(57)【要約】【課題】内ボス付のコップ状製品を小規模な設備で成形する。【解決手段】一端側から開口した有底筒状体１０の側面部２０の外周側および底部周囲部３１にダイス１と押さえパンチ２を当接させて挟持しながら、端面パンチ４で有底筒状体１０の端面２１を側面部２０から底部周囲部３１に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチ３で有底筒状体１０の底部中央部３２を有底筒状体１０の外周側から内周側に向かって加圧してボス部４０を成形する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型。
【請求項２】
前記有底筒状体の前記底部周囲部の前記側面部に隣接する部分が、前記端面パンチの加圧方向と直交する平面に対して傾斜しているか、または湾曲していることを特徴とする請求項１記載の絞り成形金型。
【請求項３】
前記押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絞り成形金型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法。
【請求項５】
前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より小さいことを特徴とする請求項４記載の絞り成形方法。
【請求項６】
前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より大きいことを特徴とする請求項４記載の絞り成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は絞り成形金型および絞り成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の変速機用ドラムなど内ボス付のコップ状製品をプレス成形する場合、内ボスを成形後、コップ形状を成形するか、コップ形状を成形後、内ボスを成形することが考えられる。いずれにせよ、内ボスやコップ形状の深絞り成形を一度に行うと、コーナ部が割れてしまうため、パンチの直径を変えて数回に分けて成形する必要がある。しかし数回に分けて成形しても、成形回数を重ねるごとにコーナ部で肉厚ヒケが発生し局部的な肉厚減少が生じ強度、剛性が不足する問題がある。またパンチの直径を変えて成形する必要から、パンチごとに成形機を設ける必要があるので、大規模な設備が必要となる問題がある。そのため、従来はコップ状部品と内ボスを別部品として溶接する製造方法が行われていた。これは、溶接工程が必要なためコスト高となるとともに、内ボスとコップ形状の同軸精度が得られにくいこと、溶接による歪が製品に発生するなどの問題があった。
【０００３】
従来技術として、特許文献１には、コップ形状を成形後、内ボスを逆絞りして成形したのち、内ボスを縮径しつつ軸方向に潰して増肉する成形方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５７９１３号公報（請求項１、図４〜１１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、その図５に示されているように、内ボスを逆絞りするときに順に縮径しながら３段階の深絞り成形を行っているので、複数の成形機が必要となり設備が大規模化する問題点ある。このとき内ボスの先端部の肉厚が小さくなる問題点もある。また内ボスの肉厚が不十分であるため、３段階の増肉工程が必要であるが、それぞれに金型が必要であるので、設備が大規模化する問題点ある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決したもので、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる絞り成形金型および絞り成形方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型である。
【０００８】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【０００９】
すなわち、有底筒状体の端面を端面パンチが側面部から底部周囲部に向かう方向に加圧している圧力により、成形されるボス部のコーナ部に加わる応力が圧縮応力となり破断を防止できるとともに、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むため、ボス部の肉厚ヒケを防止できるので、一回の絞り成形で、内ボス付のコップ状製品が製造できる。このため内ボス付のコップ状製品を製造する設備を小規模にできる。
【００１０】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記有底筒状体の前記底部周囲部の前記側面部に隣接する部分が、前記端面パンチの加圧方向と直交する平面に対して傾斜しているか、または湾曲していることを特徴とする請求項１記載の絞り成形金型である。
【００１１】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１２】
すなわち、有底筒状体の底部周囲部の側面部に隣接する部分が、有底筒状体の底部中央部の平板面に対し傾斜しているか、湾曲しているので、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込みやすくできる。
【００１３】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、前記押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絞り成形金型である。
【００１４】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１５】
すなわち、押さえパンチの内周側先端部の断面形状が湾曲形状であるので、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込みやすくできる。
【００１６】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、請求項１〜３のいずれかに記載の絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法である。
【００１７】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１８】
すなわち、請求項１と同様、有底筒状体の端面を端面パンチが側面部から底部周囲部に向かう方向に加圧している圧力により、成形されるボス部のコーナ部に加わる応力が圧縮応力となり破断を防止できるとともに、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むため、ボス部の肉厚ヒケを防止できるので、一回の絞り成形で、内ボス付のコップ状製品が製造できる。このため内ボス付のコップ状製品を製造する設備を小規模にできる。
【００１９】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より小さいことを特徴とする請求項４記載の絞り成形方法である。
【００２０】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２１】
すなわち、上記した圧力の比が所定値より小さいと、インナーパンチの圧力でボス部が引き延ばされるより早く側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むので、ボス部の肉厚を元に厚さより厚くすることができる。
【００２２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技術的手段と称する。）は、前記端面パンチが前記端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する圧力に対する、前記インナーパンチが前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧する圧力の比が予め決められた所定値より大きいことを特徴とする請求項４記載の絞り成形方法である。
【００２３】
上記第６の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２４】
すなわち、上記した圧力の比が所定値より大きいと、、側面部や底部周囲部の材料がボス部側に流れ込むより早くインナーパンチの圧力でボス部が引き延ばされるので、ボス部の肉厚を元に厚さより薄くすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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。この実施形態は、自動車のＡＴＭ（オートマチックトランスミッション）のドラムを製造する場合を模式的に示している。図１は実施形態で使用した有底筒状体の断面図である。有底筒状体１０は一端が開口した有底円筒状であり、円筒状の側面部２０（図１でａａ線より上の部分）とこれにつながっている底部３０からなっっている。底部３０は対称軸Ｃの周辺に位置する円盤状の底部中央部３２と、この底部３０と側面部２０の間に位置する底部周囲部３１からなっている。図１において底部中央部３２はｂｂ線より対称軸Ｃ側の部分であり、底部周囲部３１はｂｂ線とａａ線の間の部分である。底部周囲部３１のうち側面部２０に隣接している部分が隣接部３３であり、この隣接部３３が底部中央部３２の平板面に対してなす傾斜角度はＢ度である。２１は有底筒状体１０の端面である。有底筒状体１０は平板状部材を打ち抜いて所定の大きさの円盤状部材を製造し、この円盤状部材を有底筒状体１０の外周径に合わせて絞り成形することににより製造し準備する。
【００２６】
図２は実施形態の絞り成形前の状態を説明する絞り成形金型断面図である。図３は実施形態の絞り成形後の状態を説明する絞り成形金型断面図である。図４は実施形態の絞り成形中の有底筒状体の底部と内ボス部との屈曲部付近の拡大断面図である。
【００２７】
この実施形態の絞り成形金型は、ダイス１、押さえパンチ２、インナーパンチ３、端面パンチ４などから構成されている。ダイス１の中央にはインナーパンチ３がＸＹ方向に通過することができる穴部１ａが設けられている。ダイス１は筒状形状であり、その内周側は有底筒状体１０の外周形状に合った形状となっている。すなわちダイス１の内周側は有底筒状体１０の側面部２０および底部周囲部３１の外周側に当接できるようになっている。隣接部３３と同様に、ダイス１の傾斜部１ｂが底部中央部３２の平板面に対してなす傾斜角度はＢ度である。
【００２８】
押さえパンチ２は略円筒状であり、その先端部分は有底筒状体１０の底部周囲部３１の内周側に合った形状となっている。すなわち押さえパンチ２は有底筒状体１０の内周側の側面部２０および底部周囲部３１に当接できるようになっている。押さえパンチ２の内周側先端部Ｆの断面形状は湾曲形状をしている。
【００２９】
端面パンチ４は有底筒状体１０の端面２１をＹ方向に加圧するパンチである。
底部中央部３２の平板面は端面パンチ４が端面２１を加圧するＹ方向に直交している。したがって隣接部３３およびダイス１の傾斜部１ｂの端面パンチ４が端面２１を加圧するＹ方向に直交する平面に対する傾斜角度はＢ度である。
【００３０】
有底筒状体１０の内周側とは有底筒状体１０の開口側に面した側であり、有底筒状体１０の外周側とは有底筒状体１０の開口側とは反対側の外部に面した側である。
【００３１】
有底筒状体１０にボス部４０を形成する絞り成形方法について説明する。ダイス１の内周側に有底筒状体１０を載置する。これにより有底筒状体１０の側面部２０の外周側および底部周囲部３１の外周側がダイス１に当接する。このとき押さえパンチ２および端面パンチ４はダイス１からＸ方向の遠方にあり、有底筒状体１０が簡単にダイス１の内周側に載置できるようになっている。
【００３２】
次に押さえパンチ２をＹ方向に動かし、有底筒状体１０の側面部２０の内周側および底部周囲部３１の内周側に当接させる。これにより有底筒状体１０がダイス１と押さえパンチ２で挟持され位置固定状態となる。
【００３３】
次に端面パンチ４をＹ方向に動かし、有底筒状体１０の端面２１に当接させる。一方、インナーパンチ３をＸ方向に動かし、有底筒状体１０の底部中央部３２の外周側に当接させる。この後、有底筒状体１０の端面２１を端面パンチ４でＹ方向すなわち側面部２０から底部周囲部３１に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチ３で有底筒状体１０の底部中央部３２を有底筒状体１０の外周側から内周側に向かうＸ方向に加圧し絞り成形する。このとき押さえパンチ２が有底筒状体１０を押圧する圧力は端面パンチ４が端面２１を加圧する圧力に比べてごくわずかにし、押さえパンチ２が有底筒状体１０を塑性変形しない範囲の圧力としている。この成形により、有底筒状体１０の中央部分に有底筒状体１０の開口方向に突出するボス部４０が形成される。
本実施形態の実施例として、以下の条件で絞り成形を行った。有底筒状体１０として、外径２１２ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、厚さ４ｍｍ、隣接部３３の底部中央部３２の平板面に対する傾斜角度（Ｂ）２０度、材質  ＳＡＰＨ４４０（熱延鋼板）のものを用いた。ダイス１の内周側は有底筒状体１０の外周形状に合った形状である。押さえパンチ２は、内径８５ｍｍ、内周側先端部Ｆの曲率半径２５ｍｍであり、その外周側は有底筒状体１０の内周形状に合った形状である。端面パンチ４の端面２１に当接する面は端面２１の形状に合った形状、すなわち外径２１２ｍｍ、内径２０４ｍｍのリング形状である。インナーパンチ３は外径７２ｍｍの円柱形状で、先端が曲率半径の大きな円弧状になっている。ダイス１の内周側および押さえパンチ２の表面粗度は０．４Ｒｚになっている。
【００３４】
押さえパンチ２、インナーパンチ３、端面パンチ４は、図示しない制御装置からの指示に基づき油圧により駆動される。端面パンチ４が端面２１を加圧する圧力は６００ＭＰａである。押さえパンチ２が有底筒状体１０を押さえる圧力は２０ＭＰａである。インナーパンチ３が有底筒状体１０を外周側から内周側に向かって加圧する圧力は６０ＭＰａである。ボス部４０の有底筒状体１０の底面からの高さが７０ｍｍに達する位置で、端面パンチ４、インナーパンチ３の圧力を解除し元の位置に戻したのち、押さえパンチ２をＸ方向に動かして元の位置に戻し、金型内から成形品を取り出した。ボス部４０の肉厚を測定したところ３．９〜４．２ｍｍであり、成形前の有底筒状体１０とほぼ同等の肉厚であった。
【００３５】
以上のように、本発明では一回の絞り成形でボス部４０を製造しても、そのコーナ部が破断したり、肉厚ヒケが生ずることがなくなった。したがって、絞り成形に多くの成形機を必要とすることはなくなり、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる。これは端面２１を端面パンチ４が側面部２０から底部周囲部３１に向かう方向に加圧している圧力により、コーナ部Ａ、Ｄに加わる応力が圧縮応力となり、コーナ部Ａ、Ｄの破断を防止できたものである。また端面パンチ４が側面部２０から底部周囲部３１に向かう方向に加圧している圧力により、側面部２０や底部周囲部３１の材料がボス部４０側に流れ込むため、ボス部４０、特にコーナ部Ａ、Ｄの肉厚ヒケを防止できたものである。
【００３６】
側面部２０や底部周囲部３１の材料がボス部４０側に流れ込みやすくするためには、押さえパンチ２の圧力、隣接部３３の底部中央部３２の平板面に対する傾斜角度（ダイス１の傾斜部１ｂの底部中央部３２の平板面に対する傾斜角度）、押さえパンチ２の内周側先端部Ｆの曲率半径、ダイス１の内周側および押さえパンチ２の表面粗度が重要な要因となる。
【００３７】
押さえパンチ２の圧力は、有底筒状体１０の押さえパンチ２とダイス１とで挟持された部分にかかる圧力を小さくし、この部分の材料のボス部４０側への流れ込みやすさを確保するため、端面パンチ４の圧力に対して３分の１以下とすることが望ましい。隣接部３３の傾斜角度（傾斜部１ｂの傾斜角度）は、側面部２０や底部周囲部３１の材料がボス部４０側に流れ込むときに方向を大きく変えるので、方向転換をしやすくするために１０〜４５度が望ましい。さらに望ましくは１５〜３０度がよい。隣接部３３は傾斜でなく、有底筒状体１０の外周側に凸形状の湾曲形状でもよい。湾曲形状の曲率半径は特に限定されないが、５〜３０ｍｍが望ましく、１５〜２５ｍｍがさらに望ましい。
【００３８】
押さえパンチ２の内周側先端部Ｆの曲率半径は材料流れの方向転換をしやすくするために５〜３０ｍｍが望ましい。さらに望ましくは２０〜３０ｍｍがよい。内周側先端部Ｆの湾曲形状は円弧形状であるが、他の湾曲形状でもよい。ダイス１の内周側および押さえパンチ２の表面粗度は、材料の滑りを良くするために、できるかぎり小さい方が望ましい。
【００３９】
実施例ではインナーパンチ３の圧力は端面パンチ４の圧力の１０分の１に設定されており、ボス部４０を成形する力は端面パンチ４の圧力であり、インナーパンチ３はボス部４０の形状を誘導するために使用されている。インナーパンチ３の圧力と端面パンチ４の圧力の比によりボス部４０の肉厚を制御することができる。端面パンチ４の圧力に対する、インナーパンチ３の圧力の比が１０分の１より小さいと、インナーパンチ３の圧力でボス部４０が引き延ばされるより早く側面部２０や底部周囲部３１の材料がボス部４０側に流れ込むので、ボス部４０の肉厚を元の厚さより厚くすることができる。一方、端面パンチ４の圧力に対する、インナーパンチ３の圧力の比が１０分の１より小さいと、側面部２０や底部周囲部３１の材料がボス部４０側に流れ込むより早くインナーパンチ３の圧力でボス部４０が引き延ばされるので、ボス部４０の肉厚を元の厚さより薄くすることができる。すなわち、目的とするボス部の肉厚を得るためには、インナーパンチ３の圧力と端面パンチ４の圧力の比を予め決められた所定値と同じにするか、小さくするか、大きくするか、制御すればよい。この予め決められた所定値は、実施例では１０分の１であるが、有底筒状体の材質や形状などにより異なる。所定値は、予め実験して求められる値である。
【００４０】
なお、実施形態の有底筒状体としては、単純なコップ状形状で説明したが、底部や側面部に穴部や付属部分が設けられていてもよい。絞り成形に伴うこれらの部位の変形は、変形を想定して成形前の形状を決めたり、他の手段で変形を防止したりすればよい。側面部の形状も円筒形状でなくてもよい。底部中央部の形状も円板形状でなくともよい。この場合、底部中央部の平板面でなくなり、傾斜角度Ｂを決める基準となる平板面は、端面パンチが有底筒状体の端面を加圧する方向に直交する平面である。有底筒状体の材質も実施例に限定されず、冷間圧延材、熱間圧延材等の鋼鈑、特殊鋼、炭素鋼の鋼鈑、アルミ鋼鈑、チタン、亜鉛等の鋼鈑などでもよい。成形時にダイス、押さえパンチが有底筒状体に当接するとは、互いに対面する位置ですべて当接している必要はなく、部分的に隙間があってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、一端側から開口した有底筒状体の側面部の外周側および底部周囲部の外周側に当接するダイスと、前記有底筒状体の側面部の内周側および底部周囲部の内周側に当接する押さえパンチと、前記有底筒状体の端面を前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧する端面パンチと、前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧するインナーパンチが設けられていることを特徴とする絞り成形金型およびこの絞り成形金型を用いて、ダイスと押さえパンチを有底筒状体の側面部および底部周囲部に当接させ、前記有底筒状体の端面を端面パンチで前記側面部から前記底部周囲部に向かう方向に加圧しながら、インナーパンチで前記有底筒状体の底部中央部を前記有底筒状体の外周側から内周側に向かって加圧することを特徴とする絞り成形方法であるので、小規模な設備で内ボス付のコップ状製品が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態で使用した有底筒状体の断面図
【図２】実施形態の絞り成形前の状態を説明する絞り成形金型断面図
【図３】実施形態の絞り成形後の状態を説明する絞り成形金型断面図
【図４】実施形態の絞り成形中の有底筒状体の底部と内ボス部との屈曲部付近の拡大断面図
【符号の説明】
１…ダイス
２…押さえパンチ
３…インナーパンチ
４…端面パンチ
１０…有底筒状体
２０…側面部
２０…端面
３０…底部
３１…底部中央部
３２…底部周囲部
３３…隣接部
４０…ボス部
Ｆ…内周側先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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