(57)【要約】    【課題】  単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部を形成する。    【解決手段】  ワークをダイス２上に固定し、先端部１ａとこれに連続する中間部１ｂと、これに連続する基部１ｃが設けられ、中間部１ｂ、基部１ｃの少なくとも一方に張り出し成形時にワークの材料を張出部３ｂの先端方向に塑性流動させる塑性流動部が設けられた張り出し成形用パンチ１をダイス２のダイス穴２ａに挿入し、単一の動作によってワークの材料を張出部３ｂの先端方向に塑性流動させつつ張出部３ｂを成形する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークから平坦部と該平坦部から張り出す張出部を有する物品をパンチとダイスを用いて成形する張り出し成形方法において、
前記パンチには先端部と、該先端部に連続する中間部と、該中間部に連続する基部が設けられ、
前記中間部、前記基部の少なくとも一方には張り出し成形時に前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させる塑性流動部が設けられ、
前記ダイスには前記パンチが挿入されるダイス穴が設けられ、
前記ワークを前記ダイス上に固定し、前記パンチを前記ダイス穴に挿入する単一の動作によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させつつ前記張出部を成形することを特徴とする張り出し成形方法。
【請求項２】
前記中間部の外周面がテーパー面となっており、張り出し成形時に前記テーパー面によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させることを特徴とする請求項１記載の張り出し成形方法。
【請求項３】
前記パンチの駆動方向に直交する前記基部の断面積が前記中間部の前記基部に連続する部分の断面積より大きいフランジ部となっており、張り出し成形時に前記フランジ部によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の張り出し成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は張り出し成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平坦部からプレス成形により張出部を成形する張り出し成形方法として、特許文献１〜３の方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、半球状の球頭部を張り出し成形した後、円筒状ポンチを用いて球頭部を順次円筒状に絞り加工する方法が開示されている。また特許文献１には、成形部周辺に予め局部を形成し、その余肉を利用して張り出し成形する方法が開示されている。前者の方法では、球頭部を円筒状に加工するために多くの工程が必要となる。また絞り工程を用いるためワークが厚い場合には適用が困難である。
【０００４】
特許文献２には、半球状の先端部と、先端部からテーパ部を介して拡径された胴部を備えた上パンチが開示されている。この上パンチは同軸的に配置された下パンチと連動して突起部２１の外周の張り出し部２１ｃを形成するものであり、張り出し高さの高い突起部を形成するためのものではない。張り出し部２１ｃは本発明の張出部と異なるものである。
【０００５】
特許文献３には、先端テーパ状のパンチを板材に押し込んで形成したテーパ付ボスを、所定の径まで再絞りしてピン状ボスを形成するプレス成形方法が開示されている。再絞りのために多くの工程が必要となる。また絞り工程を用いるため厚いワークの場合には適用が困難である。
【０００６】
また特許文献４にはテーパー缶の製造方法が開示されている。このテーパー缶はテーパ部を有する雄型と雌型によって製造される。したがって雄型に存在するテーパー部はテーパー缶の形状を形成するためのものである。その上、０．２ｍｍ厚という極めて薄い薄板から製造することを前提としたものである。
【特許文献１】特開平８−３２３４２９号公報（段落［０００２］、図６、請求項１、図３、４）
【特許文献２】特開２０００−７９４２２号公報（段落［００３６］〜［００４１］、図２）
【特許文献３】特開２０００−１５８０５３号公報（請求項１、［００１９］〜［００２３］、図１〜８）
【特許文献４】特公平８−３２３４４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部を形成できる張り出し成形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するために、請求項１の発明では、ワークから平坦部と該平坦部から張り出す張出部を有する物品をパンチとダイスを用いて成形する張り出し成形方法において、前記パンチには先端部と、該先端部に連続する中間部と、該中間部に連続する基部が設けられ、前記中間部、前記基部の少なくとも一方には張り出し成形時に前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させる塑性流動部が設けられ、前記ダイスには前記パンチが挿入されるダイス穴が設けられ、  前記ワークを前記ダイス上に固定し、前記パンチを前記ダイス穴に挿入する単一の動作によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させつつ前記張出部を成形することを特徴とする張り出し成形方法としている。
【０００９】
請求項２の発明では、前記中間部の外周面がテーパー面となっており、張り出し成形時に前記テーパー面によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させることを特徴とする請求項１記載の張り出し成形方法としている。
【００１０】
請求項３の発明では、前記パンチの駆動方向に直交する前記基部の断面積が前記中間部の前記基部に連続する部分の断面積より大きいフランジ部となっており、張り出し成形時に前記フランジ部によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の張り出し成形方法としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、塑性流動部により、ワークの材料を張出部の先端方向に塑性流動させるので、先端部だけでなく塑性流動部も張り出し成形に作用するため、張り出し成形加工の作用部位を分散させることができる。これにより、張出部に働く引張応力を分散できるため、単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部を形成できる。塑性流動部としては、中間部の外周が基部方向に向かって広がるテーパー面となっている、中間部の外径が途中で急に大きくなっている、基部の外径が中間部より大きくなりフランジ部を形成しているなどがある。
【００１２】
請求項２の発明によれば、テーパー面を有する中間部が塑性流動部となっているので、簡単な形状で塑性流動部を作ることができる。これにより塑性流動部を有するパンチの製造コストと低くすることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、フランジ部が設けられ、フランジ部によってワークの材料を張出部の先端方向に塑性流動させるので、形成されつつある張出部にフランジ部の当接する部分のワーク材料を集めて張出部に供給するため、張出部に働く引張応力を分散でき、単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者は板厚の厚い板であっても単一の工程で張り出し高さの高い張出部を形成できる張り出し成形方法について鋭意研究し本発明に至った。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の張り出し成形工程を説明する説明図、図２は第１実施形態の仕上げ成形工程を説明する説明図である。これらの説明図は平板から張出部を成形するものである。
【００１６】
張り出し成形工程では、張り出し成形用パンチ１とダイス２により物品３を成形する。張り出し成形用パンチ１には、先端部１ａと、先端部１ａに連続するテーパー部（中間部）１ｂと、テーパー部１ｂに連続する基部１ｃが設けられている。先端部１ａの外周面は球面となっている。テーパー部１ｂの外周面は先端部１ａ側から基部１ｃ側に向かって拡径するテーパー面となっている。基部１ｃの外径は、テーパー部１ｂとの接続部から急に拡径し、拡径後の径は一定となっている。すなわち、張り出し成形用パンチ１の駆動方向（軸方向）に直交する基部１ｃの断面積がテーパー部１ｂの基部１ｃに連続する部分の断面積より大きく、フランジ部となっている。ダイス２には、張出部の外径となる内径を有するダイス穴２ａが設けられている。ダイス穴２ａの物品３に接触する端部はＲ面を有するＲ部２ｂとなっている。
【００１７】
仕上げ成形工程では、第１仕上げ成形用パンチ４と第２仕上げ用パンチ５により張出部を最終形状に成形する。第１仕上げ成形用パンチ４は張出部の最終形状の内径寸法をその外径とする円柱形状で、先端部は平面であり、その角部はＲ形状となっている。第２仕上げ用パンチ５はダイス穴２ａの内径とほぼ同じ寸法の外径を有する円柱形状で、先端部は平面である。第２仕上げ用パンチ５はダイス２のダイス穴２ａ内を摺動し、張出部の先端を押圧するようになっている。
【００１８】
はじめに平板をダイス２上にセットし、図示しない駆動部により張り出し成形用パンチ１をダイス２のダイス穴２ａに挿入するように動かす。張り出し成形用パンチ１の先端部１ａが平板に当接し、さらに張り出し成形用パンチ１を前進すると、張り出し成形用パンチ１の形状に沿って平板が塑性変形し張出部３ｂが形成される。このとき、テーパー部１ｂにより、ワークの材料が張出部３ｂの先端方向に塑性流動させられる。これにより、先端部１ａだけでなく、テーパー部１ｂもワーク材料を張出部３ｂ先端方向へ張り出させるように作用するので、張り出し成形加工の作用部位を分散させることができる。したがって、張出部３ｂに働く引張応力を分散できるため、張出部３ｂの張り出し高さが高くなっても破断せずに成形でき、単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部３ｂを形成できる。
【００１９】
さらに張り出し成形用パンチ１を前進すると、基部１ｃのテーパー部１ｂとの接続部分が拡径されフランジ形状になっているフランジ部によってワークの材料が張出部３ｂの先端方向に塑性流動させられる。この結果、形成されつつある張出部３ｂに基部１ｃの当接する部分のワーク材料を集めて張出部３ｂに供給するため、さらに張出部３ｂに働く引張応力を分散でき、単一の工程で厚いワークに張り出し高さの高い張出部３ｂを形成できる。またフランジ部によって張出部３ｂ側に圧縮応力が働くので、張出部３ｂに働く引張応力を低減できる効果もある。これによって、張出部３ｂの張り出し高さがさらに高くなっても破断せずに成形できる。
【００２０】
こうして、テーパー部１ｂが存在すること、基部１ｃがフランジ部になっていることにより、板厚の厚い板であっても単一の工程で張り出し高さの高い張出部を形成できる。このままの形状でもよい場合には、平坦部３ａと、そこから張出部３ｂを有する物品３を張り出し成形工程だけで形成できる。しかし、張出部３ｂの形状を所定の形状にするために仕上げ成形工程を設けてもよい。
【００２１】
本実施形態では図２に示すように、張出部３ｂを先端が閉じた円筒形状に整形している。張り出し成形後、張り出し成形用パンチ１を第１仕上げ成形用パンチ４に交代させる。物品３がダイス２に当接されている状態で、張出部３ｂの内径側に挿入するように第１仕上げ成形用パンチ４を前進させ、同時に第２仕上げ用パンチ５をダイス２のダイス穴２ａに張出部３ｂの先端側から挿入する。第１仕上げ成形用パンチ４、第２仕上げ用パンチ５は張出部３ｂが所定の形状となる、予め決められた位置まで動かされる。張出部３ｂの整形は張出部３ｂの先端球状部の余肉を利用して行われる。本実施形態では張出部３ｂの先端を平面にしているが、この場合、張出部３ｂの整形後の高さは張り出し成形工程直後の高さより低くなる。
【実施例】
【００２２】
次に、本実施形態の一実施例について説明する。図３は実施例の張り出し成形する成形型の断面図、図４は実施例の仕上げ成形する成形型の断面図である。パンチとダイスの基本的な構造は図１、２と同じであるので、同じ部位には同じ符号を使用した。張り出し成形用パンチ１および第１仕上げ成形用パンチ４はプレス装置の下型に保持される。第２仕上げ用パンチ５はプレス装置の上型に保持される。
【００２３】
プレス装置の下型にはワークを載置するワーク保持板６が設けられている。ワーク保持板６の中央には張り出し成形用パンチ１や第１仕上げ成形用パンチ４が摺動する穴部が設けられている。つまり張り出し成形用パンチ１や第１仕上げ成形用パンチ４はワーク保持板６に対し相対的に上下動する。ワーク保持板６のダイス２に対面する外周部には凸部６ａが設けられている。凸部６ａとダイス２で挟持することによりワークが保持される。
【００２４】
成形前には張り出し成形用パンチ１はその先端がワーク保持板６の上面より下がっている。はじめにワークを凸部６ａ上に載置し、凸部６ａとダイス２により挟持、固定する。次に張り出し成形用パンチ１を所定位置まで上昇させ、図１で説明したように張出部を張り出し成形する。その後、張り出し成形用パンチ１を後退させて、第１仕上げ成形用パンチ４に交代し、第１仕上げ成形用パンチ４を所定位置まで上昇するとともに、第２仕上げ用パンチ５を所定位置まで下降させて仕上げ成形する。
【００２５】
ワークとして厚さ４ｍｍの冷間圧延鋼板ＳＰＣ２７０の平板を使用した。張り出し成形用パンチ１、第１仕上げ成形用パンチ４、第２仕上げ用パンチ５の材質として工具鋼ＳＫＤ１１が使用されている。張り出し成形用パンチ１のテーパー部１ｂの形状は、先端部１ａに接続する部分の直径６ｍｍ、基部１ｃに接続する部分の直径１０ｍｍ、先端部１ａに接続する部分から基部１ｃに接続する部分までの長さ１０ｍｍである。基部１ｃの外径は１６ｍｍである。ダイス２のダイス穴２ａの内径１０ｍｍである。張出部３ｂの高さ（張り出し高さ：ダイス２と平坦部３ｂとの当接面から張出部３ｂ先端までの長さ）が１２ｍｍになるまで張り出し成形用パンチ１を前進させた。この結果、破断することなく張り出し高さ１２ｍｍという高い張出部３ｂを単一のプレス工程によって成形できた。この後、張り出し成形用パンチ１を抜き取り、外径７ｍｍの第１仕上げ成形用パンチ４を張出部３ｂの内径側に挿入し、外径１０ｍｍの第２仕上げ用パンチ５を第１仕上げ成形用パンチ４と反対側からダイス２のダイス穴２ａに挿入し、張出部３ｂの高さが９ｍｍになるように第１仕上げ成形用パンチ４と第２仕上げ用パンチ５により張出部３ｂをプレスした。こうして張り出し高さ９ｍｍ、外径１０ｍｍの張出部３ｂを有する物品３が製造された。単一の張り出し工程で形成された張出部を整形するだけで、板厚４ｍｍという厚い材料から目的の形状の張出部を成形できる。成形された張出部はカシメのボス部として使用される。
【比較例】
【００２６】
外径８ｍｍの円柱状の張り出し成形パンチ（材質：工具鋼ＳＫＤ１１）を使用して、実施例と同じワークに実施例の仕上げ成形後と同じ９ｍｍの張り出し高さの張出部を成形しようと試験したところ、張り出し高さ  ５．５ｍｍまで成形したところで破断した。張り出し高さ５ｍｍの位置で成形パンチを止めれば破断することはないが、張出部の厚さが極端に薄くなり実用性がない。張出部の厚さなどを考慮した場合、比較例の方法では張り出し高さ３ｍｍでも実用性のある張出部を得ることはできなかった、
図５および図６はそれぞれ実施例、比較例に対応する有限要素法による張出部にかかる応力解析結果である。なお、実施例の応力解析に使用した張り出し成形パンチ形状では、基部の直径はテーパー部の基部側端部と同じとした。つまりフランジ部は存在しない。図５、６はカラー画像を単純に白黒画像に変換したものである。平坦部３ａの黒色部は応力が非常に小さいことを示している。張出部３ｂでは濃度が濃くなるほど引張応力が大きいことを示している。図６で示すように、比較例では引張応力の大きな部分が張出部３ｂの内周側から外周側にわたっている。このため円柱状（テーパー部が存在しない）のパンチを使用して、張り出し高さの高い張出部を成形しようとすると破断したと考えられる。一方、図５で示すように、実施例では張出部３ｂの内周側から外周側にわたる高引張応力部分が存在しない。つまり張出部３ｂ内の引張応力が分散されている。このため張り出し高さの高い張出部３ｂを成形しても破断しなかったと考えられる。フランジ部が存在すると、さらに引張応力が分散される。
【００２７】
以上、説明したように、本発明では先端部と基部との間に中間部を有し、中間部、基部の少なくとも一方には張り出し成形時にワークの材料を張出部の先端方向に塑性流動させる塑性流動部が設けられ、パンチをダイス穴に挿入する単一の動作によってワークの材料を張出部の先端方向に塑性流動させつつ張出部を成形するようにしたので、板厚の厚い板であっても単一の工程で張り出し高さが高い張出部を形成できる。上記説明ではテーパー部やフランジ部が塑性流動部となっている。
【００２８】
本発明の物品を形成する材質として、実施例で示したＳＰＣ２７０以外にＳＰＣ４４０、ＳＰＣ５９０の冷間圧延鋼板などの圧延性のある鋼板、また圧延性のあるアルミニウム材、マグネシウム材などに利用できる。特に鋼板では大きな変形を加えると大きな応力がかかるため、本発明の利用価値が高い。
【００２９】
張出部を形成する部分の板厚として絶対的な制約はないが、０．５〜１０ｍｍとすることが望ましい。特に１〜８ｍｍ、２〜６ｍｍとすることが望ましい。板厚が薄い場合、円柱状のパンチでも張り出し高さが高い張出部を成形でき、本発明を利用する価値が小さい。板厚が厚すぎると破断する可能性がある。
【００３０】
本発明によって成形する張出部の張り出し高さ（平坦部の張出部側面から張出部先端までの距離）は、実施例では１２ｍｍ（平坦部の板厚の３倍）としたが、特に限定されない。張り出し高さの高い張出部を成形する本発明の利点を生かすためには、張り出し高さは４ｍｍ以上、６ｍｍ以上、８ｍｍ以上とすることが望ましい。平坦部の厚さとの比較では張り出し高さは平坦部の厚さの等倍以上、２倍以上、３倍以上とするとよい。
【００３１】
実施例のテーパー部のテーパー角度（テーパー部のテーパー面を延長してできる円錐の頂角）は２２．６度である。テーパー角度としては１０〜４０度、１５〜３０度、２０〜２５度が選択できる。なお、テーパー部は正確な正円錐形状でなくてもよい。またテーパー角度の異なる複数のテーパー部を有していてもよい。この場合、先端部から遠くなるほどテーパー角度を大きくするとよい。その究極の形としてテーパー部が凹状の湾曲部となっていても本発明のテーパー部に属する。
【００３２】
（付記）
上記した説明には以下の技術思想も含まれている。
【００３３】
・ワークから平坦部と該平坦部から張り出す張出部を有する物品をパンチとダイスを用いて成形する張り出し成形方法において、
前記パンチには先端部と、前記パンチの駆動方向に直交する前記先端部の断面積より大きな断面積を有する基部と、前記先端部と前記基部との間に設けられた中間部を有し、
前記中間部、前記基部の少なくとも一方には張り出し成形時に前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させる塑性流動部が設けられ、
前記ダイスには前記パンチが挿入されるダイス穴が設けられ、
前記ワークを前記ダイス上に固定し、前記パンチを前記ダイス穴に挿入する単一の動作によって前記ワークの材料を前記張出部の先端方向に塑性流動させつつ前記張出部を成形することを特徴とする張り出し成形方法。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態の張り出し成形工程を説明する説明図
【図２】第１実施形態の仕上げ成形工程を説明する説明図
【図３】実施例の張り出し成形する成形型の断面図
【図４】実施例の仕上げ成形する成形型の断面図
【図５】実施例に対応する有限要素法による張出部にかかる応力解析結果
【図６】比較例に対応する有限要素法による張出部にかかる応力解析結果
【符号の説明】
【００３５】
１…張り出し成形用パンチ（パンチ）
１ａ…先端部
１ｂ…テーパー部（中間部）（塑性流動部）
１ｃ…基部（フランジ部）（塑性流動部）
２…ダイス
２ａ…ダイス穴
３…物品
３ａ…平坦部
３ｂ…張出部
【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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