JP4367936B2 - 対向液圧成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形金型のダイの成形凹部とブランク材の間に流体を充填して、流体とパンチとの間でブランク材を所定の形状に成形し、最後に、ダイとパンチとの間でブランク材を所定の形状に成形する対向液圧成形方法に関する。

従来のプレス成形方法では、ダイの凹部とブランク材との間に高圧空気を充填し、高圧空気とパンチとの間でブランク材を成形する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２９０９６０号公報 （第３頁、図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図７（ａ），（ｂ）は従来のプレス成形方法の説明図である（特許文献１の図２の写しを（ａ）とした。）。
（ａ）：ダイ１とブランクホルダ３とによりブランク材Ｗを加圧挟持した後、ブランク材Ｗとダイ穴２とで形成した空間Ｒに空気を充填する。
（ｂ）：ダイ穴２に空気を封じ込めたままの状態でパンチ４を押し込んで成形を進行させ、成形末期にダイ穴２内の高圧空気を排出し、下死点に達したパンチ４とダイ穴２とでブランク材Ｗを所定の成形品形状に成形する。

上記図７（ｂ）のようにパンチ４をストローク量Ｋ以上押し込んで成形を進行させて行くと、空間Ｒ内の空気の圧力は次第に上昇するとともに、矢印ａ、ａの如く高圧となった空気によって、ブランクホルダ３とパンチ４との間に位置するブランク材Ｗの周囲部１０１、１０１にはパンチ４の下降方向（矢印ｂの方向）とは逆方向に膨らむ現象（液圧によって張出す現象）が起きる。この膨らみの量が大きくなると、成形品の形状によっては、ブランク材Ｗが必要以上に延びて、パンチ４が下死点まで下降してダイ穴２にブランク材Ｗを流入させ且つ延ばしても、完成した成形品に「しわ」が発生することがある。

仮に、ダイ穴２内の空気の圧力をブランク材Ｗが膨らまない程度まで低くすれば問題は解決できるが、空気の圧力を下げると、空気による押し付け力が小さくなり、パンチ４の肩部の形状（アール（Ｒ）の値）が制限され、Ｒを所望の値まで小さくすることができず、成形品のデザインの自由度が低下する。

本発明は、プレス成形品にしわが発生するのを防止し、パンチの肩部で成形する成形品のコーナ部のアール（Ｒ）を小さくする対向液圧成形方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、成形凹部を備えるダイにブランク材を載せ、このブランク材の周辺部をブランクホルダで押え、成形凹部とブランク材とで形成する閉空間に加圧流体を封入した状態で、成形凹部へパンチを進入させることで塑性加工を行う対向液圧成形方法において、パンチがブランク材に到達してから下死点に至るまでのパンチストロークを、３分割して、これらを第１ストローク、第２ストローク、第３ストロークと呼び、パンチが進入する間の加圧流体の圧力は、ブランクホルダのすぐ内側の部位で、ブランク材が実質的に平坦を保ち得る第１の圧力と、この第１の圧力よりも高圧の第２の圧力と呼ぶときに、先ず、加圧流体の圧力を第１の圧力に保ちつつ、第１ストロークを実施してブランクホルダのすぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保ちつつブランク材の残りの部位のみをパンチで成形し、次に加圧流体の圧力を第２の圧力に保ちつつ、第２ストロークを実施して、すぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保ちつつ残りの部位のみをパンチでさらに成形し、次に加圧流体の圧力を実質的にゼロに保ちつつ、第３ストロークを実施してすぐ内側に位置するブランク材の部位を成形するとともに、残りの部位を成形することを特徴とする。

第１ストロークを開始してパンチの進入によってブランク材をダイの成形凹部に充填した加圧流体に流入させる過程で、加圧流体の圧力を第１の圧力に保つことで、ブランクホルダのすぐ内側に位置するブランク材の部位がブランクホルダで押えたブランク材よりも山形に盛り上がって延び過ぎるのを防止する。

引き続き、第２ストロークを実施してパンチの進入でブランク材を加圧流体にさらに流入させる過程で、加圧流体の圧力を第２の圧力に保つことで、ブランク材の部位がブランクホルダで押えたブランク材よりも山形に盛り上がって延び過ぎるのを防止する。その結果、最終の成形段階でプレス成形品にしわが発生するのを防げる。

請求項２に係る発明では、加圧流体は、液体であることを特徴とする。
液体であれば非圧縮性流体であるから、圧力の変動が少なく、パンチの所定のストローク量に対して液体の所定の圧力をブランク材に作用させることができ、パンチの肩部のアール（Ｒ）を小さな値に設定しても、その肩部の形状を液圧によって転写することができる。

請求項１に係る発明では、対向液圧成形方法は、先ず、加圧流体の圧力を第１の圧力に保ちつつ、第１ストロークを実施してブランクホルダのすぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保ちつつブランク材の残りの部位のみをパンチで成形し、次に加圧流体の圧力を第２の圧力に保ちつつ、第２ストロークを実施して、すぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保ちつつ残りの部位のみをパンチでさらに成形し、次に加圧流体の圧力を実質的にゼロに保ちつつ、第３ストロークを実施してすぐ内側に位置するブランク材の部位を成形するとともに、残りの部位を成形するので、第３ストロークを実施する前の前成形（第１の圧力に保ちつつ第１ストロークを実施、第２の圧力に保ちつつ、第２ストロークを実施）の段階で、ブランクホルダのすぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保つことができ、加圧流体で延ばし過ぎることがなく、最終の成形段階（加圧流体の圧力を実質的にゼロに保ちつつ第３ストロークを実施）でプレス成形品にしわが発生するのを防止することができるという利点がある。

請求項２に係る発明では、加圧流体は、液体なので、加圧流体に圧縮が起きず、パンチの所定のストローク量に対して液体の所定の圧力をブランク材に作用させることができ、パンチの肩部のアール（Ｒ）を小さな値にすることができるとともに、その肩部の形状を液圧によってほぼ同一に転写することができる。従って、成形品のコーナ部のアール（Ｒ）を小さくすることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は、本発明の対向液圧成形方法に用いるプレス成形金型の断面図であり、プレス成形金型１０は、ダイ１１と、このダイ１１に対向するパンチ１２と、パンチ１２側に設けたブランクホルダ１３とを備える。１５は流体装置、１６はプレス成形金型１０を取り付けたプレス機を示す。

ダイ１１は、本体２１の中央に形成した成形凹部２２と、周囲に設けたブランク受け部２３と、成形凹部２２に形成した流入用流路２４および流出用流路２５
とを有する。成形凹部２２は、凹部２７と、型部２８とからなる。
パンチ１２は、型部３１を有し、型部３１は、中央に中央型部３２を比較的深く彫り込み、周囲に隅部３３および肩部３４を形成したものである。

流体装置１５の構成を簡単に説明する。なお、機器の記号は概略を示す。
流体装置１５は、加圧流体として気体もしくは液体を用いるが、ここでは液体３５に対応する構成とし、液圧ポンプ３６と、初期圧力コントロール手段３７、第１圧力コントロール手段４１、第２圧力コントロール手段４２および第３圧力コントロール手段４３と、制御装置４４とを備える。

初期圧力コントロール手段３７は、電磁切換弁４５とリリーフ弁（圧力制御弁）４６とからなり、リリーフ弁４６は、圧力をＰｅに設定した。
第１圧力コントロール手段４１は、電磁切換弁４５とリリーフ弁４７とからなり、リリーフ弁４７は、圧力をＰ１に設定した。
第２圧力コントロール手段４２は、電磁切換弁４５とリリーフ弁４８とからなり、リリーフ弁４８は、圧力をＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）に設定した。
第３圧力コントロール手段４３は、電磁切換弁４５である。

制御装置４４は、ダイ１１の成形凹部２２に圧力センサ５１を取り付け、パンチ１２側にストロークセンサ５２を配置し、これらの圧力センサ５１の信号並びにストロークセンサ５２の信号と予め定めた条件とに基づいて第１・第２・第３圧力コントロール手段４１，４２，４３を制御する。

なお、流体装置１５の構成は一例であり、成形品の仕様による成形条件や流体装置の製造コストなど諸条件によっては、制御弁を追加したり、制御弁を交換してもよい。例えば、流量制御弁を用いたり、リリーフ弁４６，４７，４８を比例制御弁に交換することも可能である。
液体に対応する構成を説明したが、気体として空気を用いた場合の構成もほぼ同様であり、例えば、戻りでは、当然油タンクＴを省き、サイレンサを取り付けて大気開放する構成となる。

このような流体装置１５およびプレス成形金型１０を用いて行う本発明に係る対向液圧成形方法を以下に説明する。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る加圧流体の充填要領の説明図である。
（ａ）：まず、プレス成形金型１０を開き、成形凹部２２を備えるダイ１１にブランク材５６を載せる。ブランク材５６は、例えば、鋼板であり、その板厚は０．８ｍｍである。

（ｂ）：引き続き、ブランク材５６の周辺部をブランクホルダ１３で矢印ｅ１，ｅ１の如く押え、成形凹部２２とブランク材５６とで形成する閉空間５７に加圧流体を封入する。具体的には、図１の初期圧力コントロール手段３７の電磁切換弁４５を開け、第１・第２・第３圧力コントロール手段４１，４２，４３の電磁切換弁４５・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を閉じ、液圧ポンプ３６側の電磁切換弁４５を開け、図２の閉空間５７に流体であるところの液体３５を流入させる。その際、液体３５の圧力はＰｅで、圧力Ｐｅを例えば、１ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ（ゲージ圧表示を示す。）に設定する。

そして、圧力Ｐｅの液体３５を封入した状態で、成形凹部２２へ向けてパンチ１２を矢印ｅ２の如く下降させ、パンチ１２の型部３１をブランク材５６に二点鎖線で示すように到達させると同時に、型部３１が接触した時のパンチ１２の位置を開始位置（上死点）とし、且つストロークセンサ５２の二点鎖線で示す位置の情報をストローク量Ｓｓとして設定する。つまり、ストローク量Ｓｓは、０ｍｍで計測の基準である。
引き続き、パンチ１２を第１ストロークだけ進入させる。

図３は本発明に係る第１ストロークおよび第１の圧力の説明図である。
パンチ１２を第１ストロークだけ進入させる。すなわち、加圧流体としての液体３５の圧力をＰｅ（図２参照）から第１の圧力であるところの圧力Ｐ１に上げ、圧力Ｐ１に保ちつつ、ストローク量Ｓ１（第１ストローク）だけパンチ１２を下降させる。その際、ストロークセンサ５２の信号に基づく図１の制御装置４４の信号に基づいて、初期圧力コントロール手段３７の電磁切換弁４５を閉じるとともに、第１圧力コントロール手段４１の電磁切換弁４５を開け、図３の圧力Ｐ１を維持する。なお、圧力Ｐ１の保持に圧力センサ５１を併用するのが望ましい。

ここでは、例えば、ストローク量Ｓ１を１５０ｍｍ、圧力Ｐ１を２ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇとして（白丸でＰ１＞Ｐｅを示す。）塑性加工した。
なお、図２（ｂ）の圧力Ｐｅを２ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇに設定してもよく、初期圧力コントロール手段３７（図１参照）を取り除くことも可能である。

圧力Ｐ１は、ブランクホルダ１３のすぐ内側の部位６２，６２で、ブランク材５６が実質的に平坦を保ち得る圧力である。言い換えると、部位６２，６２がブランクホルダ１３の下面６３，６３より図上方に山形に撓まない（張出さない）圧力である。

このように、加圧流体（液体３５）の圧力を第１の圧力Ｐ１に保ちつつ、第１ストロークを実施すると、パンチ１２に接触しない位置で且つブランクホルダ１３のすぐ内側に位置するブランク材５６の部位６２，６２に圧力Ｐ１が矢印ｅ３，ｅ３の如く作用しても、目視で平坦であると確認できる程度に平坦を保つことができ、最終の成形段階でプレス成形品にしわが発生するのを防止することができる。
続けて、パンチ１２を進入させるとともに、第２ストロークを実施する。

図４は本発明に係る第２ストロークおよび第２の圧力の説明図である。
パンチ１２を第２ストロークだけ進入させる。すなわち、加圧流体としての液体３５の圧力をＰ１（図３参照）から第２の圧力であるところの圧力Ｐ２に上げ、圧力Ｐ２に保ちつつ、ストローク量Ｓ２（第２ストローク）だけパンチ１２を下降させる。その際、ストロークセンサ５２の信号に基づく図１の制御装置４４の信号に基づいて、第１圧力コントロール手段４１の電磁切換弁４５を閉じるとともに、第２圧力コントロール手段４２の電磁切換弁４５を開け、図４の圧力Ｐ２を維持する。なお、圧力Ｐ２の保持に圧力センサ５１を併用するのが望ましい。

ここでは、例えば、ストローク量Ｓ２を２４０ｍｍ、圧力Ｐ２を８０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇとして（黒丸でＰ２＞Ｐ１を示す。）塑性加工した。

圧力Ｐ２は、ブランクホルダ１３のすぐ内側の部位６２，６２で、ブランク材５６が実質的に平坦を保ち得る圧力である。言い換えると、部位６２，６２がブランクホルダ１３の下面６３，６３より図上方に撓まない（張出さない）圧力である。

このように、加圧流体（液体３５）の圧力を第１の圧力Ｐ１（図３参照）よりも高圧の第２の圧力Ｐ２に保ちつつ、第２ストロークを実施すると、パンチ１２に接触しない位置で且つブランクホルダ１３のすぐ内側に位置するブランク材５６の部位６２，６２に圧力Ｐ２が矢印ｅ４，ｅ４の如く作用しても、目視で平坦であると確認できる程度に平坦を保つことができ、最終の成形段階でプレス成形品にしわが発生するのを防止することができる。

また、加圧流体（液体３５）の圧力を第１の圧力Ｐ１（図３参照）よりも高圧の第２の圧力Ｐ２に保つので、パンチ１２にブランク材５６を押し付ける力が大きくなり、パンチ１２の型部３１（中央型部３２、隅部３３、肩部３４以外の型部）の形状通りにブランク材５６を塑性加工することができる。

加圧流体として液体３５を用いると、加圧流体に圧縮が起きず、パンチ１２の所定のストローク量に対して液体３５の所定の圧力をブランク材５６に作用させることができ、パンチの肩部のアール（Ｒ）を小さな値にすることができるとともに、その肩部の形状を液圧によってほぼ同一に転写することができる。
引き続き、さらに、パンチ１２を進入させるとともに、第３ストロークを実施する。

図５は本発明に係る第３ストロークの説明図である。
パンチ１２を第３ストロークだけ進入させる。すなわち、加圧流体としての液体の圧力をＰ２（図４参照）から第３の圧力Ｐ３に下げ、Ｐ３に保ちつつ、ストローク量Ｓ３（第３ストローク）だけパンチ１２を下降させる。つまり、パンチ１２を下死点まで下降させる。その際、ストロークセンサ５２の信号に基づく図１の制御装置４４の信号に基づいて、液圧ポンプ３６側の電磁切換弁４５を閉じ、第２圧力コントロール手段４２の電磁切換弁４５を閉じるとともに、第３圧力コントロール手段４３の電磁切換弁４５を開け、図５の圧力Ｐ３をゼロに維持する。

ここでは、例えば、ストローク量Ｓ３を２５０ｍｍ、圧力Ｐ３を０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇとして塑性加工した。

このように、加圧流体（液体３５）の圧力を実質的にゼロに保ちつつ、第３ストロークを実施すると、パンチ１２の隅部３３および肩部３４とダイ１１の型部２８によってアール（Ｒ）の小さい第１コーナ部６５および第２コーナ部６６を塑性加工することができる。

本発明の対向液圧成形方法では、第３ストロークを実施する前の前成形の段階で、加圧流体（液体３５）の圧力を第１の圧力Ｐ１（図３参照）に保ちつつ、第１ストロークをストローク量Ｓ１（図３参照）だけ実施し、次に液体３５の圧力を第２の圧力Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）に保ちつつ、第２ストロークをストローク量Ｓ２（図４参照）だけ実施するので、液体３５でブランク材５６の部位６２（図４参照）を延ばし過ぎることがなく、最終の成形段階でプレス成形品にしわが発生するのを防止することができる。

次に、本発明に係る対向液圧成形方法を線図で説明する。
図６はパンチのストローク量と液体の圧力の関係を示したグラフであり、横軸をパンチのストローク量Ｓ（ｍｍ）とし、縦軸を液体の圧力Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）としたものである。
ブランク材をブランクホルダ１３（図２（ｂ）参照）で押え、加圧流体（液体３５）を圧力Ｐｅ（例えば、１ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）で供給し、ブランク材にパンチを接触させてストローク量の基準とするとともに、ストローク量を０（ゼロ）に設定する。引き続き、パンチをストローク量Ｓ１（例えば、１５０ｍｍ）だけ下降させる間の液体３５の圧力をＰ１（例えば、２ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）に維持し、次に、パンチをストローク量Ｓ２（例えば、２４０ｍｍ）だけ下降させる間の液体３５の圧力をＰ２（例えば、８０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）に維持し、次に、液体３５の圧力をＰ３（例えば、０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）に下げて、パンチをストローク量Ｓ３（例えば、２５０ｍｍ）まで、つまり、下死点まで下降させる。

なお、ここでは、第２ストローク（ストローク量Ｓ２）の圧力をＰ２（例えば、８０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）に保持したが、成形品の形状など成形条件によっては、第２ストロークで保持する圧力を二点鎖線で示すように二段設定してもよい。例えば、パンチをストローク量Ｓｍ（例えば、２００ｍｍ）だけ下降させる間の液体３５の圧力をＰｍ（例えば、３０ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ）に維持する。その結果、プレス成形品にしわが発生するのをより確実に防止することができる。

尚、本発明の実施の形態に示した成形方法の条件は一例であり、成形品の形状、ブランク材の材質、ブランク材の板厚、流体の性質によって圧力Ｐｅ（図２（ｂ）），Ｐ１（図３参照），Ｐ２（図４参照）や第１ストロークのストローク量Ｓ１、第２ストロークのストローク量Ｓ２は異なる。

制御装置４４では、圧力センサ５１を用いたが圧力センサ５１を省くことも可能であり、またその取り付け位置も任意である。
ブランクホルダ１３の構造は、任意であり、ブランクホルダ１３の下面６３，６３に絞りビードを設けてもよい。

本発明の対向液圧成形方法は、プレス成形金型１０やブランク材５６とは異なるプレス成形金型やブランク材を用いた液圧成形法に適用可能な液圧成形方法であり、適用することは差し支えない。

本発明の対向液圧成形方法は、プレス成形金型１０やブランク材５６のようなプレス成形金型やブランク材を用いた液圧成形に好適である。

本発明に係る対向液圧成形方法に用いるプレス成形金型の断面図 本発明に係る加圧流体の充填要領の説明図 本発明に係る第１ストロークおよび第１の圧力の説明図 本発明に係る第２ストロークおよび第２の圧力の説明図 本発明に係る第３ストロークの説明図 パンチのストローク量と流体の圧力の関係を示したグラフ 従来のプレス成形方法の説明図

符号の説明

１０…プレス成形金型、１１…ダイ、１２…パンチ、１３…ブランクホルダ、２２…成形凹部、３５…加圧流体（液体）、５６…ブランク材、５７…閉空間、６２…内側の部位、Ｐ１…第１の圧力、Ｐ２…第２の圧力、Ｓ１…第１ストロークのストローク量、Ｓ２…第２ストロークのストローク量。

Claims (2)

1. 成形凹部を備えるダイにブランク材を載せ、このブランク材の周辺部をブランクホルダで押え、前記成形凹部とブランク材とで形成する閉空間に加圧流体を封入した状態で、前記成形凹部へパンチを進入させることで塑性加工を行う対向液圧成形方法において、
   前記パンチがブランク材に到達してから下死点に至るまでのパンチストロークを、３分割して、これらを第１ストローク、第２ストローク、第３ストロークと呼び、
   パンチが進入する間の前記加圧流体の圧力は、ブランクホルダのすぐ内側の部位で、ブランク材が実質的に平坦を保ち得る第１の圧力と、この第１の圧力よりも高圧の第２の圧力と呼ぶときに、
   先ず、加圧流体の圧力を前記第１の圧力に保ちつつ、前記第１ストロークを実施して前記ブランクホルダのすぐ内側に位置するブランク材の部位を平坦に保ちつつ前記ブランク材の残りの部位のみを前記パンチで成形し、次に加圧流体の圧力を前記第２の圧力に保ちつつ、前記第２ストロークを実施して、すぐ内側に位置する前記ブランク材の部位を平坦に保ちつつ前記残りの部位のみを前記パンチでさらに成形し、次に加圧流体の圧力を実質的にゼロに保ちつつ、前記第３ストロークを実施してすぐ内側に位置するブランク材の部位を成形するとともに、前記残りの部位を成形することを特徴とする対向液圧成形方法。
2. 前記加圧流体は、液体であることを特徴とする請求項１記載の対向液圧成形方法。

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