JP2006192443A - 角筒絞り加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 直辺部とコーナー部の面圧差を用いて定量的に金型当り調整を行い、しわの発生やコーナーダイＲ部の破断を抑制した角筒絞り加工方法を提供する。
【解決手段】 四角形薄板からなるブランクの周辺部をブランクホルダーによって保持した状態で前記ブランクの中央部に四角形状断面の筒状体に絞り成形する際、感圧紙を用いて試し打ちをしたときに、当該圧を付加された感圧紙の濃淡変化から四角形状断面筒状体の直辺部及びコーナー部のブランクホルダーとダイとの間の面圧を測定し、直辺部の面圧をコーナー部の面圧よりも高くなるように当り調整された金型を用いる。
面圧差の調整は、ブランクホルダーとそれを押圧するバックアッププレートとの間に挿入されるシム板の板厚の調整により行われることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、四角形薄板の金属板、特にステンレス鋼板を絞り加工することにより角筒状容器を製造する際に、しわの発生やコーナーダイＲ部の破断を抑制した角筒絞り加工方法に関する。

円筒絞り加工では縮みフランジ変形を起しているので、加工後のフランジ部はダイＲからフランジ先端まで肉厚が次第に厚くなっている。さらに、しわ押さえ力は、最も厚いフランジ外周に加わっているため、ダイＲ付近のしわ押さえ面には隙間が形成されることとなり、このためにダイＲ近傍にフランジしわが発生しやすくなっている。特に加工硬化されやすいステンレス鋼板を素材とした場合、しわが発生すると除去が難しいためにしわが発生しないように金型調整が厳密に行われている。一般的には、しわ押さえ面の外周を逃がして絞り加工するために、ダイ又はブランクホルダーの裏側にシム板を挿入することにより金型当りを調整している。

角筒絞り加工では、直辺部の曲げ加工とコーナー部の絞り変形のため、全体として変形様式が異なる。また、コーナー部は縮み変形での肉厚増加が生じるため、直辺部よりもコーナー部の方がフランジの変形抵抗が大きくなる。
そこで、一般的にはコーナー部の材料流入をしやすくするために、直辺部よりもコーナー部の金型当りを弱くして絞り加工することが良いとされている。

直辺部よりもコーナー部の金型当りを弱くするために、ダイ又はブランクホルダーの裏側に挿入するシム板の厚さを、直辺部よりもコーナー部に挿入する方のシム板を薄くすることが非特許文献１で提案されている。
また、同じ目的で、ブランクホルダーのコーナー部を砥石により研磨することが非特許文献２で提案されている。
福岡正雄、他２，"プレス技術"，第10巻4号(1972)，103 太田哲，"プレス技術"，第35巻5号(1997)，95

ところで、製造現場での金型当りの調整は、ダイ面に塗布された光明丹のしわ押さえ面への転写状況や、ダイ面としわ押さえ面の間に介装された感圧紙の変色状態を知ることにより行われている。
このような当り取りの作業は、プレス加工の経験が豊富な熟練者であれば、少ない調整回数で容易に行える。しかしながら、通常の作業者であれば、試行錯誤の調整を行う場合が多く、金型当りの調整に時間がかかって生産性を悪くしている。

さらに、金型調整後に行った試し打ちで得られた光明丹のつき具合や感圧紙の変色状態を判断する定量的な評価基準がないために、常に感と経験に頼っている。このため、角筒絞り加工における金型当り調整作業は、定性的な判断による対応にならざるを得ず、個人的な差が生じている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、直辺部とコーナー部の面圧差を用いて定量的に金型当り調整を行い、しわの発生やコーナーダイＲ部の破断を抑制した角筒絞り加工方法を提供することを目的とする。

本発明の角筒絞り加工方法は、その目的を達成するため、四角形薄板からなるブランクの周辺部をブランクホルダーによって保持した状態で前記ブランクの中央部に四角形状断面の筒状体に絞り成形する際、感圧紙を用いて試し打ちをしたときに、当該圧を付加された感圧紙の濃淡変化から四角形状断面筒状体の直辺部及びコーナー部のブランクホルダーとダイとの間の面圧を測定し、直辺部の面圧をコーナー部の面圧よりも高くなるように当り調整された金型を用いることを特徴とする。
面圧差の調整は、ブランクホルダーとそれを押圧するバックアッププレートとの間に挿入されるシム板の板厚の調整により行われることが好ましい。

本発明では、金型の当り調整が、汎用的な感圧紙とその感圧紙の濃淡変化を汎用の測定器具の使用による面圧の測定値により調整される。したがって、金型の当り調整が、定量的な面圧測定値によりなされることになるので、個人差による影響が少なくなるばかりでなく、調整時間の短縮化が図られ、全体として形状精度に優れた角筒絞り加工品が生産性良く製造できることになる。

ところで、通常金型メーカーから受け取った絞り金型は、加工先で使用されるプレス機械が特定できないので、型当り調整は行われていない。各加工先でプレス機械や被加工材等に合せて型当り調整されている。加工形状や鋼種によっては型当り調整なしでも絞り加工可能な品物もあるが、特に加工硬化やフランジ部の増肉が大きくなるオーステナイト系ステンレス鋼板を絞り加工する際には型当りの調整を行うことが必須となっている。
型当りが全面若しくは外当りとなっていると、フランジの流入抵抗が増大するために加工割れが発生しやすくなる。フランジ流入抵抗を小さくするためは、内当りで絞り加工することが必要となる。このために、ブランクホルダーとそれを押圧するバックアッププレートとの間にシム板を挿入している。

角筒絞り加工では、直辺部の曲げ加工とコーナー部の絞り変形のため、全体として変形様式が異なる。前記したように、コーナー部は縮み変形での肉厚増加が生じるため、フランジ部の変形抵抗は直辺部よりもコーナー部の方が大きくなるばかりでなく、コーナー部の材料の流入抵抗も大きくなる。コーナー部の材料流入を促進させるために、直辺部よりも材料を入りやすくする必要がある。
金型の初期状態（型当り状態）にもよるが、全面が均一に当たっている場合に金型の直辺部にシム板を挿入するとコーナー部に隙間が生じる。この隙間の形成により、コーナー部のフランジ材料が引き込まれやすくなり、加工割れを防ぐことができるようになる。しかし、隙間を大きくしすぎるとしわが発生しやすくなる。

このように、角筒絞りでの型当りは、シム板の挿入により調整可能である。しかしながら、金型の初期状態が個々に異なるため、挿入するシム板の配置や厚みを定量化することは困難である。
そこで、本発明は、角筒絞り加工する際、シム板の板厚調整による直辺部とコーナー部の型当りを面圧差として定量化し、金型の初期状態に拘わらず、また個人差による影響を少なくして形状精度に優れた角筒絞り加工品を生産性良く製造しようとするものである。
以下に、本発明をより詳しく説明する。

角筒絞り加工方法には、通常図１に示されるような、プレス機に取り付けられた上型と下型からなる金型を備えた装置が使用される。金型は、プレス機のスライドに取り付けられた上ホルダー１とプレート２，ダイ３及びノックアウト機構４が組み込まれた上型５と、プレス機のボルスター６に固定された下ホルダー７，パンチ８及びブランクホルダー９とバックアッププレート１０，クッションピン１１が組み合わされた下型１２から構成されている。
本発明方法にも、基本的には上記のような従来から使用されている角筒絞り加工装置が用いられる。

図１に示す金型装置を用いて金型当りを調整する方法について説明する。
金型当りの調整には、例えば厚さを５０μｍに調整したステンレス鋼の薄板のハード材をシム板Ｓとして用いる。シム板Ｓは、上型５のダイ３とプレート２の間か下型１２のブランクホルダー９とバックアッププレート１０の間に挿入されるが、プレス現場での金型の組み替えをスムーズに行うことを前提に考えると、下型１２のブランクホルダー９とバックアッププレート１０の間に挿入されることが好ましい。

前記従来技術の説明の項に記載したように、絞り加工での縮み変形によりフランジ部の板厚増加により、フランジ外周にしわ押さえ力が加わってダイＲ近傍に隙間が生じ、その結果としてフランジのダイＲ近傍にしわが発生しやすい。そこで、前記隙間の形成を抑制する意味で、シム板は、ダイＲよりも少し大きめの幅のものを、パンチに近接して配置することが好ましい。

シム板挿入後、ブランクの形状に切り抜いた、市販の感圧紙をブランクホルダー上に載置し、プレス加工による試し打ちを行う。
プレス加工による試し打ちを行った後に、ブランクホルダー上の感圧紙を取り出す。平らなところで市販の面圧測定工具を用いて前記感圧紙の色が変化している部分の面圧を測定する。具体的には、シム板が配置された直辺部とコーナー部の面圧を測定し、両者の面圧差と、その後実際に絞り成形したときの角筒絞り成形体のしわや割れの発生状況とを対比する。そして、シム板の厚さを種々変え、角筒絞り成形体にしわや割れが発生していないときの、面圧差の適正範囲として設定する。

型調整により面圧差を大きくした方が、成形可能領域での成形不良品の発生頻度を減らす傾向にある。面圧差が小さいと加工割れの発生頻度が高く、面圧差が大きくなりすぎるとしわが発生しやすくなる。鋼種や成形品形状に応じて加工に適した面圧差があるので、それぞれに応じて、適切な面圧差を予め求める必要がある。
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を素材とし、長辺１９０ｍｍ×短辺９０ｍｍ×深さ９０ｍｍで、コーナーＲ４０の角絞り成形品を得る場合には、５〜７ＭＰａの面圧差とすることが好ましい。

実際に板厚０．７ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を素材として角筒絞り成形品を製造した例について説明する。
３１０ｍｍ×２９５ｍｍの切板を多角形にコーナーカットしたブランクを使用した。
角筒絞り形状は、長辺が１９０ｍｍ，短辺が９０ｍｍでコーナーＲが４０Ｒの長円形とした。用いた金型装置は、図１に示したものと同型で、金型のパンチＲは１５ｍｍ，ダイＲは１０ｍｍとした。プレス機械は８０トンの油圧プレスで、潤滑油として水性のものを使用し、しわ押さえ力を５０トンまでの範囲内で変え、絞り加工後の製品高さを９０ｍｍとした。

図１に示す金型装置において、ブランクホルダー９とバックアッププレート１０間に挿入するシム板Ｓの厚さを１０〜１００μｍの間で種々変化させたときの直辺部とコーナー部の面圧分布を測定するとともに、その条件で絞り成形したときの角筒絞り成形品の外観観察を行った。
なお、面圧分布は、感圧紙として富士写真フィルム社製の「プレスケール」（登録商標）を使用し、面圧測定工具として富士写真フィルム社製のプレスケール専用濃度計を用いて行った。また、角筒絞り成形品の外観観察は目視で行った。

そして、シム板の厚さと直辺部及びコーナー部の面圧分布の関係を図２に、シム板の厚さと角筒絞り成形品の外観状態の関係を図３に示す。
図１に示す結果から、シム板の厚さが１０〜２０μｍの範囲内では直辺部とコーナー部の面圧差が５〜７ＭＰａであるのに対して、５０〜１００μｍの範囲にすると直辺部とコーナー部の面圧差が殆どなくなることがわかる。
また、図２に示す結果から、シム板の厚さが１０〜２０μｍの範囲内では広い範囲のしわ押さえ力でしわを発生させることなく角筒絞り成形品を得ることができている。これに対して、シム板の厚さを５０〜１００μｍの範囲にすると、しわが発生しやすくなったり、割れが発生しやすくなったりしている。

図３に示す結果は、実生産レベルでの量産安定の目安となる、成形可能範囲を示すことにもなっている。すなわち、成形可能な領域が広いほど、材料のバラツキやプレス条件に変化が生じても、しわや割れ等の不具合の発生が少なく、絞り加工性に優れることを意味している。
図２及び３の結果を総合すると、シム板の厚さが１０〜２０μｍでは面圧差が５〜７ＭＰａになって、成形可能な条件幅が広くなって絞り成形しやすくなることがわかる。
言い換えると、シム板の利用により適切な面圧差を持つように当りが調整された金型を用いて角筒絞り加工を行うと、しわや加工割れのない絞り成形品が容易に得られるとも言える。

金型装置を示す概略図 シム板の厚さと直辺部及びコーナー部の面圧分布の関係を示す図 シム板の厚さと角筒絞り成形品の外観状態の関係を示す図

符号の説明

１：上ホルダー ２：プレート ３：ダイ ４：ノックアウト機構 ５：上型
６：ボルスター ７：下ホルダー ８：パンチ ９：ブランクホルダー
１０：バックアッププレート １１：クッションピン １２：下型
Ｓ：シム板

Claims (2)

1. 四角形薄板からなるブランクの周辺部をブランクホルダーによって保持した状態で前記ブランクの中央部に四角形状断面の筒状体に絞り成形する際、感圧紙を用いて試し打ちをしたときに、当該圧を付加された感圧紙の濃淡変化から四角形状断面筒状体の直辺部及びコーナー部のブランクホルダーとダイとの間の面圧を測定し、直辺部の面圧をコーナー部の面圧よりも高くなるように当り調整された金型を用いることを特徴とする角筒絞り加工方法。
2. 面圧差の調整が、ブランクホルダーとそれを押圧するバックアッププレートとの間に挿入されるシム板の板厚の調整により行われる請求項１に記載の角筒絞り加工方法。

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