JP6648624B2

JP6648624B2 - バーリング加工方法及びプレス成形装置

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Publication number: JP6648624B2
Application number: JP2016088079A
Authority: JP
Inventors: 伸麻吉川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP2017196632A

Description

本発明は、バーリング加工装置、バーリング加工方法、及びバーリング成形品に関する。

バーリング加工は、被加工材に設けられた下穴の縁にフランジを形成する加工方法である。バーリング加工では、被加工材の下穴にパンチを押し込み、被加工材の下穴の周縁部分をパンチの押し込み方向に伸ばすことで、被加工材の下穴の縁から突出する伸びフランジを成形する。

例えば特許文献１には、プレス加工により、板材のバーリング加工を行うべき箇所において、立ち上げ部の立ち上げ方向に凸部を成形する予備成形工程と、パンチング加工により、予備成形工程で成形した凸部に、最終的に得る穴の直径より小さい直径の穴を開けるパンチング工程と、プレス加工により、穴の開いた凸部を深絞りして立ち上げ部を成形する本成形工程とを備える、板材のバーリング加工方法が開示されている。かかるバーリング加工方法では、予備成形工程を行うことで凸型、凹型の形状に添ったプレスがされなくなるため伸びが均一となり、伸びの小さい材料においても立ち上げ部の先端に割れは発生せず、また、厚みも均一とすることができる。

特開２００４−２２３５８３号公報

バーリング加工により被加工部材に成形されたバーリング部は、例えば伸びフランジ部の中空部分をねじの取り付け部として利用される。この場合、ねじに取り付けに耐え得る強度を確保することが必要となる。しかし、バーリング加工では、被加工材の下穴の辺縁領域の材料を伸ばして伸びフランジ部を成形するため、伸びフランジ部の板厚はバーリング加工前の被加工材の板厚よりも減少する。そこで、バーリング加工により成形された伸びフランジ部を増肉するためにそのまま据え込み増肉を行うと、伸びフランジ部と当該伸びフランジ部の周囲のフランジ周囲部とにより形成されるコーナー部の内側でフランジ周囲部と伸びフランジ部とが重なり合い、折れ込みが生じやすい。発生した折れ込みは切削により除去されるため、切削コストがかかる。また、折れ込みの発生を防止するためにバリを出す場合には、バリを除去する抜き打ち工程が必要となる。

上記特許文献１に記載のバーリング加工方法においても、板材と伸びフランジ部に相当する立ち上げ部の内面とにより形成されるコーナー部は、加工前の板材の厚さよりも減肉するため、必要な強度を確保することができない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コーナー部の自在な成形を実現することが可能な、することが可能な、新規かつ改良されたバーリング加工装置、バーリング加工方法、及びバーリング成形品を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被加工材をバーリング加工して筒状の伸びフランジ部を有する成形品を得るためのバーリング加工方法であって、伸びフランジ部に対応する部分を固定ダイの平面部から突出した突起部に対応させ、伸びフランジ部の周囲のフランジ周囲部を固定ダイに対して突起部の突出方向に移動可能な可動ダイに対応させるように、被加工材をダイに載置する工程と、第１のパンチと可動ダイとの間でフランジ周囲部のうち伸びフランジ部の辺縁にあるフランジ辺縁領域よりも外辺にある外辺領域を挟持した状態で、第１のパンチ、及び突起部の側面との間で伸びフランジ部を拘束する第２のパンチを、可動ダイが固定ダイの平面部に当接するまで押し込む工程と、固定ダイの平面部に当接した可動ダイと第１のパンチとによって外辺領域を挟持した状態で、第２のパンチを第１のパンチよりも遅れて可動ダイに対して押し込み、フランジ辺縁領域と伸びフランジ部とにより形成されるコーナー部を成形する工程と、第２のパンチによるコーナー部の成形後に、コーナー部と反対側の伸びフランジ部の端面に当接された第３のパンチを、固定ダイの平面部に向かって押し込む工程と、を含み、バーリング加工により得られた筒状の伸びフランジ部を有する成形品を第２の被加工材として、第２の成形品の形状に対応した形状であって、伸びフランジ部の中空部分が挿入される第２の突起部と、伸びフランジの周囲のフランジ周囲部を支持する第２の平面部とを有する第２のダイと、第２のダイの第２の平面部とともにフランジ周囲部を挟持する第４のパンチと、伸びフランジ部の端面を押し込み、第２の成形品を成形する第５のパンチとを有し、第２のダイのうち、フランジ周囲部を支持する第２の平面部は、フランジ周囲部のコーナー部以外の領域を支持する固定ダイと、コーナー部を支持し、伸びフランジ部の伸び方向に移動可能な可動ダイと、を有するプレス成形装置を用いて、フランジ周囲部を第２の平面部の固定ダイ及び第４のパンチで挟持した状態で、第５のパンチにより伸びフランジ部の端面を押し込んで、可動ダイを移動させることにより、伸びフランジ部に延設されるフランジ延設部を有する第２の成形品を成形する、バーリング加工方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、筒状の伸びフランジ部を有するバーリング成形品を被加工材として、伸びフランジ部にフランジ延設部が延設されたプレス成形品を得るためのプレス成形装置であって、プレス成形品の形状に対応した形状であって、伸びフランジ部の中空部分が挿入される第２の突起部と、伸びフランジの周囲のフランジ周囲部を支持する第２の平面部と、を有する第２のダイと、第２のダイの第２の平面部とともにフランジ周囲部を挟持する第４のパンチと、伸びフランジ部の端面を押し込み、プレス成形品を成形する第５のパンチと、を有し、第２のダイのうち、フランジ周囲部を支持する第２の平面部は、フランジ周囲部のコーナー部以外の領域を支持する固定ダイと、コーナー部を支持し、伸びフランジ部の伸び方向に移動可能な可動ダイと、を有する、プレス成形装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、コーナー部の自在な成形を実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るバーリング加工装置の構成をバーリング加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、バーリング加工開始前の状態を示す。同実施形態に係るバーリング加工装置の構成をバーリング加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、伸びフランジ部及び外辺領域が成形された状態を示す。同実施形態に係るバーリング加工装置の構成をバーリング加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、フランジ辺縁領域及びコーナー部が成形された状態を示す。同実施形態に係るバーリング加工装置の構成をバーリング加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、コーナー部を略直角に成形した状態を示す。図２の領域Ａの部分拡大部である。図３の領域Ａの部分拡大部である。図４の領域Ａの部分拡大部である。同実施形態に係るバーリング加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の一例を示す説明図であって、コーナー部の板厚が、伸びフランジ部及び被加工材の板厚よりも大きくなるように成形された例を示す。同実施形態に係るバーリング加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の一例を示す説明図であって、コーナー部の外側が略直角に成形された例を示す。同実施形態に係るバーリング加工装置により成形されたバーリング成形品の一例を示す概略斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るプレス加工により成形される成形品の一例を示す説明図である。同実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、伸びフランジ部を増肉させるプレス加工の初期状態を示す。同実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、伸びフランジ部の増肉後の状態を示す。本発明の第３の実施形態に係るプレス加工により成形される成形品の一例を示す概略斜視図である。同実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、伸びフランジ部を増肉させるプレス加工の初期状態を示す。同実施形態に係るプレス加工装置の構成をプレス加工時の動作とともに示す概略的な断面図であって、伸びフランジ部の増肉後の状態を示す。同実施形態に係るプレス加工装置により成形される成形品の一変形例を示す概略斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．第１の実施形態：コーナー部の増肉）
（１−１．バーリング加工装置の動作）
まず、図１〜図７に基づいて、本発明の第１の実施形態に係るバーリング加工装置１００を用いたバーリング加工について説明する。図１〜図４は、本実施形態に係るバーリング加工装置の構成をバーリング加工時の動作とともに示す概略的な断面図である。図５〜図７は、図２〜図４の領域Ａにおける被加工材１０の加工状態を示す部分拡大図である。

図１〜図４を参照すると、バーリング加工装置１００は、ダイ１１０と、パンチ１２０とを含む。ダイ１１０は、固定ダイ１１１と、可動ダイ（パッド）１１３とを含む。パンチ１２０は、固定パンチ１２１と、外側可動パンチ（パッド）１２３と、内側可動パンチ（パッド）１２７とを含む。

図１に示すように、本実施形態におけるバーリング加工の開始時において、被加工材１０は平板状である。被加工材１０には、バーリング加工により伸びフランジ部が形成される位置に下穴１２が予め形成されている。下穴１２は、例えば打ち抜き加工や切削加工により形成される。

固定ダイ１１１は、被加工材１０に成形する伸びフランジ部の内面形状に対応する形状の突起部１１１ａを有する。突起部１１１ａの周囲には、固定ダイ１１１の基台部１１１ｂに対して突起部１１１ａの突出方向に移動可能に設けられ、バーリング成形品の伸びフランジ部の周囲のフランジ周囲部を支持する可動ダイ１１３が設けられている。可動ダイ１１３は、固定ダイ１１１の基台部１１１ｂの上面に連結されたクッション１１５によって、その上面が被加工材１０に当接するように支持されている。

一方、パンチ１２０は、被加工材１０の外辺領域に接する外側可動パンチ１２３と、外側可動パンチ１２３よりも内部側に設けられ、フランジ辺縁領域、伸びフランジ部に接する内側可動パンチ１２７とが、それぞれクッション１２５、１２９により固定パンチ１２１に対して移動可能に固定されている。このとき、内側可動パンチ１２７は、外側可動パンチ１２３よりも後退した（つまり、被加工材１０及びダイ１１０から遠い）位置で支持されている。また、固定パンチ１２１は、内側可動パンチ１２７の内部側に、ダイ１１０の突起部１１１ａと嵌合する嵌合部１２１ａを有する。図１の状態において、外側可動パンチ１２３は、被加工材１０の外辺領域を、可動ダイ１１３の上面との間で被加工材１０を挟持している。

プレス加工の開始後、パンチ１２０がダイ１１０に向かってプレスされると、まずダイ１１０のクッション１１５が収縮し、可動ダイ１１３が、外側可動パンチ１２３との間で被加工材１０の外辺領域を挟持したままダイ１１０の基台部１１１ｂ側へ押し込まれる。この時点でパンチ１２０のクッション１２５、１２９は収縮しない。したがって、パンチ１２０は、内側可動パンチ１２７が外側可動パンチ１２３よりも後退した位置関係を維持した状態で、ダイ１１０の基台部１１１ｂに押し込まれる。つまり、内側可動パンチ１２７は、外側可動パンチ１２３よりも遅れてダイ１１０の基台部１１１ｂに押し込まれることになる。

可動ダイ１１３と外側可動パンチ１２３とにより挟持された状態でパンチ１２０が固定ダイ１１１側へ押し込まれると、被加工材１０の下穴１２の周辺部分は、固定ダイ１１１の突起部１１１ａに沿ってパンチ１２０の押し込み方向に伸ばされながら径方向に拡大する。そして、図２及び図５に示すように、可動ダイ１１３が基台部１１１ｂに底突きすると、下穴１２の縁から突出する伸びフランジ部１３が形成される。なお、以下では、下穴１２の径が拡大して形成された伸びフランジ部１３の中空部分をバーリング穴１４と称する。

本実施形態において、伸びフランジ部１３は、内側可動パンチ１２７と固定ダイ１１１の突起部１１１ａの側面１１１ｃとにより拘束されている。つまり、バーリング加工装置１００において、内側可動パンチ１２７は、突起部１１１ａの側面１１１ｃとの間隔が被加工材１０の板厚に略一致するように配置されている。また、内側可動パンチ１２７は、可動ダイ１１３が外側可動パンチ１２３に押し込まれて固定ダイ１１１の基台部１１１ｂの上面に底突きした時点では、外側可動パンチ１２３よりも遅れて固定ダイ１１１の基台部１１１ｂ側に押し込まれるため、被加工材１０の外辺領域１５ａと伸びフランジ部１３との間にはテーパー部１７が存在する。

次いで、さらにパンチ１２０がダイ１１０側へ押し込まれると、図３及び図６に示すように、パンチ１２０のクッション１２５が収縮し、内側可動パンチ１２７が固定ダイ１１１の基台部１１１ｂ側へ押し込まれて外側可動パンチ１２３に追いつく。内側可動パンチ１２７の端面と外側可動パンチ１２３の端面とは略面一となり、内側可動パンチ１２７は、固定ダイ１１１の基台部１１１ｂの上面との間で被加工材１０（テーパー部１７）を挟み込んだ状態となる。これにより、被加工材１０の外辺領域１５ａよりバーリング穴１４側のフランジ辺縁領域１５ｂと、フランジ辺縁領域１５ｂと伸びフランジ部１３とにより形成されるコーナー部１８が成形される。なお、以下では、外辺領域１５ａ及びフランジ辺縁領域１５ｂをまとめて被加工材１０のフランジ周囲部１５ともいう。フランジ周囲部１５は、被加工材１０において伸びフランジ部１３以外の部分を指すものとする。

ここで、図２及び図３より明らかなように、被加工材１０の断面において、テーパー部１７の長さは、フランジ辺縁領域１５ｂとコーナー部１８とを合わせた長さよりも長い。したがって、本実施形態に係るバーリング加工装置１００によれば、コーナー部１８を増肉させる、つまり、コーナー部１８を伸びフランジ部１３及び被加工材１０よりも板厚が大きくなるように成形することが可能である。

さらに付加的な工程として、図４に示すように、図３に示した工程の後、パンチ１２０を固定ダイ１１１の基台部１１１ｂに向かってさらに押し込んでもよい。これにより、パンチ１２０のクッション１２５、１２９が収縮し、固定パンチ１２１の嵌合部１２１ａがダイ１１０の突起部１１１ａへ押し込まれる。ここで、固定パンチ１２１の嵌合部１２１ａの端面は、固定ダイ１１１の突起部１１１ａが入り込む凹部１２１ｂが形成されており、その凹部１２１ｂの端面１２１ｃは、パンチ１２０の押し込みにより、伸びフランジ部１３の端面１９に当接する。そして、パンチ１２０をさらに押し込むことで、図４及び図７に示すように、固定ダイ１１１の端面１２１ｃが伸びフランジ部１３の端面１９を押し込み、被加工材１０の材料を移動させて、図３及び図６の状態で固定ダイ１１１の突起部１１１ａ、基台部１１１ｂ及び被加工材１０のコーナー部１８との間に存在した僅かな隙間を埋める。これにより、コーナー部１８をさらに増肉させることができる。図４の例では、コーナー部１８の外側は略直角に成形されている。

（１−２．成形品の特徴）
図８および図９は、本発明の第１の実施形態に係るバーリング加工装置によって成形された成形品の断面におけるコーナー部の形状の一例を示す説明図である。図８は、コーナー部１８が、伸びフランジ部１３及び被加工材１０（フランジ辺縁領域１５ｂ及び外辺領域１５）よりも板厚が大きくなるように成形された例である。図９は、コーナー部１８の外側が略直角に成形された例である。

上述したように、本実施形態に係るバーリング加工装置１００を用いたバーリング加工では、被加工材１０に伸びフランジ部１３及び被加工材１０の外辺領域１５ａを成形した後に、伸びフランジ部１３と被加工材１０の外辺領域１５ａとの間のテーパー部１７を内側可動パンチ１２７で押しつぶすことによりコーナー部１８を成形する。このため、伸びフランジ部１３とフランジ周囲部１５との間での材料の流動は生じず、コーナー部１８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部１８の外側を略直角にすることが可能である。

例えば、図８に示すように、被加工材１０のコーナー部１８の板厚ｔｃを、被加工材１０の加工前の板厚ｔよりも大きくなるように成形できる。つまり、コーナー部１８が増肉されている。ここで、フランジ周囲部１５の板厚ｔ_１は、被加工材１０の加工前の板厚ｔと等しいものとする。また、伸びフランジ部１３の板厚ｔ_２は、通常、バーリング加工により材料を伸ばして成形された部材であり、フランジ周囲部１５の板厚ｔ_１よりも小さくなりやすい。

本実施形態に係るバーリング加工装置１００により成形された被加工材１０の断面において、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２は、内側の曲率半径Ｒ１に被加工材１０の加工前の板厚ｔを加えたものよりも小さくなる（Ｒ２＜Ｒ１＋ｔ）。特に、図８に示したように、外側の曲率半径Ｒ２を内側の曲率半径Ｒ１よりも小さくする（Ｒ２＜Ｒ１）ことも可能である。また、コーナー部１８が被加工材１０の加工前の板厚ｔである場合には、外側の曲率半径Ｒ２は、内側の曲率半径Ｒ１と被加工材１０の加工前の板厚ｔとの和に等しくなる（Ｒ２＝Ｒ１＋ｔ）。以上より、本実施形態において、コーナー部１８を増肉させることは、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２が、内側の曲率半径Ｒ１に被加工材１０の加工前の板厚ｔを加えた値以下であることと等価である。なお、コーナー部１８の板厚ｔｃが被加工材１０の加工前の板厚ｔよりも小さい場合には、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２は、内側の曲率半径Ｒ１に被加工材１０の加工前の板厚ｔを加えたものよりも大きくなる（Ｒ２＞Ｒ１＋ｔ）。

具体的には、例えば、被加工材１０の加工前の板厚ｔが５ｍｍの場合、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２を０．５ｍｍ（板厚ｔの１０％）とし、内側の曲率半径Ｒ１を７．５ｍｍ（板厚ｔの１．５倍）とすると、折り込みを生じることなくバーリング加工を実施することが可能である。なお、図９に示す例のように、コーナー部１８の外側は直角にすることも可能であるため、曲率半径Ｒ２は０．５ｍｍより小さくてもよい。また、上記のような従来技術との関係においては曲率半径Ｒ２を小さくした場合に本実施形態の有利性が顕著であるものの、コーナー部１８の外側の曲率半径Ｒ２が大きいことによって本実施形態の適用が阻害されるものではないため、曲率半径Ｒ２は０．５ｍｍよりも大きくてもよい。コーナー部１８の内側の曲率半径Ｒ１については、曲率半径Ｒ２に対して大きすぎると材料の折れ込みなどによる疵が発生する可能性があるが、少なくとも曲率半径Ｒ１が板厚ｔに対して上記の例のような範囲にある場合には、疵を生じることなくバーリング加工を実施することが可能である。

また、図９に示された例では、被加工材１０の断面において、コーナー部１８の外側が略直角に成形されている。なお、本明細書において、「コーナー部１８の外側が略直角である」場合には、コーナー部１８の外側が厳密に直角である場合だけではなく、コーナー部１８の外側の曲率半径が限りなく小さく、０に近い場合も含まれる。この場合、コーナー部１８の内側も略直角に成形することも可能であるが、コーナー部１８への応力集中を避ける観点から、コーナー部１８の内側についてはある程度の（０に近い程度ではない）曲率半径Ｒ１を与えることが望ましい。この場合、コーナー部１８の外側の曲率半径は、内側の曲率半径Ｒ１に被加工材１０の加工前の板厚ｔを加えたものよりも小さいと解することができる。従って、図９に示された例においても、コーナー部１８は増肉されているといえる。

図１０は、本実施形態に係るバーリング加工装置１００により成形されたバーリング成形品５０の一例である。図１０に示す軸対称形状のバーリング成形品５０は、伸びフランジ部５３と、フランジ周囲部５５とを含む。伸びフランジ部５３は、円筒形状を有しており、バーリング穴５４が形成されている。なお、上述の図８及び図９に示した被加工材１０の断面は、図１０のバーリング成形品５０のＢ−Ｂ切断線での断面に対応する。バーリング成形品５０は、コーナー部５８が増肉されている、またはコーナー部５８の外側が略直角であるという特徴を有する。すなわち、伸びフランジ部５３の内周面が、フランジ周囲部５５側まで略面一となる。したがって、バーリング穴５４にねじ溝を形成した場合、ねじ溝が形成される領域を多くすることができるので、ねじとの結合強度を高めることができる。

（１−３．まとめ）
以上で説明した本発明の第１の実施形態では、バーリング加工装置１００を用いた被加工材１０のバーリング加工において、内側可動パンチ１２７が外側可動パンチ１２３よりも遅れて固定ダイ１１１の基台部１１１ｂ側に押し込まれることによって、伸びフランジ部１３と被加工材１０の外辺領域１５ａとの間にテーパー部１７が形成される。テーパー部１７の長さは最終的に形成されるフランジ周囲部１５及びコーナー部１８を合わせた長さよりも長い。したがって、テーパー部１７を押し広げてコーナー部１８を成形することによって、伸びフランジ部１３と被加工材１０の外辺領域１５ａとの間で材料を流動させなくてもコーナー部１８を増肉させることができる。それゆえ、本実施形態では、従来技術に比べてコーナー部１８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部１８の外側を略直角にすることができる。また、伸びフランジ部１３及びフランジ周囲部１５を増肉させることなく、コーナー部１８だけを増肉させることもできる。

また、本実施形態に係るバーリング加工装置１００では、パンチ１２０を押し込む一連のプレス工程の中で、クッション１２５の作用によって内側可動パンチ１２７を外側可動パンチ１２３よりも遅れて固定ダイ１１１の基台部１１１ｂ側に押し込ませる。これによってコーナー部１８の自在な成形を可能にしている。このように、本実施形態に係るバーリング加工装置１００は単軸でよく、パンチの複数の部分を互いに独立してプレスする多軸のバーリング加工装置は必要とされない。

なお、上述した例では、図１に示すように被加工材１０が平板状である状態からバーリング加工が開始されたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、被加工材１０の形状は特に限定されず、平板状以外の被加工材に対してもバーリング加工は可能である。また、図１０に示したバーリング成形品５０は、伸びフランジ部５３を平面視した形状（すなわち、バーリング穴５４の形状）は円形であったが、本発明はかかる例に限定されず、例えば、楕円形状や多角形状であってもよい。さらに、図１〜図４に基づき説明した本実施形態に係るバーリング加工方法の各工程を、一連の工程としてバーリング加工装置１００により実施したが、本発明はかかる例に限定されず、各工程を複数の加工装置により分担して実施してもよい。

（２．第２の実施形態：伸びフランジ部の増肉）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態に係るバーリング加工方法により成形されたバーリング成形品をさらにプレス加工して、伸びフランジ部が肉厚である成形品を成形する工程を追加している。第１の実施形態に係るバーリング加工方法により成形されたバーリング成形品を用いて伸びフランジ部が増肉された成形品をプレス成形することで、内部のコーナー面が重なり合うことがなく伸びフランジ部を増肉することができる。以下では、第１の実施形態に係るバーリング加工方法により成形されたバーリング成形品を用いることを前提として、伸びフランジ部を増肉する工程について説明する。

図１１は、本実施形態に係るプレス加工により成形される成形品６０Ａの一例を示す説明図である。図１１に示す成形品６０Ａは、伸びフランジ部６３と、フランジ周囲部６５とを含む成形品である。この成形品６０Ａは、例えば、図１０に示した、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品５０を、以下説明するプレス加工装置によりプレス加工することで成形される。

本実施形態に係る伸びフランジ部６３を増肉するためのプレス加工装置２００の構成を、図１２及び図１３に示す。図１２は、伸びフランジ部を増肉させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。図１３は、伸びフランジ部の増肉後の状態を示す概略的な断面図である。図１２及び図１３を参照すると、プレス加工装置２００は、ダイ２１０と、パンチ２２０とを含む。ダイ２１０は、固定ダイである。パンチ２２０は、固定パンチ２２１と、可動パンチ（パッド）２２３とを含む。

図１２に示すように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材２０は、例えば第１の実施形態により成形されたバーリング成形品であり、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角となっている。例えば、被加工材２０は、図１０に示したバーリング成形品５０であり、この場合、プレス加工装置２００により、図１１に示した伸びフランジ部６３が増肉された成形品６０Ａが成形される。なお、本発明はかかる例に限定されず、プレス加工装置２００は、図１０に示した形状以外のバーリング成形品を成形することも可能である。

ダイ２１０は、被加工材２０のバーリング穴２４が挿通される突起部２１１を有する。突起部２１１は、被加工材２０により製造される成形品の形状に対応して形成されている。したがって、突起部２１１の外径は、被加工材２０の伸びフランジ部２３の内径（すなわち、バーリング穴２４の内径）よりも小さく形成されている。被加工材２０は、バーリング穴２４をフランジ周囲部２５側からダイ２１０の突起部２１１に挿通されて、ダイ２１０の基台部２１３に設置される。このとき、被加工材２０の伸びフランジ部２３の内部側には、当該プレス加工により増肉される分の空間が存在する。

一方、パンチ２２０は、可動パンチ２２３が、被加工材２０のフランジ周囲部２５に当接するように配置される。このとき、可動パンチ２２３は、固定パンチ２２１と連結されたクッション２２５によって被加工材２０を押圧し、ダイ２１０の基台部２１３の上面との間で被加工材２０のフランジ周囲部２５を挟持している。また、パンチ２２０は、可動パンチ２２３よりも内部側に設けられ、ダイ２１０の突起部２１１と嵌合する嵌合部２２１ａを有する。固定パンチ２２１の嵌合部２２１ａの端面は、ダイ２１０の突起部２１１が入り込む凹部２２１ｂが形成されている。凹部２２１ｂの端面２２１ｃは、伸びフランジ部２３の端面２９と対向している。

プレス加工装置２００によるプレス加工を開始すると、図１３に示すように、固定パンチ２２１と可動パンチ２２３との間に設けられたクッション２２５が収縮し、固定パンチ２２１がダイ２１０側に向かって移動する。これにより、固定パンチ２２１の嵌合部２２１ａの端面２２１ｃによって伸びフランジ部２３の端面２９が押し込まれ、被加工材２０の伸びフランジ部２３を構成している材料がダイ２１０の突起部２１１との間に存在する空間へ流動し、当該空間を埋める。こうして、図１３に示すように、被加工材２０の伸びフランジ部２３をプレス加工前よりも増肉させるとともに、プレス加工後のコーナー部２８の外側の曲率半径を、プレス加工前と同様、小さく、あるいは略直角とすることができる。

ここで、本実施形態により成形される成形品は、上述の実施形態により成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角である成形品を、プレス加工装置２００によりプレス加工することで得られる。被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置２００により伸びフランジ部の端面を押圧した際、伸びフランジ部及びフランジ周囲部の材料が流動してしまい、コーナー部の内部に折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は伸びフランジ部とフランジ周囲部との内面同士が接触して重なっている部分であり、伸びフランジ部とフランジ周囲部との重なりが解かれて開きやすいため、他の部分に比べて強度が低下する。また、折れ込み部分は疲労破壊の要因ともなる。

そこで、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を被加工材として用いると、被加工材２０のフランジ周囲部２５がダイ２１０の基台部２１３と可動パンチ２２３とにより挟持された状態で、コーナー部２８の材料が流動するため、折り込みを生じさせることなくダイ２１０の突起部２１１との間の空間を埋めることができる。したがって、コーナー部２８の内部に折れ込みが発生することなく、かつ、コーナー部２８の外側の曲率半径を、プレス加工前と同様、小さく、あるいは略直角とすることができる。

以上で説明した本発明の第２の実施形態では、プレス加工装置２００を用いた被加工材２０のプレス加工において、被加工材２０として、第１の実施形態に成形された、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を用いる。そして、プレス加工装置２００により、被加工材２０のフランジ周囲部２５を挟持した状態で伸びフランジ部２３の端面２９に荷重を加えることで、伸びフランジ部２３とフランジ周囲部２５との間で材料を流動させなくても伸びフランジ部２３を増肉させるとともに、従来技術に比べてコーナー部２８の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部２８の外側を略直角にすることができるので、成形後のコーナー部２８も増肉させることができる。

（３．第３の実施形態：押出し加工）
（３−１．伸びフランジ部の押出し）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態のバーリング加工方法により成形されたバーリング成形品をさらにプレス加工して、伸びフランジ部が延設された成形品を成形する工程を追加している。第１の実施形態により成形されたバーリング成形品をプレス成形することで、内部のコーナー面が重なり合うことがなく伸びフランジ部を押出し、伸びフランジ部を延設することができる。以下では、第１の実施形態により成形されたバーリング成形品を用いることを前提として、伸びフランジ部を延設する工程について説明する。

図１４は、本実施形態に係るプレス加工により成形される成形品６０Ｂの一例を示す説明図である。図１４に示す成形品６０Ｂは、伸びフランジ部６３と、フランジ周囲部６５と、伸びフランジ部６３がコーナー部側から延設されたフランジ延設部６７とを含む成形品である。この成形品６０Ｂも、例えば、図１０に示した、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品５０を、以下説明するプレス加工装置によりさらにプレス加工することで成形される。

本実施形態に係る伸びフランジ部６３を延設するためのプレス加工装置３００の構成を、図１５及び図１６に示す。図１５は、伸びフランジ部を延設させるプレス加工の初期状態を示す概略的な断面図である。図１６は、伸びフランジ部の延設後の状態を示す概略的な断面図である。図１５及び図１６を参照すると、プレス加工装置３００は、ダイ３１０と、パンチ３２０とを含む。ダイ３１０は、伸びフランジ固定ダイ３１１と、フランジ周囲固定ダイ３１３と、可動ダイ（パッド）３１５とを含む。パンチ３２０は、固定パンチ３２１と、可動パンチ（パッド）３２３とを含む。

図１５に示すように、本実施形態におけるプレス加工の開始時において、被加工材２０は、第２の実施形態と同様、第１の実施形態のバーリング加工方法により成形されたバーリング成形品であり、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角となっている。例えば、被加工材２０は、図１０に示したバーリング成形品５０であり、この場合、プレス加工装置３００により、図１４に示した伸びフランジ部６３がコーナー部側から延設された成形品６０Ｂが成形される。なお、本発明はかかる例に限定されず、プレス加工装置３００は、図１０に示した形状以外のバーリング成形品を成形することも可能である。

ダイ３１０は、被加工材２０のバーリング穴２４が挿通される突起部である伸びフランジ固定ダイ３１１と、被加工材２０のフランジ周囲部２５を支持するフランジ周囲固定ダイ３１３及び可動ダイ３１５とから構成されている。被加工材２０の伸びフランジ部２３は、伸びフランジ固定ダイ３１１の側面と可動パンチ３２３の側面とにより挟持されている。フランジ周囲固定ダイ３１３及び可動ダイ３１５は、伸びフランジ固定ダイ３１１より後退して（すなわち、パンチ３２０と反対側に）設けられている。可動ダイ３１５は、伸びフランジ部２３に対応する位置に設けられており、クッション３１７によりフランジ周囲固定ダイ３１３にパンチ３２０の押し込み方向に移動可能に連結されている。フランジ周囲固定ダイ３１３は、可動ダイ３１５の外側に設けられており、可動パンチ３２３とともに被加工材２０のフランジ周囲部２５の一部を挟持する。被加工材２０は、バーリング穴２４をフランジ周囲部２５側から伸びフランジ固定ダイ３１１に挿通されて、フランジ周囲固定ダイ３１３及び可動ダイ３１５に設置される。このとき可動ダイ３１５は、被加工材２０のフランジ周囲部２５により、フランジ周囲部２５がフランジ周囲固定ダイ３１３と当接する位置まで押し込まれる。

一方、パンチ３２０は、可動パンチ３２３が、被加工材２０のフランジ周囲部２５に当接するように配置される。このとき、可動パンチ３２３は、固定パンチ３２１と連結されたクッション３２５によって被加工材２０を押圧し、フランジ周囲固定ダイ３１３の上面との間で被加工材２０のフランジ周囲部２５を挟持している。また、パンチ３２０は、可動パンチ３２３よりも内部側に設けられ、伸びフランジ固定ダイ３１１と嵌合する嵌合部３２１ａを有する。固定パンチ３２１の嵌合部３２１ａの端面は、伸びフランジ固定ダイ３１１が入り込む凹部３２１ｂが形成されている。凹部３２１ｂの端面３２１ｃは、伸びフランジ部２３の端面２９と対向している。

プレス加工装置３００によるプレス加工を開始すると、図１６に示すように、固定パンチ３２１と可動パンチ３２３との間に設けられたクッション３２５が収縮し、固定パンチ３２１がダイ３１０側に向かって移動する。これにより、
固定パンチ３２１の嵌合部３２１ａの端面３２１ｃによって伸びフランジ部２３の端面２９が押し込まれ、被加工材２０の伸びフランジ部２３を構成している材料が、可動ダイ３１５を押し込み、クッション３１７を収縮させながら、可動ダイ３１５の代わりに伸びフランジ固定ダイ３１１とフランジ周囲固定ダイ３１３との間の空間を埋めるように移動する。こうして、図１６に示すように、被加工材２０の伸びフランジ部２３をプレス加工前よりも延設させることができる。

このとき、プレス加工後の被加工材２０は、伸びフランジ部２３の外側面とフランジ周囲部２５の上面とにより形成される第１の内コーナー部２８ａと、フランジ延設部２７の外側面とフランジ周囲部２５の下面とにより形成される第２の内コーナー部２８ｂとを有する。ここで、本実施形態により成形される成形品も、第２の実施形態と同様、上述の第１の実施形態のバーリング加工方法により成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角である成形品を、プレス加工装置３００によりプレス加工することで得られる。仮に、被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置３００により伸びフランジ部の端面を押圧した際、伸びフランジ部及びフランジ周囲部の材料が流動してしまい、第１の内コーナー部２８ａに折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は、他の部分に比べて強度が低く、疲労破壊の要因ともなる。

これに対して、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を被加工材として用いた場合、被加工材２０のフランジ周囲部２５がフランジ周囲固定ダイ３１３と可動パンチ３２３とにより挟持された状態で、コーナー部２８の材料が、可動ダイ３１５を押し下げながら流動する。したがって、コーナー部２８の内部に折れ込みが発生することがない。また、第２の内コーナー部２８ｂは、第１の内コーナー部２８ａと同様、コーナー部２８への応力集中を避ける観点から、コーナー部２８の内側についてはある程度の（０に近い程度ではない）曲率半径を与えることが望ましい。例えば、第２の内コーナー部２８ｂに、第１の内コーナー部２８ａと同程度の曲率半径を与えるようにしてもよい。

以上で説明した本発明の第３の実施形態では、プレス加工装置３００を用いた被加工材２０のプレス加工において、被加工材２０として、第１の実施形態に成形された、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を用いる。そして、プレス加工装置３００により、被加工材２０のフランジ周囲部２５を挟持した状態で伸びフランジ部２３の端面２９に荷重を加える。これにより、伸びフランジ部２３とフランジ周囲部２５との間で材料を流動させなくても伸びフランジ部２３を延設させることができ、第１の内コーナー部２８ａに折り込みを発生させることがない。

（３−２．変形例：フランジ周囲部の押出し）
図１５及び図１６に示した本実施形態に係るプレス加工装置３００では、バーリング成形品の伸びフランジ部２３を、フランジ周囲部２５と反対側に押し出し、フランジ延設部２７を成形したが、例えば、図１７に示すように、バーリング成形品のフランジ周囲部２５をバーリング穴６４側に押し出して、内方延設部６９を形成することも可能である。この場合、例えば、図１２に示した第２の実施形態に係るプレス加工装置２００について、突起部２１１の外径をバーリング穴２４と略同一とし、さらに、突起部２１１にフランジ周囲部２５を延長した凹部を形成する。そして、プレス加工装置２００のパンチ２２０をダイ２１０側へ押し込むと、固定パンチ２２１の端面２２１ｃが伸びフランジ部２３の端面２９を押し、コーナー部の材料が流動し、フランジ周囲部２５に形成された凹部を埋め、図１７に示すような成形品６０Ｃを成形することができる。

図１７に示す成形品６０Ｃも、第１の実施形態に係るバーリング加工方法により成形されたコーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を、プレス加工装置によりプレス加工することで得られる。仮に、被加工材のコーナー部の外側の曲率半径が大きく、コーナー部の板厚が薄いと、プレス加工装置により伸びフランジ部の端面を押圧した際、伸びフランジ部及びフランジ周囲部の材料が流動してしまい、コーナー部の内側に折れ込み等の疵が発生する。折れ込み部分は、他の部分に比べて強度が低く、疲労破壊の要因ともなる。

これに対して、本実施形態のように、コーナー部の外側の曲率半径が小さい、あるいは略直角であるバーリング成形品を被加工材として用いた場合、被加工材のフランジ周囲部がダイ及びパンチで挟持された状態で伸びフランジ部の端面を押圧すると、コーナー部の材料が流動し、バーリング穴側に形成された凹部が埋められる。したがって、この場合にも伸びフランジ部の外側面とフランジ周囲部とにより形成されるコーナー部に折れ込みが発生することがない。

（４．まとめ）
以上説明した、本発明の第１の実施形態によれば、バーリング加工装置を用いた被加工材のバーリング加工において、伸びフランジ部とフランジ周囲部との間にテーパー部が形成した後、テーパー部を押し広げてコーナー部を成形する。これにより、伸びフランジ部とフランジ周囲部との間で材料を流動させなくてもコーナー部を増肉させることができる。それゆえ、従来技術に比べてコーナー部の外側の曲率半径を小さくする、またはコーナー部の外側を略直角にすることができる。また、本発明の第１の実施形態によれば、１工程で平板から、コーナー部の外側の曲率半径を小さく、あるいは略直角に成形するのではなく、段階的に押し込みコーナー部の外側の形状を成形していくことで、従来技術よりも小さな荷重でバーリング成形することが可能である。したがって、強度の高い鉄鋼材料のバーリング成形も、成形時に割れ等を発生させることなく加工することが可能となる。なお、本発明の第１の実施形態に係るバーリング成形方法により成形可能な材料は、鉄鋼以外にも、アルミニウム等も含まれる。

また、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態によれば、第１の実施形態のバーリング成形装置により成形された、コーナー部の外側の曲率半径の小さい、あるいは略直角のバーリング成形品を第２の被加工材として用い、さらにプレス加工を行い、他の形状の成形品を形成する。コーナー部の外側の曲率半径の小さい、あるいは略直角の成形品を第２の被加工材として用いることで、伸びフランジ部の増肉、伸びフランジ部あるいはフランジ周囲部の延設をプレス加工により行った際、コーナー部の内側に折り込み等の疵を生じさせないことができる。

さらに、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態のプレス成形装置により成形された成形品は、複雑な形状の成形品であり、従来は、複数の部品を溶接等により接続して形成されるのが一般的であった。しかし、第１の実施形態のバーリング成形装置を用いたバーリング成形と、第２の実施形態及び第３の実施形態のプレス成形装置を用いたプレス成形とを組み合わせることで、複雑な形状の成形品を１部品として製造することが可能となる。これにより、部品点数を少なくすることが可能であり、部品重量も小さく、また、製造コストも削減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０、２０被加工材
１２下穴
１３、２３伸びフランジ部
１４、２４バーリング穴
１５、２５フランジ周囲部
１５ａ外辺領域
１５ｂフランジ辺縁領域
１７テーパー部
１８、２８コーナー部
１９、２９端面
２７フランジ延設部
５０バーリング成形品
５３伸びフランジ部
５４バーリング穴
５５フランジ周囲部
５８コーナー部
６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ成形品
６３伸びフランジ部
６４バーリング穴
６５フランジ周囲部
６７フランジ延設部
６９内方延設部
１００バーリング加工装置
１１０ダイ
１１１固定ダイ
１１３可動ダイ
１１５、１２５、１２９クッション
１２０パンチ
１２１固定パンチ
１２１ａ嵌合部
１２３外側可動パンチ
１２７内側可動パンチ
２００、３００プレス加工装置
２１０、３１０ダイ
２１１突起部
２１３基台部
２２０、３２０パンチ
２２１、３２１固定パンチ
２２１ａ、３２１ａ嵌合部
２２１ｂ、３２１ｂ凹部
２２３、３２３可動パンチ
２２５、３１７、３２５クッション
３１１フランジ固定ダイ
３１３フランジ周囲固定ダイ
３１５可動ダイ

Claims

被加工材をバーリング加工して筒状の伸びフランジ部を有する成形品を得るためのバーリング加工方法であって、
前記伸びフランジ部に対応する部分を固定ダイの平面部から突出した突起部に対応させ、前記伸びフランジ部の周囲のフランジ周囲部を前記固定ダイに対して前記突起部の突出方向に移動可能な可動ダイに対応させるように、前記被加工材をダイに載置する工程と、
第１のパンチと前記可動ダイとの間で前記フランジ周囲部のうち前記伸びフランジ部の辺縁にあるフランジ辺縁領域よりも外辺にある外辺領域を挟持した状態で、前記第１のパンチ、及び前記突起部の側面との間で前記伸びフランジ部を拘束する第２のパンチを、前記可動ダイが前記固定ダイの平面部に当接するまで押し込む工程と、
前記固定ダイの平面部に当接した前記可動ダイと前記第１のパンチとによって前記外辺領域を挟持した状態で、前記第２のパンチを前記第１のパンチよりも遅れて前記可動ダイに対して押し込み、前記フランジ辺縁領域と前記伸びフランジ部とにより形成されるコーナー部を成形する工程と、
前記第２のパンチによる前記コーナー部の成形後に、前記コーナー部と反対側の前記伸びフランジ部の端面に当接された第３のパンチを、前記固定ダイの前記平面部に向かって押し込む工程と、
を含み、
前記バーリング加工により得られた筒状の前記伸びフランジ部を有する成形品を第２の被加工材として、
第２の成形品の形状に対応した形状であって、前記伸びフランジ部の中空部分が挿入される第２の突起部と、前記伸びフランジの周囲の前記フランジ周囲部を支持する第２の平面部とを有する第２のダイと、前記第２のダイの前記第２の平面部とともに前記フランジ周囲部を挟持する第４のパンチと、前記伸びフランジ部の端面を押し込み、前記第２の成形品を成形する第５のパンチとを有し、前記第２のダイのうち、前記フランジ周囲部を支持する前記第２の平面部は、前記フランジ周囲部のコーナー部以外の領域を支持する固定ダイと、前記コーナー部を支持し、前記伸びフランジ部の伸び方向に移動可能な可動ダイと、を有するプレス成形装置を用いて、
前記フランジ周囲部を前記第２の平面部の前記固定ダイ及び前記第４のパンチで挟持した状態で、前記第５のパンチにより前記伸びフランジ部の端面を押し込んで、前記可動ダイを移動させることにより、前記伸びフランジ部に延設されるフランジ延設部を有する前記第２の成形品を成形する、バーリング加工方法。
筒状の伸びフランジ部を有するバーリング成形品を被加工材として、前記伸びフランジ部にフランジ延設部が延設されたプレス成形品を得るためのプレス成形装置であって、
前記プレス成形品の形状に対応した形状であって、前記伸びフランジ部の中空部分が挿入される第２の突起部と、前記伸びフランジの周囲のフランジ周囲部を支持する第２の平面部と、を有する第２のダイと、
前記第２のダイの前記第２の平面部とともに前記フランジ周囲部を挟持する第４のパンチと、
前記伸びフランジ部の端面を押し込み、前記プレス成形品を成形する第５のパンチと、
を有し、
前記第２のダイのうち、前記フランジ周囲部を支持する前記第２の平面部は、
前記フランジ周囲部のコーナー部以外の領域を支持する固定ダイと、
前記コーナー部を支持し、前記伸びフランジ部の伸び方向に移動可能な可動ダイと、を有する、プレス成形装置。