JP2016002590A - 曲げ金型 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工後に後加工を施すことなく被加工物の真円度を確保する曲げ金型を提供する。【解決手段】凸曲面を有する上金型３と凹曲面を有する下金型２からなる曲げ金型１であって、上金型は中央部上金型１３と該中央部上金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部上金型１４とで構成され、下金型は中央部下金型６と該中央部下金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部下金型７とで構成される分割構造となっており、端部上金型の凸曲面１６の中心側端部が中央部上金型の凸曲面１５の端部より後退し、端部下金型の凹曲面９の中心側端部が中央部下金型の凹曲面８の端部よりも後退した構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、上下一対の金型を用いて金属製の板材を加圧し、曲げ加工を行う為の曲げ金型に関するものである。

金属製の板材の曲げ加工方法として、複数本のロール間に板材を挿通させ曲げ加工を行うロール曲げ加工と、円弧状の圧接面を有する上下一対の金型により金属製板材を加圧しながら曲げ加工を行うプレス曲げ加工が一般に知られている。

この内、プレス曲げ加工を行う場合、圧接面が一様の曲率半径を有する上型と一様の曲率半径を有する下型間に板材を挾込み、加圧することで、板材の円弧状の曲げ加工を行っている。

然し乍ら、一様の曲率半径の圧接面を有する上下の金型により板材の曲げ加工を行った場合、スプリングバックにより板材の端部の曲率半径が板材の中央部の曲率半径よりも大きくなり、板材の真円度が悪くなるという問題があり、更に後工程の機械加工により板材の真円度を得る場合には、機械加工を行う余肉が必要となる等、材料費も時間も加工コストも掛っていた。

又、一度曲げ加工を行った後では加工形状の微調整ができない為、加工後の板材が公差外れの場合には、上下の金型を作り直す必要があった。

尚、特許文献１には、下型に板材を載置し、上型の支持部材に上型の一端を回転可能に支持させ、支持部材を下降させ、上型の一端側を板材の一側端に当接させ、更に支持部材を下降させることで上型が板材に当接した状態でヒンジを支点として揺動させ、板材の加圧点が下型の一端から他端に移動する様にして板材の曲げ加工を行う金属板の円弧状曲げ加工方法及びその装置が示されている。

特開２００５−３３４９１７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、曲げ加工後に後加工を施すことなく被加工物の真円度を確保する曲げ金型を提供するものである。

本発明は、凸曲面を有する上金型と凹曲面を有する下金型からなる曲げ金型であって、前記上金型は中央部上金型と該中央部上金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部上金型とで構成され、前記下金型は中央部下金型と該中央部下金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部下金型とで構成される分割構造となっており、前記端部上金型の凸曲面の中心側端部が前記中央部上金型の凸曲面の端部より後退し、前記端部下金型の凹曲面の中心側端部が前記中央部下金型の凹曲面の端部よりも後退した曲げ金型に係るものである。

又本発明は、前記中央部上金型と前記端部上金型の分割位置及び前記中央部下金型と前記端部下金型の分割位置は、それぞれ前記上金型及び前記下金型の曲げ加工に寄与しない範囲に含まれる曲げ金型に係り、又前記中央部上金型と前記端部上金型の凸曲面の曲率半径はそれぞれ個別に設定可能であると共に、前記中央部下金型と前記端部下金型の凹曲面の曲率半径はそれぞれ個別に設定可能であり、前記端部上金型は前記中央部上金型の凸曲面よりも曲率半径が小さく、前記端部下金型は前記中央部下金型の凹曲面よりも曲率半径が小さい曲げ金型に係るものである。

又本発明は、前記端部上金型及び前記端部下金型は、それぞれ高さ方向に位置調整可能である曲げ金型に係り、更に又前記端部上金型の凸曲面と前記端部下金型の凹曲面の少なくとも一方は、異なる曲率半径を有する複数の曲面で構成される複合曲面である曲げ金型に係るものである。

本発明によれば、凸曲面を有する上金型と凹曲面を有する下金型からなる曲げ金型であって、前記上金型は中央部上金型と該中央部上金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部上金型とで構成され、前記下金型は中央部下金型と該中央部下金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部下金型とで構成される分割構造となっており、前記端部上金型の凸曲面の中心側端部が前記中央部上金型の凸曲面の端部より後退し、前記端部下金型の凹曲面の中心側端部が前記中央部下金型の凹曲面の端部よりも後退したので、前記中央部上金型と端部上金型、及び前記中央部下金型と端部下金型の分割位置が、被加工物に対して前記上金型と前記下金型とで行われる曲げ加工に寄与するのを防止することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る曲げ金型の概略立断面図であり、（Ａ）は通常の状態、（Ｂ）は上金型及び下金型の高さ調整を行った状態を示している。 前記曲げ金型により曲げ加工を行った際の被加工物の応力分布を示す説明図であり、（Ａ）は曲げ加工を行う前の状態を示し、（Ｂ）は前記上金型を降下させ曲げ加工を開始した状態を示し、（Ｃ）は該上金型を完全に降下させた状態を示し、（Ｄ）は曲げ加工を終了し該上金型を上昇させた状態を示している。 本発明の実施例に係る曲げ金型の変形例を示す概略立断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１（Ａ）（Ｂ）に於いて、本発明の実施例に係る曲げ金型１について説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）中、２は下金型を示し、３は上金型を示し、４は前記下金型２上に載置された被加工物である金属板を示している。尚、該金属板４の幅は、後述する端部凹曲面９，９の外周側端部間の距離と略等しくなっている。

前記下金型２は下固定プレート５の上面に固定保持され、又前記下金型２は例えば点α（後述）の近傍で分割された３分割構造となっており、中央部下金型６と、該中央部下金型６の両側に密着して設けられ、金型中心ＣＬに対して対称な端部下金型７，７から構成されている。

前記中央部下金型６の上面には一様の曲率半径Ｒ１を有する中央部凹曲面８が形成され、前記端部下金型７の上面には一様の曲率半径Ｒ２を有する前記端部凹曲面９が形成されており、前記中央部凹曲面８の両端部と前記端部凹曲面９の中心側端部はそれぞれＲ面取りされている。前記中央部凹曲面８と前記端部凹曲面９の曲率半径Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ個別に設定される様になっており、前記中央部凹曲面８は真円となる様曲率半径Ｒ１が設定され、前記端部凹曲面９の曲率半径Ｒ２は前記中央部凹曲面８の曲率半径Ｒ１よりも小さくなっている。

又、前記端部凹曲面９の中心側端部が、前記中央部凹曲面８の端部よりも後退した位置となる様、即ち前記端部凹曲面９の曲率中心Ｃ２が前記中央部凹曲面８の曲率中心Ｃ１よりも下方にρだけ変位した位置となる様前記中央部下金型６と前記端部下金型７とが配置される。尚、図１（Ａ）中では、曲率半径Ｒ１，Ｒ２の曲率中心Ｃ１，Ｃ２が、共に金型中心ＣＬ上に位置しているが、前記中央部凹曲面８と前記端部凹曲面９とは、曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ１よりも小さく、且つ曲率中心Ｃ２が曲率中心Ｃ１よりもρだけ下方に変位していればよい。従って、曲率半径Ｒ２，Ｒ２の曲率中心Ｃ２，Ｃ２は位置が一致している必要はなく、例えば金型中心ＣＬに対して対称な位置に曲率中心Ｃ２，Ｃ２がそれぞれ存在する様曲率中心Ｃ２，Ｃ２を設定してもよい。

前記端部下金型７と前記下固定プレート５との間には、高さ調整手段であるシム１１が挿入可能となっており、該シム１１を挿入することで前記端部下金型７の高さ方向の位置調整が可能となっている。尚、該端部下金型７の高さが調整される範囲は、前記端部凹曲面９の中心側端部が前記中央部凹曲面８の端部の高さを超えない範囲で所定、例えば０−３ｍｍ程度の調整が可能となっている。

前記上金型３は上固定プレート１２の下面に固定保持され、該上固定プレート１２を介して図示しないプレス機等の加圧装置により、前記上金型３が降下、上昇される。又、前記上金型３は例えば前記点α（後述）の近傍で分割された３分割構造となっており、中央部上金型１３と、該中央部上金型１３の両側に密着して設けられ、前記金型中心ＣＬに対して対称な端部上金型１４，１４から構成されている。

前記中央部上金型１３の下面には一様の曲率半径Ｒ３を有し、端部がＲ面取りされた中央部凸曲面１５が形成されている。前記端部上金型１４の下面は、例えば異なる曲率半径Ｒ４，Ｒ５を有する２種類の曲面で構成され、曲率半径Ｒ４を有し中心側端部がＲ面取りされた中央側の端部凸曲面１６ａと、曲率半径Ｒ５を有する端側の端部凸曲面１６ｂとを有している。前記端部凸曲面１６ａと前記端部凸曲面１６ｂとが、該端部凸曲面１６ｂの最内端の荷重点である点βの中央側近傍を境に連続することで、複合端部凸曲面１６が形成されている。尚、点αは前記中央部凹曲面８と前記中央部凸曲面１５の最外端の荷重点を示しており、前記中央部下金型６と前記端部下金型７との分割地点、前記中央部上金型１３と前記端部上金型１４との分割位置は、点αよりもＲ面取り分だけ外側にずれた位置となっている。

尚、前記中央部凸曲面１５と前記複合端部凸曲面１６の曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ４，Ｒ５は、前記下金型２と同様、それぞれ個別に設定される様になっており、前記中央部凸曲面１５は真円となる様曲率半径Ｒ３が設定され、前記端部凸曲面１６ｂの曲率半径Ｒ５は前記中央部凸曲面１５の曲率半径Ｒ３よりも小さくなる様設定され、前記端部凸曲面１６ａの曲率半径Ｒ４は前記端部凸曲面１６ｂの曲率半径Ｒ５よりも小さくなる様設定される。

前記中央部凸曲面１５の曲率中心Ｃ３は金型中心ＣＬ上に位置し、前記端部凸曲面１６ｂの曲率中心Ｃ５は前記曲率中心Ｃ３よりもεだけ下方に変位した位置となっている。又、前記端部凸曲面１６ａの曲率中心Ｃ４は前記曲率中心Ｃ５よりもγだけ下方に変位し、且つ金型中心ＣＬから外側にσだけ離反した位置となっている。従って、前記上金型３は、前記複合端部凸曲面１６の中心側端部が、前記中央部凸曲面１５の端部よりも後退した位置となる様になっている。

前記複合端部凸曲面１６と前記上固定プレート１２との間には、所定枚数（図１（Ａ）中では３枚）の高さ調整手段であるシム１７が予め挿入されており、該シム１７を抜脱することで前記端部上金型１４の高さ方向の位置調整が可能となっている。

尚、本実施例では前記シム１１と前記シム１７は等しい厚みを有し、前記シム１７を１枚抜脱する場合は、図１（Ｂ）に示される様に前記シム１１を１枚挿入する等、該シム１１，１７は同量ずつ挿入、抜脱される。従って、前記端部凹曲面９と前記複合端部凸曲面１６との間の距離は、前記端部下金型７及び前記端部上金型１４の高さの調整量に拘らず、常に一定となる。尚、前記シム１１或は前記シム１７の一方を挿入、抜脱する様にしてもよい。

又、上記では前記シム１１，１７を用いて高さを調整しているが、前記端部下金型７，７及び前記端部上金型１４，１４を油圧シリンダ等を用いて高さ方向の位置調整を行ってもよい。

次に、図２（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、前記曲げ金型１を用いて前記金属板４に曲げ加工を行う場合について説明する。尚、図２（Ａ）〜（Ｄ）は、曲げ加工に於ける各工程の前記曲げ金型１と前記金属板４との関係、及び該金属板４の応力分布を示している。

図２（Ａ）は前記曲げ金型１により前記金属板４の曲げ加工を行う直前の状態を示している。該金属板４の重量は前記端部凹曲面９の外周側端部に支持されており、この状態では該金属板４に応力は発生していない。

前記上金型３を降下させると、先ず前記中央部凸曲面１５の中心部が前記金属板４の上面と接触し、該金属板４を下方に屈曲させる。この状態から更に前記上金型３を降下させると、前記金属板４は両端支持の状態で中心部に荷重が作用し、該金属板４が更に屈曲される。該金属板４の屈曲が進行すると、該金属板４に作用する荷重点は中心から端部に向って移動する。従って、該金属板４の上面が前記中央部凸曲面１５の中心部から端部に向って徐々に離反し、端部、即ち前記中央部凸曲面１５の最外端の荷重点である点αの部分とのみ接触する状態となる。この状態では、前記金属板４の下面中央部が前記中央部凹曲面８の中心部と接触し、又前記金属板４の上面が前記複合端部凸曲面１６の中途部、即ち前記端部凸曲面１６ｂの中心側端部と接触し、図２（Ｂ）に示される状態となる。

この状態では、前記金属板４上面の中央部に負の応力（圧縮応力）が集中し、該金属板４下面の中央部に正の応力（引張り応力）が集中しており、主に前記金属板４の中央部が屈曲されているのが分る。

図２（Ｂ）の状態から前記上金型３を更に降下させると、前記金属板４に作用する荷重点は該金属板４の両端及び前記中央部上金型１３の点α、前記端部上金型１４の点βとなり、前記中央部凸曲面１５が端部から中心部に向って前記金属板４の上面に徐々に接触すると共に、前記中央部凹曲面８が中心部から端部に向って前記金属板４の下面に徐々に接触していく。

又、該金属板４は、前記上金型３の降下に伴い、前記中央部凸曲面１５の端部である点αの部分を支点とし、点βを荷重点として前記端部凹曲面９との接触により下方に屈曲される。前記金属板４の上面が前記端部凸曲面１６ｂの点βから外周側端部に向って徐々に接触すると共に、前記金属板４の下面が前記端部凹曲面９の外周側端部から中心側端部に向って徐々に接触していき、前記上金型３が最下部迄降下されることで図２（Ｃ）に示される状態となる。

この状態では、前記中央部凸曲面１５が全面に亘って前記金属板４の上面と接触すると共に、前記中央部凹曲面８が全面に亘って前記金属板４の下面と接触し、該金属板４上面の中心部に僅かに引張り応力が作用し、該金属板４下面の中心部に僅かに圧縮応力が作用している。

又、前記端部凸曲面１６ｂが全面に亘って前記金属板４の上面と接触すると共に、前記端部凸曲面１６ｂと対向する前記端部凹曲面９の一部が前記金属板４の下面と接触する。前記端部凸曲面１６ａと前記端部凸曲面１６ｂの境界である点βを中心として前記金属板４上面に圧縮応力が集中し、該金属板４下面に引張り応力が集中し、該金属板４の端部に局部的な曲げ変形が与えられる。

この時、前記端部凹曲面９の曲率半径Ｒ２が前記中央部凹曲面８の曲率半径Ｒ１よりも小さく、前記端部凸曲面１６ｂの曲率半径Ｒ５が前記中央部凸曲面１５の曲率半径Ｒ３よりも小さくなっているので、加圧時の前記金属板４の端部の曲率半径は、スプリングバックを考慮し、中央部の曲率半径よりも小さくなっている。

図２（Ｃ）の状態から前記上金型３を上昇させると、前記金属板４に作用する応力が取除かれ、該金属板４がスプリングバックし、該金属板４の曲率半径が全面に亘って大きくなる。特に金属板４端部のスプリングバックの量は、中央部に比べて大きいが、上述した様に前記金属板４端部の曲げは曲率半径を小さくしているので、前記金属板４中心部の曲率半径と、該金属板４端部の曲率半径が等しくなり、全面に亘って一様な曲率半径を有する該金属板４を得ることができ、加工物の良好な真円度を確保することができる。

スプリングバックした状態では、該金属板４の下面が前記中央部凹曲面８から離反し、図２（Ｄ）に示される様な状態となる。

図２（Ａ）〜図２（Ｄ）迄の曲げ加工工程に於いて、前記金属板４上面と前記端部凸曲面１６ａ、即ち前記複合端部凸曲面１６のα，β間との間、及び前記金属板４下面と前記端部凹曲面９のα，β間との間には常に間隙が形成され、互いに接触しない様に、或は接触していても荷重が作用していない状態となっており、前記複合端部凸曲面１６と前記端部凹曲面９のα，β間は前記金属板４の曲げ加工に寄与しない。

尚、荷重点であり該金属板４の曲げ加工に寄与しない範囲を示す点α及び点βは、該金属板４の厚み、或は求める被加工物の曲率半径に応じて適宜設定されるのは言う迄もない。

又、本実施例では、前記下金型２及び前記上金型３を、共に点αの近傍で分割しているが、前記下金型２と前記上金型３とで分割位置が異なっていてもよい。

又、本実施例では、前記下金型２及び前記上金型３を３分割構造としているが、例えば５分割等更に分割数を増やしてもよい。

又、前記複合端部凸曲面１６は、例えば前記端部凸曲面１６ａの内側に、前記端部凸曲面１６ｂの曲率中心Ｃ５から更に外側に離反した曲率中心を有し、前記端部凸曲面１６ａの曲率半径Ｒ４よりも曲率半径の小さい凸曲面を連続させた、３種類の曲率半径を有する曲面を連続させた複合曲面としてもよく、更に４種類以上の曲率半径を有する曲面を連続させてもよい。

又、上記では前記端部凹曲面９は一様な曲率半径を有する曲面であるが、前記複合端部凸曲面１６と同様に異なる複数種類の曲面を連続させた曲面としてもよい。

上述の様に、本実施例では、前記下金型２及び前記上金型３を分割可能な構造としたので、前記端部凹曲面９の曲率半径Ｒ２と前記中央部凹曲面８の曲率半径Ｒ１、及び前記複合端部凸曲面１６の曲率半径Ｒ４，Ｒ５と前記中央部凸曲面１５の曲率半径Ｒ３をそれぞれ個別に設定可能であるので、前記金属板４に曲げ加工を施した後のスプリングバックを考慮した曲面形状とすることができ、前記中央部凹曲面８と前記中央部凸曲面１５よりも前記端部凹曲面９と前記複合端部凸曲面１６の曲率半径を小さくすることで、良好な真円度を有する加工物を得ることができる。

又、良好な真円度を有する加工物を得ることができるので、曲げ加工後の後工程で機械加工により真円度を得る必要がなくなり、切削工程を省略でき、或は切削加工に必要な前記金属板４の余肉を大幅に低減することができ、材料費の低減及び加工コストの低減を図ることができる。

又、前記端部下金型７及び前記端部上金型１４は、前記シム１１，１７により高さ方向の位置調整が可能であり、曲げ加工時の前記金属板４端部の加工後の曲率半径の微調整が可能であるので、加工物が公差外れであった場合でも前記曲げ金型１を作り直すことなく所定の公差を得ることができ、金型製作の作業時間及び製作コストの低減を図ることができる。

更に、前記下金型２及び前記上金型３の分割位置を前記中央部凹曲面８及び前記中央部凸曲面１５の最外端の荷重点である点αからＲ面取分だけ外側とし、前記端部凹曲面９の中心側端部及び前記複合端部凸曲面１６の中心側端部を曲げ加工に寄与しない位置とすると共に、それぞれ前記中央部凹曲面８及び前記中央部凸曲面１５の端部よりも後退させているので、突出する前記端部凹曲面９の中心側端部及び前記複合端部凸曲面１６の中心側端部が材料表面にプレス痕を発生させる等の不具合を防止することができる。

尚、前記下金型２及び前記上金型３の分割位置は、前記金属板４の曲げ加工を行った際に該金属板４に接触しない位置、即ち点αよりも外側且つ点βよりも内側であればよく、図３に前記曲げ金型１の変形例を示す。

図３中、図１（Ａ）（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図３中、点α及び点βの位置は図１（Ａ）（Ｂ）中と同位置であるものとする。

図３の変形例では、下金型２′の曲げ加工時に金属板４に接触しない範囲、上面のα，β間に後退部１８が刻設され、該後退部１８に隣接する縁部はそれぞれＲ面取りされており、α，β間の例えば中間で中央部下金型６′と端部下金型７′，７′に分割されている。従って、変形例に於ける前記中央部下金型６′は、中央部凹曲面８が上方に突出する凸形状となっており、前記端部下金型７′は上面の中心側端部が欠切された形状となっている。

又、上金型３′も同様、下面のα，β間に後退部１９が刻設され、該後退部１９に隣接する縁部はそれぞれＲ面取りされており、α，β間の例えば中間で中央部上金型１３′と端部上金型１４′，１４′に分割されている。従って、変形例に於ける前記中央部上金型１３′は、中央部凸曲面１５が下方に突出する逆凸形状となっており、前記端部上金型１４′は第１の実施例に於ける端部凸曲面１６ａ（図１（Ａ）（Ｂ）参照）が欠切された形状となっている。

変形例に於ける曲げ金型１′を用いて加工物である前記金属板４の曲げ加工を行った場合でも、前記後退部１８，１９が点αよりも外側且つ点βよりも内側に位置し、前記金属板４の曲げ加工に寄与せず、曲げ加工に影響を及すことがないので、図１（Ａ）（Ｂ）の場合と同様の効果を得ることができる。

尚、上記変形例では、α，β間の中間で下金型２′を前記中央部下金型６′と前記端部下金型７′に分割し、上金型３′を前記中央部上金型１３′と前記端部上金型１４′に分割しているが、分割位置は点αよりも外側且つ点βよりも内側であれば何処であってもよく、又前記下金型２′と前記上金型３′で分割位置が異なっていてもよいのは言う迄もない。

１ 曲げ金型 ２ 下金型
３ 上金型 ４ 金属板
６ 中央部下金型 ７ 端部下金型
８ 中央部凹曲面 ９ 端部凹曲面
１１ シム １３ 中央部上金型
１４ 端部上金型 １５ 中央部凸曲面
１６ 複合端部凸曲面 １７ シム

Claims (5)

1. 凸曲面を有する上金型と凹曲面を有する下金型からなる曲げ金型であって、前記上金型は中央部上金型と該中央部上金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部上金型とで構成され、前記下金型は中央部下金型と該中央部下金型の両側に密着してそれぞれ設けられる複数の端部下金型とで構成される分割構造となっており、前記端部上金型の凸曲面の中心側端部が前記中央部上金型の凸曲面の端部より後退し、前記端部下金型の凹曲面の中心側端部が前記中央部下金型の凹曲面の端部よりも後退したことを特徴とする曲げ金型。
2. 前記中央部上金型と前記端部上金型の分割位置及び前記中央部下金型と前記端部下金型の分割位置は、それぞれ前記上金型及び前記下金型の曲げ加工に寄与しない範囲に含まれる請求項１の曲げ金型。
3. 前記中央部上金型と前記端部上金型の凸曲面の曲率半径はそれぞれ個別に設定可能であると共に、前記中央部下金型と前記端部下金型の凹曲面の曲率半径はそれぞれ個別に設定可能であり、前記端部上金型は前記中央部上金型の凸曲面よりも曲率半径が小さく、前記端部下金型は前記中央部下金型の凹曲面よりも曲率半径が小さい請求項１又は請求項２の曲げ金型。
4. 前記端部上金型及び前記端部下金型は、それぞれ高さ方向に位置調整可能である請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の曲げ金型。
5. 前記端部上金型の凸曲面と前記端部下金型の凹曲面の少なくとも一方は、異なる曲率半径を有する複数の曲面で構成される複合曲面である請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の曲げ金型。

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