JPH01180728A - ボス付部材の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はボス付部材の成形方法、特に、トルクを伝達す
るのに充分な厚さおよび高さのボスを備えるボス付部材
をプレスにて成形する方法に関する。

［従来の技術］ 一般にトルク伝達に耐え得るボス付部材は、第９図に示
すように、外径Ｄｏ、板厚ｔのブランク材Ｂにボス部Ｇ
（ボス付部材の最終外径：Ｄ）を形成するに際し、その
ボス部Ｇの厚さｔｂはブランク材Ｂの板厚を以内におい
て可能な限り、なるべく厚く、またその高さｈはなるべ
く高くすることが望まれる場合が多い。。

の これはボス付部材のボス部Ｇ／内径部Ｇ、等に形成する
スプライン等の耐トルク強度を確保するためと外周部Ｂ
３における軸方向振れを極力少なくするためである。

従来のかかるボス付部材の成形方法としては、以下のよ
うなものが知られている。

第１の方法は、いわゆるバーリング加工であり、第１θ
図（ａ）に示すように中央部にボス内径ｄ２よりも小径
ｄ、の下穴Ｂ０が穿設された板状ブランク材Ｂに対し、
ボス内径寸法ｄ２を外径とするパンチにより穴拡げ加工
をする方法である。

しかしながら、この方法は穴広がり率（＝（（１２−ｄ
ｔ）　／ｄｔ）の限界値があるため、そのボス部の厚み
および高さの両者においてトルク伝達に充分に耐えるも
のが得られない場合が多い。

そこで、第２の方法として、第１θ図（ｂ）　に示すよ
うに板状ブランク材Ｂを適正絞り比を確保しつつボス内
径寸法ｄ２が得られる迄複数回の絞り工程を繰返す（工
程（１）ないしく７））ことにより、成形し、天井部を
打抜く（工程（８））方法、あるいは、第３の方法とし
て第１０図（Ｃ）　に示すように、第２の方法と同様の
複数回の絞り加工を行った（工程（１）ないしく７））
後、ボス内径より小径の下穴を穿設（工程（８））シ、
これの穴拡げ加工（工程（９））をする方法が用いられ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、かかる従来の方法においては、第１の方
法は前述の如く穴広がり率による限界のためにボス部肉
厚および高さに限界があり充分ではない。

第２および第３の方法は、所定の厚さおよび高さのボス
部Ｇは形成し得るものの、多くの絞り工程を必要とする
ものであった。すなわち、絞り加工においては素材に引
張り応力が作用することから、これにより生ずる肉厚減
少を極力抑えつつ絞ることが肝要であり、素材の絞り限
界に対し余裕のある絞り工程の設定が必要であるからで
ある。

このように多段階で絞り加工を行うということは型形状
が少しづつ異なるプレス型を多数必要とし、その型製作
費が嵩むと共に、生産過程でも多工程を要しコストアッ
プの原因となっていた。また、多工程の絞り加工の影営
でフランジ部に板厚の凹凸（ダイマーク）が創成され面
精度の低下が避けられないものであった。

本発明の目的は、かかる従来の方法が有する問題点を解
消し、低コストで面精度のすぐれたボス付部材を形成す
ることのできるボス付部材の成形方法を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の第１の形態では金
属製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設し、板状ブラ
ンク材をダイと板押えとの間にセットし、板状ブランク
材の外側から中心に向けて加圧手段により加圧しつつパ
ンチをダイに接近させ、下火周辺を截頭円錐形状に成形
し、さらにパンチを押込み、穴拡げ成形を行ってボス部
を形成するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の第２の形態では金属製板状ブランク材の
中央部に下穴を穿設し、板状ブランク材を外側ダイと板
押えとの間にセットし、板状ブランク材の外側から中心
に向けて加圧手段により加圧しつつパンチをダイに接近
させ、下穴周辺を截頭円錐形状に成形し、さらにパンチ
を押込み穴拡げ成形を行った後、外側ダイの内側に設け
た内側ダイをパンチの押込み方向と逆方向に押込み、ボ
ス部を形成するようにしたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明の第１の形態によれば、まず、中心部に下穴が穿
設された板状ブランク材がダイと板押えとの間にセット
される。

そして、このブランク材の外側の複数方向から中心に向
けて加圧手段により加圧すると、まずブランク材下穴部
近傍の相当応力の上昇により、下穴部周辺が降伏し塑性
変形を開始する。そして、この塑性変形は順次ブランク
材の外側方向に伝播し、ブランク材の内外径比や外側か
らの加圧力に対応した所定状態で内部応力が均衡する状
態となる。

このような圧縮応力場の下でパンチをダイに接近させる
とブランク材の下穴周辺はパンチの隅丸部とダイ隅丸部
とを接触点とする截頭円錐状に変形する。すると、初期
のブランク材の下穴径の下に均衡していた応力状態が、
仮想的にダイ隅丸止まり寸法相当の中穴が創成されたの
と同様の応力状態に変化し、ダイ空間の周縁部近傍で均
衡していた材料の截頭円錐状部への流動が促進される。

この截頭円錐状部が形成される初期の過程では、最初の
下穴径が縮小傾向で推移し、この截頭円錐状部に周囲よ
り充分な体積の材料が供給されることとなる。その後、
さらにパンチが押込まれていくと、パンチの隅丸部が截
頭円錐状部の内側を滑り下穴の穴拡げ形成が行なわれ所
定の厚さと高さとを有するボスが形成されると共にボス
周辺部が増厚される。

また、本発明の第２の形態によれば、まず、中心部に下
穴が穿設された板状ブランク材が外側ダイと板押えとの
間にセットされる。

そして、このブランク材の外周から中心に向けて加圧手
段により加圧すると第１の形態で述べたようにブランク
材の外側に向かって塑性変形が順次伝播していく。

この状態でパンチをダイに接近させるとダイ内径が大き
いことから第１の形態で得られるよりも底面径の大きな
截頭円錐状に変形する。

すると、この截頭円錐状部には周辺からの材料流動が第
１の形態に比べより効果的に行なわれる。

その後、さらにパンチが押込まれしていくと、同様に下
穴の穴拡げ成形が行なわれ、そして、さらに周縁からの
加圧を継続しつつ外側ダイの内側に設けた内側ダイをパ
ンチの押込み方向と逆方向に押込むと、バンチ外径と内
側ダイの内径部とで所定の厚さと、第１の形態で得られ
るものよりさらに高い高さとを有するボスが形成される
と共にボス周辺部も増厚される。

このように、本発明によれば略々車工程で所定の厚さと
高さとを有するボス部が形成されると共にボス周辺部が
増厚されることから、コストダウンがはかれると共にフ
ランジの面精度がよくボスの付根が強化されたいボス付
部材が得られるのである。

［実施例１ 以下に、本発明の実施例を添附図面を参照しつつ説明す
る。

まず、本発明を実施するためのプレス金型の一例を第１
図に基づき説明する。

１はパンチであり不図示のラムに固定されている。この
パンチ１は、ブランク材Ｂを截頭円錐形状に変形し、材
料の流動方向の制御を行うのに寄与する隅丸部半径（バ
ンチラジアス）ｒｐと、最終ボス内径寸法を出す役割を
持つ外径り、とを有す。

その好ましい値はり、／２≧ｒｐ＞Ｄｐ／３であり、パ
ンチ１にはパンチ圧力Ｐ、が加えられる。

２は板押えであり、パンチ１が貫通する貫通孔２Ａを有
し同じく不図示のラムに油圧シリンダ等の加圧機構でも
ってパンチ１と別動で上下動自在に支持されている。こ
れはブランク材が外側から加圧され、圧縮されることに
よる中心部下穴近傍へ加圧力を伝えることを効果的に行
うと共に、その板厚増加を許容しつつ、ブランク材Ｂの
座屈を防止する程度の圧力ＰＣを付加する役割を持つ。

３はベツド５上にダイホルダ４と共に固定されたダイで
あり、ブランク材Ｂの截頭円錐形状への変形に対する曲
げ起点となり材料の流動促進の主たる要素となる隅丸部
半径（ダイラジアス）ｒｄと、最終的にボス外形状を出
す役割を持つ内径Ｄｄとを有す。

材料流動量は、ダイ隅丸止まり寸法Ｄａ’　　（＝　Ｄ
ｄ＋　２　ｒｄ）に大きく影響を受けるのでダイラジア
ス「ｄを適切に定めることが必要である。

この好ましい値は、ｒｄ≧ｔでありまたボス付部材の最
終形状として許される範囲内にあることが必要である。

６は同じく、ベット５上に複数個がパンチ１を中心とし
て放射状に等間隔に配置固定された、水平加圧力Ｐｈ発
主のための油圧シリンダであり、ピストン６Ａを有する
。この複数方向総和の水平加圧力をＰｈとする。

７はダイホルダ４に摺動可能でピストン６Ａに押圧され
、仮押え２およびダイ３との間で中心方向に８動可能な
加圧プレートであり、ブランク材Ｂの外側からその圧縮
降伏点以上の力を付加し得るものである。

なお、８は位置決め用ネストピン９を上下動自在に保持
すると共に成形品を排出するために上下動自在のノック
アウトである。

上述した加圧手段各々の加圧力はブランク材Ｂの種類等
に応じて適宜選定するが、概ねパンチ加圧力ＰＰを１と
したとき仮押え加圧力ＰＣは３〜７、総和の水平加圧力
ＰｈはｌＯ〜１５の比率で後者を著しく大きく設定する
のが好ましい。

次に、ボス付部材の成形工程を第２図に基づき説明する
。

まず、第２図（ａ）　に示すように、中央部に下穴Ｂ０
を穿設されたブランク材Ｂが、上動して静止状態にある
ネストピン９に、その下穴Ｂ０を係合される。このとき
を成形工程のスタートとし時刻上〇とする。次いで、ノ
ックアウト８およびネストビン９の下動により、ブラン
ク材Ｂがダイ３上に載置され、そこで時刻ｔ１で加圧プ
レート７が中心方向に移動開始し、第２図（ｂ）に示す
ようにブランク材Ｂの外側端に当接しブランク材Ｂの位
置決めが行なわれる（時刻ｔ２）。この間、パンチ１は
仮押え２と共に高速にて下降を続けており、時刻ｔ３に
おいて第２図（Ｃ）　に示すように、ノックアウト８を
さらに下動させると共に、仮押え２がブランク材Ｂに当
接する直前に、パンチ１の下降速度を低速に切換える。

しかして、時刻ｔ４において、ブランク材Ｂがダイ３お
よび仮押え２との間にセットされた状態（第２図（ｄ）
および第１図（ａ）参照）が得られる。

そして、この時刻ｔ４において、油圧シリンダ６に高圧
を付加し、加圧プレート７を介してブランク材Ｂにその
圧縮降伏点以上の荷重付与を開始する。この加圧プレー
ト７による継続的加圧状態のまま、パンチ１は低速によ
る下降でブランク材Ｂに当接し截頭円錐を形成し、さら
に下降を継続し、ボス部が形成される。この間仮押え２
はブランク材Ｂの板厚増大を吸収すべく加圧しつつ上動
する（第２図示の仮押えストロークは、パンチ１の先端
を０基準として示しである）。

このボス部の成形過程を第１図（ｂ）に示すと共に、そ
の成形のメカニズムについては後述する。

しかして、パンチ１が下死点に至った時刻ｔ、にてボス
部の成形は終了（第２図（ｅ）および第１図（Ｃ）参照
）し、その所定時間後ｔ６において加圧プレート７がま
ず後退を開始し、その後ｔ、においてパンチ１およびノ
ックアウト８が上動を開始し、時刻ｔ８にてそれらの速
度を速め成形品を排出する。

ここでボス部成形のメカニズムを第３図を用いて詳細に
説明する。

第３図（ａ）において外径ｄ０．板厚ｔ、下穴径ｄ。

のブランク材Ｂの外側端より加圧プレート７を介して中
心に向けて圧縮降伏点以上の水平方向加圧力Ｐｈを作用
させると、まずブランク材Ｂの下穴Ｂ。

の近傍の相当応力が上昇し、下穴８０周辺が降伏し塑性
変形を開始する。そして、この塑性変形は加工硬化を生
じながら、外側に向かって順次伝播していき内部応力が
均衡した状態となる（第３図（ａ）参照）。

このような圧縮応力場の下で、パンチラジアスｒｐを有
するパンチ１を下降させると、ブランク材Ｂの下穴Ｂ。

周辺部は第３図（ｂ）　に示すようにダイ３の上面の隅
丸（ダイラジアスｒ、）の止まり寸法縁（直径０．１’
　＝Ｄ１＋２ｒ、１　）　Ｘを起点とする截頭円錐形状
に変形する。

すると、初期のブランク材Ｂの下穴径ｄ１の下に均衡し
ていた応力状態が、あたかもブランク材Ｂに上記隅丸部
まり寸法である直径り、′の中火が創成されたのと近似
の応力状態に変化する。この応力状態の変化によりダイ
３の直径Ｄｄ′の外周縁部近傍で均衡していた材料の截
頭円錐状部への流動が促進される。この場合、第３図（
ｂ）に示す截頭円錐の成形状態で材料流入が進行し、初
期の下穴径６．が縮径ｄＩ′する。そして、第３図（ｃ
）に示す截頭円錐の所定の高さ迄は、この縮径作用が継
続し、この過程において大部分の体積の材料流入が完了
する。

その後のパンチ１の下降に伴い、パンチ１の隅丸部が截
頭円錐状部の内側を滑り、初期下穴径ｄ。

よりも犬掻ｄどの穴への穴拡げ成形へと移行する（第３
図（ｄ）参照）。この状態から第３図（ｅ）に示すパン
チ１の下降に伴うブランク材Ｂとの摩擦力により、さら
なる材料の内部流入が生じ、最終的には所定高さで、パ
ンチ１の外径Ｄｐとダイ３の内径Ｄｄによって規制され
る厚さのボスが形成される。

これらの過程では水平加圧力を受けてブランク外径ｄ。

は当然縮径するので製品所要の大きさにこの縮径分を見
込まねばならない。

このように、バーリング加工におけるボス部への体積供
給上の制約を受けることなく、また絞り加工における破
断限界による工程上の制約を受けることなく所定の厚さ
と高さとをもったボスが一工程にてできる。

これは、従来特開昭５７−１６８７３０号あるいは特開
昭５９−７３１２９号等により公知のフランジ外周から
加圧しながら深絞りを行う方法における成形のメカニズ
ムと大きく異なるものである。

すなわち、上記の公知方法は、いずれも絞り加工におけ
るフランジ外周部の縮み抵抗に対し外周部から補助的に
加圧することにより絞り加工限界をいくらか向上させよ
うとするものである。

絞り加工の成形限界は、フランジ部とダイ肩部の縮み抵
抗、曲げ抵抗および摩擦抵抗に対し、引張り応力下にあ
る成形壁部への材料の伝達可能力により決定されるので
、それぞれの抵抗の一部を軽減して、その伝達可能力を
向上せんとしているに過ぎない。

これに対し、本発明の方法は前述の如く周方向からの水
平加圧力を圧縮降伏点以上としフランジ部の板厚の増加
を許容しつつ材料の流動を生じさせるものであり、素材
の機械的性質により成形限界が左右されないものである
。これにより、一般に絞り加工が難しいといわれている
、例えば５４５Ｃ（Ｊ　Ｉ　Ｓ規格）の如き被加工材に
ついても容易に成形が可能である。

次に、木工法を用いてボス付部材を形成した実施例につ
き説明する。

第４図に素材の一例としてのブランク材Ｂを示す。板厚
ｔ　＝　４．５ｍｍ、材質５ＰｌｔＣ（引張り強さＴ、
−３３にｇ／ｍｍ２）のブランク材Ｂはその外径形状が
概略三角形状をなし、中心から放射状に伸びる６個の短
冊状腕と中心部に下穴Ｂ。とを有すべく素材板から打抜
いて形成される。

６個の腕は長腕（工大中心から外側端までの距！１ｄＯ
Ｌ／２　、幅Ｗｔ）Ｂ＋　と短腕（同じ（ｄｏｓ／２　
。

幅Ｉｓ　）　Ｂ、とが３個ずつ交互に６０°間隔に配置
されている。そして、多腕の交叉部には切欠きＢ、が形
成されている。これを上述した方法で成形した。但し、
水平加圧力については長腕Ｂ、３ケ所と短腕Ｂ２３ケ所
を別系統の加圧力の印加の下に行った（その加圧力の総
和は前述の通りである）。

その結果、第５図示の如くボス付根部の板厚ｔｃがブラ
ンク材Ｂの板厚ｔの約１．２倍となりボス部を形成する
体積ｖＩが一般のバーリング加工で形成される体積ｖ０
の約１．７倍と大きく向上したボス付部材が得られた。

次に他の素材の加工例として第４図に示したものと同一
形状で板厚も等しい難加工材５４５Ｇ　（引張り強さＴ
ｓ−５０Ｋｇ／ｍｍ勺について加工を行った。

この場合、各加圧力を前例の約１．５倍とした地間様に
加工した。その結果、前例と略々等しいボス付部材が得
られた。

次に、第６図につき本発明の第２の形態で用いるプレス
金型の一例を説明する。理解を容易とするため第１図に
おいて説明したプレス金型と同一部位は同一符号を用い
、その異なる点を説明すると、ダイを外側ダイ３Ａ（内
径ＤｄＡ、ダイラジアス「、Ａ）および内側ダイ３Ｂ（
内ａＤｄＢ、ダイラジアスｒｌＢ）の２分割構成とした
ことである。

この例は、先の例における截頭円錐形を成形する際の、
ダイ３Ａの内径ＤｄＡを大きくすることにより水平方向
加圧による截頭円錐への材料流動をより効果的に発生さ
せ、より高いボス形状を創成させるものである。

その成形の工程を説明すると、第６図（ａ）および（ｂ
）における工程は前述の第１図（ａ）および（ｂ）と同
様であるが本例では截頭円錐の曲げ起点は外側ダイ３Ａ
の隅丸止まり寸法部であり、より大きな水平加圧力によ
る効果が発揮され、大きな体積流動が生する。そして、
第６図（Ｃ）に示す如くさらにバンチ１を下降すると截
頭円錐形の截頭部の穴拡げ成形が行なわれる。

かかる状態で、さらに水平加圧力を継続しつつ内側ダイ
３Ｂを上昇させると、−旦、截頭円錐状部に供給された
材料を外へ押し戻すことなくボス内部へ供給し、パンチ
外径ＤＰ、内側ダイ内径り、Ｂとで規制される厚さで、
より高いボスが形成された。パンチ１の加圧力ｐｐを１
とするとき内側ダイ３Ｂの加圧力Ｐｕを５に設定して成
形した。

その結果、第７図に示す如く、ボス付根部の板厚ｔｅが
ブランク材Ｂの板厚ｔの約１．６倍となりボス部を形成
する体積ｖ２が一般のバーリング加工で形成される体積
ｖ０の約２．８倍と飛躍的に向上したボス付部材が得ら
れた。

次に、本発明方法によって得られるボス付部材を得るに
あたって用いられるブランク材の形状例を第８図に示す
。第８図（ａ）　、　（ｂ）および（Ｃ）に示すように
、円形ブランク材８ａ、異形ブランク材Ｂｂおよび逃穴
付ブランク材Ｂｃを用いることができる。

異形ブランク材Ｂｂの場合には、その腕間の切欠きＣの
内接円径ｄ０′　の半分が実質的にブランク材の下穴Ｂ
０中心から外側端迄の距離相当となり、ダイ内への材料
流動量を円形ブランク材Ｂａに比べ飛躍的に増加させる
ことができ、より高く、厚いボス部を得ることができる
。

同様の効果は円形ブランク材に逃穴Ｈを穿設しても得る
ことができ、この場合は逃穴への内接円径ｄ０′　が相
当する。

また、円形ブランク材の場合、上述の逃穴の誉りに、仮
押えとダイとの間隔を局部的に大きくしても同様の効果
が得られる。

以上の実施例では便宜上プレス金型を上下関係のものに
つき説明したが、これは若干の細部構造の変更で横向き
あるいは上下逆の関係のものでもできることはいうまで
もない。

尚、上述した例では水平加圧力ｐｈは下穴中心に円形の
場合には液圧によってその周縁から均等に加圧するよう
にしてもよく、また油圧以外の機械的手段で行ってもよ
い。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明方法の第１の形
態によれば単工程で成形できることから低コストで面精
度のすぐれた所定の厚さと高さとを有するボス付部材を
得ることができる。

また、本発明方法の第２の形態によれば、単工程或いは
二工程で上記と同様な所定の厚さとより高い高さとを有
するボス付部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の形態に用いるプレス金型の一例
を示す断面図、およびその工程を説明する図、 第２図は同じく本発明の第１の形態の一例を示す工程説
明図および作動タイミング線図、第３図は、ボス部成形
メカニズムを説明するための過程を示す図、 第４図は本発明方法を用いてボス付部材を成形するとき
のそのブランク材を示す平面図、第５図はブランク材の
要部と上記により得られたボス部を比較する断面図、 第６図は本発明の第２の形態に用いるプレス金型の一例
を示す断面図、およびその工程を説明する図、 第７図はブランク材の要部と上記により得られたボス部
を比較する断面図、 第８図は本発明方法に用いられるブランク材の形状例を
示す平面図であり、左側は成形前右側は成形後を示す図
、 第９図はボス付部材の一般形状を示す断面図、 第１０図は従来のボス付部材の成形方法を示す断面図で
ある。 １・・・パンチ、 ２・・・仮押え、 ３・・・ダイ、 ６・・・油圧シリンダ、 ７・・・加圧プレート、 ８・・・ノックアウト、 ９・・・ネストビン、 Ｂ・・・ブランク材、 Ｇ・・・ボス部。 第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設し、 該板状ブランク材をダイと板押えとの間にセットし、 該板状ブランク材の外側から中心に向けて加圧手段によ
   り加圧しつつパンチをダイに接近させ、前記下穴周辺を
   截頭円錐形状に成形し、 さらにパンチを押込み、穴拡げ成形を行ってボス部を形
   成するようにしたことを特徴とするボス付部材の成形方
   法。 ２）金属製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設し、 該板状ブランク材を外側ダイと板押えとの間にセットし
   、 該板状ブランク材の外側から中心に向けて加圧手段によ
   り加圧しつつパンチをダイに接近させ、前記下穴周辺を
   截頭円錐形状に成形し、 さらにパンチを押込み穴拡げ成形を行った後、前記外側
   ダイの内側に設けた内側ダイをパンチの押込み方向と逆
   方向に押込み、ボス部を形成するようにしたことを特徴
   とするボス付部材の成形方法。