JP4934515B2 - 金属薄板の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にマグネシウム等の難加工材をプレスによる冷間加工によって所望の形状に成形する金属薄板の成形方法に関するものである。

例えば、マグネシウムやチタン等の軽金属材料は、他の金属材料に比して伸び率が小さいために加工が困難である。このような難加工材から成る金属薄板に例えば凹部を形成する場合、一般的にはプレスによる深絞り加工が採用されていた。

ところが、難加工材である金属薄板は伸び率が小さいために凹部にクラックが発生し易く、材料の歩留が悪いという問題があった。

そこで、従来、難加工材のプレス成形においては、材料と金型を加熱して材料の温度を高くした状態で成形する熱間加工や温間加工が採用されていた。或は、材料を加工し易いように合金化して成形する方法も採用されていた。

又、特許文献１〜３には、難加工金属薄板の加工方法として、凹部の底面の面積に比較して小さい断面積を有するポンチで薄板を凹部に対して小さい深さ寸法をもってダイ（ポンチ受け体）に向けて押し込んで薄板に窪みを形成する加工を繰り返して薄板の一部を凹部と同じ平面形状に張り出す加工を複数回に分けて行い、これら各加工毎に張り出し深さを順次増大させながら薄板に凹部を形成する第１の工程と、凹部と同じ寸法形状を有する仕上げ型及びこれを受けるダイ（型受け体）によって凹部を最終形状に仕上げる第２の工程を経て薄板に所望の凹部を形成する方法が提案されている。
特開平５−０３１５３７号公報 特開平５−０３１５３８号公報 特開平５−０３１５３９号公報

しかしながら、難加工材の熱間加工又は温間加工では、材料が加熱されるために成形はし易くなることがあるが、大掛かりな加熱設備が必要で、温度管理も大変であるという問題がある。

又、材料を加工し易いように合金化して成形する方法では、純マグネシウム等の純粋な材料の成形が不可能であるという問題がある。

更に、特許文献１〜３において提案された加工方法では、第１の工程での小さいポンチとダイで薄板に窪みを形成する回数が膨大となって加工能率が悪いばかりか、専用のプレス設備を要し、装置も大型化するという問題がある。更に、例えば深さが一定でない凹曲面状の凹部の成形にはポンチとダイの深さの制御が複雑化するという問題もある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、難加工材から成る金属薄板であっても、これを簡単な金型構成による冷間加工によって所望の形状に成形することができる金属薄板の成形方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、プレスによる冷間加工によって金属薄板を所望の形状に成形する金属薄板の成形方法において、パンチによって金属薄板をダイとの間で板厚方向に押し潰す潰し工程と、該潰し工程によって金属薄板に生じた余肉をパンチによってダイの凹部に入れ込む入れ込み工程を経て金属薄板を所望の形状に成形すると共に、前記パンチを前記潰し工程と前記入れ込み工程毎に変更し、前記ダイは各入れ込み工程においてその前の潰し工程において使用したものを使用することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、次工程である前記入れ込み工程に必要な余肉量が得られるまで前記潰し工程を複数回繰り返すことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記潰し工程の繰り返し回数を金属薄板の形状、材質及び板厚に基づいて決定することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記パンチの凸部と前記ダイの凹部とを工程の進行に従って次第に大きくすることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、潰し工程によって金属薄板の成形部に生じた余肉は次の入れ込み工程によってダイの凹部に入れ込まれて吸収され、成形部のみが鍛造のように潰して延ばされるために材料の移動は成形部の範囲内でのみ行われる。このため、成形部の断面積（体積）は変化せず、従って、周辺部から成形部への材料の流入がなく、周辺部に成形に伴う応力と歪みが発生せず、難加工材から成る金属薄板であっても、これを冷間加工によって所望の形状に成形することができる。

又、金属薄板の成形に際しては面倒な温度管理等が不要である他、成形は簡単な構成のパンチとダイを用いてなされるため、金型構造が簡素化して加工コストを低く抑えることができる。さらに、ダイは各入れ込み工程においてその前の潰し工程において使用したものを使用するようにしたため、成形に必要なダイの種類が少なくて済み、設備の小型化とコストダウンを図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、金属薄板が難加工材であるが故に１回の潰し工程では次工程である入れ込み工程に必要な余肉量が得られない場合には、必要な余肉量が得られるまで潰し工程を複数回繰り返すようにしたため、入れ込み工程において必要十分な量の余肉をダイの凹部に入れ込むことができ、難加工材から成る金属薄板であっても、これを冷間加工によって所望の形状に成形することができる。

請求項３記載の発明によれば、金属薄板の形状、材質及び板厚に応じて潰し工程の繰り返し回数を決定することによって、次工程の入れ込み工程に必要な適正な余肉量を安定的に得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、パンチの凸部とダイの凹部とを工程の進行に従って次第に大きくするようにしたため、成形部の寸法（幅及び深さ）が各工程を繰り返すに従って次第に大きくなり、成形部の寸法が必要な値になるまで各工程を繰り返すことによって所望の形状の製品を得ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明方法によって成形された製品の斜視図であり、図示の製品Ｗは、難加工材である例えば純マグネシウムを素材とする金属薄板をプレスによる冷間加工（張り出し成形）することによって得られ、その中央部には円錐台状の凸部Ｗａが形成され、全体としてハット型に成形されている。

而して、図１に示す製品Ｗは本発明に係る成形方法によって得られるが、以下、本発明に係る成形方法を図２〜図９に基づいて説明する。尚、図２〜図９は本発明に係る成形方法をその工程順に示す成形型の半裁縦断面図であり、図２〜図７中の破線は目標とする製品形状を示す。

本発明に係る成形方法は、先ず、成形部以外において成形時の影響がないように材料を完全に拘束し、パンチによって金属薄板をダイとの間で板厚方向に押し潰す潰し工程と、該潰し工程によって金属薄板に生じた余肉をパンチによってダイの凹部に入れ込む入れ込み工程を複数回繰り返すことによって図１に示す製品Ｗを得るものであって、各潰し工程は、次の入れ込み工程に必要な余肉量が得られるまで複数回繰り返される。

又、本発明に係る成形方法においては、パンチは潰し工程と入れ込み工程毎にその種類が変更され、ダイは各入れ込み工程においてその前の潰し工程において使用したものが使され、パンチの凸部とダイの凹部とは工程の進行に従って次第に大きく設定されている。

本実施の形態では、次の８工程を経て図１に示す製品Ｗが得られるが、前述のように各潰し工程は、次の入れ込み工程に必要な余肉量が得られるまで複数回繰り返される。

１）第１工程（潰し工程１）：
図２に示すように、加工面である上面に高さの低い略円錐台状の凸部ｐａが形成されたパンチＰＡと、加工面である下面がパンチＰＡの前記凸部ｐａに対応する深さの浅い略円錐台状の凹部ｄａが形成されたダイＤＡとの間に素材である金属薄板をセットし、パンチＰＡの凸部ｐａによって金属薄板をダイＤＡの凹部ｄａとの間で板厚方向に押し潰す。尚、本実施の形態では、金属薄板には難加工材の１つである伸び率が３〜４％の純マグネシウムの薄板が使用されている。

上述のようにパンチＰＡの凸部ｐａによって金属薄板をダイＤＡの凹部ｄａとの間で板厚方向に押し潰すと、金属薄板は図２のＡ部が押し潰されて半製品Ｗ１が得られ、押し潰されて余った材料がダイＤＡの凹部ｄａ側に余肉となって現れる。

ところで、この潰し工程１によって得られた半製品Ｗ１は、次の第２工程である入れ込み工程１において余肉がダイＤＡの凹部ｄａに入れ込まれるが、金属薄板が難加工材であるが故に１回の潰し工程では入れ込み工程１に必要な余肉量が得られない場合があり、このような場合には、必要な余肉量が得られるまで潰し工程１が複数回繰り返される。尚、潰し工程１の繰り返し回数は、金属薄板の形状、材質及び板厚によって決まり、所要の回数だけ金属薄板を潰すことによって、次工程の入れ込み工程１に必要な適正な余肉量を安定的に得ることができる。

２）第２工程（入れ込み工程１）：
この第２工程では、図３に示すように、第１工程において半製品Ｗ１に生じた余肉を第１工程において使用したパンチＰＡの凸部ｐａよりも高さの高い凸部ｐｂが形成された別のパンチＰＢによって第１工程において使用したダイＤＡの凹部ｄａに入れ込む。

即ち、第１工程において得られた半製品Ｗ１（図２参照）をパンチＰＢとダイＤＡとの間にセットし、該半製品Ｗ１をパンチＰＢとダイＤＡとの間で挟圧すれば、これに生じていた余肉がダイＤＡの凹部ｄａに入れ込まれて半製品Ｗ２が得られる。

３）第３工程（潰し工程２）：
この第３工程では、図４に示すように、第２工程において使用したパンチＰＢの凸部ｐｂよりも高さの高い凸部ｐｃが形成された別のパンチＰＣと第１及び第２工程において使用されたダイＤＡの凹部ｄａよりも深さの深い凹部ｄｂが形成された別のダイＤＢとの間に、第２工程において得られた半製品Ｗ２（図３参照）をセットし、ダイＤＢの凹部ｄｂに対してパンチＰＣの凸部ｐｃで半製品Ｗ２を板厚方向に押し潰して半製品Ｗ３を得る。

而して、パンチＰＣの凸部ｐｃによって半製品Ｗ２（図３参照）を上述のようにダイＤＢの凹部ｄｂとの間で板厚方向に押し潰すと、半製品Ｗ３は図４のＢ部が押し潰され、押し潰されて余った材料がダイＤＢの凹部ｄｂ側に余肉となって現れる。そして、この潰し工程２においても、前記第１工程である潰し工程１と同様に、次の第４工程である入れ込み工程２において必要な余肉量が得られるまで該潰し工程２が繰り返される。

４）第４工程（入れ込み工程２）：
この第４工程では、図５に示すように、第３工程において半製品Ｗ３に生じた余肉を第３工程において使用したパンチＰＣの凸部ｐｃよりも高さの高い凸部ｐｄが形成された別のパンチＰＤによって第３工程において使用したダイＤＢの凹部ｄｂに入れ込む。

即ち、第３工程において得られた半製品Ｗ３（図４参照）をパンチＰＤとダイＤＢとの間にセットし、該半製品Ｗ３をパンチＰＤとダイＤＢとの間で挟圧すれば、これに生じていた余肉がダイＤＢの凹部ｄｂに入れ込まれて半製品Ｗ４が得られる。

５）第５工程（潰し工程３）：
この第５工程では、図６に示すように、第４工程において使用したパンチＰＤの凸部ｐｄよりも高さの高い凸部ｐｅが形成された別のパンチＰＥと第３及び第４工程において使用されたダイＤＢの凹部ｄｂよりも深さの深い凹部ｄｃが形成された別のダイＤＣとの間に、第４工程において得られた半製品Ｗ４（図５参照）をセットし、ダイＤＣの凹部ｄｃに対してパンチＰＥの凸部ｐｅで半製品Ｗ４を板厚方向に押し潰して半製品Ｗ５を得る。

而して、パンチＰＥの凸部ｐｅによって半製品Ｗ４をダイＤＣの凹部ｄｃとの間で板厚方向に押し潰すと、半製品Ｗ４は図６のＣ部が更に押し潰され、押し潰されて余った材料がダイＤＣの凹部ｄｃ側に余肉となって現れて半製品Ｗ５が得られる。そして、この潰し工程３においても、潰し工程１，２と同様に、次の第６工程である入れ込み工程３において必要な余肉量が得られるまで該潰し工程３が繰り返される。

６）第６工程（入れ込み工程３）：
この第６工程では、図７に示すように、第５工程において半製品Ｗ５に生じた余肉を第５工程において使用したパンチＰＥの凸部ｐｅよりも高さの高い凸部ｐｆが形成された別のパンチＰＦによって第５工程において使用したダイＤＣの凹部ｄｃに入れ込む。

即ち、第５工程において得られた半製品Ｗ５（図６参照）をパンチＰＦとダイＤＣとの間にセットし、該半製品Ｗ５をパンチＰＢとダイＤＣとの間で挟圧すれば、これに生じていた余肉がダイＤＣの凹部ｄｃに入れ込まれて半製品Ｗ６が得られる。

７）第７工程（潰し工程４）：
この第７工程では、図８に示すように、第６工程において使用したパンチＰＦの凸部ｐｆよりも高さの高い凸部ｐｇが形成された別のパンチＰＧと第５及び第６工程において使用されたダイＤＣの凹部ｄｃよりも深さの深い凹部ｄｄが形成された別のダイＤＤとの間に、第６工程において得られた半製品Ｗ６（図７参照）をセットし、ダイＤＤの凹部ｄｄに対してパンチＰＧの凸部ｐｇで半製品Ｗ６を板厚方向に押し潰して半製品Ｗ７を得る。

而して、パンチＰＧの凸部ｐｇによって半製品Ｗ６をダイＤＤの凹部ｄｄとの間で板厚方向に押し潰すと、半製品Ｗ６は図８のＤ部が更に押し潰され、押し潰されて余った材料がダイＤＤの凹部ｄｄ側に余肉となって現れて半製品Ｗ７が得られる。そして、この潰し工程４においても、前記潰し工程１〜３と同様に、次の第８工程である入れ込み工程４において必要な余肉量が得られるまで該潰し工程４が繰り返される。

８）第８工程（入れ込み工程４）：
この第８工程では、第７工程において半製品Ｗ７に生じた余肉を第７工程において使用したパンチＰＧの凸部ｐｇよりも高さの高い凸部ｐｈが形成された別のパンチＰＨによって第７工程において使用したダイＤＤの凹部ｄｄに入れ込む。

即ち、第７工程において得られた半製品Ｗ７（図８参照）をパンチＰＨとダイＤＤとの間にセットし、該半製品Ｗ７をパンチＰＨとダイＤＤとの間で挟圧すれば、これに生じていた余肉がダイＤＤの凹部に入れ込まれて最終製品Ｗが得られる。

而して、図１に示す製品Ｗは、以上の第１〜第８工程を経て製造されるが、本発明に係る成形方法によれば、潰し工程１〜４によって金属薄板の成形部に生じた余肉は次の入れ込み工程１〜４によってダイＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＤＤの各凹部ｄａ，ｄｂ，ｄｃ，ｄｄにそれぞれ入れ込まれて吸収され、成形部のみが鍛造のように潰して延ばされるために材料の移動は成形部の範囲内でのみ行われる。このため、成形部の断面積（体積）は変化せず、従って、周辺部から成形部への材料の流入がなく、周辺部に成形に伴う応力と歪みが発生せず、難加工材である純マグネシウムから成る金属薄板であっても、これをプレスによる冷間加工によって所望の形状に成形して図１に示すような製品Ｗを得ることができる。

又、本発明に係る金属薄板の成形に際しては面倒な温度管理等が不要である他、成形は簡単な構成のパンチＰＡ〜ＰＨとダイＤＡ〜ＤＤを用いてなされるため、金型構造が簡素化して加工コストを低く抑えることができる。

更に、本発明に係る成形方法によれば、金属薄板が難加工材であるが故に１回の潰し工程では次工程である入れ込み工程に必要な余肉量が得られない場合には、必要な余肉量が得られるまで潰し工程を複数回繰り返すようにしたため、難加工材から成る金属薄板であっても、これを冷間加工によって所望の形状に成形することができる。この場合、金属薄板の形状、材質及び板厚に応じて潰し工程の繰り返し回数を決定することによって、次工程の入れ込み工程に必要な適正な余肉量を安定的に得ることができる。

又、本実施の形態では、各入れ込み工程１〜４においてダイＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＤＤをその前の潰し工程において使用したものを使用するようにしたため、成形に必要なダイの種類が少なくて済み、設備の小型化とコストダウンを図ることができる。

更に、本実施の形態では、パンチＰＡ〜ＰＨの凸部ｐａ〜ｐｈの高さとダイＤＡ〜ＤＤの凹部ｄａ〜ｄｄの深さを工程の進行に従って次第に大きくするようにしたため、成形部の寸法（幅及び深さ）が各工程を繰り返すに従って次第に大きくなり、成形部の寸法が必要な値になるまで各工程を繰り返すことによって所望の製品Ｗを得ることができる。

ところで、以上の第１〜第６工程に使用するパンチＰＡ〜ＰＨとダイＤＡ〜ＤＤを一体化して並設し、これらの間に金属薄板を１つずつ順送りする方法を採用すれば、順送り加工による連続加工が可能となり、見掛け上、１工程（１回のパンチング）で図１に示す最終製品Ｗを効率良く成形することができる。

尚、以上の実施の形態では、図１に示す最終製品Ｗを第１〜第８工程を経て成形したが、工程数は任意であって、最終製品の形状、金属薄板の材質と板厚等によって工程数が決まる。又、本実施の形態では、難加工材として特に純マグネシウムから成る金属薄板の成形方法について説明したが、本発明は、マグネシウム以外の例えばアルミニウムやチタン等の他の任意の難加工材から成る金属薄板の成形に対しても同様に適用可能であり、成形する形状も実施の形態に限定されないことは勿論である。

本発明に係る成形方法によって成形された製品の斜視図である。 本発明に係る成形方法の第１工程（潰し工程１）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第２工程（入れ込み工程１）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第３工程（潰し工程２）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第４工程（入れ込み工程２）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第５工程（潰し工程３）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第６工程（入れ込み工程３）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第７工程（潰し工程４）を示す成形型の半裁縦断面図である。 本発明に係る成形方法の第８工程（入れ込み工程４）を示す成形型の半裁縦断面図である。

符号の説明

ＤＡ〜ＤＤ ダイ
ｄａ〜ｄｄ ダイの凹部
ＰＡ〜ＰＨ パンチ
ｐａ〜ｐｈ パンチの凸部
Ｗ 製品
Ｗａ 製品の凸部
Ｗ１〜Ｗ７ 半製品

Claims (4)

1. プレスによる冷間加工によって金属薄板を所望の形状に成形する金属薄板の成形方法において、
   パンチによって金属薄板をダイとの間で板厚方向に押し潰す潰し工程と、該潰し工程によって金属薄板に生じた余肉をパンチによってダイの凹部に入れ込む入れ込み工程を経て金属薄板を所望の形状に成形すると共に、
   前記パンチを前記潰し工程と前記入れ込み工程毎に変更し、前記ダイは各入れ込み工程においてその前の潰し工程において使用したものを使用することを特徴とする金属薄板の成形方法。
2. 次工程である前記入れ込み工程に必要な余肉量が得られるまで前記潰し工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１記載の金属薄板の成形方法。
3. 前記潰し工程の繰り返し回数を金属薄板の形状、材質及び板厚に基づいて決定することを特徴とする請求項２記載の金属薄板の成形方法。
4. 前記パンチの凸部と前記ダイの凹部とを工程の進行に従って次第に大きくすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の金属薄板の成形方法。

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