(57)【要約】【課題】大掛かりな型が必要なく、温度のコントロールが容易なプレス成形品の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】  板状の金属材料である被加工部材Ｗの熱間加工または温間加工によるバーリング加工における、前記被加工部材Ｗの加熱手段の熱源として、レーザビームＬを使用することを特徴とする。【選択図】  図５
2007038352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の金属材料である被加工部材の熱間加工または温間加工によるバーリング加工における、前記被加工部材の加熱手段の熱源として、レーザビームを使用することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【請求項２】
前記被加工部材は超塑性金属材料であり、レーザビームにより被加工部材の加熱温度を超塑性温度に保持することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項３】
前記パーリング加工の後に、連続して、熱源として用いられる前記レーザビームを集光し、被加工部材を切断する切断加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームを、パーリング加工を行うポンチの内部を通過させて当該ポンチの先端部から被加工部材に照射することにより、当該被加工部材を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項５】
前記レーザビームを、パーリング加工を行うポンチの内部を通過させ、当該ポンチの内部に設けられるハーフミラーにより透過するレーザビームおよび透過する方向と交差する方向へ反射するレーザビームに分岐させ、前記透過するレーザビームをポンチの先端部から被加工部材に照射することにより当該被加工部材を加熱し、前記反射するレーザビームを被加工部材の表面にて集光させて当該被加工部材を切断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項６】
前記ハーフミラーを透過するレーザビームの光軸を中心軸として前記反射するレーザビームを回転させて、被加工部材を切断することを特徴とする請求項５に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項７】
先端部まで貫通孔が形成されており、板状の金属材料である被加工部材の熱間加工または温間加工によるバーリング加工を行うためのポンチと、
前記貫通孔を通って前記ポンチの先端方向へレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
を有することを特徴とするプレス成形品の製造装置。
【請求項８】
前記被加工部材は超塑性金属材料であり、前記レーザビーム照射手段は、照射するレーザビームにより被加工部材を超塑性温度に加熱できることを特徴とする請求項７に記載のプレス成形品の製造装置。
【請求項９】
前記ポンチの先端近傍の貫通孔の内部には、レーザビームの一部を透過し、残りのレーザビームを、透過したレーザビームの透過方向と交差する方向へ反射させて被加工部材の表面にて集光させるハーフミラーが設けられることを特徴とする請求項７または８に記載のプレス成形品の製造装置。
【請求項１０】
前記ポンチには、前記ハーフミラーにより反射されたレーザビームが通過させるとともにレーザ切断用アシストガスを吐出するガスノズルと、当該ガスノズルを開閉できるように移動可能に設置されるとともにレーザビームのダンパーとなるシャッターと、が設けられることを特徴とする請求項９に記載のプレス成形品の製造装置。
【請求項１１】
前記ハーフミラーを透過するレーザビームの光軸を中心軸として前記反射するレーザビームを回転させる回転手段が設けられることを特徴とする請求項９または１０に記載のプレス成形品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形品の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車体用フレーム、シャシ部品など部品同士の組み付け等のために１０ｍｍを越えるような背の高いハブフランジを加工する場合は、下穴を扱いてから下穴の周辺面部を凸状に押し広げる加工、すなわちバーリング加工を施すのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。バーリング加工を通常の熱間加工または温間加工により行う際には、被加工材料を加熱する手段として型もしくはポンチにヒータを配置し、所定の温度に保持、もしくは加工前に均熱炉などの加工装置とは別の加熱手段により加熱する必要がある。加工するのに対して、大掛かりな型の改造等の必要がなく、また、温度のコントロールも型にヒータを配置する場合に比べて容易であるという効果がある。
【特許文献１】特開平１０−０２４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、型もしくはポンチにヒータを配置したり、加工前に均熱炉などの加工装置とは別の加熱手段により加熱する場合には、大掛かりな型が必要となり、また、温度のコントロールが困難である。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、大掛かりな型が必要なく、また、温度のコントロールが容易なプレス成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明に係るプレス成形品の製造方法は、板状の金属材料である被加工部材の熱間加工または温間加工によるバーリング加工における、前記被加工部材の加熱手段の熱源として、レーザビームを使用することを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係るプレス成形品の製造装置は、先端部まで貫通孔が形成されており、板状の金属材料である被加工部材の熱間加工または温間加工によるバーリング加工を行うためのポンチと、前記貫通孔を通って前記ポンチの先端方向へレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明に係るプレス成形品の製造方法は、熱間加工または温間加工における板状の金属材料である被加工部材のバーリング加工の実施において、被加工部材の加熱手段の熱源として非集光のレーザビームを使用してバーリング加工を行うため、通常の熱間加工または温間加工においては材料を加熱する手段として型もしくはポンチにヒータを内部に配置して所定の温度に保持し、もしくは加工前に均熱炉などの加工装置とは別の加熱手段により被加工部材を加熱し加工するのに対して、大掛かりな型が必要なく、また、温度のコントロールも型にヒータを配置する場合に比べて容易である。
【０００８】
上記のように構成した本発明に係るプレス成形品の製造装置は、熱間加工または温間加工における板状の金属材料である被加工部材のバーリング加工の実施において、被加工部材の加熱手段の熱源としてレーザビームを照射するためのレーザビーム照射手段が設けられているため、通常の熱間加工または温間加工においては材料を加熱する手段として型もしくはポンチにヒータを内部に配置して所定の温度に保持し、もしくは加工前に均熱炉などの加工装置とは別の加熱手段により被加工部材を加熱し加工するのに対して、大掛かりな型が必要なく、また、温度のコントロールも型にヒータを配置する場合に比べて容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１はバーリング加工により作製される部品を示す斜視図、図２は従来のバーリング加工の加工工程を説明するための断面図であり、（Ａ）は加工前、（Ｂ）は加工後を示す。
【００１１】
通常、車体用フレーム、シャシ部品など部品同士の組み付け等のために１０ｍｍを越えるような背の高いハブフランジを加工する場合は、図１に示すように、下穴を扱いてから下穴の周辺面部を凸状に押し広げる加工、すなわちバーリング加工を施すのが一般的である。このようにバーリング加工を施された部位にネジを切るなどしてボルトが締結される。もしくはバーリング加工部そのものが位置精度を保つための役割を持っている。このバーリング加工におけるプレス加工時においては、通常、打ち抜きを含めた穴広げ加工を施すのが一般的であり、４５０Ｍｐａ級の引張り強度を有する鋼板などで多く用いられる。しかしながら、従来のバーリング加工方法においては、４５０Ｍｐａを大幅に越える高強度材料、もしくは伸びが小さい材料などは、バーリング加工時において円周部の局所的に薄くなった部分において割れが生じるやすくなり、また、事前に穴あけ加工を施す場合においてもせん断加工部に割れなどが生じるやすくなるという問題がある。
【００１２】
例えば、従来は、図２（Ａ）に示すように被加工部材Ｗ’に穴開け加工を施して穴部を設けた後に、図２（Ｂ）に示すようにポンチ１０１および型１０２によりプレス加工を施して行っている。図２（Ａ）の被加工部材Ｗ’は、例えば４５０Ｍｐａ級の引っ張り強度を有する板厚２．０ｍｍの鋼板であり、ポンチ１０１の直径は３０ｍｍであり、約３０ｔｆの加圧力で加工を行っている。このバーリング加工の結果、バーリング部において亀裂無く成形が可能であるが、しかしながら、引っ張り強度で１Ｇｐａに近い材料においては、バーリング加工中において穴開け部において亀裂の発生が見られる場合がある。
【００１３】
図３は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置を示す部分断面図である。
【００１４】
本実施形態に係るプレス成形品の製造装置１０は、バーリング方向に貫通孔２１を有するポンチ２０と、レーザビーム照射手段としてのレーザビームＬの加工ヘッド（不図示）と、ポンチ２０と加工ヘッドを連結させるジョイント３０と、を有している。ポンチ２０は、例えば外径がφ４０ｍｍ、貫通孔２１の内径がφ２５ｍｍであり、貫通孔２１の内壁に設けられたボールベアリング２５により、ジョイント３０とレーザ照射軸回りで回転可能に連結されている。そして、ポンチ２０のジョイント側に形成されるポンチフランジ部２２に取り付けたモータ８０（回転手段）により、ポンチ２０がジョイント３０に対して回転可能となっている。
【００１５】
ジョイント３０には、ポンチ２０の貫通孔２１と連通するジョイント貫通孔３１が形成されており、このジョイント貫通孔３１には、レーザビームＬを通過させることができる保護レンズ４０が固定されている。この保護レンズ４０に対してレーザ照射方向下方のジョイント３０に、レーザ切断加工用のガス挿入口３２が形成されている。
【００１６】
ポンチ２０の内部には、レーザビームＬを照射方向に平行に透過すると共に、照射方向（透過方向）と交差する方向に反射させて集光できるハーフミラー５０が設置されており、被加工部材Ｗの加熱と、プレス成形後の被加工部材の切断を１つのレーザビームＬにて分岐して使用可能となっている。
【００１７】
ハーフミラー５０により照射方向と交差する方向に集光されたレーザビームＬの進行方向には、レーザ切断用ガスノズル２３およびこのレーザ切断用ガスノズル２３を開閉することができるシャッター２４がポンチ２０に設けられている。シャッター２４は、ビームダンパーを兼ねており、レーザ切断用ガスノズル２３をシャッター２４で閉じている際には集光ビームを吸収することができる。また、レーザ切断用ガスノズル２３は、シャッター２４が開いている際にレーザビームＬを通過させると共に、レーザ切断用のアシストガスを吐出できる構造となっている。
【００１８】
ポンチ２０のレーザビーム照射方向側には、被加工部材Ｗが配置され、ポンチ２０の外形に対応する成形孔７１を有する型７０が設けられており、ポンチ２０と型７０は、ポンチ２０が成形孔７１に挿入可能に相対的に近接離間することができる。
【００１９】
次に、プレス成形品の製造装置１０を用いた製造方法について説明する。
【００２０】
図４は本実施形態に係る製造方法による加工前を示す断面図、図５は本実施形態に係る製造方法によるプレス加工を説明するための断面図、図６は本実施形態に係る製造方法による切断加工を説明するための断面図である。
【００２１】
被加工部材Ｗには、例えば板厚２．０ｍｍで７８０Ｍｐａの引っ張り強度を有し、超塑性現象を発現する２相ステンレス合金を使用する。
【００２２】
まず、図４に示すように、ポンチ２０の底と被加工部材Ｗとを当接させた状態でレーザビームＬをポンチ２０の貫通孔２１を通して被加工部材Ｗに照射する。
【００２３】
この場合、本実施形態ではレーザとして例えばＹＡＧレーザを使用し、光ファイバーにて光学ヘッドに伝送し、光学ヘッドにてレーザビームを例えばφ２０ｍｍとし、光学ヘッドとジョィントが連結されてレーザビームＬが取り込まれる。ＹＡＧレーザは、本実施形態では発信機出口で出力２．５ｋＷのものを使用するが、レーザ出力と加熱温度との関係から、事前に１．５ｋＷから２．０ｋＷの範囲でレーザ出力が調整されている。
【００２４】
レーザビームＬは、ハーフミラー５０によりレーザビーム照射方向と交差する方向に集光され、焦点位置がバーリング成形後の被加工部材Ｗの表面となるように設定される。なお、レーザ切断用ガスノズル２３はシャッター２４により閉じられている。
【００２５】
次に、図５に示すように、ハーフミラー５０を透過した非集光のレーザビームＬの照射による被加工部材Ｗの加熱温度を、被加工部材Ｗの超塑性温度である例えば８００℃に保持し、ポンチ２０の押し込み速度を例えば５ｍｍ／ｍｉｎから１０ｍｍ／ｍｉｎの範囲に設定してバーリング加工を実施し、ポンチ２０の押し込み量が所定の深さに達した後、押し込み速度を０ｍｍ／ｍｉｎとする。
【００２６】
次に、図６に示すように、レーザビームＬのダンパーの役割を果たしていたシャッター２４を開き、レーザ切断用のアシストガスをレーザ切断用ガスノズル２３から吐出しつつ、モータ８０によりポンチ２０を加熱用レーザの光軸を中心に回転させて被加工部材Ｗを切断する。この際のポンチ２０の回転速度は、例えば約４０ｒｐｍである。
【００２７】
また、レーザ切断用のアシストガスとしては、不活性ガスを使用し、例えば３０Ｌ／ｍｉｎでガス供給ノズルからアシストガスが供給されている。
【００２８】
以上のように、熱間加工または温間加工における板状の金属材料である被加工部材Ｗのバーリング加工の実施において、被加工部材Ｗの加熱手段の熱源として非集光のレーザビームＬを使用して筒状成形を行うことで、通常の熱間加工または温間加工においては材料を加熱する手段として型７０もしくはポンチ２０の内部にヒータを配置して所定の温度に保持し、もしくは加工前に均熱炉などの加工装置とは別の加熱手段により被加工部材Ｗを加熱し加工するのに対して、大掛かりな型の作製、改造等の必要がなく、また、温度のコントロールも型にヒータを配置する場合に比べて容易であるという効果がある。
【００２９】
また、板状の金属材料である被加工部材Ｗを超塑性金属材料とし、レーザビームＬにより被加工部材Ｗの加熱温度を超塑性温度に保持することにより、加工前の材料の機械的特性を加工後も保持しつつ大きな伸びが得られるため、バーリング深さの深い加工が可能であり、バーリング部の割れの発生を抑制することが可能となる。
【００３０】
また、熱源としてのレーザビームＬを集光し、筒状成形後の被加工部材Ｗを切断する切断加工を一連の筒状成型加工中に実施することにより、これまでバーリング加工前に実施していた穴空け加工をバーリング加工の一連の工程内で行うことが出来るとともに、高強度材料の穴空け時、もしくは打ち抜きのバーリング加工時におけるせん断加工面への悪影響を抑制することが可能となる。
【００３１】
また、レーザビームＬを超塑性加工用のポンチ２０の貫通孔２１を通り先端部から直接材料に照射することにより被加工部材Ｗを加熱することで、レーザビームＬと他の部品との干渉を防ぐことが可能となり、さらに、レーザビームＬがポンチ２０に覆われているため、レーザビームＬに直接触れることができず、作業の安全面上からも有効である。
【００３２】
また、筒状成形用のポンチ２０の貫通孔２１を通り先端部から直接、被加工部材Ｗに照射するレーザビームＬとレーザ切断を行うためのレーザビームＬを分岐するために、ポンチ２０の貫通孔２１を通るレーザビームＬの一部をハーフミラー５０により直線的に通過させて被加工部材Ｗを加熱するために使用し、一方で残りのレーザビームＬを、ハーフミラー５０を透過する方向と交差する方向に反射により分岐させるとともに、切断する被加工部材Ｗ表面にて集光させることで、レーザビームＬを複数使用する必要がなく、ポンチ内部の構造を単純化することが可能となる。
【００３３】
さらには、ハーフミラー５０により分岐された切断用のレーザビームＬを、モータ８０により回転させながら被加工部材Ｗの切断を行うことで、ハブフランジ高さを一定にした切断が可能となる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本実施形態においては、被加工部材Ｗとしてステンレス合金を使用したが、その他、超塑性現象が発現可能な鋼板、アルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金またはチタン合金等を使用することにより、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】バーリング加工により作製される部品を示す斜視図である。
【図２】従来のバーリング加工の加工工程を説明するための断面図であり、（Ａ）は加工前、（Ｂ）は加工後を示す。
【図３】本実施形態に係るプレス成形品の製造装置を示す部分断面図である。
【図４】本実施形態に係る製造方法による加工前を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る製造方法によるプレス加工を説明するための断面図である。
【図６】本実施形態に係る製造方法による切断加工を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    製造装置、
２０    ポンチ、
２１    貫通孔、
２３    レーザ切断用ガスノズル、
２４    シャッター、
３０    ジョイント、
３２    ガス挿入口、
４０    保護レンズ、
５０    ハーフミラー、
７０    型、
８０    モータ（回転手段）、
Ｌ    レーザビーム、
Ｗ    被加工部材。
【図１】
2007038352.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007038352.tif 000005
【図４】
2007038352.tif 000006
【図５】
2007038352.tif 000007
【図６】
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