(57)【要約】【課題】プレス成形中に型要素にたわみが生じてもワークに局所的に荷重が集中することがないようにする。【解決手段】下型１１上にパッド１２により板状ワークＷを押え、曲刃１３によりワークＷの端縁部を押し曲げる曲げ成形用プレス型において、パッド１２における逃がし部１２ａと押え部１２ｂとの境界部１２ｃを、プレス成形中のパッド１２のたわみを見込んで、なだらかな湾曲形状に形成し、プレス成形中、パッド１２の境界部１２ｃがワークＷに平均的に当るようにして、パッド１２からワークＷに加えられる荷重を分散させ、ワークＷに傷が付くのを防止する。【選択図】図１
2006315049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス成形中に生じるたわみによってワークに局所的に強く当る部分の形状を、前記たわみを見込んで、ワークに平均的に当る形状に設定したことを特徴とするプレス型。
【請求項２】
ワークに局所的に強く当る部分が、成形関与部と逃がし部との境界部であることを特徴とする請求項１に記載のプレス型。
【請求項３】
プレス成形中の型要素のたわみを算出し、前記算出したたわみを見込んで型設計を行い、この型設計に基づいて型要素を加工することを特徴とするプレス型の製造方法。
【請求項４】
両端支持はりのたわみの算出式に基づいて型要素のたわみを算出することを特徴とする請求項３に記載のプレス型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ、絞り等のプレス成形に用いられるプレス型および該プレス型を得るための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、板状ワークの端縁部を曲げ成形するプレス型は、図９に示されるように、ワークＷが載置される下型１と、パッド２および曲刃３を備えた上型４とからなっており、上型４は、プレス上ラムと一体に下型１に対して接近離間するようになっている。曲げ成形に際しては、上型４（プレス上ラム）の下降に応じて、先行するパッド２により板状ワークＷが下型１上に所定の加圧力で押えられ、後続の曲刃３によってワークＷの端縁部が下型１の側壁に沿って押し曲げられる。
【０００３】
ところで、この種のプレス型は、型加工時間の短縮を図るため、成形に直接関与しない部分を逃がし形状とするのが一般である。例えば、上記した曲げ成形用のプレス型においては、パッド２の内側に逃がし部２ａを設定し、この逃がし部２ａの外側を、ワークＷを下型１に押える押え部（成形関与部）２ｂとしている。
【０００４】
しかるに、上記したように逃がし部２ａを設定したパッド２によりワークＷを下型１に押えると、パッド２の内側がワーク１に対して逃げているため、図９の右側に示されるようにパッド２にたわみが生じる。そして、このようなたわみが生じると、逃がし部２ａと押え部２ｂとの境界部２ｃがワークＷに局所的に強く当り、これによりワークＷに局所的に荷重が集中して、ワークＷに傷が付くという問題があった。
【０００５】
なお、例えば、特許文献１には、絞りプレス型を構成するブランクホルダの４隅部の、ワークと干渉しない部位に補助ディスタンスブロックを設けて、ブランクホルダのたわみを抑えるようにしているが、上記した曲げ成形用プレス型におけるパッド２や絞り成形用プレス型のダイのごときワークと干渉する型要素に、このような対策を適用することはできない。
【特許文献１】特開平１０−２２５７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、プレス成形中に型要素にたわみが生じてもワークに局所的に荷重が集中することがないようにし、もって品質的に優れたプレス成形品を安定して得ることができるプレス型を提供し、併せて該プレス型を効率よく得ることができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るプレス型は、プレス成形中に生じるたわみによってワークに局所的に強く当たる部分の形状を、前記たわみを見込んで、ワークに平均的に当る形状に設定したことを特徴とする。
このように構成したプレス型においては、プレス成形中にたわみが生じても、ワークに平均的に当るので、ワークに加わる荷重が分散し、これによりワークの損傷が抑えられる。
【０００８】
本プレス型において、上記ワークに局所的に強く当る部分は、特に限定するものではないが、型要素に逃がし形状を設定する場合は、該逃がし部と成形関与部との境界部が前記強く当る部分となる。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係るプレス型の製造方法は、プレス成形中の型要素のたわみを算出し、前記算出したたわみを見込んで型設計を行い、この型設計に基づいて型要素を加工することを特徴とする。
このように行うプレス型の製造方法においては、プレス成形中の型要素のたわみを見込んで型設計を行うので、人手による型修正作業が不要となり、型製作のリードタイムは短縮する。
本製造方法において、前記たわみの算出に際しては、両端支持はりのたわみの算出式を用いることができ、この場合は、簡単かつ正確にたわみを求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るプレス型によれば、プレス成形中にたわみが生じてもワークに局所的に荷重が集中することがないので、たわみに起因するワークの損傷が抑えられ、品質的に優れたプレス成形品を安定して得ることができる。
【００１１】
また、本発明に係るプレス型の製造方法によれば、人手による型修正作業が不要となるので、短いリードタイムで効率よくプレス型を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２は、本発明に係るプレス型の第１の実施形態を示したものである。本第１の実施形態は、板状ワークＷの端縁部を曲げ成形するためのもので、前出図９に示した従来のプレス型と同様に、ワークＷが載置される下型１１と、パッド１２および曲刃１３を備えた上型１４とからなっている。下型１１は、ボルスタ１５に固定され、一方、上型１４はプレス上ラム１６に支持されており、上型１４は、プレス上ラム１６と一体に下型１１に対して接近離間するようになっている。本実施形態において、パッド１２は、加圧シリンダ１７を介して上型本体１４ａに浮動可能に支持されており、常時は加圧シリンダ１７によって下方向へ付勢されている。なお、曲刃１３は上型本体１４ａに固定されている。
【００１４】
上記パッド１２は、従来（図９）と同様、その内側に逃がし部１２ａを設定すると共に、この逃がし部１２ａの外側に、ワークＷを下型１に押える押え部（成形関与部）１２ｂを設定している。しかして、前記逃がし部１２ａと押え部１２ｂとの境界部１２ｃは、プレス成形中のパッド（型要素）１２のたわみを見込んで、なだらかな形状（湾曲形状）に形成されている。
【００１５】
より詳しくは、上記パッド１２における逃がし部１２ａと押え部１２ｂとの境界部１２ｃの形状は、下記の算出式（１）から算出した形状に基づいて決定されている。
ｙ＝Ｈ／５Ｌ4・（Ｌ2−ｘ2）（５Ｌ2−ｘ2）    …（１）
【００１６】
上記（１）式は、図３に示すように、一様分布荷重を受ける両端支持はりのたわみｗ（ｂ）を表わす下記（２）式から得られたものである。
ｗ（ｂ）＝ｐ／２４ＥＩ・ｂ（Ａ−ｂ）（Ａ2−Ａｂ・ｂ2）    …（２）
ただし、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２次モーメント
【００１７】
ここで、上記（２）式中において、Ａ＝２Ｌ、ｂ＝Ｌ＋ｘなる変換をすると、下記（３）式のようになる。
ｗ（ｂ）＝ｐ／２４ＥＩ・（Ｌ2−ｘ2）（５Ｌ2−ｘ2）    …（３）
【００１８】
上記（３）式中において、境界条件ｘ＝０のときのたわみＨは、Ｈ＝ｐ／２４ＥＩ・５Ｌ4となり、したがって、このＨを（３）式に代入すれば、上記たわみ式（１）が得られることになる（ただし、ｘ≦Ｌ）。図４は、このたわみ式（１）を作図したもので、この線図と相似の形状（プロファイル）を上記パッド１２の境界部１２ｃに設定すれば、プレス成形中にパッド１２にたわみが生じても、該境界部１２ｃがワークＷに平均的に当るようになる。
【００１９】
上記パッド１２の製作に際しては、先ず、上記（１）式に基づいてプレス成形中のパッド１２のたわみを算出し、次に、前記算出したたわみを見込んで型設計を行い、その後、前記型設計に基づいてパッド１２を機械加工する。このようにパッドを製作することで、人手による型修正作業は不要となり、結果として型製作のリードタイムは短縮する。
【００２０】
上記のように製作されたパッド１２を備えたプレス型を用いて曲げ成形を行うには、予めプレス上ラム１６と一体に上型１４を上昇させ、この状態で下型１１上に板状ワークＷを載置する。このとき、ワークＷの端縁部Ｗａが下型１１の側方へ所定の長さだけ張り出すようにワークＷを位置決め載置する（図２）。そして、前記準備完了後、プレス上ラム１６と一体に上型１４を下降させる。すると、図１の左側および図２に示されるように、曲刃１３に先行して下降するパッド１２がワークＷの上面に当接し、ワークＷがパッド１２により下型１１に対して押圧固定される。この段階において上型４の下降は継続されており、上型１４のさらなる下降により後続の曲刃１３がワークＷの端縁部Ｗａに当接し、これにより、図１の右側に示されるように、該端縁部Ｗａが下型１の側壁に沿って押し曲げられる。曲げ成形は、プレス上ラム１６（上型１４）が下死点に到達して終了し、その後は、プレス上ラム１６と一体に上型１４が上昇に転じ、元の位置に復帰する。
【００２１】
ここで、上記した上型１４の下降行程中、パッド１２が下型１１上のワークＷに当接した以降の段階では、上型１４の下降に相対してパッド１２が上昇し、加圧シリンダ１７が短縮動作する。すると、パッド１２に対する加圧シリンダ１７の付勢力（荷重）も次第に増加し、これにより、パッド１２は、図１の右側に示されるように、逃がし部１２ａを有する内側を窪ませる状態にたわむ。しかして、本実施形態においては、パッド１２における逃がし部１２ａと押え部１２ｂとの境界部１２ｃが、プレス成形中のパッド（型要素）１２のたわみを見込んだなだらかな形状（湾曲形状）となっているので、該境界部１２ｃがワークＷに平均的に当るようになる。これによりパッド１２からワークＷに加わる荷重は分散し、この結果、ワークＷに傷が付くことはなくなる。
【００２２】
図５は、本発明に係るプレス型の第２の実施形態を示したものである。本第２の実施形態は、絞り成形用として構成されており、ボルスタ２０上に固定された下型２１の周りにはクッションリング２２が配設され、一方、プレス上ラム２３に支持された上型２４には、前記下型２１と協働して板状ワークＷを絞り成形する成形部２５および前記クッションリング２２と協働してワークＷの周縁部を押えるしわ押え部２６が一体に設けられている。クッションリング２２は、ボルスタ２０下に配置したクッションシリンダ（図示略）から延ばしたクッションピン２２ａに支持され、常時は、その上面を下型２１よりも上方に突出させる状態に位置決めされている。このクッションリング２２の上面および上型２４のしわ押え部２６の下面には、絞りビード（凹ビード、凸ビード）２７が設けられており、この絞りビード２７によって内側へのワークＷの材料流入量が制御されるようになっている。なお、絞り成形用のプレス型としては、アウタラムおよびインナラムを備えたダブルアクションプレス機械に装備されるものもあり、この場合は、前記アウタラムに支持されたアッパブランクホルダと下型に設けたロアブランクホルダとの相互間に前記絞りビート２７が設けられることになる。
【００２３】
本第２の実施形態において、上型２４の成形部２５の内側（中央側）には、逃がし部２８が設けられている。この逃がし部２８と成形部２５との境界部２９は、上記第１の実施形態におけるパッド１２の境界部１２ｃにおけると同様に、プレス成形中の上型（型要素）２４のたわみを見込んだなだらかな形状（湾曲形状）となっている。また、この境界部２９の形状（プロファイル）は、前記たわみ式（１）を表わす図４のたわみ曲線と相似の形状となっていることも上記第１の実施形態と同じである。さらに、この上型２４の製作も、上記第１の実施形態におけるパッド１２の製作と同様であり、上記（１）式に基づいてプレス成形中の上型２４のたわみを算出し、この算出したたわみを見込んで型設計を行い、さらにこの型設計に基づいて機械加工する手順で行われる。
【００２４】
このように製作された上型２４を備えたプレス型を用いて絞り成形を行うには、予めプレス上ラム２３と一体に上型２４を上昇させ、この状態でクッションリング２２上に板状ワークＷを載置する。そして、前記準備完了後、プレス上ラム２３と一体に上型２４を下降させる。すると、上型２４のしわ押え部２６がワークＷの上面に当接し、ワークＷの周縁部が、しわ押え部２６とクッションリング２２との間に絞りビード２７を介して所定の圧力（クッション圧）で押えられる。その後、さらにプレス上ラム２３が下降すると、上型２４とクッションリング２２とが一体的に下降する。すると、ワークＷは、上型２４の成形部２５によって次第に下型２１側に張出し、遂には上型２４の成形部２５と下型２１の上面との間にワークＷが絞り込まれ、この段階でプレス上ラム２３（上型２４）は下死点に到達し、絞り成形は終了する。
【００２５】
ここで、上記した上型２４の下降行程中、上型２４の周縁部にクッションリング２２から所定のクッション圧が作用しているので、上型２４は、逃がし部２８を有する内側を窪ませた状態にたわむ。しかして、本第２の実施形態においては、前記したように上型２４における逃がし部２８と成形部２５との境界部２９の形状が、プレス成形中の上型（型要素）２４のたわみを見込んだなだらかな形状（湾曲形状）となっているので、該境界部２９がワークＷに平均的に当るようになる。これにより上型２４からワークＷに加わる荷重は分散し、この結果、ワークＷに傷が付くことはなくなる。
【００２６】
なお、上記各実施形態においては、逃がし部と成形部との境界部を、成形中の型要素のたわみを見込んだ形状としたが、本発明は、このたわみを見込んだ形状とする部分を限定するものでなく、プレス成形中に生じるたわみによってワークに局所的に強く当る、任意の部分とすることができる。
【実施例１】
【００２７】
図６に示すように、矩形板状の下型３０と、長手方向（図の左右方向）の中央を逃がし部３１とした上型３２とからなるテスト型を製作し、上型３２については、前記逃がし部３１と左右の押え部３３との境界部３４を前記たわみ式（１）から算出した形状（本発明形状）としたものを用意すると共に、該境界部３４を前出図９に示したようなエッジ形状（従来形状）としたものを用意した。そして、下型３０の上に板状ワークＷを載置した後、上型３３の背面中央に荷重Ｐを加えて、ワークＷを下型３０に押圧する検証実験を行い、感圧紙によるワークＷの表面における面圧分布の測定、電子顕微鏡による表面観察および３次元測定器による面粗度測定を行った。ここで、テスト型を構成する上型３２の大きさは、押え部３２側の全長１５０ｍｍ、押え部３３の長さ１５ｍｍとし、ワークＷとして、ＪＩＳ  ＳＧＣ３４０からなる板厚０.７ｍｍの鋼板を用い、また、荷重Ｐは１５０ｋＮとした。
【００２８】
面圧分布の測定結果、本発明形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、逃がし部３１と押え部３３との境界が不明瞭になって、荷重が分散していることを確認できた。これに対し、従来形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、前記境界が明瞭に現われ、荷重が集中している様子を確認できた。
【００２９】
図７は、電子顕微鏡による表面観察結果を示したものである。同図において、白い部分は初期表面の凹凸を、黒い部分は押し潰されて平滑化した面をそれぞれ表わしている。これより、本発明形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、同図（ａ）に示すように、表面に白い部分が多く残っており、荷重が分散して押し潰しの圧力が弱くなっていることが明らかである。これに対し、従来形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、同図（ｂ）に示すように、表面に黒い部分が多くなっており、荷重が集中して押し潰されたことが明らかである。
【００３０】
図８は、面粗度測定結果を示したものである。これより、本発明形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、最大粗度（凹凸高さ）が約１.８μｍと小さくなっているのに対し、従来形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合は、最大粗度が約７.５μｍと著しく大きくなっている。この差は、ワーク表面における傷の有無によるもので、従来形状を境界部３４に設定した上型３２を用いた場合に最大粗度が著しく大きくなっているのは、ワーク表面に傷が存在するためである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一つの実施形態である曲げ成形用プレス型の要部構造と使用態様とを示す断面図である。
【図２】図１に示した曲げ成形用プレス型の全体的構造を示す断面図である。
【図３】両端支持はりのたわみの算出式の基礎となる諸元を示す説明図である。
【図４】両端支持はりのたわみの算出式と該算出式により得られたたわみ曲線を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態である絞り成形用プレス型の全体的構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の検証実験で用いたテスト型の構造を示す断面図である。
【図７】検証実験で得られたパッドの境界部の表面状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図８】検証実験で得られたパッドの境界部の表面粗さの測定結果を示すグラフである。
【図９】従来の曲げ成形用プレス型の要部構造と使用態様とを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１、２１    下型
１２、２４    上型
１２ａ、２８    逃がし部
１２ｂ    押え部（成形関与部）
１２ｃ、２９  境界部
１３    曲刃
１７    加圧シリンダ
２２    クッションリング
２５    成形部（成形関与部）
Ｗ    板状ワーク
【図１】
2006315049.tif 000003
【図２】
2006315049.tif 000004
【図３】
2006315049.tif 000005
【図４】
2006315049.tif 000006
【図５】
2006315049.tif 000007
【図６】
2006315049.tif 000008
【図７】
2006315049.tif 000009
【図８】
2006315049.tif 000010
【図９】
2006315049.tif 000011