JP2014050857A - 温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供する。
【解決手段】温間絞り成形装置は、アルミニウム板材からなるブランク材Bを、ダイ12とブランクホルダ13とで支持して、ダイ12にパンチ14を近づけることによってブランク材Bを絞り成形する。ダイ12とブランクホルダ13とには、絞り成形時にブランク材Bの流入量を調整する絞りビード12a、13aが形成されている。ダイ12とブランクホルダ13とは、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bに対しては、ダイ12とブランクホルダ13との一方がブランク材Bに接触する部分では、その裏面に他方が接触しないように凸部12b、13bと凹部12c、13cが形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】温間絞り成形装置は、アルミニウム板材からなるブランク材Bを、ダイ12とブランクホルダ13とで支持して、ダイ12にパンチ14を近づけることによってブランク材Bを絞り成形する。ダイ12とブランクホルダ13とには、絞り成形時にブランク材Bの流入量を調整する絞りビード12a、13aが形成されている。ダイ12とブランクホルダ13とは、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bに対しては、ダイ12とブランクホルダ13との一方がブランク材Bに接触する部分では、その裏面に他方が接触しないように凸部12b、13bと凹部12c、13cが形成されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法に関し、詳しくは、金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法に関する。
近年、自動車などでは、燃費削減のために車体の軽量化が進められている。その一つとして、従来、軟鋼板等が用いられていた自動車のボディシートに、より軽量なアルミニウム板の成形パネルを採用する試みがなされている。しかし、アルミニウム板は、軟鋼板と比べると成形性が劣り、自動車ボディシートの中でも複雑な形状を有する部位や深い側壁を有する部位を成形することは困難だった。
アルミニウム板などの金属板を成形する方法として、温間成形によるプレス絞り成形が開発されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、ダイスおよびブランクホルダの表面温度を180℃以上300℃以下にし、かつポンチの表面温度をダイスやブランクホルダの表面温度よりも20℃〜250℃低くして、ダイスやブランクホルダ、ポンチとブランク材を接触させることにより、ブランク材を加熱している。
特許文献1に記載の温間成形では、ブランク材を短時間で均一に加熱するために、ブランク材の絞り成形するフランジ部全域にダイスとブランクホルダとを両面側から面接触させて、ダイスとブランクホルダからブランク材に熱を伝えている。また、フランジ部全体をダイスとブランクホルダとで挟持することによる摩擦抵抗によってしわ押え荷重を得ており、プレス成形時のしわ、スプリングバックといった形状不良を抑制している。
ダイス及びブランクホルダとブランク材との摩擦抵抗は、ダイス及びブランクホルダの平坦度や潤滑油塗布のムラなどに起因するばらつきが大きく、管理が難しい。このため、通常の冷間用プレス金型では、製品形状の外周に絞りビードと称する凹凸が設けられて、この絞りビードにおいて挟圧してブランク材の流入量を調整する場合がある。そして、絞りビードより外縁側においては、ブランクホルダに勾配を設けて、ブランク材とブランクホルダとを接触させず、摩擦抵抗を小さくするものが提案されている(例えば特許文献2参照)。
ここで、温間成形において、特許文献2に記載のように、ブランクホルダに勾配を設けてダイスとブランクホルダとのクリアランスを大きくすると、金型とブランク材の摩擦抵抗を小さくすることができるものの、ダイスとブランクホルダによってブランク材を効果的に加熱することができなくなってしまう。
本発明は、ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係る温間絞り成形装置は、
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成され、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持することなく該絞りビードにおいて前記ブランク材を挟圧して支持する金型と、
前記金型に対して相対的に近づくことにより前記ブランク材をプレスするパンチと、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
ここで、「金属板」は、例えば、純アルミニウム板や、アルミニウムを主成分とする合金板、鋼板、銅板など種々のものを用いることができる。
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成され、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持することなく該絞りビードにおいて前記ブランク材を挟圧して支持する金型と、
前記金型に対して相対的に近づくことにより前記ブランク材をプレスするパンチと、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
ここで、「金属板」は、例えば、純アルミニウム板や、アルミニウムを主成分とする合金板、鋼板、銅板など種々のものを用いることができる。
前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱手段は、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱するものでもよい。
前記加熱手段は、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱するものでもよい。
また、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されてもよい。
また、前記金型は、前記ブランク材を支持するときに、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられてもよい。
また、前記加熱手段は、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付けてもよい。
また、前記ブランク材としてアルミニウム板を用いてもよい。
ここで、「アルミニウム板」は、純アルミニウムだけではなく、アルミニウムを主成分とする合金板を含むものとする。
ここで、「アルミニウム板」は、純アルミニウムだけではなく、アルミニウムを主成分とする合金板を含むものとする。
本発明の第2の観点に係る温間絞り成形方法は、
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形方法であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成された金型に対して、該絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持されることなく該絞りビードにおいて前記ブランク材が挟圧されるように前記ブランク材を配置する工程と、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する工程と、
パンチを前記金型に相対的に近づけて前記ブランク材をプレスする工程と、
を含むことを特徴とする。
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形方法であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成された金型に対して、該絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持されることなく該絞りビードにおいて前記ブランク材が挟圧されるように前記ブランク材を配置する工程と、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する工程と、
パンチを前記金型に相対的に近づけて前記ブランク材をプレスする工程と、
を含むことを特徴とする。
前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱してもよい。
前記加熱する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱してもよい。
また、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されてもよい。
前記金型に前記ブランク材を配置する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけてもよい。
また、前記加熱する工程では、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付けてもよい。
また、前記ブランク材としてアルミニウム板を用いてもよい。
本発明によれば、ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る温間絞り成形装置10の構成を模式的に示す図である。温間絞り成形装置10は、図1に示すように、ダイ12とブランクホルダ13からなる金型11と、パンチ14と、潤滑剤塗布機構15と、制御部16とを備える。この温間絞り成形装置10では、潤滑塗布機構15によって例えばアルミニウム板からなるブランク材Bの表面に潤滑剤を塗布し、ダイ12とブランクホルダ13とによってブランク材Bの一部を狭持した状態で、ダイ12とパンチ14を近づけることによってブランク材Bをプレスして絞り加工する。制御部16は、例えば周知のコンピュータで構成することができ、装置全体を制御する。
ダイ12、ブランクホルダ13、パンチ14のそれぞれには、ヒータ17が設けられている。制御部16は、ヒータ17を制御してダイ12、ブランクホルダ13、パンチ14の温度を制御し、ダイ12、ブランクホルダ13、パンチ14を介してブランク材Bを加熱する。
ダイ12とブランクホルダ13とのそれぞれには、図2に示すように、絞りビード12a、13aが形成されている。絞りビード12a、13aは、ダイ12に形成された凸部12aと、この凸部12aに対応してブランクホルダ13に形成された凹部13aとで構成されている。ブランク材Bがダイ12とブランクホルダ13とに挟持されると、絞りビード12a、13aにおいてブランク材Bが挟圧され、ブランク材Bが塑性変形する。これにより、ブランク材Bに絞り加工を施したときにブランク材Bが流入する流入量を調整することができ、しわやスプリングバックといった形状不良が生じるのを抑制することができる。なお、絞りビードは、ブランク材Bを挟圧して絞り成形時にブランク材Bが流入する流入量を調整することができれば形状は任意であり、例えば、ダイ12に凹部が形成されるとともにブランクホルダ13に凸部が形成されてもよいし、対となる凸部と凹部とがダイ12とブランクホルダ13とに複数形成されてもよい。
本実施形態では、図2や図3に示すように、ダイ12とブランクホルダ13とのそれぞれには、絞りビード12a、13aより外縁側に、ブランク材Bに接触する凸部12b、13bと、ブランク材Bに接触しない凹部12c、13cとが交互に形成されている。このダイ12とブランクホルダ13の凸部12b、13bと凹部12c、13cとは、ダイ12とブランクホルダ13の一方が凸部12b、13bとなる部分では、他方が凹部12c、13cとなるように形成されている。つまり、ダイ12とブランクホルダ13とは、絞りビード12a、13aより外縁側では、ブランク材Bの両面をダイ12とブランクホルダ13の双方で挟持することがないように、ダイ12とブランクホルダ13の一方がブランク材Bに接触する部分では、その裏面に他方が接触しないように構成されている。
また、図3に示すように、ダイ12とブランクホルダ13のそれぞれには、ダイ12またはブランクホルダ13の凸部12b、13bがブランク材Bに接触する部分の周りには、ダイ12とブランクホルダ13の双方がブランク材Bに接触しない部分を有するように、それぞれが凹部12c、13cとなる部分が形成されている。換言すれば、ダイ12とブランクホルダ13の一方の凸部12b(13b)は、他方の隣り合う凸部13b(12b)同士を結ぶ線分の内側に位置するように構成されている。例えば図3に示す例では、ダイ12の凸部12b(Wb1)は、ブランクホルダ13の凸部13b同士を結ぶ線分Wc2の内側に位置し、ブランクホルダ13の凸部13b(Wb2)は、ダイ12の凸部12b同士を結ぶ線分Wc1の内側に位置している。
本実施形態の温間絞り成形装置10では、ブランク材Bの絞りビード12a、13aより外縁側は、ダイ12とブランクホルダ13との一方が接する部分では他方が接しないように構成されているので、ブランク材Bと金型11との摩擦抵抗を小さくすることができるとともに、ブランク材Bと接する凸部12b、13bから熱を伝えて絞りビード12a、13aより外縁側を加熱することができる。したがって、こうした構成により、ブランク材Bの成形限界を向上させることができる。しかも、本実施形態では、ダイ12とブランクホルダ13の一方の凸部12b、13bがブランク材Bに接触する部分の周りに、ダイ12とブランクホルダ13の双方がブランク材Bに接触しない部分を有するように形成されているので、ブランク材Bを塑性変形させることなく、ダイ12及びブランクホルダ13とブランク材Bとの接触面圧を大きくすることができ、ダイ12やブランクホルダ13からブランク材Bに効果的に熱を伝えて、ブランク材Bを短い時間で加熱することができる。例えば、ダイ12とブランクホルダ13とでブランク材Bを支持するときには、ブランク材Bを塑性変形させない範囲で、ダイ12の凸部12bとブランクホルダ13の凸部13bとのクリアランス(距離)がブランク材Bの厚さよりも小さい距離まで近づけられてもよい。また、ダイ12とブランクホルダ13の双方がブランク材Bに接触しない部分が十分に確保されている場合には、ブランク材Bを塑性変形させない範囲で、ダイ12の凸部12bとブランクホルダ13の凸部13bとのクリアランスがマイナスとなる(ダイ12とブランクホルダ13の凸部12b、13bが他方の凹部13c、12cに進入する)まで、ダイ12とブランクホルダ13とが近づけられてもよい。
ここで、凸部12b、13bと凹部12c、13cとの割合は、凸部12b、13bが占める割合が大きいほどブランク材Bに効果的に熱を加えることができるものの、ブランク材Bと金型11との摩擦抵抗が大きくなるので、実験などにより所望の凸部12b、13bの割合を得ればよい。また、凸部12b、13bと凹部12c、13cとの間隔も同様に、実験などにより所望の凸部12b、13bの間隔に決定すればよい。さらに、凸部12b、13bと凹部12c、13cとのそれぞれは、所定の方向に長く形成されて短手方向に凸部12b、13bと凹部12c、13cとが交互に形成されてもよいし、凸部12b、13bが格子状に配置されるように凸部12b、13bと凹部12c、13cとが形成されてもよい。
この発明は、上記実施形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態の温間絞り成形装置10では、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bを加熱する方法として、ダイ12及びブランクホルダ13に形成された凸部12b、13bからブランク材Bに熱が伝達されるものとしたが、これに代えて、または加えて、図4に示すように、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bに対して、所定の温度に加熱された気体を吹き付ける送風機18を備えてもよい。図4に示す例では、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bに対して、ブランクホルダ113が非接触とされてダイ112とブランクホルダ113とで挟持しないように構成されており、ブランク材Bとブランクホルダ113との隙間に送風機18から加熱された気体が吹き込まれて、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bが加熱される。こうした場合にも、上述した実施形態の温間絞り成形装置10と同様に、絞りビード12a、13aより外縁側のブランク材Bを加熱することができるとともに金型11とブランク材Bとの摩擦抵抗を小さくすることができ、ブランク材Bの成形限界を向上させることができる。
こうした送風機18は、絞りビード12a、13aより外縁側において、ブランク材Bとダイ112とが非接触として、ブランク材Bとダイ112との隙間に加熱した気体を送付するようにしたり、図2や図3に示すように、ダイ12とブランクホルダ13とに凸部12b、13bと凹部12c、13cとが形成されている場合に、凹部12c、13cに加熱した気体を送付するようにしてもよい。
上述した実施形態では、金型11やパンチ14にヒータ17が内蔵されるものとしたが、例えば金型11やパンチ14の内側に高温の油を循環させて金型11やパンチ14を加熱してもよい。ブランク材Bの加熱温度は、ブランク材Bであるアルミニウム板の強度が低下する温度であればよく、例えば150℃以上の温度とすることができる。金型11によってブランク材Bを短時間で加熱する場合には、金型11の温度はブランク材Bの目標到達温度に対して10〜50℃程度高い温度に設定するのが好ましい。また、潤滑剤の性能が劣化してブランク材Bが金型11に凝着するのを防止するために、例えば300℃以下の温度とすることが好ましい。
また、ブランク材Bを加熱するヒータ17は、金型11におけるダイ12とブランクホルダ13との一方にだけ設けられ、ダイ12とブランクホルダ13の一方を介して絞りビード12a、13aより外縁側が加熱されるものとしてもよい。さらに、ブランク材Bによっては、パンチ14を加熱しない又はパンチ14を冷却することによってブランク材Bの成形限界を向上させることができる。このため、パンチ14には、ヒータ17が設けられていなくてもよいし、ヒータ17に代えて、または加えて、パンチ14を冷却する機構が設けられていてもよい。
ブランク材Bとして用いるアルミニウム板材の材質は、JIS1000系、2000系、3000系、5000系、6000系及び7000系のアルミニウム合金が適用できる。こうしたアルミニウム板であれば、上述した条件でプレス成形を行うことができるが、材質に応じてヒータ17による加熱温度などの条件を変更してもよい。ブランク材Bの形状は、製造品の形状などに基づいて適宜定めたものを用いればよく、例えば、板厚が0.6mm〜2.5mmのものを用いることができる。なお、板厚が0.6mm未満であったり、2.5mmより大きいアルミニウム板材は、自動車ボディシート材としてあまり用いられていない。また、上記した実施形態では、ブランク材Bとしてアルミニウム板材を用いるものとしたが、鋼板や銅板など種々の金属板をブランク材Bとして用いてもよい。この場合にも、材質に応じてブランク材Bの加熱条件の温度などを変更してもよい。
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明は上記実施の形態や実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更(構成要素の削除等を含む)をなし得ることはいうまでもない。
10 温間絞り成形装置
11 金型
12 ダイ
13 ブランクホルダ
12a、13a 絞りビード
12b、13b 凸部
12c、13c 凹部
14 パンチ
15 潤滑剤塗布機構
16 制御部
17 ヒータ
18 送風機
112 ダイ
113 ブランクホルダ
B ブランク材
11 金型
12 ダイ
13 ブランクホルダ
12a、13a 絞りビード
12b、13b 凸部
12c、13c 凹部
14 パンチ
15 潤滑剤塗布機構
16 制御部
17 ヒータ
18 送風機
112 ダイ
113 ブランクホルダ
B ブランク材
Claims (12)
- 金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成され、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持することなく該絞りビードにおいて前記ブランク材を挟圧して支持する金型と、
前記金型に対して相対的に近づくことにより前記ブランク材をプレスするパンチと、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする温間絞り成形装置。 - 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱手段は、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱する、
ことを特徴とする請求項1に記載の温間絞り成形装置。 - 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の温間絞り成形装置。 - 前記金型は、前記ブランク材を支持するときに、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられる、
ことを特徴とする請求項3に記載の温間絞り成形装置。 - 前記加熱手段は、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付ける、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の温間絞り成形装置。 - 前記ブランク材としてアルミニウム板を用いる、
ことを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の温間絞り成形装置。 - 金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形方法であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成された金型に対して、該絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持されることなく該絞りビードにおいて前記ブランク材が挟圧されるように前記ブランク材を配置する工程と、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する工程と、
パンチを前記金型に相対的に近づけて前記ブランク材をプレスする工程と、
を含むことを特徴とする温間絞り成形方法。 - 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱する、
ことを特徴とする請求項7に記載の温間絞り成形方法。 - 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成される、
ことを特徴とする請求項8に記載の温間絞り成形方法。 - 前記金型に前記ブランク材を配置する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられる、
ことを特徴とする請求項9に記載の温間絞り成形方法。 - 前記加熱する工程では、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付ける、
ことを特徴とする請求項7から10の何れか1項に記載の温間絞り成形方法。 - 前記ブランク材としてアルミニウム板を用いる、
ことを特徴とする請求項7から11の何れか1項に記載の温間絞り成形方法。
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