JP5675171B2 - エッジ形成プレス加工による環状部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、板金加工に比べ製造コストの安いプレス加工により、曲率半径の小さいエッジを備える矩形の環状部材を形成することは、従来から困難を伴う。
特許文献1では、被加工素材の内部に液圧を付与し、加圧された被加工素材を、ダイキャビティを有するダイ内で包囲することにより、チューブ状の被加工素材をハイドロフォーミング成形する技術が開示されている。
特許文献3では、この方法の第1工程は、接続部形成部と平坦部とを有する第1中間加工品をつくり、第2工程は、第1中間加工品よりも接続部形成部の屈曲深さが大きく、平坦部の幅が小さい第2中間加工品をつくり、第3工程は、接続部形成部と、傾斜平坦部と、幅狭平坦部を有する第3中間加工品をつくり、第4工程は、第3中間加工品の傾斜平坦部を斜め上方に押圧し、傾斜部平坦部と接続部形成部の側壁との連接部に材料を集めて第4中間加工品をつくり、第5工程は、第4中間加工品の接続部形成部の側壁、傾斜平坦部および幅狭平坦部を上下から加圧し、接続部形成部の両側壁の開口端部にばりが形成された第5中間加工品をつくる。第6工程は、ばりを除去してケーシング構成部材をつくる技術が開示されている。
また、特許文献2で開示された技術は、管状の被加工部材を成形液圧にて拡管し、キャビティ形状に沿って成形させるチューブハイドロフォーミングの技術に関するものであるが、この成形のためには大掛かりな設備が必要なので製造コストが高くなり、また、被加工部材の肉厚とほぼ等しい程度の小さな曲率半径を有する隅、即ちエッジを内周面に形成することは、大きな液圧をかけても困難であった。
また、特許文献3で開示された技術では、小さな曲率半径を有するエッジ部を形成するために、一度ばりを形成してからそのばりを除去するなど、多くの工程が必要なので製造コストが高くなり、また、この技術により凸型のエッジ部を形成すること、即ち外周に形成することはできるが、凹型の隅であるエッジ部を内周面に形成することはできない。
この構成によれば、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備えるエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで多角形の環状部材を製造することを可能とする。
この構成によれば、側周部だけでなくフランジを備え、そのフランジと結合する側周部の一端においても小さな曲率半径を備える環状部材を製造することを可能とする。
この構成によれば、より効果的に均質な肉厚を有するエッジを備える多角形の環状部材をプレス加工により製造することを可能とする。
この構成によれば、矩形環状部材の側周部の高さが高く、エッジの肉厚が均質であり、曲率半径の小さいエッジを備える矩形環状部材を製造することを可能とする。
この構成によれば、環状部材の内周面に小さな曲率半径を備え、均質な肉厚を有するエッジをプレス加工により形成し、安い製造コストで製造することにより安価な多角形の環状部材を提供することを可能とする。
この構成によれば、プレス加工により形成するので、安い製造コストで製造することができ、安価な矩形の環状部材を提供することを可能とする。
この構成によれば、プレス加工により形成するので、安い製造コストで製造することができ、安価な矩形の環状部材を提供することを可能とする。
まず、プレス加工について説明する。プレス加工とは、金型の間に素材をはさみ、金型に力を加えることにより、素材を金型の形に成形するものであり、一般的には、他の機械加工と比較して生産性が高く、連続加工も可能であり、大量生産に向いているので、プレス加工によって製造される金属部品は、コストを安く抑えることが可能となる。一般的に、プレス加工には、せん断、曲げ、絞りなどの種類があり、対象となる素材と完成品に応じて適宜適切な手段が選択される。
図1は、環状部材の原材料となる金属平板の斜視図である。本実施形態では、その外形は、ほぼ正方形であるが、環状部材の形状に応じて、適宜長方形、多角形、円形、楕円形等、その他の形状を選択してもよい。また、大きさ及び肉厚も、環状部材の適用に応じて、適宜決定される。この金属平板は、塑性変形を容易にするため、中央部にほぼ正方形の穴が空いているが、穴は空いていなくてもよい。この後工程では、この平板に対して、上述した絞り加工を施すことにより、環状部材を形成する。
図2は、最初の工程(第1工程)を行った後の環状部材20の様子を示す。具体的には、金属平板10を、平面視(図2(a))の側周部24の外形に等しい外形を有するパンチで、絞り加工した部材を示す。本実施形態では、平面視(図2(a))の側周部24の外形は、角部25を除き、概ね、矩形である。しかし、三角形や五角形などの多角形であってもよい。また、本実施形態では、図14(b)で絞り加工を止めたものであり、完成した時にフランジ41となるように金属平板10(41)の部分が残っている。また、図1に示したように、金属平板10はパンチにより押し込まれた部分に穴が開いていたので、塑性変形を起こし、平面視で穴の形も正方形から変形している。また、パンチを押し込む深さ(側周部24の高さ)は、後工程で側周部の高さを成形する方法に応じて決定される。
図4は、第1工程を行った環状部材20に対して、さらに、第2工程を行った環状部材20の様子を示す。具体的には、将来フランジとなる、金属平板であった位置にある金属平板10の残余(10(41))から、所定の高さHで、側周部24を成形する。高さHの大きさは、環状部材の適用に応じ適宜決定される。本実施形態では、図4(b)に示すように、平面部21を同一高さとし、角部25は平面部21より若干低く成形されているが、これに限定されず、例えば、平面部21と角部25は同じ高さでもいいし、平面部21において高さが部分的に異なっていてもいい。
図6Aは、本実施形態における第3工程において、角部からエッジ部を成形する方法を説明するための図である。具体的には、図6A(a)に示すように、前工程において環状部材として形成された側周部24の曲面として形成された変形部23とコーナー部22を、側周部24の内側から押出金型90で押し出すことにより、最終的には図6A(b)に示すような、角張ったエッジ部31を形成する。
変形部23とコーナー部22の平面視における総延長は、
曲線Q1+曲線Q2+曲線R
である。なお、曲線Q1は曲線E31〜E31’、曲線Q2は曲線E32〜E32’、曲線Rは曲線E31〜E32である。
また、エッジがE3の位置に形成されたエッジ部においては、平面部の平面視における総延長は、
A+B
である。従って、第3工程においてエッジ部を適切に形成するためには、金属材料が適切にエッジ部へ補充されることが重要であり、好ましくは、
曲線Q1+曲線Q2+曲線R=A+B
の関係が成立するように、第1工程で変形部23とコーナー部22を形成しておくことが必要である。なお、各部の肉厚は一定であるとの前提である。しかし、厳密に同じである必要はなく、金属平板の肉厚にもよるが、およそ10〜20%の違いはあってもよい。また、プレス加工後の肉厚は、元の金属平板10の肉厚の50%以下になると割れが生じる虞があるので、元の金属平板10の肉厚の50%以下にならない範囲で、エッジ部を形成することが好ましい。
図10は、本実施形態における第4工程において、側周部24の成形に使用されなかった金属平板10の一部から形成されたフランジをトリミングして成形し、第4工程終了時の環状部材の形状を示した図である。また、図11は、同斜視図である。フランジは、環状部材の適用に応じて適宜その大きさ、側周部24からの巾などが定められる。これにより、角張ったエッジ部を有するシームレスな環状部材であり、その環状部材の一端においてフラットなフランジを有する環状部材が作成された。
第1実施形態では、フランジを有する共に、変形部23は、平面視では側周部24の内側方向へ膨らんだ略アーチ状であったが、本実施形態では、フランジはなく、変形部の形状が異なる。図12は、本実施形態における第1工程において形成する変形部のバリエーションを示し、変形部23Aは、平面視では波型であることを示す。型枠金型91が、側周部24Aの外側にあり、変形部23Aとコーナー部22Aは、型枠金型91と押出金型90との間に挟まれ、エッジ部と平面部が成形される。
なお、上記以外は、第1実施形態と同じである。
第1及び第2実施形態では、変形部の肉厚は他の部分の肉厚と同じであったが、本実施形態では、変形部23Bは、他の部分とは肉厚が異なっている。図13は、変形部23Bが、側周部24Bの内側に膨らんだ略アーチ状であり、側周部24Bの外側は平面であり、他の部分とは肉厚が異なっていることを示す。
なお、上記以外は、第1実施形態と同じである。
変形部の平面視形状について、略アーチ状、波型、略アーチ状余肉を上述したが、これ以外には、山形、角形など、直線に比し、材料を多く有することのできる形であればよい。
本願の多角形の環状部材は、以下のように適用される。
例えば、建築物内で空調、換気、排煙の目的で設備される空気ダクト、特に、角ダクトの、ダクト同士の接合、ダクトと他の部材との接合、ダクトの末端処理部などに適用される。例えば、ダクト同士の接合の場合、一般的には、現場での溶接、アングルのフランジをダクトの両端に接続し、現場でそのフランジ同士をボルト等で固定して接続する方法、角ダクトの端を外折にめくり上げてフランジとし、四隅の欠けた部分にコーナー部材を取り付け、現場でその部材同士をボルト等で接続する方法などが使用されている。
20 環状部材(製造工程中)
21 平面部
22 コーナー部
23 変形部
24 側周部
25 角部
31 エッジ部
40 環状部材
41 フランジ
90 押出金型
91 型枠金型
92 ダイス
93 しわ押え
94 パンチ
98 素材
99 力の向き
Claims (8)
- プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、
平面部と、曲面からなるコーナー部と、前記コーナー部と前記平面部の境界領域にある変形部とからなる側周部を絞り加工により成形する工程と、
前記金属平板面から予め定めた高さに前記側周部を成形する工程と、
前記側周部の前記高さに亘り、前記環状部材の内側から前記コーナー部を押し出すと共に、前記変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、前記環状部材の内周面において、前記コーナー部から、前記コーナー部の曲率半径より小さな曲率半径を有する前記エッジ部を成形する工程と、
を含む多角形の環状部材の製造方法。 - さらに、前記絞り加工におけるしわ押えにより保持され、前記側周部の成形に使用されなかった前記金属平板の一部から、前記環状部材のフランジを成形する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の多角形の環状部材の製造方法。
- 前記コーナー部の断面形状は、円弧状であり、
前記変形部の断面形状は、前記側周部の内側方向へ突出した略アーチ状であり、
前記コーナー部の前記円弧の円周上の中点と、前記変形部の略アーチの頂点とを押し出すことにより、前記エッジ部を成形することを特徴とする請求項1又は2いずれかに記載の多角形の環状部材の製造方法。 - 前記側周部の前記高さは、前記矩形環状部材の肉厚の5倍以上であり、
前記エッジ部における内周面の曲率半径を、前記肉厚より小さく成形することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の矩形の環状部材の製造方法。 - 請求項1〜4いずれかに記載の多角形の環状部材の製造方法によって製造された多角形の環状部材。
- プレスによる絞り加工により金属平板から成形されるシームレスな多角形の環状部材であって、
前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、
前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、
前記側周部の前記高さは、前記肉厚の5倍以上であり、
前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、
ことを特徴とする多角形環状部材。 - プレスによる絞り加工により形成されるシームレスな多角形の環状部材であって、
前記多角形環状部材は、側周部とフランジからなり、
前記側周部は、内周面において前記多角形環状部材の肉厚より小さい曲率半径を有するエッジ部を備え、
前記側周部の前記高さは、前記肉厚の5倍以上であり、
前記フランジは、前記側周部の一端に備えられている、
ことを特徴とする多角形環状部材。 - 前記フランジは、前記エッジ部を含めて前記側周部の全周に亘り備えられていることを特徴とする請求項6または7に記載の多角形環状部材。
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