(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板金プレスの曲げ加工において、ワークを円弧状に曲げ加工するとき、ワークの外径側になる面に円弧の中心軸方向に延びる微小の凹形状を円弧の周方向に複数施し加工することを特徴とする曲げ加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の曲げ加工方法を実施する曲げ加工装置であって、
円筒状に粗加工したワークを挿入可能な芯金と、
前記芯金に挿入したワークの外周に配置され、ワークの外周面を押圧可能な複数個のダイと、
前記芯金と前記ダイとでワークを加工するとき、くさび状作用により前記ダイと前記芯金とによりワークの板厚方向に圧縮荷重を作用させるパンチとを備え、
前記ダイは、前記ワークの外周面に微小な凹溝が形成されるように該外周面に当接可能な微小な凸部を有することを特徴とする曲げ加工装置。
【請求項３】
前記芯金は、前記ワークの内周面に微小な凸形状が形成されるように、該ワークの内周面に当接可能な微小な凹部を外周面に有することを特徴とする請求項２記載の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記ダイの微小な凸部と前記芯金の微小な凹部とが周方向に相応する位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の曲げ加工装置。
【請求項５】
前記ダイの微小な凸部と前記芯金の微小な凹部とが周方向にシフトする位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の曲げ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板金プレスの曲げ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特公昭５８−３９０１３号公報には、板金ブラケットにパンチで押圧し、パンチの外周に形成される凸部により板金ブラケットの軸受収容部の内面に溝を形成し、次いで円筒状パンチにより上記溝の山部を削除し必要内径に仕上げる。これにより板金ブラケットの径方向および円周方向の応力を低減し、板金ブラケットから金型を取り外しても、上記円筒状パンチで決まる板金ブラケットの内径を保持することが開示されている。
【０００３】
また特開昭５１−１１７９６１号公報には、プレスにより軸受等の嵌合面を成形する方法であって、プレスのパンチあるいはダイのいずれかに複数個の逃げ部を設け、プレス工程によりこの逃げ部にワークの余肉を逃がすことにより嵌合面を成形する嵌合面の成形方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、円筒状の部品を製作する従来の方法の一つとして、平板をＵ字形状に曲げ、その後円筒形状に丸め、次いでＯ字状に曲げ精度を向上させる矯正曲げを行なう方法が知られている。この曲げ加工方法の手順について図１２および図１３に基づいて説明する。まず平板の材料（ワーク）１をＵ曲げ台２の上に載せてＵ曲げパンチ３で押圧する（工程１、２、３）。その後Ｕ字状に曲がった材料１に円筒状の芯金５を挿入し、Ｏ曲げパンチ４を下降させて押圧する（工程４、５）。次いで、矯正曲げ工程でＯ曲げパンチ４を上昇し、材料１を角度α回転し（工程６）、再度Ｏ曲げパンチ４を下降し（工程７）、矯正曲げする。こうして、材料１が一周するまで、材料１の回転と曲げ矯正荷重の付加とを交互に繰り返し、曲げ矯正後、Ｕ曲げ台２からＯ曲げパンチ４を上昇し、さらに芯金５を抜き取ると、矯正曲げされた材料１としてのワークが得られる（工程８）。
【０００５】
この多回押えによる矯正方法は、ワークのみを回転し、繰り返し荷重をかけて全周方向から一様に仮想荷重をかけた状態とみることができる。この多回押えによると、加工時間が長いという問題がある。
一般に、板金プレスの曲げ加工をする場合に曲げ加工の精度を低下させる原因のひとつとしては、スプリングバックが考えられる。このスプリングバックは、上記公報にも記載されるように、曲げ型例えばＯ曲げ型から材料を取り出すと、材料がＯ曲げ形状から元の形状に戻ろうとする現象をいい、いわゆる「跳ね返り」のことを言う。このような跳ね返り（スプリングバック）を均一化する方法は公知であっても、曲げ加工と同時にスプリングバックを抑制する特別な曲げ加工方法および装置は従来より知られていない。
【０００６】
本発明者は、Ｏ字状曲げまたは矯正曲げをする場合、Ｏ字状に曲げ加工したワークが型内で拘束されワークを型から外す前において、材料の内周壁に圧縮応力が発生し、材料の外周壁には引張応力が発生し、除荷すると反力が働いてワークは元の形状に戻ろうとする点に着目し、本発明を完成した。
また曲げ精度を向上する方法としては、上記矯正曲げ以外の方法として切削加工やしごき加工等があるが、切削加工によると加工時間が長くなり、しごき加工によると肉厚が不均一になり高い精度が得られない。
【０００７】
本発明の目的は、曲げ加工と同時にスプリングバックを抑制する加工を行う曲げ加工方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高精度に曲げ加工できかつ加工時間を短縮可能な高精度曲げ加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
本発明の曲げ加工方法は、請求項１記載の構成を採用する。したがって、板金プレスの曲げ加工において、ワークの外径側になる面に微小の凹形状を施すため、ワークの外周に発生する引張応力が低減され、ワークの外径側になる面の凹形状近傍に圧縮応力が発生する。このため、スプリングバックが抑制されるので、寸法精度が向上するという効果がある。
【０００９】
本発明の曲げ加工装置は、請求項２記載の構成を採用する。したがって、芯金とダイとでワークを加工するとき、パンチの押圧時のくさび状作用により前記ダイと前記芯金とによりワークの板厚方向に全周から圧縮荷重を一様に作用させる。この圧縮荷重は、ミクロ的には、ダイの凸部によりワークの外周に部分的に大きく作用する。このため、ダイの外周面に形成される微小な凸部がワークの外周面に当接し押圧されることにより、ワークの外周面に微小な凹溝が形成されるので、ワークの外周面に圧縮応力が発生し、スプリングバックが抑制される。したがって、矯正曲げ加工なしに、高精度の曲げ加工が行える。
【００１０】
本発明の請求項３記載の曲げ加工装置は、請求項２記載の構成において、請求項３の構成を採用する。したがって、ワークの外周面に微小な凹溝が形成され、ワークの内周面に微小な凸形状が形成されるため、ワークの両面での歪みの進行に伴う応力変化によりスプリングバックを抑制する。ここにいう応力変化は、曲げの外側の引張応力を圧縮応力に変える手段１、または、曲げの内側の圧縮応力を小さくする手段２である。
【００１１】
本発明の請求項４または５記載の曲げ加工装置は、請求項３記載の構成において、ダイの微小な凸部と芯金の微小な凹部とが周方向に相応する位置または周方向にシフトする位置に配置される形態を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
平板から円筒状の寸法精度の高精度な中空円筒体を形成する曲げ加工方法を実施するための装置を図１〜図９に基づいて説明する。
この曲げ加工方法を実施するための装置は、芯金１１と基台２１とダイ３１とパンチ４１からなる。以下これらの構成要素を順に説明する。
【００１３】
（１）  芯金
芯金１１は、図３に示すように、段付き丸棒状であって、外径Ｄ１  の中実円筒部１２と、これよりも外径の小さい外径Ｄ２  の中実円筒部１３とが一体に形成されている。この中実円筒部１２の自由端側の底部にはねじ穴１４が形成されている。芯金１１は、図１に示すように、基台２１にボルト２２によりねじ止め固定されている。
【００１４】
ワーク１０は、平板部材からＵ字曲げを行ない、次いで、スリットＳを有するＯ字曲げをして形成したＯ曲げ済みのワークである。このワーク１０の外径ｄ１  、内径ｄ２  である。そして、ｄ２  ≧Ｄ２  、Ｄ２  ＜Ｄ１  の関係がある。ｄ２  とＤ２  の関係については、一般的な表現としては、ｄ２  ＝Ｄ２  でよいが、ワークと芯金との嵌め合いのためのクリアランス（例えば０．０２〜０．０８ｍｍ）が必要である。ただし、ワークにはスリットがあるため、実際はＤ２  よりｄ２  が小さくてもｄ２  を大きくできるので芯金へのワークの抜き差しは可能である。ワーク１０のセット時、芯金１１の中実円筒部１３の先端側からワーク１０を挿入する。すると芯金１１の段付き部１５にワーク１０の一端が係止される。
【００１５】
（２）  基台
基台２１は、図１に示すように芯金１１がボルト２２により固定される部材であって、平坦な案内面２３を有する。この案内面２３上を後述するダイ３１、３２、３３、３４（３３、３４は図８に示す。）の端面３１２、３２２、３３２、３４２（３３２、３４２は図示せず）が接触し、摺動可能である。またこの基台２１の外周には円環状の凸部２４が形成される。この凸部２４は、その内周壁２５が後述するパンチ４１の外周面をパンチ押圧方向に案内する役割がある。
【００１６】
（３）  ダイ
ダイ３１、３２、３３、３４は、これらを組み合わせると、図５、６に示すように円錐台状であり、４つの部品からなっている。このダイ３１、３２、３３、３４の円弧状内壁面には図７、９に示すように軸方向に延びる微小な凸形状の円弧状凸部３５０が形成されている。図７は図５に示すＶＩＩ  部分の拡大図である。このダイ３１、３２、３３、３４の微小な凸部を有する内壁面３１１、３２１、３３１、３４１はワーク１０の外周面に当接可能である。また、これらの内壁面３１１、３２１、３３１、３４１は円弧状で、その組み合わせたときの内部にできる円筒状の穴径Ｄ３  は、ワーク１０の外径ｄ１  にほぼ等しい。
【００１７】
これらのダイ３１、３２、３３、３４は図１に示すように基台２１の案内面２３上を芯金１１の中心方向に矢印１６、１７方向に摺動可能となる端面３１２、３２２、３３２、３４２を有する。また、円錐台の斜面の一部を形成する斜面３１３、３２３、３３３、３４３を有する。これらの斜面３１３、３２３、３３３、３４３は、後述するパンチ４１の内壁に形成される円錐台状斜面４３の傾斜角と一致している。
【００１８】
（４）  パンチ
パンチ４１は、図１に示すように、基本外形が円筒状で、フランジ４４と円筒部４５が一体に形成されている。そしてフランジ４４と円筒部４５の中心部に円筒穴４６が形成され、この円筒穴４６に続いて斜面４３により円錐台状穴４７が形成される。この円錐台状穴４７を形成する斜面４３は、前記ダイ３１、３２、３３、３４の斜面３１３、３２３、３３３、３４３の傾斜角と一致している。そして図１に示す状態からパンチ４１を下降すると、パンチ４１の斜面４３がダイ３１、３２、３３、３４の斜面３１３、３２３、３３３、３４３に当接し、ダイ３１、３２、３３、３４を芯金１１の中心軸方向に図示矢印１６、１７方向に滑らせる。すると、ダイ３１、３２、３３、３４の内周壁に形成される凸状の内周面３１１、３２１、３３１、３４１がワーク１０の外周面を押圧し、その内周面３１１、３２１、３３１、３４１の凸部がワーク１０の外周面を押圧する。これによりワーク１０の外周面に生ずる引張応力を低減し、反対にワーク１０の外周面に圧縮応力を発生させることになる。この微小な凸部を有する内周面３１１、３２１、３３１、３４１の押圧により応力変化が発生しスプリングバックが抑制される。したがって、ワーク１０の曲げ加工精度が一様に固定される。すなわちパンチ４１を上昇し、ダイ３１、３２、３３、３４を取り外しワーク１０を抜き取ったとき、ワーク１０の形状が元に戻るようなスプリングバックは低減される。したがって全周均一に破壊限界に近い圧縮力を受けたときの高精度な寸法精度にワーク１０が曲げ加工される。
【００１９】
次に、曲げ加工の手順について説明する。
まず、図３に示すように芯金１１の小径側の中実円筒部１３の先端側からワーク１０を挿入し、次いで図４に示すように、芯金１１をガイドとしての基台２１に取付けねじ固定する。次いで図５に示すように、基台２１にダイ３１、３２、３３、３４をセットし、図１に示すような状態にする。その後、パンチ４１を図１に示す状態から下降し、ダイ３１、３２、３３、３４を押圧する。すると、ダイ３１、３２、３３、３４が図１に示す矢印１６、１７方向に中心側に押し寄せられ、ダイ３１、３２、３３、３４の凸状の内周面３１１、３２１、３３１、３４１がワーク１０の外周面をその中心方向に押圧する。これによりワーク１０の外周面に微小な凹溝が形成されながら曲げられる。
【００２０】
この実施例によると、ワーク１０の周りにダイ３１、３２、３３、３４をセットし、パンチ４１を下降すると、ダイ３１、３２、３３、３４の斜面３１３、３２３、３３３、３４３とパンチ４１の斜面４３がテーパ面により嵌合するためパンチ荷重に比例してワーク１０に曲げ荷重がかかる。曲げと同時にワーク１０の外側にＯ状溝が形成され、このときワークの外周面に圧縮応力が発生する。したがって、この圧縮応力がスプリングバックを抑制する。
【００２１】
すなわち、本実施例では、曲げ精度に多大な影響を及ぼすスプリングバックを抑制する圧縮応力がワークの外周面近傍に発生する。これによりスプリングバックを効果的に抑制し、曲げ精度の高いワーク加工を行なえる。
本発明の他の実施例としてダイの内周壁に形成する凸形状は、図９に示す円弧状の凸部３５０の他に、図１０Ｂ、Ｃ、Ｄに示すように、三角形、台形、四角形等、の各断面形状の凸起３６０、３７０、３８０にすることもできる。
【００２２】
また図１１に示すように、ダイの内周壁と芯金の外周壁との表面形状については、図１１Ａに示すようにダイの内周壁に円弧状凸部３５０、芯金１１の外周壁に円弧状凹部４５０を形成し、円弧状凸部３５０と円弧状凹部４５０とを周方向に交互にシフトして配置する例、また図１１Ｂに示すようにダイの内周壁に円弧状凸部３５０、芯金１１の外周壁に円弧状凹部４５０を形成し、円弧状凸部３５０と円弧状凹部４５０とを周方向に同位置に配置する例、また図１１Ｃに示すようにダイの内周壁に三角状凸部３６０、芯金１１の外周壁に四角状凹部４５０を形成し、三角状凸部３６０と四角状凹部４８０とを周方向に交互にシフトして配置する例が挙げられる。さらに異形状の凹部と凸部を同径同位置または同形交互位置に配置してもよいし、または同形状の凹部と凸部とを同径同位置または同形交互位置に配置するようにしても良い。
【００２３】
本発明の板金プレスの曲げ加工によりエアバルブ、モータヨーク、ベアリングリテーナ等のパイプ部品、プレス曲げ部品等を高精度に製造することができる。また、本発明を適用可能なワークの形状は円筒状に限らず、多角形の筒状でもよい。本発明は、Ｖ曲げ等の曲げ加工全般に適用することができる。従来例の多回押えにより２０回荷重をかけた場合の円筒度が０．０５４、加工時間が１００秒であった。
【００２４】
これに対し、上記実施例では、１回荷重をかけただけで従来例以上の曲げ精度が得られた。上記実施例では、円筒度は０．０４５、加工時間は２０秒であった。これより加工時間および段取り時間が従来例よりも実施例の方がかなり優れていることが判明した。この曲げ精度が向上したメカニズムのひとつは、ダイに凸形状を施し、ワークの外周面をＯ形状に形成しながら曲げることにより、ワークの外周面近傍に圧縮応力を発生させることでスプリングバックを抑制した結果であるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にによる曲げ加工を実施するための装置の断面図である。
【図２】ダイを上から見た概略模式図である。
【図３】曲げ加工方法を実施するための工程図である。
【図４】曲げ加工方法を実施するための工程図である。
【図５】曲げ加工方法を実施するための工程図である。
【図６】ダイをセットした状態を示す斜視図である。
【図７】図５に示すＶＩＩ  部分拡大図である。
【図８】曲げ加工方法を実施するための工程図である。
【図９】芯金とダイの位置関係を示す拡大図である。
【図１０】ダイの内周壁面がもつ凸部の変形例を示す図である。
【図１１】ダイの内周壁面の凸部と芯金の外周壁面の凹部の組み合わせの変形例を示す図である。
【図１２】従来例の曲げ加工工程を示す図である。
【図１３】従来例の曲げ加工工程を示す図である。
【符号の説明】
１０      ワーク
１１      芯金
１２      中実円筒部
１３      中実円筒部
２１      基台
２３      案内面
２４      凸部
２５      内周壁
３１、３２、３３、３４      ダイ
４１      パンチ
４２      外周面
４３      斜面
４７      円錐台状穴
３１１、３２１、３３１、３４１      内壁面
３１２、３２２、３３２、３４２      端面
３１３、３２３、３３３、３４３      斜面（テーパ面）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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