JP7600925B2 - プレス成形方法 - Google Patents

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Description

本開示は、プレス成形方法に関する。
ブランク材を絞り加工するプレス成形方法に関して、特許文献1には、ブランク材であるチタン合金を金型とブランク支持材との間に配置した状態で、金型および押圧部材によってチタン合金を絞り加工するプレス成形方法が開示されている。特許文献1の成形方法は、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する工程を有している。
特開2020-59045号公報
特許文献1のように、ブランク材をブランク支持材によって金型に押圧することで、ブランク材の鍔状部をブランク支持材と金型とによって挟んで押圧できるため、鍔状部のシワを潰すことができる。しかしながら、ブランク材の凹状に絞られる部分の側壁のシワを抑制することについては十分に検討されておらず、ブランク材の成形性やプレス成形品の品質について改善の余地があった。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本開示の一形態によれば、ダイとクッションとの間に配置された金属製のブランク材を、ポンチによって前記ダイに押圧して絞り加工するプレス成形方法が提供される。このプレス成形方法は、前記ブランク材の一部を前記ダイと前記クッションによって挟むクッション荷重の大きさを第1の大きさ以下とした状態で、前記ブランク材を絞る第1工程と、前記第1工程の後、前記クッション荷重の大きさを第2の大きさとした状態で、前記ブランク材を絞る第2工程と、前記第2工程の後、前記クッション荷重の大きさを第3の大きさとすることによって、前記ブランク材の前記ダイと前記クッションとによって挟まれる部分のシワを潰す第3工程と、を備える。前記第2の大きさは、前記第1の大きさより大きく、前記第3の大きさより小さい。
このような形態であれば、第2工程において、第1の大きさより大きく、かつ、第3の大きさより小さい第2の大きさのクッション荷重でブランク材の一部を挟みつつブランク材を絞るため、ブランク材の凹状に絞られる部分の側壁が引き延ばされやすくなる。そのため、側壁のシワを抑制でき、ブランク材の成形性やプレス成形品の品質を向上できる。
(2)上記形態では、前記第1工程において、前記クッションと前記ブランク材とを離間させることによって、前記クッション荷重を0としてもよい。このような形態であれば、第1工程において、ブランク材の凹状に絞られる部分の側壁の割れをより抑制でき、かつ、第2工程において、側壁のシワを抑制できる。
(3)上記形態では、前記第1工程と、前記第2工程と、前記第3工程と、をこの順で複数回実行してもよい。このような形態であれば、ブランク材の割れおよびシワを抑制しつつブランク材を繰り返し絞ることができるため、ブランク材をより深く絞り加工できる。
本開示は、上述したプレス成形方法しての形態以外にも、例えば、プレス成形品の製造方法やプレス成形装置等の形態で実現することが可能である。
プレス成形装置の概略構成を示す図である。 プレス成形処理のフローチャートである。 プレス成形処理を説明するグラフである。 図3の一部を拡大した図である。
A.第1実施形態:
図1は、本実施形態におけるプレス成形装置100の概略構成を示す図である。プレス成形装置100は、ダイ30と、クッション40と、ポンチ50と、制御部90とを備えている。プレス成形装置100は、ダイ30とポンチ50とによって、金属製のブランク材Mを絞り加工して、プレス成形品を製造する。図1には、ブランク材Mの加工を開始する前のプレス成形装置100の様子が示されている。
本実施形態におけるダイ30は、略円柱状を有している。ダイ30は、水平方向における中央部に、鉛直下方に向かって開口する開口部31を有し、開口部31の周囲に周縁部32を有している。本実施形態では、開口部31は、円形状の断面を有している。本実施形態では、ダイ30は、鉛直方向に沿って移動可能に構成されたスライド20の下部に固定され、スライド20とともに移動可能に構成されている。スライド20は、制御部90による制御下で駆動する第1駆動部21の駆動力によって動作する。本実施形態において、第1駆動部21は、サーボモータによって構成されている。
ポンチ50およびクッション40は、ダイ30と対向して配置される。本実施形態では、ポンチ50およびクッション40は、ダイ30の鉛直下方に配置されている。ポンチ50は、開口部31の形状と対応する形状を有し、開口部31と対向する位置に配置されている。本実施形態におけるクッション40は、略円環形状を有し、周縁部32と対向する位置に配置されている。クッション40の円環内には、ポンチ50が挿入されている。クッション40は、制御部90による制御下で駆動する第2駆動部41の駆動力によって動作する。本実施形態において、第2駆動部41は、サーボモータによって構成されている。
制御部90は、1以上のプロセッサと、記憶部と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピュータによって構成されている。他の実施形態では、制御部90は、コンピュータではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されていてもよい。
本実施形態では、ブランク材Mは、鋼によって形成され、円形板状を有している。ブランク材Mは、例えば、チタンや銅等の他の金属によって形成されていてもよい。ブランク材Mは、ダイ30と、クッション40およびポンチ50との間に配置される。ブランク材Mは、ポンチ50によってダイ30に押圧されることで絞り加工される。より詳細には、ブランク材Mがポンチ50によってダイ30に向かって押されることで、ブランク材Mが周縁部32に押しつけられつつ開口部31内に押し込まれ、凹状に変形する。これによって、ブランク材Mが絞り加工される。本実施形態では、制御部90は、固定されたポンチ50に対してスライド20を下方に移動させることによって、ダイ30をポンチ50に近付くように下方に移動させて、ブランク材Mをポンチ50によって鉛直上方に押圧して絞り加工する。
本実施形態では、ブランク材Mがプレス成形される際には、その一部がダイ30とクッション40とによって適宜挟まれる。より詳細には、ブランク材Mの、ポンチ50によって押される部分より外側の部分が、ダイ30の周縁部32の下面であるダイ下面33と、クッション40の上面であるクッション上面42とによって挟まれる。ダイ30とクッション40とによってブランク材Mを挟む荷重のことを、クッション荷重と呼ぶこともある。また、ブランク材Mのダイ30とクッション40とによって挟まれる部分のことを、被挟持部Mhと呼ぶこともある。
図2は、本実施形態において制御部90によって実行されるプレス成形処理のフローチャートである。図2のプレス成形処理が実行されることによって、本実施形態におけるプレス成形方法およびプレス成形品の製造方法が実現される。本実施形態では、プレス成形処理は、図1に示すように、ブランク材Mがダイ30とクッション40およびポンチ50との間に配置された状態で開始される。
図3は、プレス成形処理を説明するグラフである。図3は、横軸を時間とし、第1の縦軸をダイ下面33およびクッション上面42の鉛直方向における位置とし、第2の縦軸をクッション荷重の大きさとするグラフである。
本実施形態では、制御部90は、図2のプレス成形処理において、第2駆動部41のサーボモータのトルク値とクッション荷重との関係に基づいて、第2駆動部41を制御してクッション40の位置を調整することによって、所望のクッション荷重を発生させる。トルク値とクッション荷重との関係は、例えば、実験に基づいて予め算出される。他の実施形態では、制御部90は、例えば、所望のタイミングで所望の絞り深さ及び所望のクッション荷重が得られるように作成されたシーケンスに従って、スライド20の位置やクッション40の位置を制御してもよい。また、制御部90は、例えば、ロードセル等の荷重センサ(図示せず)によってクッション40に生じるクッション荷重の大きさを測定し、センサー値を参照して、スライド20の位置やクッション40の位置、又は、第1駆動部21や第2駆動部41のサーボモータのトルク値をフィードバック制御してもよい。
ステップS105にて、制御部90は、予備絞り工程を実行する。制御部90は、ステップS105の予備絞り工程において、クッション荷重の大きさを大きさf4とした状態で、ブランク材Mを深さaだけ絞る。図3では、時刻t1から時刻t2までの間がステップS105に相当する。
図3に示すように、制御部90は、ステップS105において、第1駆動部21を制御することによって、ダイ下面33が位置p2に位置するまで、スライド20を下方に移動させる。位置p2は、ポンチ50の上面51の鉛直方向における位置である位置p1から下方に距離aだけ離れた位置である。また、制御部90は、ブランク材Mを絞る間、第2駆動部41を制御することによって、大きさf4のクッション荷重が発生する位置にクッション40を位置させながらクッション40を下方に移動させる。
ステップS105におけるクッション荷重の大きさf4は、例えば、ステップS105におけるブランク材Mの割れおよびシワを抑制できる大きさに定められる。ステップS105において、クッション荷重が大きいほど、ブランク材Mのシワが抑制される一方で割れが生じやすくなる。これに対して、ステップS105において、クッション荷重が小さいほど、ブランク材Mの割れが抑制される一方でシワが生じやすくなる。ステップS105におけるブランク材Mの割れおよびシワを抑制することによって、ステップS105においてブランク材Mをより深く絞ることができる可能性が高まり、ブランク材Mをより効率良くプレス成形できる。
図2に示すように、ブランク材Mが絞られることによって、ブランク材Mに、鍔状部Mfと凹部Mrとが形成される。凹部Mrは、ブランク材Mの、ポンチ50とダイ30とによって絞られて凹状に変形した部分であり、底部Btと側壁Swとを有する。鍔状部Mfは、ブランク材Mの凹部Mrより外側の部分であり、絞られていない部分である。側壁Swは、ポンチ50による押圧方向に沿って延びる部分と、ダイ30のエッジ部Egに沿った形状に変形した、鍔状部Mfとの境界付近の部分とを含む。エッジ部Egとは、周縁部32の下端部の内側端部のことを指す。鍔状部Mfは、ブランク材Mが絞られるのに従って、ダイ30の開口部31内へ流入し、凹部Mrの側壁Swを形成する。
ステップS110にて、制御部90は、予備シワ潰し工程を実行する。制御部90は、ステップS110の予備シワ潰し工程において、クッション荷重の大きさを大きさf3とすることによって、ブランク材Mの被挟持部Mhのシワを潰す。図3では、時刻t2から時刻t3までの間がステップS110に相当する。
本実施形態では、制御部90は、ステップS110において、ブランク材Mを絞らずに、被挟持部Mhのシワを潰す。図3に示すように、制御部90は、ステップS110において、ダイ下面33を位置p2に位置させながら、クッション40でブランク材Mをダイ30に押しつけることによって、大きさf3のクッション荷重を発生させる。これによって、例えば、ステップS105でブランク材Mの鍔状部Mfに発生したシワが潰される。ステップS110におけるクッション荷重の大きさf3は、例えば、ステップS110において被挟持部Mhのシワを潰せる程度に大きいクッション荷重の大きさとして、実験によって定められる。本実施形態において、クッション荷重の大きさf3は、ステップS105におけるクッション荷重の大きさf4より大きい。
ステップS115にて、制御部90は、絞り工程を実行する。制御部90は、ステップS115の絞り工程において、ブランク材Mを深さb1だけ絞る。本実施形態における絞り工程は、第1工程に相当する。第1工程とは、クッション荷重の大きさを第1の大きさ以下とした状態で、ダイ30とポンチ50とによってブランク材Mを絞る工程を指す。以下では、ステップS115の絞り工程のことを第1工程と呼ぶこともある。第1の大きさは、例えば、第1工程における絞り加工によるブランク材Mの割れを抑制できる程度に小さいクッション荷重の大きさとして、実験によって定められる。本実施形態では、制御部90は、ステップS115において、クッション40とブランク材Mとを離間させることによってクッション荷重の大きさを0とした状態で、ブランク材Mを深さb1だけ絞る。
図4は、図3の一部を拡大した図である。図3および図4では、例えば、時刻t3から時刻t4までの間がステップS115に相当する。図3および図4に示すように、制御部90は、ステップS115において、クッション40の下方への移動をスライド20の下方への移動に先立って開始し、クッション上面42を位置p3よりも下方に位置させる。位置p3は、位置p2から下方に距離b1だけ離れた位置である。制御部90は、クッション40の移動を開始した後にスライド20の移動を開始し、ブランク材Mとクッション40とが離間した状態を保ちながらスライド20を下方に移動させ、ダイ下面33を位置p3に位置させる。本実施形態において、距離b1は、距離aよりも短い。
本実施形態では、制御部90は、ステップS115においてクッション荷重の大きさを0とするため、クッション荷重の大きさを0より大きくする場合と比較して、ブランク材Mが絞られる際に、鍔状部Mfを形成していた部分が開口部31内により流入しやすくなる。そのため、ブランク材Mの凹部Mrの側壁Swの厚みが確保されやすく、側壁Swの割れが抑制される。一方で、ステップS115においてクッション荷重の大きさが0より大きい場合と比較して、ブランク材Mが絞られる際に側壁Swが引き延ばされにくいため、側壁Swにシワが生じやすくなる。
ステップS120にて、制御部90は、引き延ばし工程を実行する。制御部90は、ステップS120の引き延ばし工程において、クッション荷重の大きさを大きさf4より小さい大きさf2とした状態で、ブランク材Mを深さb2だけ絞る。本実施形態における引き延ばし工程は、第2工程に相当する。第2工程とは、第1工程の後、クッション荷重の大きさを第2の大きさとした状態で、ブランク材Mを絞る工程を指す。以下では、ステップS120の引き延ばし工程のことを第2工程と呼ぶこともある。第2の大きさは、第1の大きさより大きく、後述する第3工程における第3の大きさより小さい。本実施形態では、大きさf2が第2の大きさに相当する。
図3および図4では、例えば、時刻t4から時刻t5までの間がステップS120に相当する。図3および図4に示すように、制御部90は、図2のステップS120において、ダイ下面33が位置p4に位置するまでスライド20を下方に移動させる間に、クッション40の位置を制御して、クッション荷重の大きさを大きさf2まで上昇させる。位置p4は、位置p3から下方に距離b2だけ離れた位置である。本実施形態では、距離b2は、距離b1より短い。また、距離b1とb2との和は、距離aよりも短い。
ステップS120では、ブランク材Mが、第1の大きさよりも大きいクッション荷重で挟まれた状態で絞り加工されるため、例えば、ブランク材Mが、第1の大きさのクッション荷重で挟まれた状態で絞り加工される場合と比較して、ブランク材Mの凹部Mrの側壁Swがより引き延ばされやすくなる。そのため、ブランク材Mの凹部Mrの側壁Swのシワが抑制される。また、ステップS120におけるクッション荷重の大きさf2は、大きさf3より小さいため、例えば、ブランク材Mが大きさf3のクッション荷重で挟まれた状態で絞り加工される場合と比較して、ブランク材Mの凹部Mrの側壁Swの割れが抑制される。特に、本実施形態では、大きさf2が大きさf4より小さいため、ステップS120におけるブランク材Mの割れがより抑制される。従って、ステップS115とステップS120とを実行することによって、凹部Mrの側壁Swの割れおよびシワを抑制しつつ、ブランク材Mを絞ることができる。
ステップS125にて、制御部90は、シワ潰し工程を実行する。制御部90は、ステップS125のシワ潰し工程において、ステップS110と同様に、クッション荷重の大きさを大きさf3とすることによって、ブランク材Mの被挟持部Mhのシワを潰す。本実施形態におけるシワ潰し工程は、第3工程に相当する。第3工程とは、第2工程の後、クッション荷重の大きさを第2の大きさf2より大きい第3の大きさとすることによって、ブランク材Mの被挟持部Mhのシワを潰す工程を指す。以下では、ステップS125のシワ潰し工程のことを第3工程と呼ぶこともある。第3の大きさは、例えば、第3工程において被挟持部Mhのシワを潰せる程度に大きいクッション荷重の大きさとして、実験によって定められる。本実施形態では、大きさf3が第3の大きさに相当する。
図3では、例えば、時刻t5から時刻t6までの間がステップS125に相当する。本実施形態では、制御部90は、ステップS125において、ステップS110と同様に、ブランク材Mを絞らずに被挟持部Mhのシワを潰す。ステップS125が実行されることによって、例えば、ステップS115やステップS120でブランク材Mの鍔状部Mfに発生したシワが潰される。
ステップS130にて、制御部90は、プレス成形が完了したか否かを判定する。制御部90は、プレス成形が完了していないと判定した場合、ステップS115に処理を戻す。制御部90は、プレス成形が完了したと判定した場合、プレス成形処理を終了する。本実施形態では、制御部90は、スライド20が下死点まで移動した場合にプレス成形が完了したと判定する。図3に示すように、本実施形態では、制御部90は、スライド20が下死点に至るまで、ステップS115とステップS120とステップS125とをこの順で計4回実行する。他の実施形態では、制御部90は、例えば、ブランク材Mが予め定められた所望の深さだけ絞られた場合にプレス成形が完了したと判定してもよい。この場合、制御部90は、例えば、プレス成形処理においてスライド20が下方へ移動した距離に基づいて、ブランク材Mが絞られた深さを算出できる。スライド20の移動距離は、例えば、第1駆動部21の制御値に基づいて算出される。
以上で説明した本実施形態のプレス成形方法によれば、クッション荷重の大きさを第1の大きさ以下とした状態でブランク材Mを絞る第1工程と、第1工程の後、クッション荷重の大きさを第2の大きさとした状態でブランク材Mを絞る第2工程と、第2工程の後、クッション荷重の大きさを第3の大きさとすることによって、被挟持部Mhのシワを潰す第3工程とを備える。第2の大きさは、第1の大きさより大きく、かつ、第3の大きさより小さい。これによって、第2工程において、第1の大きさより大きく、かつ、第3の大きさより小さい第2の大きさのクッション荷重でブランク材Mの一部を挟みつつブランク材Mを絞るため、ブランク材Mの凹部Mrの側壁Swが引き延ばされやすくなる。そのため、側壁Swのシワを抑制でき、ブランク材Mの成形性やプレス成形品の品質を向上できる。
また、本実施形態では、第1工程において、クッション40とブランク材Mとを離間させることによって、クッション荷重の大きさを0とする。そのため、第1工程において側壁Swの割れをより抑制でき、かつ、第2工程において側壁Swのシワを抑制できる。
また、本実施形態では、第1工程と第2工程と第3工程とをこの順で複数回実行する。これによって、ブランク材Mの割れおよびシワを抑制しつつブランク材Mを繰り返し絞ることができるため、ブランク材Mをより深く絞り加工できる。
B.他の実施形態:
(B1)上記実施形態では、第1工程において、クッション40とブランク材Mとを離間させることによってクッション荷重の大きさを0とした状態で、ブランク材Mを絞っている。これに対して、第1工程において、例えば、クッション40とブランク材Mとを離間させず、クッション40とブランク材Mとを接触させた状態でブランク材Mを絞ってもよい。この場合、クッション40とブランク材Mとを離間させる場合と比較して、第1工程におけるブランク材Mの凹部Mrの側壁Swのシワが抑制される。また、第1工程において、クッション荷重の大きさを0としなくてもよい。この場合、クッション荷重を0とする場合と比較して、第1工程における側壁Swのシワが抑制される。
(B2)上記実施形態では、ブランク材Mのプレス成形において、第1工程と、第2工程と、前記第3工程とをこの順で計4回実行している。これに対して、第1工程から第3工程を繰り返す回数は、2回や3回であってもよいし、5回以上であってもよい。第1工程から第3工程を、それぞれ1回のみ実行してもよい。また、第1工程と第2工程とを複数回実行した後、第3工程を実行してもよい。この場合、例えば、第1工程と第2工程とを複数回実行した後に第3工程を1回実行する一連の工程を1サイクルとして、このサイクルを複数回実行してもよい。
(B3)上記実施形態では、固定されたポンチ50に対してスライド20を移動させることによって、ブランク材Mを絞り加工している。これに対して、例えば、ポンチ50を移動させることによってブランク材Mを絞り加工してもよい。また、上記実施形態では、ポンチ50によってブランク材Mを鉛直上方に押圧して絞り加工しているが、例えば、ポンチ50によってブランク材Mを鉛直下方に押圧して絞り加工してもよい。
(B4)上記実施形態では、ブランク材Mをプレス成形する際、第1工程に先立って予備絞り工程および予備シワ潰し工程を実行している。これに対して、第1工程に先立って予備絞りや予備シワ潰し工程を実行しなくてもよく、例えば、プレス成形の最初に第1工程を実行してもよい。
(B5)上記実施形態では、第3工程において、ブランク材Mを絞ることなく、被挟持部Mhのシワを潰している。これに対して、第3工程において、ブランク材Mを絞ってもよい。この場合、第3工程においてもブランク材Mを絞ることができるため、ブランク材Mをより効率良くプレス成形できる。同様に、予備潰し工程において、ブランク材Mを絞ってもよい。
(B6)上記実施形態において、第1工程から第3工程を複数回繰り返す場合、繰り返し回数ごとに、各工程における絞り深さやクッション荷重の大きさが異なっていてもよい。例えば、1回目に実行される第1工程において、クッション荷重の大きさを0とした状態でブランク材Mを深さb1だけ絞り、2回目に実行される第1工程において、クッション荷重の大きさを0より大きく第1の大きさより小さくした状態で、深さb1よりも浅い深さだけブランク材Mを絞ってもよい。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
20…スライド、21…第1駆動部、30…ダイ、31…開口部、32…周縁部、33…ダイ下面、40…クッション、41…第2駆動部、42…クッション上面、50…ポンチ、51…上面、90…制御部、100…プレス成形装置

Claims (2)

  1. ダイとクッションとの間に配置された金属製のブランク材を、ポンチによって前記ダイに押圧して絞り加工するプレス成形方法であって、
    前記ブランク材の一部を前記ダイと前記クッションによって挟むクッション荷重の大きさを第1の大きさ以下とした状態で、前記ブランク材を絞る第1工程と、
    前記第1工程の後、前記クッション荷重の大きさを第2の大きさとした状態で、前記ブランク材を絞る第2工程と、
    前記第2工程の後、前記クッション荷重の大きさを第3の大きさとすることによって、前記ブランク材の前記ダイと前記クッションとによって挟まれる部分のシワを潰す第3工程と、を備え、
    前記第2の大きさは、前記第1の大きさより大きく、かつ、前記第3の大きさより小さ
    前記第1工程において、前記クッションと前記ブランク材とを離間させることによって、前記クッション荷重の大きさを0とした状態で、前記ブランク材を絞り
    前記第3工程において、前記ブランク材を絞ることなく、前記シワを潰す、プレス成形方法。
  2. 請求項に記載のプレス成形方法であって、
    前記第1工程と、前記第2工程と、前記第3工程と、をこの順で複数回実行する、プレス成形方法。
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