JP2017192953A - 金属成形品の製造方法及びプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークとして厚いものを使用しなくても、凹部の実質的な深さを確保できるようにすること。【解決手段】前段の工程において、プレス成形により金属ワーク４０に複数の凹部２２を形成するとともに、その凹部２２の開口部の縁部にプレス方向の逆方向に突出する膨出部２２３を形成する。後段の工程において、前記凹部２２内にその凹部２２の内側面を受ける型を設置し、その状態で、プレス成形により前記膨出部２２３を圧潰して前記凹部２２の開口部の縁部を整形する。【選択図】図８

Description

本発明は、凹部を有する金属成形品の製造方法及びその製造方法に用いられるプレス成形装置に関するものである。

金属ワークに凹部を形成する場合には、プレス成形方法が採用される。ところが、このプレス成形方法においては、プレスの圧力により、凹部の開口部の縁部が、凹部内に引き込まれるようにして大きな円弧状に形成される。このため、凹部とその外側の部分との間の境界が不明瞭になり、凹部の実質的な深さが不足するおそれがある。従って、凹部を特定の目的に利用する場合、その凹部としての機能を有効に発揮し得ないおそれがある。従って、有効に機能する凹部を確保するためには、ワークとして厚さの厚いものを用いて、深い凹部を形成する必要がある。このようにすれば、当然ワークの重量も増し、金属成形品として好ましくないことが多い。

このため、凹部の開口部の縁部をシャープエッジにすることにより、実質的に深い凹部が形成されるように、切削ツールを用いた切削方法または穿孔方法が採用されることもある。ところが、切削や穿孔による加工は、ひとつの凹部の加工に時間がかかることに加えて、全凹部の同時加工は困難である。従って、これらの加工方法は、加工効率が低い。さらに、切削や穿孔用のツールは加工によって摩耗しやすいために、ツールの頻繁な再研磨や交換を行なわないと、加工精度維持が難しい。加えて、ツールによって加工された部分からは無駄に廃棄される切屑が発生するため、材料の歩留まりが低下する問題もある。

特許文献１には、プレス成形により、ワークに対して凹部を形成する方法が開示されている。

特開２００２−１４５０号公報（明細書の段落００２３，００３６、図面の図１〜図３等）

特許文献１においては、予備加工用ポンチの細ポンチ部が予備加工用ダイスのダイス孔に対応して設けられ、予備加工用ポンチの動作により、ワークに対して底部を有する有底凹状の予備孔が形成される。この予備孔は、ワークに対して打ち抜き加工を施す前の予備加工として形成されるものであって、加工精度や形状についてはほとんど考慮されていない。まして、薄いワークであっても、凹部の実質的な深さを得ようとすることには、配慮されていない。実際のところ、予備加工用ポンチの付け根部には、パンチング時の集中応力を緩和するための丸みを呈した応力緩和部分が設けられているため、前記予備孔の開口の縁部は、丸みを帯びてしまうことになり、前記のように、凹部とその外側の部分との間の境界が不明瞭になる。

本発明の目的は、このような問題点を解消するためになされたものであって、厚さの薄い金属ワークであっても、凹部として実質的な深さを十分に確保できる金属成形品の製造方法及びその製造方法に用いられるプレス成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の金属成形品の製造方法は、前段の工程において、プレス成形により金属ワークに凹部を形成するとともに、その凹部の開口部の縁部にプレス方向の逆方向に突出する膨出部を形成し、後段の工程において、前記凹部内にその凹部の内側面を受ける整形型を設置し、その設置状態で、プレス成形により前記膨出部を圧潰して前記凹部の開口部の縁部を整形することを特徴とする。

また、本発明のプレス成形装置は、金属ワークをプレス成形するための前段プレス成形部及び後段プレス成形部を備えたプレス成形装置において、前記前段プレス成形部及び後段プレス成形部は、前記金属ワークを受けるための第１の金型と、その第１の金型上の金属ワークをプレスするための第２の金型とをそれぞれ備え、前記前段プレス成形部の第２の金型は、前記金属ワークに凹部を成形するための凹部成形型と、前記凹部の開口部の縁部にプレス方向の逆方向に突出する膨出部を成形するための膨出部成形型とを備え、前記後段プレス成形部の第２の金型は、前記膨出部を圧潰するための圧潰型と、その圧潰にともなって前記凹部の内側面を整形するための整形型とを備えたことを特徴とする。

以上の方法及び構成によれば、凹部の縁部をシャープエッジ状に形成できる。このため、ワークとして厚いものを使用しなくても、凹部の実質的な深さを確保できる。また、凹部が複数であっても、複数の凹部を同時にプレス成形できて、高い加工効率を得ることができる。さらに、切削ツールを用いる必要がないため、ツール摩耗による精度低下を回避して、高い加工精度を維持できるとともに、廃棄される切屑が発生しないため、材料の歩留まりが低下することもない。

本発明によれば、金属成形品に対して実質的に深い凹部を形成できる効果がある。

加工前の金属ワークの斜視図。 金属ワークの断面図。 金属成形品の斜視図。 金属成形品及び後段プレス成形部を示す正面図。 前段のプレス成形が終了した状態の金属ワーク及び前段プレス成形部を示す正面図。 前段のプレス成形が終了した状態の金属ワークの断面図。 前段プレス成形部の上型の下面図。 第１凹部の前段プレス成形状態を示す側面図。 第２凹部の前段プレス成形状態を示す側面図。 第１凹部の後段プレス成形状態を示す側面図。 第２凹部の後段プレス成形状態を示す側面図。 変更例を示し、第２凹部を省略した金属成形品の正面図。 図１３の変更例のプレス成形に用いられる金型を示す下面図。 変更例を示し、凹部を交互に形成した金属成形品の正面図。 変更例を示し、金属板に凹部を形成した金属成形品の切断斜視図。

以下に、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
はじめに、金属成形品（以下、単に成形品という）２１の構成を説明する。
図３及び図４に示すように、成形品２１はステンレススチールからなり、断面四角形で、長尺状に形成されている。成形品２１の一側面には成形品２１の厚さ方向に窪む複数（実施形態では１０）の第１凹部２２が成形品２１の長さ方向に等間隔をおいて形成されている。隣接する一対の第１凹部２２間の中間位置には第１凹部２２と同じように厚さ方向に窪むひとつの第２凹部２３が形成されている。この第２凹部２３は、第１凹部２２より深く形成されている。成形品２１には、成形品２１の両端部と、第１凹部２２間に位置する第１フラット部２５が形成されるとともに、第２凹部２３の両側には一対の第２フラット部２６が形成されている。第２フラット部２６は、第１フラット部２５より高い位置に配置されている。

次に、前記成形品２１の製造方法及びプレス成形装置について説明する。
図１及び図２に示すように、成形品２１となる前の金属ワーク（以下、単にワークという）４０は、図示しない板材から切り出されたり、太材からダイスによって絞り成形されたりしたものであって、断面四角形に形成され、全体として棒状をなしている。

そして、前記第１凹部２２及び第２凹部２３が形成されるように、プレス成形装置４１の図８及び図９に示す前段プレス成形部４２と、図１０及び図１１に示す後段プレス成形部６１とより、前記ワーク４０が前後２回にわたってプレス成形される。従って、前段プレス成形部４２により前段の工程が実行され、後段プレス成形部６１により後段の工程が実行される。

図５及び図６は、前段プレス成形部４２によるプレス成形が終了した段階のワーク４０を示す。そして、前記図３及び図４が、後段プレス成形部６１によるプレス成形が終了した前記成形品２１を示す。

図５にはプレス成形装置４１の前段プレス成形部４２が示され、その前段プレス成形部４２は、第１の金型としての下型４３と、第２の金型としての上型４４とを有する。下型４３は固定位置にあり、上型４４は昇降される。下型４３には、等間隔をおいて複数箇所（実施形態では１０箇所）の窪み部４３１と、一対の窪み部４３１間の１箇所に位置する窪み部４３２とが形成されている。

図５，図７，図８及び図９に示すように、上型４４には、複数（実施形態では１０、ただし両端のものは短い）の第１平面型４５及び一対の第２平面型４６が設けられている。また、上型４４には凹部成形型を構成する複数（実施形態では１０）の第１突出型４７及びひとつの第２突出型４８が設けられている。なお、本実施形態においては、図８〜図１１における上下を装置の上下とする。ここで、図８及び図９に２点鎖線で示すように、上型４４が上昇位置にあるときには、前記平面型４５，４６の下面と、前記突出型４７，４８の下面とはほぼ同じ高さにある。そして、図８及び図９に実線で示すように、上型４４の下降に際して、平面型４５，４６の下降が停止された後も、突出型４７，４８は下降動作を行ない、平面型４５，４６の下方に突出される。

下型４３の前記窪み部４３１，４３２は、第１，第２突出型４７，４８とそれぞれ対応する位置に形成されている。
図４，図１０及び図１１にはプレス成形装置４１の後段プレス成形部６１が示されている。この後段プレス成形部６１は、第１の金型としての下型６２と、第２の金型として上型６３とを有する。下型６２は固定位置にあり、上型６３は昇降される。下型６２には、複数箇所（実施形態では１０箇所）の窪み部６２１と、一対の窪み部６２１間の１箇所に位置する窪み部６２２とが形成されている。上型６３には圧潰型を構成する複数（実施形態では１０、ただし両端のものは短い）の第１平面型６４と、一対の第２平面型６５とが設けられている。

また、上型６３には成形型を構成する複数（実施形態では９）の第１突出型６６及び一対の第２突出型６７が設けられている。上型６３の下面は、図７に示す上型４４と同様に表われる。図１０及び図１１に２点鎖線で示すように、上型６３が上昇位置にあるときには、前記平面型６４，６５の下面と、前記突出型６６，６７の下面とはほぼ同じ高さにあるが、上型６３の下降に際して、平面型６４，６５の下降が停止された後も、突出型６６，６７は下降動作を行ない、平面型６４，６５の下方に突出される。

下型６２の前記窪み部６２１，６２２は、第１，第２突出型６６，６７とそれぞれ対応する位置に形成されている。
以上のように構成されたプレス成形装置４１において、図８及び図９に示すように、前記ワーク４０は、前段プレス成形のための前段プレス成形部４２の下型４３上にセットされる。

そして、上型４４の下降により、下型４３上に定置されたワーク４０が第１，第２平面型４５，４６及び第１，第２突出型４７，４８によってパンチングされる。このため、第１，第２突出型４７，４８によって第１，第２凹部２２，２３間の部分がプレス成形され、これと同時に、第１，第２平面型４５，４６により、第１，第２フラット部２５，２６が形成される。

ここで、第１，第２突出型４７，４８と対応する位置において、下型４３には窪み部４３１，４３２が形成されるため、パンチングによってワーク４０の凹部２２，２３の底部側に凸部５０，５１が形成される。

前記第１，第２突出型４７，４８の先端部の両側部分には円弧状の曲面部４７１，４８１が形成されているため、凹部２２，２３の底部両側の内コーナ部には、曲面部４７１，４８１と同曲率の曲面部２２１，２３１が形成される。また、第１，第２突出型４７，４８の両側面４７２，４８２は上側にわずかに広がる傾斜面になっており、従って、凹部２２，２３の内側面２２２，２３２も上側に僅かに広がる傾斜状に形成されて、テーパ状になる。

前記第１平面型４５の下面における第１突出型４７側の縁部には第１突出型４７側に上昇された斜面４５１が形成されている。このため、上型４４のパンチングにともない、前記斜面４５１と第１突出型４７の側面とにより、第１フラット部２５の両端部，すなわち、第１フラット部２５と隣接する第１凹部２２の縁部である外コーナ部には、上方へ向かって、すなわちプレス方向の逆方向に向かって膨出部２２３が形成される。従って、斜面４５１を有する第１平面型４５と第１突出型４７とにより膨出部成形型が構成されている。

また、第２凹部２３は、隣接する第１凹部２２との間の狭い間隔内に形成されるため、第１凹部２２と第２凹部２３との間の第２フラット部２６には、その全体が高く盛り上がる方向への応力が作用する。このため、第２平面型４６の成形面が第１平面型４５の成形面より高い位置に形成されて、第２凹部２３間の第２フラット部２６の上面は第１フラット部２５の上面より高く形成される。ただし、第２平面型４６には斜面は形成されておらず、第２凹部２３の開口の縁部及び第１凹部２２の第２凹部２３側の縁部には前記膨出部２２３は形成されない。

以上のようにしてプレス成形されたワーク４０は、図１０及び図１１に示す後段プレス成形部６１にセットされて、さらにプレス成形される。
そして、下型６２上に定置されたワーク４０に対して上型６３の下降によるパンチングが行われると、第１，第２突出型６６，６７によってワーク４０の第１，第２凹部２２，２３が整形されるとともに、第１，第２平面型６４，６５により第１，第２フラット部２５，２６が整形される。

すなわち、前記第１平面型６４の下面はフラットになっている。このため、前記フラット部２５の膨出部２２３は第１平面型６４のパンチングによる圧潰によってフラットになり、膨出部２２３を構成していた肉部は第１凹部２２側に移動される。以上のように、膨出部２２３は圧潰されて、第１凹部２２側に移動されるとともに、第１突出型６６のパンチングによって第１凹部２２の内部側に引き寄せられるが、第１突出型６６の側面６６２で位置規制される。このため、第１凹部２２の開口の縁部は先鋭状に形成される。言い換えれば、第１凹部２２の開口部の縁部を構成する外コーナ部は曲率がきわめて大きな尖ったシャープエッジ状に整形され、よって、第１凹部２２の内側面２２２の高さを高くすることができる。

一方、前記のように、第２凹部２３は、隣接する第１凹部２２間の狭い間隔内に形成されるため、第１凹部２２と第２凹部２３との間の第２フラット部２６には、高く盛り上がる方向への応力が作用する。このため、前段プレス成形時と同様に、上型６３の第２平面型６５の成形面は高い位置に形成される。従って、第２フラット部２６は第１フラット部２５よりも高い位置において整形される。このため、第２凹部２３の両内側面２３２及び第２凹部２３の両側の一対の第１凹部２２の第２フラット部２６側の内側面２２２は、他の第１凹部２２の内側面２２２より高く形成され、その状態で整形される。

また、前記第１，第２突出型６６，６７の先端部の両側部分には前記曲面部４７１，４８１より曲率の大きな，言い換えれば曲率半径が短い円弧状の曲面部６６１，６７１が形成されているため、凹部２２，２３の底部両側における内コーナ部の曲面部２２１，２３１はほぼ直角の大曲率に形成される。さらに、第１，第２突出型６６，６７の両側面６６２，６７２は直立されており、第１凹部２２の内側面２２２はテーパの拡開角度が小さい方向に整形されて、テーパ形状から互いに平行になる平面上に位置するように直立される。

さらに、第１，第２平面型６４，６５により、第１，第２フラット部２５，２６の上面が平滑な平面となるように整形される。
後段のプレス成形による整形が終了した後、パンチングによってバリが生じている場合は、そのバリがカッターや砥石によって除去されて、成形品２１となる。

以上のようにして成形された成形品２１は、例えば、複数の可動フィンを有するルーバー装置に用いられ、第１凹部２２にフィンの一部が係入され、第２凹部２３にアクチュエータの出力部が係入される。そして、アクチュエータの駆動により、成形品２１が移動されると、全可動フィンの開き角度が一斉に調節される。

本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）前段のプレス成形工程において、第１凹部２２が形成されるとともに、その第１凹部２２の開口部の縁部に膨出部２２３がプレス方向の逆方向に向かって形成される。そして、後段のプレス成形工程において前記膨出部２２３が圧潰されるとともに、第１凹部２２の内側面が第２突出型６７によって受けられて、第１凹部２２の前記縁部がシャープエッジ状に整形される。従って、仮に、プレス成形によって第１凹部２２の内部に向かって引き込まれる作用が働いても、膨出部２２３が形成されているため、第１凹部２２の内側面を高く形成できる。このため、成形品２１が薄いものであっても、深い第１凹部２２を形成できる。従って、成形品２１の軽量化を図ることができるとともに、第１凹部２２の機能を有効に発揮できる。

（２）第２凹部２３が隣接する第１凹部２２間の狭い間隔内に形成されるため、第２凹部２３と第１凹部２２との間の第２フラット部２６には盛り上がり方向への高い応力が作用する。このため、第２凹部２３の両内側面２３２及びその両側の第１凹部２２の第２フラット部２６側の内側面２２２は高く形成される。その結果、深い第２凹部２３を形成することができる。

（３）第１，第２凹部２２，２３がパンチングによって同時にプレス成形されるため、切削ツールで第１，第２凹部２２，２３を形成する場合と異なり、高い加工効率を得ることができる。しかも、切削ツールのような早期摩耗の問題が生じないため、長期間にわたる多数回加工を継続しても高精度加工が可能になる。加えて、廃棄される切屑が生じることはないため、ワーク材料の歩留まりを向上できる。

（４）ワーク４０を前後２回にわけて第１，第２凹部２２，２３を成形するとともに、膨出部２２３を形成して、その膨出部２２３を圧潰することによってシャープエッジを形成するようにしているため、プレス圧力を格段に低くすることができて、装置のダメージを軽減できる。

（５）第１凹部２２の形成と同時に膨出部２２３を形成し、その後、第１凹部２２の整形時に膨出部２２３を圧潰させるように、前後２段に分けて第１凹部２２を形成するため、ワーク４０が硬い難加工材であっても、ワーク４０が割れたり、プレス成形装置４１にダメージが与えられたりするおそれを回避できる。

（６）前段のプレス成形工程において第１，第２凹部２２，２３の内コーナ部を曲面状に形成し、後段のプレス成形工程において内コーナ部の曲率を大きくするため、内コーナ部の曲率を無理なく大きくすることができて、第１，第２凹部２２，２３の内側面２２２，２３２の実質的な高さを高くすることができる。

（７）前段のプレス成形工程において第１，第２凹部２２，２３の内側面２２２，２３２をワーク軸方向の外側に広がるテーパ状に形成し、後段のプレス成形工程において内側面２２２，２３２のテーパ拡開角度を小さくするため、その内側面２２２，２３２を直立させて、第１，第２凹部２２，２３を実質的に深くすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化できる。
・前記実施形態では、前後２回に分けて、プレス成形するようにしたが、少なくとも前工程及び後工程の一方を複数段に分けて、全体として３回以上に分けてプレス加工すること。この場合、膨出部２２３は、複数回に分けて形成されたり、複数回に分けて圧潰されたりする。従って、パンチング１回当たりのプレス成形装置４１の負担を軽減できる。

・図１０及び図１１に２点鎖線で示すように、フラット部２５，２６の上面に浅い凹部７０が形成されるようにすること。
・図１２に示すように、成形品２１に、第２凹部２３及び第２フラット部２６が形成されることなく、第１凹部２２及び第１フラット部２５のみが形成されるようにすること。この場合、図１３に示すように、前段プレス成形部４２及び後段プレス成形部６１の第２突出型６７及び第２平面型６５は省略される。第２凹部２３及び第２フラット部２６が形成されていない成形品２１は、例えば、図１２に２点鎖線で示すように、一対の成形品２１を第１凹部２２が対向するように対称状に重ねることにより、対向する第１凹部２２間を流体の通路にすることができる。

・第１凹部２２が不等間隔で形成されるようにすること。
・棒状以外の形状、例えば、リング状や板状のワーク４０を用いること。リング状のワーク４０の場合は、そのワーク４０の軸方向の端面に対して加工が施される。なお、リング状のワーク４０は、パイプ材を輪切りすることによって得ることができる。

・図１４に示すように、ワーク４０の表裏両面に凹部２３を形成すること。この場合、表裏の凹部２３は、例えば交互配置のように規則的に配置されても、あるいは不規則に配置されても、いずれでもよい。

・図１５に示すように、板状のワーク４０に穴状の凹部２２が形成されるようにすること。
・ワーク４０に対してあらかじめ面取りを施すこと。

・前段プレス成形部４２の窪み部４３１，４３２を省略すること。

２１…金属成形品、２２…第１凹部、２３…第２凹部、４０…金属ワーク、４１…プレス成形装置、４２…前段プレス成形部、６１…後段プレス成形部、２２３…膨出部。

Claims (8)

1. 前段の工程において、プレス成形により金属ワークに凹部を形成するとともに、その凹部の開口部の縁部にプレス方向の逆方向に突出する膨出部を形成し、
   後段の工程において、前記凹部内にその凹部の内側面を受ける整形型を設置し、その設置状態で、プレス成形により前記膨出部を圧潰して前記凹部の開口部の縁部を整形する金属成形品の製造方法。
2. 前記凹部は複数であって、それらの凹部を同時にプレス成形する請求項１に記載の金属成形品の製造方法。
3. 前記金属ワークの前記凹部の反対側の面を金型の窪み部により受ける請求項１または２に記載の金属成形品の製造方法。
4. 前記前段の工程において前記凹部の内コーナ部を曲面状に形成し、前記後段の工程において前記内コーナ部の曲面の曲率を大きくする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の金属成形品の製造方法。
5. 前記前段の工程において前記凹部の内側面をその凹部の開口側に広がるテーパ状に形成し、前記後段の工程において前記内側面のテーパ拡開角度を小さくする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の金属成形品の製造方法。
6. 前段の工程において、前記各凹部を等間隔に形成するとともに、隣接する一対の凹部間に別の凹部をプレス成形する請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の金属成形品の製造方法。
7. 金属ワークをプレス成形するための前段プレス成形部及び後段プレス成形部を備えたプレス成形装置において、
   前記前段プレス成形部及び後段プレス成形部は、前記金属ワークを受けるための第１の金型と、その第１の金型上の金属ワークをプレスするための第２の金型とをそれぞれ備え、
   前記前段プレス成形部の第２の金型は、前記金属ワークに凹部を成形するための凹部成形型と、前記凹部の開口部の縁部にプレス方向の逆方向に突出する膨出部を成形するための膨出部成形型とを備え、
   前記後段プレス成形部の第２の金型は、前記膨出部を圧潰するための圧潰型と、その圧潰にともなって前記凹部の内側面を整形するための整形型とを備えたプレス成形装置。
8. 少なくとも前記後段プレス成形部の第１の金型は、前記金属ワークの前記凹部の部分を受けるための窪み部を有する請求項７に記載のプレス成形装置。

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