WO2014073602A1

WO2014073602A1 - プレス成形方法

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Publication number: WO2014073602A1
Application number: PCT/JP2013/080101
Authority: WO
Inventors: 山形　光晴; 修治山本; 康裕和田
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-09
Also published as: JPWO2014073602A1; IN2015DN01924A; KR101637139B1; MX354007B; KR20150046223A; MX2015003951A; US20150231688A1; CN104768671B; CN104768671A; JP5618030B1; US9707617B2

Abstract

カップ状の被加工材（Ｂ）の底壁部における挟圧部（Ｂ１）を、内パンチ（１１）及び内ダイ（１４）で挟圧して中ダイ（１５）から離隔する方向に移動させながら、内ダイ（１４）を内パンチ（１１）に向かって押し込むとともに、被加工材（Ｂ）の径方向外側端部である挟圧部（Ｂ２）を、外パンチ（１３）及び外ダイ（１６）で挟圧して中ダイ（１５）に接近する方向に移動させて、挟圧部（Ｂ２）における被加工材（Ｂ）が中心軸（１０）から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、挟圧部（Ｂ１）の減肉処理と、中パンチ（１２）と内ダイ（１５）とで挟まれた被加工材（Ｂ）の縦壁部（Ｂ３）と、中パンチ（１２）と外ダイ（１６）とで挟まれた被加工材（Ｂ）の縦壁部（Ｂ４）との増肉処理を実施する。

Description

プレス成形方法

　本発明は、カップ状に形成された被加工材に用いられるプレス成形方法に関する。

　車両のトランスミッション等に使用されるギア部品として、縦壁部と、底壁部（ボス付きの底壁部を含む）とを有するカップ状部品が知られている。縦壁部は、ギアを形成するために厚肉に形成する必要がある。従来、厚肉の縦壁部を有するカップ状部品は、プレス金型を用いた一回のプレス成形で製造することができなかった。そのため、厚肉の板材と、薄肉の板材とをそれぞれ個別に製造し、これらを溶接で接合することにより、カップ状部品を製造していた。

特開平１０－２９６３７７号公報特開２００４－３２２１０４号公報特開２０００－３１７５６５号公報特開２０００－３０１２８４号公報

　しかしながら、上述の方法では、異なる部材を溶接しなければならないため、生産性が悪かった。そこで、本願発明は、厚肉の縦壁部を有するカップ状の被加工材を効率良く製造することを目的とする。

　上述の課題を解決するために、本願発明に係る第１の発明は、各々の中心軸が同軸上に配置された内パンチ、前記内パンチの外周に沿って配置した中パンチ及び前記中パンチの外周に沿って配置した外パンチ、内ダイ、前記内ダイの外周に沿って配置した中ダイ、前記中ダイの外周に沿って配置した外ダイを有し、前記内パンチ、前記中パンチ及び前記外パンチが各々前記内ダイ、前記中ダイ及び前記外ダイに対向配置されたプレス金型を用いたプレス成形方法であって、
　カップ状に形成された被加工材の底壁部における第１の挟圧部を、前記内パンチ及び前記内ダイで挟圧して前記中ダイから離隔する方向に移動させながら、前記内ダイを前記内パンチに向かって押し込むとともに、
　前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部を、挟圧する前記外パンチ及び前記外ダイで挟圧して前記中ダイに接近する方向に移動させて、前記第２の挟圧部における前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、
　前記第１の挟圧部の減肉処理と、前記中パンチと前記内ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部と、前記中パンチと前記外ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部との増肉処理を実施することを特徴とする。

　上述の課題を解決するために、本願発明に係る第２の発明は、本願発明に係る第１のプレス成形方法において、カップ状に形成された被加工材の外周部を拘束する凸部を外パンチ、もしくは外ダイに設け、前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部において、前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを拘束することを特徴とする。

　上述の課題を解決するために、本願発明に係る第３の発明は、各々の中心軸が同軸上に配置された内パンチ、前記内パンチの外周に沿って配置した中パンチ及び前記中パンチの外周に沿って配置した外パンチ、内ダイ、前記内ダイの外周に沿って配置した中ダイ、前記中ダイの外周に沿って配置した外ダイを有し、前記内パンチ、前記中パンチ及び前記外パンチが各々前記内ダイ、前記中ダイ及び前記外ダイに対向配置されたプレス金型を用いたプレス成形方法であって、
　カップ状に形成された被加工材の底壁部における第１の挟圧部を前記内パンチ及び前記内ダイで挟圧することにより減肉処理を実施し、
　減肉された前記第１の挟圧部を、前記内パンチ及び前記内ダイで挟んで前記中ダイから離隔する方向に移動させながら、
　前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部を、前記外パンチ及び前記外ダイで挟圧して前記中ダイに接近する方向に移動させて、前記第２の挟圧部が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、
　前記中パンチと前記内ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部と、前記中パンチと前記外ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部との増肉処理を実施することを特徴とする。

　上述の課題を解決するために、本願発明に係る第４の発明は、本願発明に係る第３のプレス成形方法において、カップ状に形成された被加工材の外周部を拘束する凸部を外パンチ、もしくは外ダイに設け、前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部において、前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを拘束することを特徴とする。

　本発明によれば、厚肉の縦壁部を有するカップ状の被加工材（カップ状成形品）を効率良く製造することができる。

図１は、プレス成形装置の概略構成図である。図２は、プレス成形装置の動作説明図である（プレ工程における初期状態）。図３は、プレス成形装置の動作説明図である（プレ工程における絞り成形時の状態）。図４は、プレス成形装置の動作説明図である（減肉増肉工程を実施する直前の状態）。図５は、プレス成形装置の動作説明図である（減肉増肉工程時の状態）。図６は、変形例１のカップ状被加工材を示している。図７は、第２実施形態のプレス成形装置の動作説明図である（減肉工程時の状態）。図８は、第２実施形態のプレス成形装置の動作説明図である（増肉工程時の状態）。図９は、第３実施形態のプレス成形装置の説明図である（挟圧部Ｂ２の狭圧前状態）。図１０は、第３実施形態のプレス成形装置の説明図である（挟圧部Ｂ２の狭圧状態）。

（第１実施形態）
　図１は、プレス成形装置の概略構成図である。本実施形態では、カップ状の被加工材（以下、カップ状被加工材という）に対して、プレス成形装置１を用いてプレス加工を行うことにより、減肉及び増肉処理を実施する。ここで、カップ状被加工材とは、底壁部と、底壁部の外縁に形成された縦壁部とを有する有底筒状の加工材のことであり、後述するように底壁部にボス形状部が形成されたボス付きカップ状被加工材も含まれるものとする。

　プレス成形装置１は、プレス金型として、内パンチ１１、中パンチ１２、外パンチ１３、内ダイ１４、中ダイ１５及び外ダイ１６を有する。これらの内パンチ１１、中パンチ１２、外パンチ１３、内ダイ１４、中ダイ１５及び外ダイ１６はそれぞれ、独立して上動及び下動させることができる。なお、例えば中ダイ１５を固定し、内パンチ１１、中パンチ１２、外パンチ１３、内ダイ１４、及び外ダイ１６を、中ダイ１５に対して相対的に移動させることでも、パンチ１１～１３、ダイ１４～１６を独立して上動及び下動させた場合と同様のプレス成形が可能である。

　中パンチ１２は、内パンチ１１の外周に沿って配置されている。外パンチ１３は、中パンチ１２の外周に沿って配置されている。中ダイ１５は、内ダイ１４の外周に沿って配置されている。外ダイ１６は、中ダイ１５の外周に沿って配置されている。これらの内パンチ１１、中パンチ１２、外パンチ１３、内ダイ１４、中ダイ１５及び外ダイ１６は、一点鎖線で示す各々の中心軸１０が同軸上に設けられている。内パンチ１１は、内ダイ１４の上方に位置しており、内パンチ１１及び内ダイ１４は対向配置されている。中パンチ１２は、中ダイ１５の上方に位置しており、中パンチ１２及び中ダイ１５は対向配置されている。外パンチ１３は、外ダイ１６の上方に位置しており、外パンチ１３及び外ダイ１６は対向配置されている。

　内パンチ１１は、内ダイ１４よりも中心軸１０に直交する方向（以下、径方向と称する）の寸法が大きく設定されている。内パンチ１１の先端部は、径方向に延びるフラットな形状に形成されている。ここで、内パンチ１１の先端部とは、内パンチ１１の下端部のことである。内ダイ１４の先端部には、中心軸１０から径方向に離隔するほど下側に湾曲するダイ肩部が形成されている。内ダイ１４の先端部とは、内ダイ１４の上端部のことである。

　中パンチ１２の先端部は、その断面形状が下に凸となる弧形状に形成されている。中パンチ１２の先端部とは、中パンチ１２の下端部のことである。中ダイ１５は、径方向に延びるフラット形状部と、フラット形状部の端部から延びるとともに、中心軸１０から径方向に離隔するほど上側に湾曲するダイ肩部とを有する。中ダイ１５は、径方向の寸法が中パンチ１２よりも大きく設定されている。そして、フラット形状部は内パンチ１１の直下領域に張り出しており、ダイ肩部は外パンチ１３の直下領域に張り出している。つまり、中ダイ１５は、上下方向において、中パンチ１２の先端部の全部、内パンチ１１の先端部の外周側の一部及び外パンチ１３の先端部の内周側の一部に対向配置されている。また、中パンチ１２の先端部は、その断面形状が上述の弧形状に限るものではなく、例えば、中パンチ１２の先端部は、その断面形状が径方向に延びるフラット形状の中央部と、その両端に上側に湾曲するダイ肩部とを有する形状であってもよい。

　外パンチ１３の先端部の内周側は、外ダイ１６よりも中心軸１０に近接する側に突出している。外パンチ１３の先端部には、中心軸１０に接近するほど下側に湾曲するパンチ肩部が形成されている。ここで、外パンチ１３の先端部とは、外パンチ１３の下端部のことである。外ダイ１６の先端部には、中心軸１０に接近するほど下側に湾曲するパンチ肩部が形成されている。外ダイ１６の先端部とは、外ダイ１６の上端部のことである。

　次に、図２及び図３を参照しながら、円板状被加工材Ａをカップ状被加工材Ｂに加工する加工方法（以下、プレ工程という）について説明する。まず、図２に図示するように円板状被加工材Ａをプレス成形装置１の外ダイ１６の上にセットし、内パンチ１１及び中パンチ１２を円板状被加工材Ａに向かって下降させる。内パンチ１１及び中パンチ１２を、円板状被加工材Ａに接触してからもさらに下降させると、図３に図示するように、円板状被加工材Ａがカップ形状に絞り加工されてカップ状被加工材Ｂが形成される。なお、図３に図示する状態では、円板状被加工材Ａから形成されたカップ状被加工材Ｂに対する減肉処理及び増肉処理は実施されていない。

　次に、図４及び図５を参照しながら、カップ状被加工材Ｂに対して減肉及び増肉処理を実施する減肉増肉工程について説明する。ここで、カップ状被加工材Ｂの底壁部における中心軸１０を含む領域を第１の挟圧部Ｂ１と称し、中心軸１０から離隔した側の端部（つまり、径方向外側端部）を第２の挟圧部Ｂ２と称するものとする。また、中パンチ１２と内ダイ１４との間に位置するカップ状被加工材Ｂの壁部を縦壁部Ｂ３と称し、中パンチ１２と外ダイ１６との間に位置するカップ状被加工材Ｂの壁部を縦壁部Ｂ４と称するものとする。

　まず、図４に図示するように、外パンチ１３を停止した状態で外ダイ１６を上動させ、外パンチ１３及び外ダイ１６を用いてカップ状被加工材Ｂの第２の挟圧部Ｂ２を挟圧する。続いて、図５に図示するように、第１の挟圧部Ｂ１が中ダイ１５から離隔する方向に移動するように、第１の挟圧部Ｂ１を挟圧している内パンチ１１及び内ダイ１４を上動させる。この間に、内ダイ１４を内パンチ１１に向かって押し込むことにより、第１の挟圧部Ｂ１を減肉する減肉処理を実施する。また、この減肉処理とともに、カップ状被加工材Ｂの第２の挟圧部Ｂ２が中ダイ１５に接近する方向に移動するように、第２の挟圧部Ｂ２挟圧している外パンチ１３及び外ダイ１６を下動させる。このようにして、第２の挟圧部Ｂ２が中心軸１０から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、カップ状被加工材Ｂの縦壁部Ｂ３及び縦壁部Ｂ４を増肉する増肉処理を実施する。

　すなわち、縦壁部Ｂ３には、中パンチ１２と中ダイ１５の隙間の円周の大きな部位から材料が流入することにより、縮径される。このため、体積一定の関係から、縦壁部Ｂ３が長くなると共に板厚方向に増肉される。さらに、内パンチ１１及び内ダイ１４に挟圧された第１の挟圧部Ｂ１が減肉されることで、材料が縦壁部Ｂ３へ流入し、縦壁部Ｂ３が増肉される。縦壁部Ｂ４は、主として高さ方向の長さが短くなるため増肉される。

　上述の方法によれば、カップ状被加工材Ｂをプレス成形するだけで、縦壁部Ｂ３および縦壁部Ｂ４を大幅に増肉させることができる。減肉増肉処理されたカップ状被加工材Ｂは、形状が整えられた後、車両のトランスミッションの部品などに用いられる。形状を整える工程については、説明を省略する。

　（変形例１）
　上述の実施形態では、カップ状被加工材Ｂの底壁部が径方向にフラットである場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。図６は、図４に対応しており、変形例１のカップ状被加工材Ｂ’を示している。図６に示すように、本発明のカップ状被加工材には、底壁部の径方向中心側に形成されるとともに、カップ内側に向かって突出し、かつ、第２の挟圧部Ｂ２よりも高さが低いボス形状部Ｂ１’を備えたボス付きカップ状被加工材Ｂ’も含まれる。この場合、ボス形状部Ｂ１’が、上述の実施形態における第１の挟圧部Ｂ１に相当する。

　（変形例２）
　上述の実施形態では、内パンチ１１、中パンチ１２及び外パンチ１３を上側に配置し、内ダイ１４、中ダイ１５及び外ダイ１６を下側に配置したが、本発明はこれに限るものではなく、上下の配置を反対にしてもよい。この場合、第１の挟圧部Ｂ１を挟圧する内パンチ１１及び内ダイ１４を下動させながら、内ダイ１４を内パンチ１１に向かって押し込む。また、第２の挟圧部Ｂ２を挟圧する外パンチ１３及び外ダイ１６を上動させて、第２の挟圧部Ｂ２における材料流動を抑制する。これにより、上述の実施形態と同様の減肉増肉処理を実施することができる。

（第２実施形態）
　第１実施形態では、カップ状被加工材の減肉増肉処理の際に、内パンチ１１及び内ダイ１４を中ダイ１５から離隔する方向に動かしながら、第１の挟圧部Ｂ１の減肉処理を実施したが、本実施形態では、第１の挟圧部Ｂ１の減肉処理を第１実施形態とは異なるタイミングで実施する。本実施形態において用いられるプレス成形装置１の装置構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を繰り返さない。

　まず、第１実施形態と同様に、図２乃至図４に図示する工程に従ってカップ状被加工材Ｂをプレス成形する。次に、図７を参照して、内パンチ１１を停止した状態で内ダイ１４を上動させることにより、第１の挟圧部Ｂ１を内パンチ１１及び内ダイ１４で挟圧して、減肉する。ただし、内ダイ１４を停止した状態で内パンチ１１を下動させることにより、第１の挟圧部Ｂ１を内パンチ１１及び内ダイ１４で挟圧して、減肉する方法であってもよい。また、内ダイ１４を上動するとともに、内パンチ１１を下動させることにより、第１の挟圧部Ｂ１を内パンチ１１及び内ダイ１４で挟圧して、減肉する方法であってもよい。

　続いて、図８を参照して、第１の挟圧部Ｂ１が中ダイ１５から離隔する方向に移動するように、第１の挟圧部Ｂ１を挟圧している内パンチ１１及び内ダイ１４を、上動させる。それとともに、カップ状被加工材Ｂの第２の挟圧部Ｂ２が中ダイ１５に接近する方向に移動するように、第２の挟圧部Ｂ２を挟圧している外パンチ１３及び外ダイ１６を下動させて、第２の挟圧部Ｂ２が中心軸１０から離隔する方向に材料流動するのを抑制する。これにより、カップ状被加工材Ｂの縦壁部Ｂ３及び縦壁部Ｂ４を増肉する増肉処理を実施する。ただし、第１実施形態の減肉処理、つまり、内ダイ１４を内パンチ１１に向かって押し込むことにより第１の挟圧部Ｂ１を減肉する減肉処理は、図７に示す工程で完了しているため、図８の工程では繰り返して実施しない。すなわち、本実施形態では、第１の挟圧部Ｂ１の減肉処理を実施した後に、縦壁部Ｂ３及び縦壁部Ｂ４の増肉処理が実施される。

　上述の方法によれば、カップ状被加工材Ｂをプレス成形するだけで、縦壁部Ｂ３及び縦壁部Ｂ４を大幅に増肉させることができる。減肉増肉処理されたカップ状被加工材Ｂは、形状が整えられた後、車両のトランスミッションの部品などに用いられる。形状を整える工程については、説明を省略する。

　（変形例３）
　本実施形態では、図８に図示する増肉工程を実施する前に、第１の挟圧部Ｂ１を減肉する減肉処理を実施したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１実施形態と同様、増肉工程を実施しながら第１の挟圧部Ｂ１を減肉する減肉工程を含んでいてもよい。この場合、減肉処理は、増肉工程前と、増肉工程中との二段階で実施される。

　（変形例４）
　上述の実施形態では、円板状被加工材Ａをカップ状被加工材Ｂに成形する際にプレス成形装置１を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、他のプレス成形装置を用いることもできる。つまり、円板状被加工材Ａをカップ状被加工材Ｂに成形する工程と、減肉増肉工程とにおいて用いられるプレス成形装置は異なっていてもよい。

　（変形例５）
　上述の実施形態では、外パンチ１３の先端部には、中心軸１０に接近するほど下側に湾曲するパンチ肩部が形成されている。これに対し、外パンチ１３の先端部が、径方向に延びるフラットな形状に形成されていてもよい。この場合でも同様に、減肉増肉処理が可能である。更に、外パンチ１３の先端部を、湾曲形状ではなくフラット形状にすることにより、材料の流動抵抗が増し、第２の挟圧部Ｂ２が中心軸１０から離隔する方向に材料流動するのをより抑制することができる。

（第３実施形態）
　第１または第２実施形態において、第２の挟圧部Ｂ２が中心軸１０から離隔する方向に材料流動するのをさらに抑制するには、摩擦抵抗を上げる必要がある。摩擦抵抗を上げるには、潤滑状態を変えて摩擦係数を上げるか、もしくは外パンチ１３及び外ダイ１６のカップ状被加工材Ｂを狭圧する荷重を上げる方法がある。一方で、摩擦係数は荷重の関数であり、プレス成形装置１の最大荷重や、第２の挟圧部Ｂ２の成形板厚などの制約条件により取りうる値に制限がある。これに対し、図９に示した第３実施形態では、外ダイ２６に設けた外ダイ凸部２８により、図１０のように第２の挟圧部Ｂ２を狭圧する際に、カップ状被加工材Ｂの外周部である第２の挟圧部Ｂ２を拘束し、中心軸１０から離隔する方向に材料流動するのを拘束する。この結果、カップ状被加工材Ｂの縦壁部Ｂ３及びＢ４（図５、図８参照）への材料流動が増し、増肉率を高めることができる。

　（変形例６）
　上述の実施形態では外ダイ２６に外ダイ凸部２８を設け、それに対向する外パンチ２３に外ダイ凸部２８が収まる外パンチ凹部２７を設けている。これに対し、プレス成形装置１の荷重容量が十分高く、成形中に外パンチ２３と外ダイ２６が開いてしまうことがない場合は、外パンチ凹部２７を設けず、図１に示した外パンチ１３を用いてもよい。

　（変形例７）
　上述の実施形態では、外パンチ２３に凹部を、外ダイ２６に凸部を配置したが、本発明はこれに限るものではなく、上下の配置を反対にしてもよい。この場合、外パンチ２３に凸部を、外ダイ２６に凹部を配置した金型構成で、上述の実施形態と同様の成形を行うことができる。

Claims

　各々の中心軸が同軸上に配置された内パンチ、前記内パンチの外周に沿って配置した中パンチ及び前記中パンチの外周に沿って配置した外パンチ、内ダイ、前記内ダイの外周に沿って配置した中ダイ、前記中ダイの外周に沿って配置した外ダイを有し、前記内パンチ、前記中パンチ及び前記外パンチが各々前記内ダイ、前記中ダイ及び前記外ダイに対向配置されたプレス金型を用いたプレス成形方法であって、
　カップ状に形成された被加工材の底壁部における第１の挟圧部を、前記内パンチ及び前記内ダイで挟圧して前記中ダイから離隔する方向に移動させながら、前記内ダイを前記内パンチに向かって押し込むとともに、
　前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部を、挟圧する前記外パンチ及び前記外ダイで挟圧して前記中ダイに接近する方向に移動させて、前記第２の挟圧部における前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、
　前記第１の挟圧部の減肉処理と、前記中パンチと前記内ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部と、前記中パンチと前記外ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部との増肉処理を実施することを特徴とするプレス成形方法。
　カップ状に形成された被加工材の外周部を拘束する凸部を外パンチ、もしくは外ダイに設け、前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部において、前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを拘束することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
　各々の中心軸が同軸上に配置された内パンチ、前記内パンチの外周に沿って配置した中パンチ及び前記中パンチの外周に沿って配置した外パンチ、内ダイ、前記内ダイの外周に沿って配置した中ダイ、前記中ダイの外周に沿って配置した外ダイを有し、前記内パンチ、前記中パンチ及び前記外パンチが各々前記内ダイ、前記中ダイ及び前記外ダイに対向配置されたプレス金型を用いたプレス成形方法であって、
　カップ状に形成された被加工材の底壁部における第１の挟圧部を前記内パンチ及び前記内ダイで挟圧することにより減肉処理を実施し、
　減肉された前記第１の挟圧部を、前記内パンチ及び前記内ダイで挟んで前記中ダイから離隔する方向に移動させながら、
　前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部を、前記外パンチ及び前記外ダイで挟圧して前記中ダイに接近する方向に移動させて、前記第２の挟圧部が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを抑制することにより、
　前記中パンチと前記内ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部と、前記中パンチと前記外ダイとで挟まれた前記被加工材の縦壁部との増肉処理を実施することを特徴とするプレス成形方法。
　カップ状に形成された被加工材の外周部を拘束する凸部を外パンチ、もしくは外ダイに設け、前記被加工材の径方向外側端部である第２の挟圧部において、前記被加工材が前記中心軸から離隔する方向に材料流動するのを拘束することを特徴とする請求項３に記載のプレス成形方法。