(57)【要約】 【課題】  金型と被加工部材との間に作用する局所的な摩擦力の相対的な操作であって、摩擦力を低減させるべき箇所の摩擦力の低減および摩擦力の必要な箇所の摩擦力の残留の少なくともいずれか一方を、簡単にかつ確実に行うことができる金型および金型を用いた成形加工方法を提供する。【解決手段】  下型３に、振動子１５と制御手段１６とを含む振動付与機構６を設け、下型３のうち、配設される被加工部材２に近接または臨む一部分に振動を付与する構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型と、
下型に対して相対的に変位可能な上型であって、少なくとも前記下型と協働して被加工部材を所望の形状に成形加工し得る上型と、
上型および下型の少なくともいずれか一方に設けられ、配設される成形加工すべき被加工部材に近接または臨む一部分であって、前記上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する振動付与手段とを備えることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記振動付与手段は、微小振動を付与する振動子を含むことを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
配設される成形加工すべき被加工部材に臨む上型および下型の少なくともいずれか一方の一表面部に、微小きずを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
上型と下型とで協働して被加工部材を所望の形状に成形加工し得る金型を用いた成形加工方法であって、
成形加工すべき被加工部材を、上型および下型に対して配設する第１工程と、
配設される被加工部材に近接または臨む一部分であって、前記上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する第２工程とを有することを特徴とする金型を用いた成形加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば深絞り加工などに適用される金型および金型を用いた成形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属薄板を金型を用いて塑性変形させて所望の金属製品を成形する深絞り加工、板金プレスおよびハイドロフォーミングなどの薄板成形加工方法が実用に供されている。
【０００３】
図６は、従来の技術の深絞り装置１００の断面図である。深絞り装置１００は、ワーク１０４を深絞り加工するための装置である（たとえば非特許文献１）。この深絞り装置１００は、ダイス１０１と、パンチ１０２と、ブランクホルダー１０３と、図示外の潤滑油供給手段とを備える。前記潤滑油供給手段は、ダイス１０１とワーク１０４との隙間に潤滑油を供給する手段であって、前記隙間に潤滑油を強制的に供給するための振動付与装置を有する。この振動付与装置は、ダイス１０１、パンチ１０２、およびブランクホルダー１０３の少なくともいずれか１つを全体的に振動させる機能を有する。このような潤滑油供給手段によって、深絞り加工する際のワーク１０４とダイス１０１との摩擦力を低減し得る。
【０００４】
【非特許文献１】片岡征二、他４名，「振動・液圧絞り加工法の開発」，塑性と加工，日本塑性加工学会，１９９４年８月，第３５巻，第４０３号，ｐ．９７７−９８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の薄板成形加工装置では、金属薄板と金型との間に大きな摩擦力が作用する。この摩擦力に起因して、板厚不足または均一にすべき箇所の板厚の不均一化などが生じる。これら板厚不足および板厚の不均一化によって、金属薄板にしわおよび破断などの不具合が生じる。
【０００６】
従来の深絞り装置１００では、ダイス１０１とワーク１０４とが当接する部分の面圧の増加に伴って、次のような問題が生じる。ワーク１０４とダイス１０１との間に介在する潤滑油が供給不足となり、潤滑効果が低下する。これによって前記薄板成形加工装置と同様に、金属薄板に「しわ」および破断などの不具合が生じる。
【０００７】
また局所的に作用する前述の摩擦力を低減すべく、たとえば深絞り装置１００に、潤滑油を局所的に塗布することも考えられる。この場合には、成形中に、潤滑油が他の箇所に不所望に流動する。換言すれば、成形中に潤滑油が流動するような部分は、摩擦力を低減することが難しい。したがって深絞り装置１００においては、局所的に作用する摩擦力を低減することが困難であるうえ、摩擦力の必要な所望の箇所だけ摩擦力を作用させる状態にすることも困難である。
【０００８】
本発明の目的は、金型と被加工部材との間に作用する局所的な摩擦力の相対的な操作であって、摩擦力を低減させるべき箇所の摩擦力の低減および摩擦力の必要な箇所の摩擦力の残留の少なくともいずれか一方を、簡単にかつ確実に行うことができる金型および金型を用いた成形加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下型と、
下型に対して相対的に変位可能な上型であって、少なくとも前記下型と協働して被加工部材を所望の形状に成形加工し得る上型と、
上型および下型の少なくともいずれか一方に設けられ、配設される成形加工すべき被加工部材に近接または臨む一部分であって、前記上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する振動付与手段とを備えることを特徴とする金型である。
【００１０】
本発明に従えば、下型と上型とによって協働して被加工部材を、所望の形状に成形加工する。上型および下型の少なくともいずれか一方には、振動付与手段が設けられている。振動付与手段は、配設される被加工部材に近接または臨む一部分であって、前記上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する。このように上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与するので、成形加工中、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力の低減を図ることが可能となる。換言すれば、摩擦力が作用する局所に、確実に振動を付与することが可能となる。摩擦力の必要な箇所には、振動を付与しないように振動付与手段が配設される。
【００１１】
また本発明は、前記振動付与手段は、微小振動を付与する振動子を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、振動子によって、上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に微小振動を付与する。このような振動子によって、摩擦力の低減を実現することができる。
【００１３】
また本発明は、配設される成形加工すべき被加工部材に臨む上型および下型の少なくともいずれか一方の一表面部に、微小きずを形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、被加工部材に臨む上型および下型の少なくともいずれか一方の一表面部に微小きずが形成される。これによって、微小きずが設けられる一表面部と被加工部材との当接部分が少なくなる。したがって被加工部材と前記一表面部との間に作用する摩擦力を低減することができる。つまり前記一表面部に形成される微小きずによって、被加工部材の材料の流れを円滑にすることができる。
【００１５】
また本発明は、上型と下型とで協働して被加工部材を所望の形状に成形加工し得る金型を用いた成形加工方法であって、
成形加工すべき被加工部材を、上型および下型に対して配設する第１工程と、
配設される被加工部材に近接または臨む一部分であって、前記上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する第２工程とを有することを特徴とする金型を用いた成形加工方法である。
【００１６】
本発明に従えば、被加工部材を、上型と下型とで協働して所望の形状に成形加工する。先ず第１工程において、被加工部材を上型および下型に対して配設する。第２工程では、上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与する。前記一部分は、配設される被加工部材に近接または臨む一部分である。
【００１７】
このように上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与するので、成形加工中、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力の低減を図ることが可能となる。換言すれば、摩擦力が作用する局所に、確実に振動を付与することが可能となる。摩擦力の必要な所望の箇所には、振動を付与しないように振動付与手段が配設される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動付与手段によって、上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与するので、成形加工中、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力の低減を図ることが可能となる。換言すれば、摩擦力が作用する局所に、ねらいを定め確実に振動を付与することが可能となる。それ故、成形加工中に、成形加工すべき被加工部材と金型との間に微小隙間を形成することができる。つまり摩擦力が作用する局所に、間欠的または周期的に微小隙間を形成することができるので、金型と被加工部材との間でかつ摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力を、簡単にかつ確実に低減することができる。逆に摩擦力の必要な所望の箇所には、振動を付与しないように振動付与手段が配設されるので、加工部材の成形性を一層高めることが可能となる。また摩擦力を局所的に低減することができるので、加工部材の板厚を均等にすることも可能となる。これによって被加工部材を所望の形状に成形加工する際に、加工部材に生じ得る「しわ」および破断を確実に防止することができる。
【００１９】
また本発明によれば、振動付与手段は、微小振動を付与する振動子を含むことによって、上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に微小振動を付与することができる。このような振動子によって、摩擦力の低減を実現することができる。
【００２０】
また本発明によれば、微小きずを上型および下型の少なくともいずれかの一表面部に形成することによって、被加工部材と前記一表面部との間に作用する摩擦力を低減することができる。つまり前記一表面部に形成される微小きずによって、成形加工時における被加工部材の材料の流れを円滑にすることができる。
【００２１】
また本発明によれば、特に第２工程において、上型および下型の少なくともいずれか一方の一部分に振動を付与するので、成形加工中、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力の低減を図ることが可能となる。換言すれば、摩擦力が作用する局所に、ねらいを定め確実に振動を付与することが可能となる。それ故、成形加工中に、成形加工すべき被加工部材と金型との間に微小隙間を形成することができる。つまり摩擦力が作用する局所に、間欠的または周期的に微小隙間を形成することができるので、金型と被加工部材との間でかつ摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力を、簡単にかつ確実に低減することができる。逆に摩擦力の必要な箇所には、振動を付与しないように振動付与手段が配設されるので、加工部材の成形性を一層高めることが可能となる。また摩擦力を局所的に低減することができるので、加工部材の板厚を均等にすることも可能となる。これによって被加工部材を所望の形状に成形加工する際に、被加工部材に生じ得る「しわ」および破断を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の一形態である金型１を、加工方向を含む仮想平面で切断して見た断面図である。図２は、金型１を、図１におけるＡ−Ａ線で切断して見た断面図である。本実施の形態に係る金型１を説明する際に、その金型１を用いる成形加工方法の説明をも含む。
【００２３】
本実施形態に係る金型１は、成形加工すべき被加工部材を深絞り加工するためのものである。ただし深絞り加工用の金型に、必ずしも限定されるものではない。金型１は、主に、下型３と、上型４と、振動付与機構６とを含んで構成される。
【００２４】
下型３は固定的に載置支持され、下型３のうち上型４に臨む一表面部３ａに、成形加工すべき被加工部材２を配設可能に構成される。下型３は、たとえば冷間金型用合金工具鋼（具体的には日本工業規格の記号でたとえばＳＫＤ−１１）から成る。なお被加工部材２としては、たとえばオーステナイト系ステンレス鋼または冷間圧延鋼鈑などが適用される。下型３には、深絞り加工のための開口凹所１０が形成される。
【００２５】
開口凹所１０は、たとえば前記一表面部３ａで略円形状に開口し、かつ加工方向一方に向かうに従って半径方向内方に縮径するようなテーパ形状に形成される。ここで加工方向をＹ方向と定義し、Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向と定義する。図１においてＹ方向一方を矢符Ｙ１と表記し、Ｙ方向他方を矢符Ｙ２と表記する。また下型３のうち、配設される被加工部材２に臨む一表面部３ａには、微小きずが形成される。この微小きずによって、成形加工時における被加工部材２の材料の流れを円滑にすることができる。この微小きずは、１／１００ｍｍ以下の寸法であることが好ましい。このようにすることによって被加工部材２の一表面部に「カタ」を残すことなく局所的な摩擦力の低減を図ることができる。
【００２６】
上型４は、いわゆるパンチ１３を含む上型本体５と、しわ押え板９とを有する。上型本体５およびしわ押え板９は、下型３に対して相対的に変位可能に構成される。つまり上型本体５およびしわ押え板９は、Ｙ方向一方および他方に変位可能に構成される。成形加工前の段階では、上型本体５およびしわ押え板９は、下型３の一表面部３ａよりもＹ方向他方に所定距離離隔して配設される。成形加工時において、上型本体５およびしわ押え板９は、Ｙ方向一方に変位するようになっている。
【００２７】
上型本体５のうち、下型３に対向する一表面部には、Ｙ方向一方に突出するパンチ１３が設けられている。成形加工すべき被加工部材２を下型３に配設した状態で、上型４をＹ方向一方に変位させると、パンチ１３は開口凹所１０に係合される。つまり被加工部材２の一部を開口凹所１０に押し込んで絞ることができる。パンチ１３は、開口凹所１０に係合可能な形状に形成されている。
【００２８】
パンチ１３の外周側には、前記しわ押え板９が配設される。しわ押え板９は、被加工部材２を成形加工して成る加工部材２Ａの「しわ」を抑制するための板状部材であって、上型本体５と協働してＹ方向に変位可能に構成される。しわ押え板９は、Ｙ方向に垂直なＸ方向に沿って配設され、成形加工時において上型本体５の平坦部５ａと被加工部材２との間に挟持される。加工部材２Ａのフランジ部は、しわ押え板９と下型３の一表面部３ａとの間に挟持されて成る。
【００２９】
振動付与手段としての振動付与機構６は、４つの振動子１５と制御手段１６とを含んで構成される。本実施の形態においては、４つの振動子１５が設けられるが、必ずしも４つに限定されるものではない。３つ以下の振動子１５であってもよく、５つ以上の振動子１５であってもよい。このような場合にも本実施形態と同様の効果を奏する。この振動付与機構６は、下型３の一部分に振動を付与するための機構である。各振動子１５は、制御手段１６から出力される信号に基づいて振動する。各振動子１５は、下型３の一部分に埋設される。
【００３０】
より詳細には下型３のうち、配設される被加工部材２に近接する一部分に、これら４つの振動子１５が埋設される。図２に示すように、４つの振動子１５は、開口凹所１０から半径方向外方にやや離隔して配設される。これら４つの振動子１５は、パンチ１３の軸線つまり金型１の軸線まわりに９０度間隔つまり一定間隔に配設される。換言すれば、４つの振動子１５は、開口凹所１０の近傍に十字状となるように埋設される。各振動子１５は、各々の振動子１５に近接する下型３の一部分に振動を付与し局部的に振動させる機能を有する。振動子１５は、周波数がたとえば１００ヘルツのものが適用される。
【００３１】
制御手段１６は、被加工部材２を成形加工するための図示外のスイッチを、操作者が操作することで出力信号を４つの振動子１５に出力する。具体的に各振動子１５は、制御手段１６に電気的に接続される。成形加工するためのスイッチのスイッチング状態が切換えられると、制御手段１６は４つの振動子１５に出力信号を出力する。これによって各振動子１５は下型３の一部分に振動を付与する。
【００３２】
このように制御手段１６は、成形加工するためのスイッチのスイッチング状態に基づいて、４つの振動子１５に出力信号を出力しているので、次のような効果を奏する。操作者が成形加工するスイッチを操作する前に、振動子１５に出力信号を出力するような操作を、省略することができる。それ故、操作性の向上を図ることができる。本実施形態においては、成形加工するためのスイッチ操作に連動して、振動子１５に出力信号を出力するようにしているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。成形加工するためのスイッチ操作とは独立して、各振動子１５を振動させるか否かを選択的に切換え可能に構成することも可能である。
【００３３】
図３は、金型１を用いた成形加工方法の手順を示すフローチャートである。前記成形加工方法は、主に、配設工程と、振動付与工程とを有する。振動付与工程は成形加工工程を含む。成形加工すべきスイッチを操作者が操作することで、ステップｓ０において本フローが開始する。次にステップｓ１に移行して、被加工部材２が上型４および下型３に対して配設される。ステップｓ１が第１工程に相当する。
【００３４】
次にステップｓ２に移行して、制御手段１６は、前記スイッチのスイッチング状態に基づいて、４つの振動子１５に出力信号を出力する。換言すれば、下型３の一部分に振動を付与する。これとともに上型４がＹ方向一方に変位して、パンチ１３が下型３の開口凹所１０に係合される。これによって被加工部材２を所望の形状に成形加工する。この成形加工後の部材を「加工部材２Ａ」と定義する。またステップｓ２が第２工程に相当する。
【００３５】
以上説明した金型１によれば、下型３と上型４とによって協働して被加工部材２を、所望の形状に成形加工する。下型３には、前述の振動付与機構６が設けられている。この振動付与機構６は、配設される被加工部材２に近接する一部分であって、下型３の一部分に振動を付与する。このように下型３のうち、配設される被加工部材２に近接する一部分に振動を付与するので、成形加工中、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力の低減を図ることが可能となる。換言すれば、摩擦力が作用する局所に、確実に振動を付与することが可能となる。逆に摩擦力の必要な所望の箇所には、振動を付与しないように振動付与機構６が配設されるので、加工部材２Ａの成形性を一層高めることが可能となる。また摩擦力を局所的に低減することができるので、加工部材２Ａの板厚を均等にすることも可能となる。
【００３６】
それ故、成形加工中に、成形加工すべき被加工部材２と金型１との間に微小隙間を形成することができる。つまり摩擦力が作用する局所に、間欠的または周期的に微小隙間を形成することができるので、金型１と被加工部材２との間に局所的に作用する摩擦力を、簡単にかつ確実に低減することができる。これによって被加工部材２を所望の形状に成形加工する際に、たとえば被加工部材２の中間形成体に生じ得る「しわ」および破断を確実に防止することができる。
【００３７】
また本実施形態に係る金型１によれば、振動付与機構６は、微小振動を付与する振動子１５を含むことによって、下型３のうち、配設される被加工部材に近接する一部分に微小振動を付与することができる。このような振動子１５によって、摩擦力の低減を実現することができる。また下型３のうち、配設される被加工部材２に臨む一表面部３ａには、微小きずが形成されるので、この微小きずによって、成形加工時における被加工部材２の材料の流れを円滑にすることができる。下型３の一表面部３ａに微小きずが形成されることで、前述の微小振動を付与した場合には、次のような効果を奏する。下型３のうち微小きずおよび微小きず周辺部と、被加工部材２との間に、瞬間的に微小な隙間が生じる。この微小な隙間に潤滑剤が入り込みやすくなる。前記潤滑剤は微小きずによって強制的に残留する。換言すれば潤滑剤の流出を防止することが可能となり、摩擦力を低減させるべき箇所に局所的に作用する摩擦力を、一層簡単にかつ確実に低減することができる。微小きずおよび微小きず周辺部の少なくともいずれか一方に潤滑剤を塗布した場合にも、前記と同様の効果を奏する。
【００３８】
図４は、本発明の実施の他の形態の要部を、部分的に拡大して見た断面図である。ただし前述の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本発明の他の実施形態に係る金型１Ａは、主に、下型３Ａと、上型４と、振動付与機構６Ａとを有する。振動付与手段としての振動付与機構６Ａは、たとえば振動付与供給源であるモータ２０と、カム２１と、制御手段１６とを有する。下型３の一部分に振動を付与するための機構である。本金型１Ａにおいては、下型３Ａに４つのモータ２０が設けられ、各モータ２０のモータ軸にカム２１が固着されている。ただしモータ数およびカムの数は、必ずしも４つに限定されるものではない。
【００３９】
各モータ２０は、制御手段１６から出力される信号に基づいて回転駆動可能に構成される。各モータ２０のモータ軸に固着されるカム２１は、下型３のうち配設される被加工部材２に近接する一部分に振動を付与し得る。つまりモータ２０の回転によって、カム２１の外周面部が、下型３の一表面部３ａの裏面側部分に周期的に当接する。制御手段１６は、被加工部材２を成形加工するためのスイッチを、操作者が操作することで４つのモータ２０を回転駆動する。具体的に各モータ２０は、制御手段１６に電気的に接続される。前記スイッチのスイッチング状態が切換えられると、制御手段１６は４つのモータ２０に出力信号を与える。これによって各モータ２０およびカム２１は下型３の一部分に振動を付与する。以上説明した金型１Ａによれば、金型１と同様の効果を奏する。
【００４０】
図５は、本発明の別実施形態に係り、金型を用いた成形加工方法を、ハイドロフォーミングに適用した場合の概略図である。ただし前述の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本成形加工方法を実現し得るハイドロフォーミング成形機３０においては、形成すべき管状被加工部材３１の長手方向一端部および他端部に近接する上型３２の一部分に、振動子１５が埋設される。また形成すべき管状被加工部材３１の長手方向一端部および他端部に近接する下型３３の一部分に、振動子１５が埋設される。
【００４１】
管状被加工部材３１を金型に挿入し、管状被加工部材３１の中空内部に液体を満たし、その液体の圧力を所定圧力まで上昇する。これによって管状被加工部材３１を膨張させ、本金型に沿わせて成形する。このハイドロフォーミング成形機３０によれば、管状被加工部材３１の長手方向一端部および他端部に近接する上型３２および下型３３の一部分に、振動子１５を埋設したので次の効果を奏する。つまり管状被加工部材３１のうち、特に、長手方向一端部および他端部と、上型３２および下型３３との間に作用する摩擦力の低減を図ることができる。それ故、所望の管状加工部材３１の形状に成形加工することができる。
【００４２】
本発明の実施の他の形態として、前述の振動付与機構６に代えて、上型の一部分に振動を付与するための振動付与機構を設けてもよい。この場合には上型のうち、配設される被加工部材に近接する一部分に、複数の振動子が埋設される。この場合にも本実施形態と同様の効果を奏する。また、上型または下型のうち、配設される被加工部材に臨む一部分に、振動子を埋設してもよい。上型のうち、配設される被加工部材に臨む平坦部（一表面部に相当）に、被加工部材の材料の流れを円滑化するための微小きずを形成してもよい。しわ押え板のうち、配設される被加工部材の臨む一表面部に、材料の流れを円滑化するための微小きずを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の一形態である金型１を、加工方向を含む仮想平面で切断して見た断面図である。
【図２】金型１を、図１におけるＡ−Ａ線で切断して見た断面図である。
【図３】金型１を用いた成形加工方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の他の形態の要部を、部分的に拡大して見た断面図である。
【図５】本発明の別実施形態に係り、金型を用いた成形加工方法を、ハイドロフォーミングに適用した場合の概略図である。
【図６】従来の技術の深絞り装置１００の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  金型
２  被加工部材
３  下型
３ａ  一表面部
４  上型
６  振動付与機構
１５  振動子
【図１】
2005193293.tif 000003
【図２】
2005193293.tif 000004
【図３】
2005193293.tif 000005
【図４】
2005193293.tif 000006
【図５】
2005193293.tif 000007
【図６】
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