(57)【要約】【課題】金属板を所定の温度に速やかに冷却してプレス成形できる金属板のプレス成形装置を提供する。【解決手段】パンチ、ダイ、しわ押さえを有し、前記ダイと金属板との接触面と前記しわ押さえと前記金属板との接触面とのうちの少なくとも一方の接触面と、前記パンチの頂部または前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分と、を加熱する加熱手段を備え、さらに前記パンチの角R部を冷却する冷却手段を備えた金属板のプレス成形装置において、該角R部にアルミ銅合金材を、それ以外には鋼材を用いたことを特徴とする金属板のプレス成形装置。【選択図】図4
2008132523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチ、ダイ、しわ押さえを有し、前記ダイと金属板との接触面と前記しわ押さえと前記金属板との接触面とのうちの少なくとも一方の接触面と、前記パンチの頂部または前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分と、を加熱する加熱手段を備え、さらに前記パンチの角R部を冷却する冷却手段を備えた金属板のプレス成形装置において、該角R部にアルミ銅合金材を、それ以外には鋼材を用いたことを特徴とする金属板のプレス成形装置。
【請求項２】
パンチ、ダイ、しわ押さえを有し、前記ダイと金属板との接触面と前記しわ押さえと前記金属板との接触面とのうちの少なくとも一方の接触面と、前記パンチの頂部または前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分と、を加熱する加熱手段を備え、さらに前記ダイの肩R部を冷却する冷却手段を備えた金属板のプレス成形装置において、該肩R部にアルミ銅合金材を、それ以外には鋼材を用いたことを特徴とする金属板のプレス成形装置。
【請求項３】
パンチ、ダイ、しわ押さえを有し、前記ダイと金属板との接触面と前記しわ押さえと前記金属板との接触面とのうちの少なくとも一方の接触面と、前記パンチの頂部または前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分と、を加熱する加熱手段を備え、さらに前記パンチの角R部および前記ダイの肩R部を冷却する冷却手段を備えた金属板のプレス成形装置において、該角R部および該肩R部にアルミ銅合金材を、それ以外には鋼材を用いたことを特徴とする金属板のプレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板を、自動車、家具、家電などの部品に成形する際に用いる金属板のプレス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属板をプレス成形するのに、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界を向上させる方法として、特許文献1や特許文献2に記載された金属板の温間プレス成形方法が知られている。この方法では、図6に示したように、金属板1は、冷却水13の通る水路が設けられたパンチ3と、ヒータ11、12が内蔵されたダイ2としわ押さえ(ホルダまたはバインダとも呼ばれる)4によりプレス成形される。
【０００３】
図７に示したように、例えば平板状の金属板1を円筒状に絞り成形する場合、絞り成形中の金属板1の変形はフランジ部201で顕著に起こるが、フランジ部201が絞り成形された縦壁部203では変形は殆ど起こらず、後続のフランジ部を引き込むための張力を伝達するのみとなる。このため、絞り成形が可能な条件は、金属板1の縦壁部203の破断応力がフランジ部201の絞り抵抗を上回ることである。ところが、絞り深さが深い部品ほどフランジ部201の面積を大きくする必要があるため、絞り抵抗が増加する。一方、縦壁部203の破断応力は変化しないため、絞り深さが深い部品ほど成形が困難になる。しかし、一般に、金属は加熱すると柔らかく、冷却すると硬くなる性質があるので、図6に示した温間プレス成形方法のように、図7においても、フランジ部201を加熱して変形抵抗を下げ、既に成形の終わった縦壁部203を冷却することで破断応力を上げれば、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界は大幅に向上することになる。
【０００４】
ところが、どんな場合でも、特許文献1や特許文献2のような金属板の温間プレス成形方法により、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界を十分に向上できるわけではない。例えば、図8の(a)に示すように山が2つある形状や(b)に示すように山が3つある形状、あるいはそれ以上の山を有する形状に、絞り成形あるいは張出し成形する場合は、フランジ部201を加熱し、縦壁部202〜204を冷却する方法によって、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界をある程度は向上させることはできるが、山と山の間のフランジ部206を加熱し、縦壁部202等を冷却すると、成形性はむしろ低下し、プレス成形できる限界を十分には向上できなくなる。この理由は、次のように考えられる。すなわち、山と山の間のフランジ部206は絞り成形ではなく、延伸される成形いわゆる張出し成形と同じ変形様式で成形されることに由来する。つまり、山と山の間では、両方の山を構成する縦壁部205の方に金属板が引き込まれ、周囲からの金属板の流入がないため、山と山の間では金属板が延伸されるだけになる。このような状況で金属板が加熱されると、鉄鋼のような金属では、加熱されても軟らかくはなるが、延性は向上しないので、金属板は容易に破断してしまう。
【０００５】
そこで、本発明者らは、特願2005-049914号(未公開出願1)において、2つもしくはそれ以上の山を有する形状の部品の成形限界を大幅に向上させることのできる図1〜3に示したような新規な装置を提案した。ここで、図2は図１のA-A図示であり、図3は図1のB-B図示である。以下にその詳細を説明する。
【０００６】
金属板1の上側にはダイ2が設置されている。ダイ2は、ダイ本体21、ダイ加熱板22、ダイ肩R部冷却板23ならびに上板29からなる。上板29は、図示しない金具によりプレス成形機の昇降機に固定されている。一方、金属板1の下側にはパンチ3が設置されている。パンチ3は、パンチ本体31、パンチ冷却板32、下板39等からなる。下板39は、図示しない金具によりプレス成形装置200の基礎に固定されている。同じく、金属板1の下側には、しわ押さえ4が設置されている。しわ押さえ4は、しわ押さえ本体41としわ押さえ加熱板42からなる。しわ押さえ本体41は、複数のクッションピン43を介し、図示しない圧力装置によってある一定の力で下から支えられている。
【０００７】
次に、図1の金属板のプレス成形装置200を用いてプレス成形する方法について説明する。プレス成形時には、図4(a)に示すように、図示しない昇降機の下降によってダイ2が下降し、固定されているパンチ3により、金属板1は図のごとく変形する。その際、しわ押さえ4がある一定の力で下から支えられつつ下降するため、金属板1はダイ2としわ押さえ4の間、いわゆるダイフェースに挟みつけられ、しわの発生が防止される。ここまでは通常の金属板のプレス成形と同様であり、金属板１には、図4(b)に拡大して示すように、パンチ3の角Ｒ部36、パンチの頂部35(パンチ3の角Ｒ部を除いた部分のことである。以下同様。)、ダイの肩R部23にそれぞれ接触する部分207、202、208、ならびに縦壁部203、204、205およびフランジ部(ダイのR部に接触する部分のことである。以下同様。)201が形成される。しかし、図1の金属板のプレス成形装置200では、加熱手段であるヒータ101が埋め込まれているダイ加熱板22としわ押さえ加熱板42により、ダイ2としわ押さえ4の間のいわゆるダイフェース部にある金属板1のフランジ部201を加熱でき、また、加熱手段であるヒータ101の埋め込まれた加熱パッド51(これも加熱板の一種)によりパンチの頂部35に接触する金属板1の部分202も加熱できるため、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界を向上できることになる。ここで、加熱パッド51は、パンチの角R部36に接触する金属板1の部分207を加熱しないような幅に調整されている。また、加熱パッド51は、金属板1に接触していればよいだけなので、支柱52で、ダイ2に対して上下動が自在であり、ばね53の力で金属板1に押し付けられる。なお、ダイ2と金属板1との接触面、しわ押さえ4と金属板1との接触面のいずれか一方の接触面が加熱されれば、穴あきを生ぜずにプレス成形できる限界を向上させる効果がある。
【０００８】
また、図1の金属板のプレス成形装置200には、パンチ3と対向するダイ2の側に、パンチ3とは別に、加熱パッド51が備えられているが、パンチ3に加熱手段を内蔵させることもできるようになっている。あるいは、パンチ3と対向するダイ2の側に、パンチ3とは別に、加熱パッド51が備えられるとともに、パンチ3にも加熱手段を内蔵させ、両方の加熱手段で加熱することができるようにもなっている。
【０００９】
さらに、図1の金属板のプレス成形装置200には、パンチ3にパンチ冷却板32が備えられている。パンチ冷却板32には、冷却液路33が備えられており、図示しない循環装置によって冷却液を循環させることで、パンチの角R部36を冷却することができる。ここで、パンチの頂部35を加熱する場合は、パンチの頂部35にすきま34を設けて、加熱したい金属板1の部分が冷却されるのを抑制することもできるようになっている。
【００１０】
あるいは、図1のダイ冷却板23には、冷却液路24が設けられており、図示しない循環装置によって冷却液を循環させることで、ダイの肩R部26を冷却することができる。さらに、ダイ2と接触する金属板1の部分を加熱するためのダイ加熱板22との間に断熱材25を設け、金属板1のフランジ部201を加熱し、ダイの肩R部26に接触する金属板1の部分を冷却できるしくみになっている。
【００１１】
以上のように、図1の金属板のプレス成形装置200では、金属板1のフランジ部201と金属板1のパンチの頂部35に接触する部分を加熱して、パンチの角R部36に接触する金属板1の部分とダイの肩R部26に接触する金属板1の部分を冷却して、金属板を成形できるようになっている。具体的には、加熱する部分を150℃に、かつ冷却する部分を-20℃にしたときの実施例が示されており、山が2つ以上の形状に成形する場合に、成形高さが向上している。
【特許文献１】特開昭50-137861号公報
【特許文献２】特開平11-309518号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、未公開出願1に記載の技術では、パンチの角Ｒ部、ダイの肩R部における冷却において、所定の温度まで金属板を冷却するのに時間がかかり、プレス成形の生産性が低いばかりか、十分にはプレス成形できる限界を向上させる効果が得られていないことが判明した。これは、エチレングリコールなどの凍結防止剤を冷媒に用いても-20℃程度にまで冷却するのが限界であり、常温との温度差が40℃程度と小さいので、熱伝導に多大の時間がかかるためである。
【００１３】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、金属板を所定の温度に速やかに冷却してプレス成形できる金属板のプレス成形装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は、パンチ、ダイ、しわ押さえを有し、前記ダイと金属板との接触面と前記しわ押さえと前記金属板との接触面とのうちの少なくとも一方の接触面と、前記パンチの頂部または前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分と、を加熱する加熱手段を備え、さらに前記パンチの角R部を冷却する冷却手段を備えた金属板のプレス成形装置において、該角R部にアルミ銅合金材を、それ以外には鋼材を用いたことを特徴とする金属板のプレス成形装置により達成される。
【００１５】
また、パンチの角R部を冷却する冷却手段の代わりに、ダイの肩R部を冷却する冷却手段を設けてもよい。
【００１６】
さらに、パンチの角R部とダイの肩R部の両方を冷却する冷却手段を設けることもできる。
【００１７】
なお、前記パンチの頂部の加熱は、パンチの頂部に内蔵したヒータによらず、別に設けたパンチに対向する位置にある加熱バンドによって前記金属板の前記パンチの頂部と接触する部分(裏側)を加熱しても良い。また、パンチの頂部に内蔵したヒータと併用することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の金属板のプレス成形装置により、従来のプレス成形装置よりも、金属板を所定の温度まで速やかに冷却してプレス成形できるようになった。そのため、プレス成形の生産性が大幅にアップし、穴あきが生ぜずにプレス成形できる限界が向上した。特に、金属板を複数の山を有する形状に絞り成形する場合に効果的であり、自動車、家具、家電部品などに幅広く適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明である金属板のプレス成形装置の詳細について説明する。
【００２０】
図4に、本発明である一例である金属板のプレス成形装置を用いた時のプレス中の金型配置と金属板の変形状態(a)と金型の詳細(b)を示す。本発明である金属板のプレス成形装置の構造や機能は、上述した図1の温間プレス成形装置と基本的には変らない。
【００２１】
本発明の特徴は、パンチの角R部および/またはダイの肩R部の冷却する部位のパンチ冷却板32やダイ冷却板23に、熱伝導性のよいアルミ銅合金を使用し、その他の部分には鋼材(例えば、S50Cなど)を使用したことにある。アルミ銅合金としては、アルミ青銅合金が好ましく、その熱伝導率が83W/mとS50Cの51W/mよりはるかに高く、金属板を効率よく冷却することが可能である。他の部分に鋼材を用いる理由は、アルミ銅合金が鋼材に比して硬度が低く、プレス中の磨耗が大きいため、すべてアルミ銅合金にすると型の寿命が短くなるためである。
【実施例】
【００２２】
図1に示す温間プレス成形装置および図4に示す本発明の一例である金属板のプレス成形装置を用い、ダイ、しわ押さえ、パンチの頂部の加熱条件とパンチの角R部、ダイの肩R部の冷却条件を変えて、板厚0.6mmのSUS430板を図5(a)に示すような山が2つある張出し形状の部品に成形した。なお、図1に示す温間プレス成形装置の金型は全て鋼製である。そして、図5(b)に示す山の成形限界高さhの測定を行い、成形限界高さが34mm以上を本発明とした。
【００２３】
結果を表1、2に示す。
【００２４】
(1):図1に示す温間プレス成形装置を用い、何ら加熱冷却を行わないでプレス成形した例で、成形限界高さは20mmと低い。
【００２５】
(2):図1に示す温間プレス成形装置を用い、ダイ加熱板およびホルダー加熱板のヒータを用いてフランジ部を約150℃に加熱し、プレス成形した例で、成形限界高さは21mmであり、(1)に比べて改善しろはわずかであった。
【００２６】
(3):図1に示す温間プレス成形装置を用い、パンチ頂部をヒータパッドを用いて約150℃に加熱し、プレス成形した例で、成形限界高さは22.5mmであり、(1)に比べてやや向上しているが、十分とは言えない。
【００２７】
(4):図1に示す温間プレス成形装置を用い、(2)と同様にしてフランジ部を、さらに(3)と同様にしてパンチ頂部を約150℃に加熱し、プレス成形した例で、成形限界高さは27mmまで向上したが依然十分でない。
【００２８】
(5):図1に示す温間プレス成形装置を用い、(4)と同様にしてフランジ部とパンチ頂部を約150℃に加熱し、さらにパンチ角R部をパンチ冷却板に冷却用不凍液を流して-20℃に冷却して、プレス成形した例で、成形限界高さは30mmで十分ではない。
【００２９】
(6):図1に示す温間プレス成形装置を用い、(4)と同様にしてフランジ部とパンチ頂部を約150℃に加熱し、さらにダイ肩R部をダイ冷却板に冷却用不凍液を流して-20℃に冷却して、プレス成形した例で、成形限界高さは28mmで十分ではない。
【００３０】
(7):図1に示す温間プレス成形装置を用い、(4)と同様にしてフランジ部とパンチ頂部を約150℃に加熱し、さらに(5)と同様にしてパンチ角R部を、また、(6)と同様にしてダイ肩R部を-20℃に冷却して、プレス成形した例で、成形限界高さは33mmで十分ではない。
【００３１】
(8):本発明である図4に示す金属板のプレス成形装置を用い、すなわちダイ冷却板および/またはパンチ冷却板にアルミ銅合金を用いた装置を用い、(5)と同じ条件でプレス成形した例で、成形限界高さは36mmと従来より大きく向上し、効果が認められた。
【００３２】
(9):本発明である図4に示す金属板のプレス成形装置を用い、(6)と同じ条件でプレス成形した例で、成形限界高さは34mmと従来例よりも向上した。
【００３３】
(10):本発明である図4に示す金属板のプレス成形装置を用い、(7)と同じ条件でプレス成形した例で、成形限界高さは37mmと著しく向上し、大きな効果が認められた。
【００３４】
以上のように、本発明では、パンチの角R部および/またはダイの肩R部の冷却する部位のパンチ冷却板やダイ冷却板に、熱伝導性のよいアルミ銅合金が用いられているため、確実に成形限界高さを向上できることになる。
【００３５】
【表１】
2008132523.tif 000003
【００３６】
【表２】
2008132523.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の基となった未公開出願1の温間プレス成形装置の正面図である
【図２】図1のA-A視(平面図)である
【図３】図1のB-B視(平面図)である。
【図４】本発明の一例である金属板のプレス成形装置を用いた時のプレス中の金型配置と金属板の変形状態(a)および金型の詳細(b)を示す図である。
【図５】本発明の金属板のプレス成形装置を用いたプレス形状の実施例を示す図である。
【図６】従来の温間プレス成形装置の一例を示す図である。
【図７】温間プレス成形における加熱、冷却の原理を説明する図である。
【図８】本発明が対象とする山が2つあるプレス形状(a)と山が3つあるプレス形状(b)を示す図である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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