(57)【要約】【課題】外力を加えることで材料流動をアシストしてカップ状部材を塑性加工する装置及び手段を提供する。【解決手段】内周面が所定のテーパ角に形成された、下型に固定されたダイホルダーと、ダイホルダーの中央において下型に固定されたパンチと、所定数に分割されて、それぞれの外周面が前記所定のテーパ角に形成された移動ブランク押さえと、該移動ブランク押さえを支持する円環支持台と、前記所定数に分割された、それぞれ上型に半径方向にスライド可能に支持された移動ダイを具備した塑性加工装置において、前記移動ダイと、前記移動ブランク押さえとの間に、前記ブランクの外周縁部はクランプされ、前記上型部分の前記移動ダイの下降にしたがって、前記移動ブランク押さえは、その前記外周面が前記ダイホルダーの前記内周面を摺動して、前記ブランクの半径方向に移動することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の型部分は、内周面（１０’）が所定のテーパ角に形成された、一方の型（２０）に固定されたダイホルダー（１０）と、ダイホルダー（１０）の中央において一方の型（２０）に固定されたパンチ（１２）と、所定数に分割されて、それぞれの外周面（１３’）が前記所定のテーパ角に形成された移動ブランク押さえ（１３）と、該移動ブランク押さえ（１３）を支持する円環支持台（１４）を具備し、
他方の型部分は、前記所定数に分割された移動ダイ（１１）であって、該移動ダイ（１１）は、それぞれ他方の型（３０）に半径方向にスライド可能に支持された移動ダイ（１１）を具備した塑性加工装置において、
前記移動ダイ（１１）と、前記移動ブランク押さえ（１３）との間に、前記ブランク（１）の外周縁部はクランプされ、
前記他方の型部分の前記移動ダイ（１１）の下降にしたがって、前記移動ブランク押さえ（１３）は、その前記外周面（１３’）が前記ダイホルダー（１０）の前記内周面（１０’）を摺動して、前記ブランク（１）の半径方向に移動することを特徴とするブランクの材料流動をアシストしてカップ状部材に塑性加工する塑性加工装置。
【請求項２】
前記塑性加工は、絞り、バーリング、又は、張出し加工であることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工装置。
【請求項３】
前記他方の型部分には、前記分割された移動ダイ（１１）の間におけるＲ部の形成を助成する補助パンチ（１９）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の塑性加工装置。
【請求項４】
それぞれ所定数に分割された、移動ダイ（１１）と移動ブランク押さえ（１３）との間に、ブランク（１）の外周縁部をクランプする工程と、
前記ブランク（１）をクランプした状態で前記移動ダイ（１１）が下降して、ブランクがパンチ（１２）により塑性変形する工程と、
前記移動ダイ（１１）が下降するにしたがって、所定のテーパ角に形成された外周面（１３’）を具備する前記移動ブランク押さえ（１３）は、ダイホルダー（１０）の前記所定のテーパ角に形成された内周面（１０’）を摺動して、前記ブランク（１）の半径方向に移動する工程と、
を具備するブランクの材料流動をアシストしてカップ状部材に塑性加工する方法。
【請求項５】
前記塑性加工は、絞り、バーリング、又は、張出し加工であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、補助パンチ（１９）により前記分割された移動ダイ（１１）の間におけるＲ部の形成を助成する工程を具備することを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カップ状部材の塑性加工、特に、絞り、バーリング、又は、張出し加工等を行う塑性加工装置及び方法に関する。ここでカップ状部材とは、円筒状や皿状の部材で底の穴の有無にかかわらず、絞り、バーリング、又は、張出し加工等で形成されるすべての部材を含めるものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、絞り、バーリング、張出し加工がある。しかしながら、絞り率の小さな形状や内壁高さの高い形状において従来技術を適用すると材料の破断といった形状不良を招くという問題があった。それゆえ、形状不良を防止するため、材料が破断しないための絞り率を保ちながら加工しなければならず、工程数が増加するという問題が生じていた。
【０００３】
これに対して、特許文献１の場合では、深絞りプレスの複動軸（ピン）によるカップ状部材底部を押圧したり、特許文献２の場合では、液圧シリンダによりブランク外縁部を求心方向に押圧したり、特許文献３、４の場合では、傾斜面を利用してブランクを押圧したりして、ブランクの材料流動をアシストすることで加工限界を上げることが行われてきた。これらの技術は、いずれも加工時に板押さえを行い、絞りによる材料流入時に縮径することによる「しわ（周方向の応力により発生：従来からの絞りの懸念点）」が発生する現象を抑制するため、適切な面圧をかけて「しわ」を抑えるものである。このため、この板押さえ力が大きくなりすぎると、摩擦力により材料が流入しなくなることが生じ、材料が破断するという問題が発生していた。また、アシストによる座屈が発生することもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５０２２３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１５２３２３号公報
【特許文献３】特開２０００−２８８６４２号公報
【特許文献４】特開２００４−２５２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、外力を加えることで材料流動をアシストして、カップ状部材の塑性加工、特に、絞り、バーリング、又は、張出し加工等を行う塑性加工装置及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１は、バーリング（burring  ブランクに下穴をあけて穴の縁をストレッチフランジングする加工）および絞り加工の応力状態を説明する説明図である。図２は、ブランク外縁に外力を加えることで材料流動をアシストする場合の応力状態を説明する説明図である。バーリングの場合、下穴が拡張されて下穴縁部に引張力σθが限界応力σbを超えると加工限界となる。また、絞りの場合は、縦壁において、加工限界が発生する。
図２に示したように、ブランク外縁に外力が加えられると、ブランク外縁における材料が流入するため、両者とも引張力が緩和され、加工限界が上がるというメカニズムが生じる。
【０００７】
本発明は、このようなメカニズムを活用した上で、板押さえとダイがブランクをクランプしながら材料流動方向へ移動することで、材料流動をアシストするという構造をとったものである。
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、一方の型部分は、内周面（１０’）が所定のテーパ角に形成された、一方の型（２０）に固定されたダイホルダー（１０）と、ダイホルダー（１０）の中央において一方の型（２０）に固定されたパンチ（１２）と、所定数に分割されて、それぞれの外周面（１３’）が前記所定のテーパ角に形成された移動ブランク押さえ（１３）と、該移動ブランク押さえ（１３）を支持する円環支持台（１４）を具備し、他方の型部分は、前記所定数に分割された移動ダイ（１１）であって、該移動ダイ（１１）は、それぞれ他方の型（３０）に半径方向にスライド可能に支持された移動ダイ（１１）を具備した塑性加工装置において、前記移動ダイ（１１）と、前記移動ブランク押さえ（１３）との間に、前記ブランク（１）の外周縁部はクランプされ、前記他方の型部分の前記移動ダイ（１１）の下降にしたがって、前記移動ブランク押さえ（１３）は、その前記外周面（１３’）が前記ダイホルダー（１０）の前記内周面（１０’）を摺動して、前記ブランク（１）の半径方向に移動することを特徴とするブランクの材料流動をアシストしてカップ状部材に塑性加工することを特徴とする。
【０００９】
これにより、材料流動をアシストすることで割れの限界が上がるとともに、外径側から圧縮を加えることで徐々に材料が引込まれ、曲げ起点が移動して、曲げが急激に発生することなく、良好な加工できる。また、絞り率の小さな形状や内壁高さの高い形状においても、材料が破断することがなく、さらに、ブランク押さえ及びダイから受ける摩擦抵抗を緩和することができ、しわや座屈といった欠陥を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の装置の発明において、前記塑性加工は、絞り、バーリング、又は、張出し加工であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記他方の型部分には、前記分割された移動ダイ（１１）の間におけるＲ部の形成を助成する補助パンチ（１９）が設けられていることを特徴とする。これにより、内側のＲ部がきれいに仕上げられる。
【００１２】
請求項４の発明は、それぞれ所定数に分割された、移動ダイ（１１）と移動ブランク押さえ（１３）との間に、ブランク（１）の外周縁部をクランプする工程と、前記ブランク（１）をクランプした状態で前記移動ダイ（１１）が下降して、ブランクがパンチ（１２）により塑性変形する工程と、前記移動ダイ（１１）が下降するにしたがって、所定のテーパ角に形成された外周面（１３’）を具備する前記移動ブランク押さえ（１３）は、ダイホルダー（１０）の前記所定のテーパ角に形成された内周面（１０’）を摺動して、前記ブランク（１）の半径方向に移動する工程と、を具備するブランクの材料流動をアシストしてカップ状部材に塑性加工する方法である。これにより、請求項１の発明と同様な効果がえられる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載の方法の発明において、絞り、バーリング、又は、張出し加工であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において、さらに、補助パンチ（１９）により前記分割された移動ダイ（１１）の間におけるＲ部の形成を助成する工程を具備することを特徴とする。これにより、内側のＲ部がきれいに仕上げられる。
【００１５】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バーリングおよび絞り加工の応力状態を説明する説明図である。
【図２】外力を加えることで材料流動をアシストする場合の応力状態を説明する説明図である。
【図３】本発明の一実施形態を概要図である。
【図４】移動ダイ全体の平面図である。
【図５】加工状況を説明する説明図であり、（ａ）から（ｄ）は、経時的に加工が進展する状況を説明する図である。図６、本発明の一実施形態の材料流動をアシストする加工方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の材料流動をアシストする加工方法の説明図である。
【図７】本発明の他の一実施形態を説明する説明図である。
【図８】本発明のさらに他の一実施形態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３は、本発明の一実施形態を概要図であり、左側は加工前の状態を示し、右側は加工後の状態を示す。本発明の一実施形態はバーリングに適用した形態である。絞り、深絞り、および張出しへ適用した実施態様は後述する。
バーリング用のブランク１は、ロボットハンドその他のブランク供給装置により、移動ブランク押さえ１３内部に供給される。下型部分（下型とは一方の型をさす）について説明すると、移動ブランク押さえ１３は、外周１３’がテーパとなっており、ダイホルダー１０の内部に上下動可能に挿入されている。ダイホルダー１０は下型２０に固定されており、ダイホルダー１０の内周面１０’のテーパ傾きは、移動ブランク押さえ１３の外周１３’のテーパ傾きと同一となっている。移動ブランク押さえ１３の底面は、円環支持台１４に支持されている。円環支持台１４は、軸１５に連結し、加工に必要な受圧力で、軸１５により上下動すべくガイドされている。
【００１８】
ダイホルダー１０の内部中央には、パンチ１２が下型２０に固定されている。ダイホルダー１０の内周面１０’は円筒状内面１０’’に連結している。円環支持台１４は、円筒状内面１０’’とパンチ１２外周面との間で摺動する。パンチ１２は、先端部１２’から一定位置に傾斜部１２’’が形成されている。なお、パンチ１２は傾斜部１２’’がない単一円筒であってもよく、この場合の実施形態は後述する。
【００１９】
次に、上型部分（上型とは他方の型をさす）について説明する。図３の左側加工前の状態図に示すように、上型３０と連結した移動ダイ１１が下降して、ブランク１供給された移動ブランク押さえ１３に対して移動ダイ１１がブランク外縁部分を把持する。移動ダイ１１および移動ブランク押さえ１３は、ダイホルダー１０により位置決め整列される。下型部分、上型部分とは、上下反転や横型のプレス等の場合には、それぞれ、一方の型、他方の型をさしている。
【００２０】
図４は、移動ダイ１１全体の平面図である。本実施形態では、移動ダイ１１及び移動ブランク押さえ１３は、８等分に分割されている。加圧前はフリーの状態なので、隣接する移動ダイ間にバネを入れることにより押し広げる力を加えて保持し、最終加工位置に至ると相互に密着して下穴の縁をストレッチフランジングする（図４の加工後参照）。このため、隣接する移動ダイ間に挿入されるバネは、隣接する移動ダイ間相互にバネ挿入穴を設けて、最終加工位置で相互に密着してもバネが密着を阻害しないようになっている。このバネで、加工後に再整列が可能である。移動ダイ１１及び移動ブランク押さえ１３は等分割として説明したが、等分割でなくても良い。
【００２１】
上型３０にはプレート１６が設置されており、プレート１６にキー溝１８が切ってあり、移動ダイ１１上部に設けられたキーと嵌合して摺動し、整列移動できるようになっている。移動ダイ１１は、上部が半径方向に突出しており（図３に見られる断面逆Ｌ字状）、上型３０の移動に応じて保持されるように、上型３０のつば部１７で上部が保持されている。移動ダイ１１の数は、８分割が必須ということではなく、任意の数でもよい。また、最終成形形状として角形筒状体を成形する場合には、パンチ１２を角柱にして、角部に対応する移動ダイ１１の形状を角柱に対応させるとよい。
移動ブランク押さえ１３の外周１３’のテーパ角度とダイホルダー１０の内周面１０’のテーパ角度については、テーパの角度を適宜任意に変えることで材料流入のタイミング、流入速度を変えることができる。
【００２２】
８分割された移動ダイ１１の半径方向の移動に関して、本実施形態では、プレート１６にキー溝１８が切ってあり、移動ダイ１１上部に設けられたキーと嵌合して摺動させているが、さらに、下型において、円環支持台１４と移動ブランク押さえ１３の間にキー溝を設けて移動ダイ１１を半径方向に移動させても良い。このように、プレート１６と移動ダイ１１上部にキー溝１８を設けて、さらに円環支持台１４と移動ブランク押さえ１３の間にキー溝を設ければ、一層作動が確実になる。
【００２３】
次に、本実施形態の作動について説明する。
図５は、加工状況を説明する説明図であり、（ａ）から（ｄ）は、経時的に加工が進展する状況を説明する図である。図６は、本発明の一実施形態の材料流動をアシストする加工方法の説明図である。
まず、ブランク１が供給装置により移動ブランク押さえ１３内部に供給されると、移動ダイ１１が下降して、ブランク１を移動ブランク押さえ１３との間に把持押圧する。その後、ダイホルダー１０の内周面１０’のテーパに沿って移動ブランク押さえ１３が下降すると、ブランク１の内周縁がパンチ１２の傾斜部１２’を通過して、図５（ａ）の状態になる。円環支持台１４は、移動ブランク押さえ１３の下降に伴い、ブランク１の外縁部に移動ダイ１１により適切な面圧がかかるように、軸１５を介して流体圧などで調整されている。その後、図５の（ｂ）から（ｄ）のようにブランク１の内周縁がストレッチフランジングされる。本実施形態では、材料とともに移動ブランク押さえ１３も移動するので、しわが発生せずかつ破断の懸念も解消されている。
【００２４】
ブランク内縁側は、拘束されていないので、絞り角度が大きくなり、加工が容易となっている。内縁側の割れについては、材料流動をアシストすることから割れの限界が上がり発生は防止されている。また、外径側から圧縮を加えることで徐々に材料が引込まれ、曲げ起点が移動して行くので、曲げが急激に発生することなく加工できる。もちろん、ダイＲ（図５（ｄ）参照）を大きくとることや、パンチにテーパ（傾斜部１２’’）をつけることや、移動ブランク押さえ１３のテーパ角度を適切に選択することで加工は一層容易となるので、必要に応じてこれらを採用する。
図５（ａ）の寸法ｔは最終フランジ板厚に相当するものである。
【００２５】
図６に見られるように、移動ダイ１１が下降する力を移動板押さえ１３が受け、ブランク１を挟み込み（従来と同様な絞り加工の板押さえ効果）、さらに、その力をダイホルダー１０におけるテーパの内周面１０’で受けることで、材料を中心側に縮径する外形圧縮力へと変換することができる。
【００２６】
図７、８は、それぞれ、本発明の他の一実施形態を説明する説明図である。
本発明の他の一実施形態として、次のような変形形態が考えられる。
これまでバーリングについて述べてきたが、図７に示すように、絞り、深絞り、張り出し加工であっても、先に述べた一実施形態と同様な装置、又は方法で実施することができる。絞りの場合は、円筒部の形状が所定の形状になるようにパンチ１２の形状が定められる。この図７の場合では、傾斜部１２’’は設けられていない。バーリングを行う場合であっても傾斜部１２’’のないパンチを用いても良い。
【００２７】
移動ダイ１１の分割面に材料が流入しＲがうまく形成されない場合は、補助パンチ１９を、プレート１６に保持させて各移動ダイ１１の分割面の近傍に設けてもよい。この場合、各移動ダイ１１が相互に密着することを妨げないように、移動ダイに補助パンチ１９分のスペースを設けておく。また、補助パンチ１９は、上型３０に固定して設置しても良いが、上型３０のプレート１６を貫通させて軸方向に移動させて、分割面のＲの形成を助成してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１    ブランク
１０    ダイホルダー
１０’    内周面
１１    移動ダイ
１２    パンチ
１３    移動ブランク押さえ
１３’    外周面
１４    円環支持台
２０    下型（一方の型）
３０    上型（他方の型）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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