JP2023069576A - 平板の両面に縁を有する部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平板の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁と下縁とを有する部品をプレス成形で作製する作製方法とその部品を提供すること。【解決手段】平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、前記平板の前記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、前記縁と前記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法を用いる。【選択図】図２

Description

本発明は、平板の両面に縁を有する部品とその製造方法に関する。特に、自動車などに使用される平板の両面に縁を有する部品とその製造方法に関する。

従来から、自動車等の部品で、図１（ａ）に示すような部品９が使用されている。図１（ａ）は部品９の斜視図である。図１（ｂ）に部品９の断面図を示す。平板１０の表面に、上縁１１ａと下縁１１ｂとがあり、平板１０の両面が凹部となっている。
部品９を作製する場合、プレス成形により作製することが、コスト的に好ましい。プレス成形では、短時間に強度を有する部品を作製できる（特許文献１）。

特開２００１－４１２６４号公報

しかし、従来のプレス成形では、平板１０の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁１１ａと下縁１１ｂとを作製することができなかった。
よって、本願の課題は、平板１０の同じ位置より反対方向へ伸びる上縁１１ａと下縁１１ｂとを有する部品をプレス成形で作製する製法とその部品を提供することである。

上記目的を達成するために、平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、上記平板の上記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、上記縁と上記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法を用いる。

また、平板の両面に縁を有する部品であり、上記平板と上記縁との間の内面の半径が、大きさの異なる２つの半径からなる曲面である平板の両面に縁を有する部品を用いる。
さらに、平板の両面に縁を有する部品であり、１方の縁の硬度が、他方の縁の硬度より、１．３倍以上大きい平板の両面に縁を有する部品を用いる。

本発明の平板の両面に縁を有する部品の製造方法によれば、プレス成形をメインとして、平板の両面に縁を有する部品を作製できる。また、本発明の平板の両面に縁を有する部品は、硬度が高く、または、皺のない部品となる。

（ａ）従来の部品の斜視図、（ｂ）従来の部品の断面図 （ａ）～（ｄ）実施の形態のプロセスの各段階での斜視図 （ａ）～（ｄ）実施の形態のプロセスの各段階での断面図 実施の形態の鍛圧工程の例での拡大断面図 （ａ）～（ｂ）比較例の鍛圧工程での断面図、（ｃ）～（ｄ）実施の形態の鍛圧工程での断面図 （ａ）～（ｇ）実施の形態のプロセスの各段階での断面図 実施の形態のしごき工程での変化を説明する断面図 （ａ）～（ｃ）実施の形態での鍛圧工程を説明する断面図 実施の形態の部品の硬度の測定箇所を示す断面図 実施の形態の部品の断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。部品１９を作製する一例である。以下は、本願発明の一例であり、本願発明は、以下の例のみには限定されない。
（実施の形態）
＜製法、プロセス＞
実施の形態の製造プロセスを図２（ａ）～図３（ｄ）で説明する。プレス成形をメインとして、部品１９を作製する。
図２（ａ）～図２（ｄ）は、プロセスの各段階での斜視図である。
図３（ａ）～図３（ｄ）は、プロセスの各段階での断面図である。

（１）ブランク工程
図２（ａ）、図３（ａ）の円盤状の板材１２を準備する。大面積の板からの打ち抜きなどで、板材１２を作製する。

（２）絞り工程
図２（ｂ）、図３（ｂ）のように、板材１２をお椀形状、皿形状に絞り工程をする。
絞り加工では、製品の形状に沿った凹みを持つダイ（下側の金型）と、そのダイに沈み込む形のパンチ（上側の金型）の一対の金型で加工する。はじめに、シワ押さえ板が板材１２をダイ上に押し付けたのち、パンチが降下し、板材１２に圧を加えると、パンチの下端部の形状に従って板材１２が変形し、ダイに空いた穴の中へ押し込まれる。さらにパンチの降下が進むと、シワ押さえ板によって押さえられていた周辺部の板材１２がダイの穴の中へと引きこまれる。結果、図２（ｂ）、図３（ｂ）となる。

この時、板材１２に圧縮ひずみが生じ、筒の上部にシワを生じさせる原因となるが、このシワはシワ押さえ板によって抑制される。

（３）鍛圧工程
図２（ｃ）、図３（ｃ）のように、突起２０を設ける鍛圧工程をする。
鍛圧として、冷間鍛造を用いる。冷間鍛造とは、材料（金属）に熱を加えず常温のまま圧力を加えて、金属を変形させながら成形をおこなう加工方法のことをいう。金属の塑性を活かして加工することから、「塑性加工」とも呼ばれている。

冷間鍛造では、金属を変形させながら加工をおこなうため、製造途中に材料の削り屑（金属廃棄物）が殆ど発生しない。また、材料を加熱せず常温で加工するため寸法精度は良好であり、複雑難形状加工でも毎分１００個前後の高速加工が可能である。なお、温度を上げて鍛圧工程をしてもよい。

（４）しごき工程
図２（ｄ）、図３（ｄ）のように、しごき工程をし、部品１９が作製される。
しごき工程では、製品の壁面を、パンチで縦方向にしごき、均一な厚さに整えるもので、同時に製品の深さ（高さ）を増す（上縁１１ａの長さを増加させる）ことにもなる。

なお、板材１２の材質は、例えば、Ｓ３５Ｃ（機械構造用炭素鋼）や、ＳＰＦＨ５９０（高張力鋼板）を用いることができる。プレス成形で使用される他の金属でもよい。同様の現象が生じる。
板材１２の厚みは、プレス成形できる厚みならよい。例えば、１～５ｍｍである。

部品１９は、平板１０の両面に縁１１（上縁１１ａ、下縁１１ｂ）を有する。縁１１は、平板１０の全周にあるとは限らない、一部でもよい。また、平板１０は円形状でなくとも、楕円、方形の場合でもよい。
実際の部品１９としては、プーリー、歯車、カムなどに利用される。なお、縁１１の外周に凹凸などの成形が必要な場合がある。その場合、図２（ｄ）、図３（ｄ）の縁１１の外側を成形する。
＜突起２０の位置＞
図４に、部品１９の端部の拡大断面図を示す。突起２０は、平板１０と縁１１との間（境界）に位置する。好ましくは、平板１０側の端部に位置する。縁１１が直接、突起２０となるのでなく、平板１０の一部から突起２０が生成される。材料の流れであるフローが縁１１と平板１０から生じる。結果、硬度の強い突起２０が形成できる。なお、突起２０は、少なくとも平板１０に位置する必要がある。

＜効果＞
プレス成形（絞り工程、鍛圧工程）により、平板１０の両面に縁１１を有する部品１９を製作できる。さらに、低成形荷重で作製できる（以下で説明する）。

＜鍛圧工程について＞
図５（ａ）～図５（ｄ）に鍛圧工程の複数例を断面図で示す。図では、一方の縁１１の側のみを表示している。

（１）比較例１
図５（ａ）では、絞り工程後、板材１２をダイ１３とパッド１４で挟んで固定し、パンチ１５で、縁部１１を変形させる。結果、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。

（２）比較例２
図５（ｂ）では、絞り工程後、板材１２をダイ１３とパッド１４で挟んで固定し、パンチ１５で、縁部１１を変形させる。この場合、縁部１１の端部を、パンチ１５で押し、板材１２の１つの位置から、反対の２方向へ変形させる。その後、図では説明していないが、上縁１１ａ、下縁１１ｂの横部をカット（しごき工程）する。結果、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。

（３）実施例１
図５（ｃ）では、絞り工程後、板材１２をダイ１３とパッド１４で挟んで固定し、パンチ１５で、縁部１１を変形させる。この場合、縁部１１と約９０度異なる方向へ突起２０をつくる。その後、しごき工程で、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。結果、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。なお、突起２０の方向は、縁部１１と、４５度より大きく、１８０度以下の方向でもよい。

（４）実施例２
図５（ｄ）では、絞り工程後、板材１２をダイ１３とパッド１４で挟んで固定し、パンチ１５で、縁部を変形させる。この場合、縁部１１と平行な方向へ突起２０をつくる。その後、しごき工程（図６（ｄ）～図６（ｇ）で説明）で、側面が同一面とされ、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。結果、上縁１１ａと下縁１１ｂが作製される。

ここで、各鍛圧工程で必要な成形荷重を表１に示す。板材１２の材質は、Ｓ３５Ｃ（機械構造用炭素鋼）や、ＳＰＦＨ５９０（高張力鋼板）を用い、パンチ１５の速度が１００ｍｍ／秒の時に必要な成形荷重である。通常、生産する場合の条件である。なお、鍛圧工程が他の工程より、成形荷重が大きい。

いずれの例でも上縁１１ａ、下縁１１ｂが作製される。しかし、表１から、比較例１，２では、成形荷重として大きな値が必要であり、プレス装置として、特殊な装置が必要である。比較例１，２とも、縁１１を大きく変形させるので、大きな成形荷重が必要である。

一方、実施例１，２では、成形荷重が５００ｔ以下で好ましい。
ここで、実施例１は、しごき工程で中縁１１ｃを大きく変形させる。このため、しわなどが発生する可能性がある。そのため、実施例２が実施例１より好ましい。

＜しごき工程＞
図６（ａ）～図６（ｇ）は、しごき工程を複数回する例を示す。
図６（ａ）～図６（ｃ）は、それぞれ、図３（ａ）～図３（ｃ）と同じである。
図３（ｃ）～図３（ｄ）では、しごき工程を１回であった。一方、この例では、しごき工程を図６（ｄ）～図６（ｇ）の４回する。

拡大断面図を図７に示す。はじめは、大きくしごき、徐々にしごき量を減らすのが好ましい。なお、しごきごとに上縁１１ａが、長くなる。
もし、しごき工程を１回ですると、表面に凹みが生じやすい。一方、この例のように複数回、徐々に変化させると凹みは生じない。結果、複数回しごき工程をするのが好ましい。

なお、しごき工程の回数は、４回でなくともよい。この場合の全体の変形量は、約５ｍｍである。厚み３ｍｍで、５ｍｍなので、大きく変化させている。変形量が、下縁１１ｂの板厚以上必要である。
＜側面の表面性＞
上記しごき工程を複数回することで、縁１１の外側の側面の凹凸は、最大０．０７ｍｍ以下となる。１回のみのしごき工程をすると最大０．２６ｍｍもあった。複数回のしごき工程で、少なくとも最大０．１０ｍｍ以下となる。
＜絞り工程、鍛圧工程について＞
図８（ａ）に鍛圧工程後の部品１９の端部とダイ１３（絞り工程、鍛圧工程時）との拡大断面図を示す。

図８（ｂ）に、ダイ１３の実施例３、図８（ｃ）にダイ１３の実施例４の拡大断面図を示す。実施例３のダイ１３は、平板１０と下縁１１ｂとの間の曲面の半径が１つの円のものである（シングルＲ）。一方、実施例４では、半径は２種類（大きさが異なる）の円のものである（ダブルＲ）。

実施例３のダイ１３で、絞り工程、鍛圧工程をすると、作製された部品９の内側面に皺が生じる場合がある。これは、部品１９の平板１０と縁１１との間の変形の差異に基づくものを思われる。

一方、実施例４のダイ１３で、絞り工程、鍛圧工程をすると、作製された部品１９の内側面に皺が生じにくくなる。これは、部品１９の平板１０と縁１１との間の変形の差異に基づくものが緩和されるためと思われる。

実施例３では、シングルＲなので、変形で肉の流れが、進みやすく、皺がよりやすい。一方、実施例４では、ダブルＲなので、変形での肉の流れが、より進みにくく、皺にならない。実施例４が、実施例３より好ましい。

＜硬度について＞
作成された部品１９の硬度を測定した。硬度測定場所を図９に示す。図９は、部品１９の端部の拡大断面図である。測定箇所を図９中に数字で示している。測定結果を表２に示す。

ビッカース硬度計で測定した。測定条件は、試験力５ｋｇｆ、試験力保持時間５秒であった。部品１９は、実施例２の方法で作製された。使用した材料は、ＳＡＰＨ４４０、厚み３ｍｍで、パンチ速度１００ｍｍ／秒で作製された。

上縁１１ａの硬度が他の箇所の約２倍となっている。ブランク（素材）の板材１２の硬度は、１５０ＨＶである。
おそらく、突起２０（図３（ｃ）など）が、平板１０から飛び出させたため、フロー（肉流れ）が、Ｕ字状に伸び、その結果、硬度があがったと思われる。

上縁１１ａの硬度は、他の部分（下縁１１ｂ、平板１０、コーナ）より、１．５倍以上大きい。少なくとも、１．３倍以上大きい。
また、平板１０より、縁の方が１．２倍、少なくとも１．１倍以上硬度が高い。
＜内面の溝＞
図１０は、上記製法で作製された部品１９の一例を示す。点線はしごき工程で長くなった上縁１１ａの部分を示す。点線は、図７の点線に相当する。
上縁１１ａの内部に溝３０が生じる場合がある。この溝３０は、しごき工程で伸びた部分と元からあった部分の境界と思われる。
溝３０は、平板１０に平行方向に溝となっている。溝３０があることで、方向性が生じ、上縁１１ａがしっかりする。

＜後加工＞
部品１９は、そのままでもよいが、用途により、別の加工がされる。
縁１１の外周側面に凹凸を入れれば、タイミングプーリーとなる。プーリーは、ベルトから受け取った動力をシャフトに伝達するための円盤状の部品ですある。ベルトの形状に合わせてプーリーにもいくつかの型があり、Ｖプーリーやタイミングプーリーなどが存在。プーリーは高速回転する部品であるため、バランス精度に注意が払われている。回転動力を用いる様々な機械で使われており、高速ポンプやコンプレッサーをはじめ、発電機などに組み込まれている。また、より強い動力を伝えるためにベルトが複数本掛けられるプーリーも存在する。
さらに、歯車、カムなどにも適応できる。

力を伝達する部分の部品として、広く利用できる。自動車だけでなく、多くの移動する機械、装置の部品として利用できる。

９ 部品
９ａ 上縁
９ｂ 下縁
１０ 平板
１１ 縁
１１ａ 上縁
１１ｂ 下縁
１２ 板材
１３ ダイ
１４ パッド
１５ パンチ
１９ 部品
２０ 突起

Claims (11)

1. 平板を平板と縁とのある形状に絞る絞り工程と、
   前記平板の前記縁がある一面と異なる他面に突起を作製する鍛圧する鍛圧工程と、
   前記縁と前記突起とを同一面へとするしごき工程と、を含む平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
2. 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と垂直方向である請求項１記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
3. 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と平行方向である請求項１記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
4. 前記鍛圧工程での前記突起は、前記縁と前記平板との境目に位置する請求項３項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
5. 前記しごき工程を複数回する請求項１～４のいずれか１項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
6. 前記しごき工程の複数回は、徐々にしごき量を小さくする請求項５に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
7. 前記絞り工程でのダイにおいて、前記平板と前記縁との間の曲面に相当する部分の表面は、前記平板と前記縁との間の曲面の半径は、２種類の大きさの半径からなる請求項１～６のいずれか１項に記載の平板の両面に縁を有する部品の製造方法。
8. 平板の両面に縁を有する部品であり、前記平板と前記縁との間の内面の半径が、大きさの異なる２つの半径からなる曲面である平板の両面に縁を有する部品。
9. 平板の両面に縁を有する部品であり、１方の縁の硬度が、他方の縁の硬度より、１．３倍以上大きい平板の両面に縁を有する部品。
10. 平板の両面に縁を有するプレス形成部品であり、縁の外側側面の凹凸が最大０．１０ｍｍ以下である平板の両面に縁を有する部品。
11. 平板の両面に縁を有する部品であり、前記縁の内側側面に、前記平板に平行方向の溝がある平板の両面に縁を有する部品。

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