外徑以上。同樣的，使用於第三壓縮壓伸的模具4中，壓入孔40a的入口内徑係設為第二壓縮壓伸後且第三壓縮壓伸前的本體部坯體20a的周壁外徑以上。

圖7係顯示第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時壓縮力作用於本體部坯體20a之周壁之示意圖。第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸中，來自頂件墊42所賦予的壓縮力42a針對縮徑前的部分46係作用於本體部坯體20a的深度方向。另一方面，本體部坯體20a的周壁按壓於錐面44的部分係沿著錐面44產生壓縮力42b。前述壓縮力42b係具有正交於壓入孔40a的軸方向的方向的成分。亦即，壓縮力42b的分力係朝向壓入孔40a的徑方向內側。

藉由朝向徑方向內側的壓縮力42a的分力而使通過錐面44之後的本體部坯體20a或本體部10的内周壁被按壓於處於錐面44的延長線上的沖頭41的外側面。藉此，本體部坯體20a或本體部10的内周壁能與沖頭41的外周面無間隙地成形，從而使本體部坯體20a或本體部10的内側的尺寸成為將沖頭41的形狀予以轉印成的形狀。結果，即便不進行精飾引伸也能滿足本體部10的內徑真圓度，從而能避免因精飾引伸所導致的鍍覆渣的產生等的故障。

再者，錐面44的傾斜角度θ變小而使錐面44越是急遽越能促進本體部坯體20a往壓入孔40a的底側的流入。然而，錐面44的傾斜角度θ變小時，為了要將壓入孔40a的入口内徑40b設為壓縮壓伸前的本體部坯體20a的周壁外徑以上，必須將模頭40設計成上下方向長從而使模頭40變長又變大。另一方面，錐面44的傾斜角度θ變大時，會阻礙本體部坯體20a往壓入孔40a的底側的流入，而有會使尺寸精度下降的可能性。

如之後具體上所說明般，於將錐面44相對於壓入孔40a的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ(∘)時，較佳以滿足以下數學式1之關係的方式決定傾斜角度θ。 [數學式1] 20∘≦θ≦60∘ 當傾斜角度θ大於等於20∘時，即使來自頂件墊42的壓縮力變大，也能避免本體部周壁的板厚過度地變厚。另一方面，當傾斜角度θ小於等於60∘時，即使在來自頂件墊42的壓縮力變小的情形下，也能提升內徑尺寸以及內徑真圓度的精度。再者，壓入孔40a的軸方向能理解為是本體部坯體20a的壓入方向或是沖頭41的前進後退方向。

另外，於將附加於本體部坯體20a的壓縮力42a以本體部坯體20a的周壁的剖面面積相除後的值設成壓縮壓力P(單位：N/mm² )，且將錐面44相對於壓入孔40a的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ(∘)時，較佳為因應傾斜角度θ且以滿足以下數學式2或數學式3之關係的方式決定壓縮壓力P 。再者，雖能藉由任意的方法來計算出本體部坯體20a的周壁的剖面面積，但亦可使用各壓縮壓伸前的高度方向上的本體部坯體20a的周壁的平均板厚來進行計算。 [數學式2] 55≦P≦0.99θ+123(20∘≦θ≦45∘) [數學式3] 2.47θ－56≦P≦0.99θ+123(45∘＜θ≦60∘) 以此方式來決定壓縮壓力P，藉此能更確實地避免破斷或是鍍覆渣等故障的產生。

[實施例] 接下來顯示實施例。本發明者等人將對普通鋼之冷軋鋼板實施了Zn-Al-Mg鍍覆而成的厚度1.8mm、鍍覆附著量90g/m² 、直徑116mm之圓形板作為素材金屬板2，對壓縮力42a之大小與本體部坯體20a之本體部周壁平均板厚(mm)之關係進行了調查。另外，對不賦予壓縮力的通常減薄加工(比較例1)、使壓縮壓伸步驟的壓縮力42a變化而製作出的各種的本體部坯體20a的內徑與內徑真圓度進行了調查。於表1顯示進行減薄加工時的加工條件。

[表1]

	預備壓伸	第一壓縮壓伸	第二壓縮壓伸	第三壓縮壓伸
沖頭的直徑	66mm	54mm	43mm	36.19mm
模頭與沖頭之模具間隙(單側)	2.00mm	1.95mm	1.95mm	1.91mm
來自頂件墊的壓縮壓力	0N/mm²	0至240N/mm²	0至240N/mm²	0至240N/mm²
錐面的傾斜角度		45度	45度	45度
衝壓油	TN-20N	TN-20N	TN-20N	TN-20N

圖8係顯示第三壓縮壓伸完成後之本體部10之板厚分佈的圖表，且圖8顯示第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時藉由頂件墊42所賦予的壓縮壓力與本體部10之周壁板厚分布之間的關係。圖9係顯示圖8之板厚測定位置的說明圖。圖8中係將第三壓縮壓伸完成後之本體部10之周壁板厚設為縱軸，且將本體部10的周壁之板厚測定位置設為橫軸。再者，將第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時之壓縮力設為固定，而關於板厚測定則是在相對於素材壓延方向成為平行的方向予以測定。

如圖8所示，隨著第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸步驟中之壓縮壓力變大本體部10之周壁板厚也整體地增大。壓縮壓力在92N/mm² 以上中除了肩部附近(測定位置：5mm位置)以外成為素材板厚(1.8mm)以上。另外，將壓縮壓力設在147N/mm² 以上，藉此除了上部(測定位置：5mm至10mm位置)以外本體部周壁之板厚到達第三壓縮壓伸步驟中之模具的間隔(模頭40與沖頭41的模具間隙的大小)。

圖10係顯示第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中藉由頂件墊42所賦予的壓縮壓力與第三壓縮壓伸後的本體部10之內徑之間的關係的圖表。內徑尺寸測定位置係顯示於圖9。素材金屬板2係使用與圖8相同之板厚為1.8mm的Zn-Al-Mg鍍覆鋼板，且將第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時之壓縮壓力設為固定。另外，製品規格係設為36.15mm±0.05mm。隨著壓縮壓力變高本體部內徑有變小的傾向，當賦予147N/mm² 以上的壓縮壓力時，得知實質上的內徑成為第三壓伸時的沖頭直徑以下。此與圖8中所顯示的除了上部(測定位置：5mm至10mm位置)以外本體部10的周壁板厚與到達第三壓縮壓伸步驟中之模具的間隔的壓縮壓力一致。根據這樣的情形，當第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中賦予147N/mm² 以上的壓縮壓力時，本體部10的周壁板厚增厚且素材填充於模具內，藉此由於本體部10的周壁能無間隙地成形於沖頭與模頭所以內徑變小。

另一方面，與不賦予來自頂件墊42的壓縮力之0N/mm² 中之內徑相比較，於賦予了55N/mm² 至129N/mm² 之壓縮壓力的狀況中內徑也變小。如同在圖8所顯示的，由於在此狀況下的本體部10的周壁板厚是在第三壓縮壓伸步驟中的模具之間隔以下的緣故，故內徑變小係指本體部10的周壁-沖頭間的間隙幾乎沒有，且顯示在本體部10的周壁-模頭40之間產生間隙。測定位置在15mm的部位中藉由賦予55N/mm² 之壓縮壓力而使內徑與沖頭直徑之差也就是本體部10的周壁與沖頭直徑的間隙成為一半以下，從而即使本體部10的周壁板厚在模具間隔以下也能滿足內徑規格。

圖11係顯示第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中藉由頂件墊所賦予的壓縮壓力與第三壓縮壓伸後之本體部內徑真圓度之間的關係的圖表。內徑真圓度係使用了接觸式的三次元座標測定機(東京精密製，SVA600A-C2)進行了測定。成形品設為非破壞，且使用了球徑為4mm的超硬軸探針(shaft stylus)。在對於本體部坯體20a的深度方向之任意的高度中，於圓周方向以22.5度節距(pitch)對本體部坯體20a的內側測定16點的座標，從該些測定點抽出圓形形體而導出了內徑真圓度。再者，所謂內徑真圓度係由以下所表示：將對於本體部坯體20a的深度方向為任意的高度的內壁形狀設為圓形形體，於以二個同心圓夾置前述圓形形體時，以同心二圓之間隔能成為最小的狀況的二圓的半徑差。另外，內徑真圓度的製品規格係設為0.02mm以下。素材金屬板2係使用與圖8相同之板厚為1.8mm的Zn-Al-Mg鍍覆鋼板，且將第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時之壓縮力設為固定。

不賦予壓縮力之0N/mm² 的內徑真圓度於測定位置在15mm、30mm的部位中為0.04mm以上，故超出製品規格。相對於此，在賦予了55N/mm² 以上的壓縮壓力之情形下的內徑真圓度於賦予任一壓縮力時皆在不賦予壓縮力時之一半以下，成為製品規格0.02mm以下。這是由於藉由賦予55N/mm² 以上的壓縮壓力而使素材與沖頭41之間成形為無間隙且本體部10的周壁之內側轉印沖頭形狀而成為接近真圓形狀的緣故。

表2至表6係顯示本發明中可成形範圍之實驗結果。素材金屬板2係使用了對普通鋼之冷軋鋼板實施了Zn-Al-Mg鍍覆而成的厚度1.8mm、鍍覆附著量90g/m² 、直徑116mm之圓形板。使相對於壓入孔40a之軸方向的錐面44的傾斜角度從20∘變化至70∘為止，且以內徑尺寸、內徑真圓度、有無發生鍍覆渣以及有無破斷進行了評價。以內徑尺寸為36.15±0.05mm且內徑真圓度為0.02mm以下作為製品規格，以深度方向的各測定位置(15mm、30mm、45mm)的全部皆滿足了製品規格的情形下標示為○，只要有一個位置超出製品規格外的情形下標示為×。針對有無破斷則視將第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中已成形的圓筒狀加工品使用已模擬馬達外殼的模具進行了衝壓加工時的結果。關於可否成形則以在表中的評價欄中分別將滿足各評價項目之製品規格標示為○且將只要有一個位置超出製品規格外的情形下標示為×來顯示。

[表2]

錐面的傾斜角度θ=20∘
壓縮壓力 (N/mm² )	內徑尺寸 (mm)	內徑真圓度 (mm)	鍍覆渣	破斷	評價
0	×	×	無	無	×
55	○	○	無	無	○
73	○	○	無	無	○
92	○	○	無	無	○
129	○	○	無	無	○
147	○	○	無	無	○
165	○	○	有	有	×
184	○	○	有	有	×

[表3]

錐面的傾斜角度θ=30∘
壓縮壓力 (N/mm² )	內徑尺寸 (mm)	內徑真圓度 (mm)	鍍覆渣	破斷	評價
0	×	×	無	無	×
55	○	○	無	無	○
73	○	○	無	無	○
92	○	○	無	無	○
129	○	○	無	無	○
147	○	○	有	無	○
165	○	○	有	有	×
184	○	○	有	有	×

[表4]

錐面的傾斜角度θ=45∘
壓縮壓力 (N/mm² )	內徑尺寸 (mm)	內徑真圓度 (mm)	鍍覆渣	破斷	評價
0	×	×	無	無	×
55	○	○	無	無	○
73	○	○	無	無	○
92	○	○	無	無	○
129	○	○	無	無	○
147	○	○	無	無	○
165	○	○	無	無	○
184	○	○	無	有	×

[表5]

錐面的傾斜角度θ=60∘
壓縮壓力 (N/mm² )	內徑尺寸 (mm)	內徑真圓度 (mm)	鍍覆渣	破斷	評價
0	×	×	無	無	×
55	×	×	無	無	×
73	○	×	無	無	×
92	○	○	無	無	○
129	○	○	無	無	○
147	○	○	無	無	○
165	○	○	無	無	○
184	○	○	無	無	○

[表6]

錐面的傾斜角度θ=70∘
壓縮壓力 (N/mm² )	內徑尺寸 (mm)	內徑真圓度 (mm)	鍍覆渣	破斷	評價
0	×	×	無	無	×
55	×	×	無	無	×
73	×	×	無	無	×
92	×	×	無	無	×
129	×	×	無	無	×
147	○	×	無	無	×
165	○	×	無	無	×
184	○	×	無	無	×

在錐面44的傾斜角度θ為45∘的情形(表4)下，來自可成形之頂件墊42的壓縮壓力範圍最寬，於第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時賦予來自頂件墊42之55N/mm² 以上的壓縮壓力，藉此使內徑尺寸以及內徑真圓度滿足製品規格。於賦予了184N/mm² 以上的壓縮壓力之情形下，本體部周壁變成過度地厚於模擬模具的間隔而使本體部周壁之往模頭內的流入抵抗變大因而在加工品頂部產生破斷。

關於錐面44的傾斜角度θ帶給可成形範圍的影響，在錐面44的傾斜角度θ小的情形下，會在第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時促進本體部周壁往模頭40內的流入而使本體部周壁的板厚變厚。故來自頂件墊42的壓縮力變大時板厚過度地變厚，從而使模具與本體部周壁的面壓變大。此時會產生鍍覆渣，且本體部周壁之往模頭40內的流入抵抗變大，而容易在頂壁100以及頂壁100的附近產生破斷。因此錐面44的傾斜角度θ的下限以設為20∘為較佳。但是，錐面44的傾斜角度θ為20∘的情形下需要將模具設計成上下方向較長。

另一方面，錐面44的傾斜角度θ大的情形下，會在第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時阻礙本體部周壁往模頭40內的流入，而使本體部周壁在通過錐面44的區域47之後，產生不會與位於錐面44的延長線上的沖頭41的側面接觸而成形的現象。因此，在藉由頂件墊42的壓縮力小的範圍內，內徑尺寸以及內徑真圓度超出製品規格，且在錐面44的傾斜角度θ為70∘(表6)中的任一個的壓縮壓力也皆超出製品規格。因此，錐面44的傾斜角度θ以滿足以下數學式1的方式來決定為較佳。

[數學式1] 20∘≦θ≦60∘

圖12係顯示於表2至表6所顯示之可成形範圍與錐面44的傾斜角度θ與壓縮壓力P(將藉由頂件墊42承受之深度方向的壓縮力以本體部坯體20a的周壁的剖面面積相除後的值)之間的關係的說明圖。分別將全部滿足各項目之製品規格者在圖中以○標示，產生破斷或鍍覆渣之製品規格者在圖中以×標示，內徑尺寸或內徑真圓度未滿足製品規格者在圖中以▲標示。根據圖12的結果，於將附加於本體部坯體20a的壓縮力以本體部坯體20a的周壁的剖面面積相除後的值設成壓縮壓力P(單位：N/mm² )，且將錐面44相對於壓入孔40a的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ(∘)時，較佳為對應傾斜角度θ以滿足以下數學式2或數學式3之關係的方式決定壓縮壓力P。 [數學式2] 55≦P≦0.99θ+123(20∘≦θ≦45∘) [數學式3] 2.47θ－56≦P≦0.99θ+123(45∘＜θ≦60∘)

依據這樣的成形構材製造方法以及成形用模具，由於壓縮力的分力係藉由錐面44而朝向壓入孔40a的徑方向內側，因此能在壓縮壓伸中將本體部坯體20a的周壁按壓於沖頭41，從而能將本體部坯體20a或本體部10的內周面無間隙地成形於沖頭41的外周面。藉此，即便不進行精飾引伸加工也能提升本體部10的內徑真圓度。因不需要進行精飾引伸加工的緣故，所以能降低對於素材表面或模具的負荷，且能避免鍍覆渣的產生或刮傷的產生。本構成於馬達外殼等的要求成形構材的高精度之內徑真圓度的適用對象中係特別有用。

另外，於將錐面44相對於壓入孔40a的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ(∘)時，由於是以滿足20∘≦θ≦60∘之關係的方式決定傾斜角度θ的緣故，即使來自頂件墊42的壓縮壓力變大，也能避免本體部周壁的板厚過度地變厚，並且即使在來自頂件墊42的壓縮壓力變小的情形下，也能提升內徑尺寸以及內徑真圓度的精度。

另外，於將附加於本體部坯體20a的壓縮力以本體部坯體20a的周壁的剖面面積相除後的值設成壓縮壓力P(單位：N/mm² )，且將錐面44相對於壓入孔40a的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ(∘)時，由於是對應傾斜角度θ以滿足以下數學式2或數學式3之關係的方式決定壓縮壓力P的緣故，因此能更確實地避免破斷或是鍍覆渣等故障的產生。 [數學式2] 55≦P≦0.99θ+123(20∘≦θ≦45∘) [數學式3] 2.47θ－56≦P≦0.99θ+123(45∘＜θ≦60∘)

另外，由於是以能調節支撐墊部420的支撐力的方式構成的緣故，因此不論素材金屬板的板厚如何也能使第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟的壓縮壓力配合於適當的壓力範圍內，從而能安定地進行滿足高精度之內徑真圓度的壓伸加工。

再者，實施形態中雖以進行三次的壓縮壓伸加工的方式進行說明，但壓縮壓伸加工的次數亦可因應成形構材1的大小或所要求的尺寸精度而適當的變更。

另外，實施形態中雖是以能調節支撐墊部420的支撐力的方式進行了說明，但是將墊部420予以支撐的支撐力亦可以是不能調節。

1:成形構材 2:素材金屬板 3,4:模具 10:本體部 11:凸緣部 20:預備體 20a:本體部坯體 20b:凸緣部坯體 30,40:模頭 30a,40a:壓入孔 31,41:沖頭 32:緩衝墊 40b:入口内徑 42:頂件墊 42a,42b:壓縮力 43:沖頭座 44:錐面 46:縮徑前的部分 47:區域 100:頂壁 101:周壁 420:墊部 421:施壓部

[圖1]係顯示藉由本發明的實施形態1之成形構材製造方法所製造之成形構材1的立體圖。 [圖2]係顯示製造圖1之成形構材之成形構材製造方法的說明圖。 [圖3]係顯示用於圖2之預備壓伸中之模具的說明圖。 [圖4]係顯示利用圖3之模具進行之預備壓伸的說明圖。 [圖5]係顯示用於圖2之第一壓縮壓伸中之模具的說明圖。 [圖6]係顯示利用圖5之模具進行之第一壓縮壓伸的說明圖。 [圖7]係顯示第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時壓縮力作用於本體部坯體之周壁之示意圖。 [圖8]係顯示第一壓縮壓伸至第三壓縮壓伸時藉由頂件墊所賦予的壓縮力與本體部之周壁板厚分布之間的關係的圖表。 [圖9]係顯示圖8之板厚測定位置的說明圖。 [圖10]係顯示第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中藉由頂件墊42所賦予的壓縮力與第三壓縮壓伸後的本體部之內徑之間的關係的圖表。 [圖11]係顯示第一壓縮壓伸步驟至第三壓縮壓伸步驟中藉由頂件墊所賦予的壓縮力與第三壓縮壓伸後之本體部內徑真圓度之間的關係的圖表。 [圖12]係顯示於表2至表6所表示之可成形範圍與錐面的傾斜角度θ與壓縮壓力P(將藉由頂件墊承受之深度方向的壓縮力以本體部坯體的周壁的剖面面積相除後的值)之間的關係的說明圖。

1:成形構材

2:素材金屬板

10:本體部

20:預備體

20a:本體部坯體

20b:凸緣部坯體

Claims

一種成形構材製造方法，係包含藉由對素材金屬板進行複數段壓伸而製造成形構材，前述成形構材係具有：筒狀之本體部；以及凸緣部，係形成於前述本體部之端部；前述複數段壓伸包含：預備壓伸，係由前述素材金屬板形成預備體，前述預備體係具有本體部坯體；以及至少一次壓縮壓伸，係使用模具於前述預備壓伸之後進行，一邊對前述本體部坯體施加壓縮力一邊將前述本體部坯體壓伸而形成前述本體部，前述模具包含模頭、沖頭以及加壓機構，前述模頭係具有壓入孔，前述沖頭係插入至前述本體部坯體之內部並將前述本體部坯體壓入至前述壓入孔，前述加壓機構係對前述本體部坯體的周壁施加沿著前述本體部坯體之深度方向的前述壓縮力；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於前述壓入孔的入口中朝前述壓入孔的周方向延伸並且相對於前述壓入孔的軸方向傾斜而延伸，前述壓縮力的分力係藉由前述錐面而朝向前述壓入孔的徑方向內側；前述壓入孔的入口內徑係設為在使用具有前述壓入孔的前述模頭所進行的壓縮壓伸前的前述本體部坯體之周壁外徑以上；於將前述錐面相對於前述壓入孔的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ°時，以滿足以下數學式1之關係的方式決定傾斜角度θ；[數學式1]20°≦θ≦60°。
一種成形構材製造方法，係包含藉由對素材金屬板進行複數段壓伸而製造成形構材，前述成形構材係具有：筒狀之本體部；以及凸緣部，係形成於前述本體部之端部；前述複數段壓伸包含：預備壓伸，係由前述素材金屬板形成預備體，前述預備體係具有本體部坯體；以及至少一次壓縮壓伸，係使用模具於前述預備壓伸之後進行，一邊對前述本體部坯體施加壓縮力一邊將前述本體部坯體壓伸而形成前述本體部，前述模具包含模頭、沖頭以及加壓機構，前述模頭係具有壓入孔，前述沖頭係插入至前述本體部坯體之內部並將前述本體部坯體壓入至前述壓入孔，前述加壓機構係對前述本體部坯體的周壁施加沿著前述本體部坯體之深度方向的前述壓縮力；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於前述壓入孔的入口中朝前述壓入孔的周方向延伸並且相對於前述壓入孔的軸方向傾斜而延伸，前述壓縮力的分力係藉由前述錐面而朝向前述壓入孔的徑方向內側；於將附加於前述本體部坯體的前述壓縮力以前述本體部坯體的周壁的剖面面積相除後的值設成壓縮壓力P且將前述錐面相對於前述壓入孔的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ°時，對應傾斜角度θ且以滿足以下數學式2或數學式3之關係的方式決定壓縮壓力P，前述壓縮壓力P的單位為N/mm²；[數學式2]55≦P≦0.99θ+123(20°≦θ≦45°)；[數學式3]2.47θ-56≦P≦0.99θ+123(45°<θ≦60°)。
如請求項1或2所記載之成形構材製造方法，其中前述加壓機構係頂件墊，前述頂件墊係具有墊部以及施壓部，前述墊部係以與前述模頭相對向之方式配置於前述沖頭之外周位置且將前述本體部坯體之周壁之下端予以載置，前述施壓部係從下方支撐前述墊部並且以能調節將前述墊部予以支撐的支撐力的方式構成；至少一次前述壓縮壓伸係以直至前述墊部到達下死點為止之期間結束壓縮壓伸的方式進行；於進行前述本體部坯體之壓縮壓伸時前述支撐力係作為前述壓縮力而作用於前述本體部坯體。
一種成形用模具，係用以對具有本體部坯體之預備體進行壓伸加工；前述成形用模具具備：模頭，係具有壓入孔；沖頭，係插入至前述本體部坯體之內部並將前述本體部坯體壓入至前述壓入孔；以及加壓機構，係對前述本體部坯體的周壁施加沿著前述本體部坯體之深度方向的壓縮力；前述成形用模具構成為壓縮壓伸，亦即一邊對前述本體部坯體施加前述壓縮力一邊將前述本體部坯體予以壓伸；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於前述壓入孔的入口中朝前述壓入孔的周方向延伸並且相對於前述壓入孔的軸方向傾斜而延伸，前述壓縮力的分力係藉由前述錐面而朝向前述壓入孔的徑方向內側；其中前述壓入孔的入口內徑係設為在使用具有前述壓入孔的前述模頭所進行的壓縮壓伸前的前述本體部坯體之周壁外徑以上；於將前述錐面相對於前述壓入孔的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ°時，以滿足以下數學式1之關係的方式決定傾斜角度θ；[數學式1]20°≦θ≦60°。
一種成形用模具，係用以對具有本體部坯體之預備體進行壓伸加工；前述成形用模具具備：模頭，係具有壓入孔；沖頭，係插入至前述本體部坯體之內部並將前述本體部坯體壓入至前述壓入孔；以及加壓機構，係對前述本體部坯體的周壁施加沿著前述本體部坯體之深度方向的壓縮力；前述成形用模具構成為壓縮壓伸，亦即一邊對前述本體部坯體施加前述壓縮力一邊將前述本體部坯體予以壓伸；前述壓入孔係由以下方式構成：前述壓入孔具有錐面，前述錐面係於前述壓入孔的入口中朝前述壓入孔的周方向延伸並且相對於前述壓入孔的軸方向傾斜而延伸，前述壓縮力的分力係藉由前述錐面而朝向前述壓入孔的徑方向內側；其中於將附加於前述本體部坯體的前述壓縮力以前述本體部坯體的周壁的剖面面積相除後的值設成壓縮壓力P且將前述錐面相對於前述壓入孔的軸方向的傾斜角度設成傾斜角度θ°時，對應傾斜角度θ且以滿足以下數學式2或數學式3之關係的方式決定壓縮壓力P，前述壓縮壓力P的單位為N/mm²； [數學式2]55≦P≦0.99θ+123(20°≦θ≦45°)；[數學式3]2.47θ-56≦P≦0.99θ+123(45°<θ≦60°)。
如請求項4或5所記載之成形用模具，其中前述加壓機構係頂件墊，前述頂件墊具有墊部以及施壓部，前述墊部係以與前述模頭相對向之方式配置於前述沖頭之外周位置且將前述本體部坯體之周壁之下端予以載置，前述施壓部係從下方支撐前述墊部並且以能調節將前述墊部予以支撐的支撐力的方式構成；前述壓縮壓伸係以直至前述墊部到達下死點為止之期間結束壓縮壓伸的方式進行至少一次；於進行前述本體部坯體之壓縮壓伸時作為前述壓縮力的前述支撐力係作用於前述本體部坯體。