JP6787013B2 - 成形材製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒状の胴部と胴部の端部に形成されたフランジ部とを有する成形材を製造するための成形材製造方法に関する。

例えば下記の非特許文献１等に示されているように、絞り加工を行うことで、筒状の胴部と該胴部の端部に形成されたフランジ部とを有する成形材を製造することが行われている。絞り加工では素材金属板を引き伸ばすことで胴部が形成されるので、通常、胴部の周壁の板厚は素材板厚よりも薄くなる。

例えば下記の特許文献１等に示されているモータケースとして、上記のような絞り加工により成形された成形材を用いる場合がある。この場合、胴部の周壁には、モータケース外への磁気漏洩を防ぐシールド材としての性能が期待される。また、モータの構造によっては、ステータのバックヨークとしての性能も周壁に期待される。

シールド材又はバックヨークとしての性能は、周壁が厚いほど良好となる。このため、上記のように絞り加工により成形材を製造する際には、胴部の板厚減少を見込んで、所定の胴部周壁の板厚が得られるように、素材金属板の板厚は、所定の胴部周壁の板厚よりも厚く選定する。しかし、素材金属板の板厚は常に一定ではなく、板厚公差と呼ばれる板厚の許容範囲内で変動する。また、金型状態の変化や材料特性のバラツキ等により、絞り加工における板厚減少量が変動することもある。

一方、モータの振動や騒音を低減するために、モータケースの内径には高精度な内径精度が求められることがある。そのため、通常は、絞り加工を終えた後に、胴部に仕上げしごきを行って内径の精度を向上させることが行われる。仕上げしごきは、２つの金型（パンチ及びダイ）を用いて胴部の材料を内側と外側の両側から挟んでしごきをかけるものであり、それら２つの金型の隙間（クリアランス）は胴部の材料板厚未満に設定される。クリアランスを胴部の材料板厚未満に設定することは、マイナスクリアランスと呼ばれる。

しごき加工を行う際、しごき加工前の胴部の板厚が予定していた板厚よりも薄いと、予め準備していたしごき加工金型ではしごき加工量が不足し、内径精度が低下する。逆に、しごき加工前の胴部の板厚が予定していた板厚よりも厚いと、仕上げしごき後の内径精度は満足するものの、素材金属板がその表面にめっきを有する表面処理鋼板である場合、めっき滓が発生して成形品の表面から脱落する等の別の問題が生じる。これらの問題は、素材金属板の板厚変動や絞り加工における板厚減少率の変動に起因して、仕上げしごき前の胴部周壁の板厚は変動するのに対し、仕上げしごきを行う金型のクリアランスが固定されており、仕上げしごき前における胴部周壁の板厚の変動を仕上げしごきにおいて吸収することができないことによる。

そこで、下記の特許文献２では、胴部素体に絞り加工を施す際、胴部素体の周壁に調節可能な圧縮力をかけることにより、胴部素体の周壁の板厚の増減をコントロールする圧縮絞り加工方法が提案されている。

村川正夫、外３名著「塑性加工の基礎」、初版、産業図書株式会社、１９９０年１月１６日、ｐ．１０４〜１０７

特開２０１３−５１７６５号公報 特許第５６９７７８７号公報

特許文献２の圧縮絞り加工方法で成形材を製造する場合でも、高さと直径との比（高さ／直径）が大きい成形材は、１回の絞り加工で成形することが難しく、複数回の絞り加工により成形する必要がある。複数回の絞り加工では、胴部素体の高さが徐々に高くされる。すなわち、最終的な成形材の胴部の上部の材料は、少なくとも初期の絞り加工において胴部素体の頂壁付近に位置しており十分な圧縮力を受けない。このため、最終的な成形材の胴部の上部は十分な増肉効果を得ることができず、その上部においてしごき加工量が不足することで内径精度が悪化することがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、成形材の胴部全域にわたって良好な内径精度を得ることができる成形材製造方法を提供するものである。

本発明に係る成形材製造方法は、素材金属板に対して多段絞り及び仕上げしごきを行うことで、筒状の胴部と該胴部の端部に形成されたフランジ部とを有する成形材を製造することを含む成形材製造方法であって、多段絞りには、胴部素体を有する予備体を素材金属板から形成する予備絞りと、予備絞りの後に行われ、胴部素体の深さ方向に沿う圧縮力を胴部素体の周壁に加えながら胴部素体を絞る複数回の圧縮絞りとを含み、仕上げしごきでは、胴部素体の上部の金型クリアランスを胴部素体の下部の金型クリアランスよりも狭くし、胴部素体の上部の金型クリアランスは、予備実験（この時の金型クリアランスを標準値とする）にて作製した製品の内径を測定し、標準値−（上限値外れ量＋パンチ径外れ量）／４以下、かつ、標準値−（パンチ径外れ量＋下限値外れ量）／４以上の範囲内に設定する。

本発明の成形材製造方法によれば、仕上げしごきでは、胴部素体の上部の金型クリアランスを胴部素体の下部の金型クリアランスよりも狭くするので、圧縮絞りにおいて胴部素体の上部が十分に増肉されていない場合でも、その上部においてしごき加工量が不足することを回避できる。これにより、成形材の胴部全域にわたって良好な内径精度を得ることができる。

本発明の実施の形態１による成形材製造方法によって製造される成形材１を示す斜視図である。 図１の成形材を製造する成形材製造方法を示す説明図である。 図２の予備絞りに用いる金型を示す説明図である。 図３の金型による予備絞りを示す説明図である。 図２の第１圧縮絞りに用いる金型を示す説明図である。 図５の金型による第１圧縮絞りを示す説明図である。 第３圧縮絞りが終了した後の予備体における胴部素体の板厚分布を示すグラフである。 図７の板厚測定位置を示す説明図である。 図２の第１〜第３圧縮絞りにおける材料の移動を示す説明図である。 図２の仕上げしごき工程で使用する仕上げしごき用金型を示す説明図である。 第１圧縮絞りにおけるリフターパッド力と胴部周壁平均板厚との関係を示すグラフである。 第２圧縮絞りにおけるリフターパッド力と胴部周壁平均板厚との関係を示すグラフである。 図１０の（ａ）に示すストレートタイプの金型を用いて仕上げしごきを行った成形材における仕上げしごき前の周壁板厚と各測定位置における製品内径との関係を示すグラフである。 図１０の（ｂ）に示すクリアランス変化タイプの金型を用いて仕上げしごきを行った成形材における仕上げしごき前の周壁板厚と各測定位置における製品内径との関係を示すグラフである。 図１３及び図１４の内径寸法測定位置を示す説明図である。 予備実験で作製された成形材１の測定内径と規格寸法等との関係の一例を示す説明図である。 クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを変更したときの成形材１の上部内径変化を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による成形材製造方法によって製造される成形材１を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態の成形材製造方法によって製造される成形材１は、胴部１０及びフランジ部１１を有するものである。胴部１０は、頂壁１００、頂壁１００の外縁から延出された周壁１０１及び頂壁１００と周壁１０１とをつなぐ曲面からなる肩部１０２を有する筒状の部分である。頂壁１００は、成形材１を用いる向きによっては底壁等の他の呼ばれ方をする場合もある。図１では胴部１０は断面真円形を有するように示しているが、胴部１０は、例えば断面楕円形や角筒形等の他の形状とされていてもよい。例えば頂壁１００からさらに突出された突部を形成する等、頂壁１００にさらに加工を加えることもできる。フランジ部１１は、胴部１０の端部（周壁１０１の端部）に形成された板部である。

本実施の形態１の成形材１では、胴部１０の周壁１０１と肩部１０２との境界位置に線状模様１０３が形成されている。この線状模様１０３は、後述の仕上げしごきに起因するものである。

次に、図２は、図１の成形材１を製造する成形材製造方法を示す説明図である。本発明の成形材製造方法は、平板状の素材金属板２に対して多段絞りと仕上げしごきとを行うことで成形材１を製造する。多段絞りには、予備絞りと、この予備絞りの後に行われる少なくとも１回の圧縮絞りが含まれている。本実施の形態の成形材製造方法では、３回の圧縮（第１〜第３圧縮）が行われる。素材金属板２としては、様々なめっき鋼板の金属板を用いることができる。

予備絞りは、素材金属板２に加工を施すことで、胴部素体２０ａを有する予備体２０を形成する工程である。胴部素体２０ａは、図１の胴部１０よりも直径が広く、かつ深さが浅い筒状体である。胴部素体２０ａの深さ方向は、胴部素体２０ａの周壁の延在方向によって規定される。本実施の形態では、予備体２０の全体が胴部素体２０ａを構成している。但し、予備体２０として、フランジ部を有するものを形成してもよい。この場合、フランジ部は胴部素体２０ａを構成しない。

第１〜第３圧縮絞りは、後に詳しく説明するように、胴部素体２０ａの深さ方向に沿う圧縮力４２ａ（図５参照）を胴部素体２０ａに加えながら胴部素体２０ａを絞る工程である。胴部素体２０ａを絞るとは、胴部素体２０ａの直径を縮めるとともに、胴部素体２０ａの深さをより深くすることを意味する。

仕上げしごきは、後に詳しく説明するように、多段絞りを経た予備体２０の胴部素体２０ａの周壁をパンチ及びダイにより内側及び外側の両側から挟んでしごき（減肉し）、胴部素体２０ａの内径及び外径をパンチの外径及びダイの内径に一致させるものである。この仕上げしごきを経ることで予備体２０が成形材１となる。

次に、図３は図２の予備絞りに用いる金型３を示す説明図であり、図４は図３の金型３による予備絞りを示す説明図である。図３に示すように、予備絞りに用いる金型３には、ダイ３０、パンチ３１及びクッションパッド３２が含まれている。ダイ３０には、パンチ３１とともに素材金属板２が押し込まれる押込穴３０ａが設けられている。クッションパッド３２は、ダイ３０の端面に対向するようにパンチ３１の外周位置に配置されている。図４に示すように、予備では、ダイ３０及びクッションパッド３２により素材金属板２の外縁部を完全には拘束せず、素材金属板２の外縁部がダイ３０及びクッションパッド３２の拘束から外れるところまで抜く。素材金属板２のすべてをパンチ３１とともに押込穴３０ａに押し込んで抜いてもよい。上述のようにフランジ部を有する予備体２０を形成する場合には、素材金属板２の外縁部がダイ３０及びクッションパッド３２の拘束から外れない深さで止めればよい。

次に、図５は図２の第１圧縮絞りに用いる金型４を示す説明図であり、図６は図５の金型４による第１圧縮絞りを示す説明図である。図５に示すように、第１圧縮絞りに用いる金型４には、ダイ４０、パンチ４１、リフターパッド４２及びパンチホルダー４３が含まれている。ダイ４０は、押込穴４０ａを有する部材である。パンチ４１は、胴部素体２０ａの内部に挿入されて胴部素体２０ａを押込穴４０ａに押込む円柱体であり、パンチホルダー４３に支持されている。

リフターパッド４２は、ダイ４０に対向するようにパンチ４１の外周位置に配置されている。具体的には、リフターパッド４２は、パッド部４２０及び付勢部４２１を有している。パッド部４２０は、ダイ４０に対向するようにパンチ４１の外周位置に配置された環状部材である。付勢部４２１は、パッド部４２０の下部に配置されており、パッド部４２０を付勢支持している。また、付勢部４２１は、パンチホルダー４３に支持されている。パッド部４２０の上には、胴部素体２０ａの周壁の下端が載置される。胴部素体２０ａの周壁は、ダイ４０が降下した際にダイ４０及びパッド部４２０によって挟持される。このようにダイ４０及びパッド部４２０によって胴部素体２０ａの周壁が挟持されることで、付勢部４２１の付勢力（リフターパッド力）が胴部素体２０ａの深さ方向に沿う圧縮力４２ａとして胴部素体２０ａに加えられる。すなわち、リフターパッド４２は、胴部素体２０ａの深さ方向に沿う圧縮力４２ａを胴部素体２０ａに加える加圧手段を構成する。

図６に示すように、第１圧縮絞りでは、ダイ４０が降下することによりパンチ４１とともに胴部素体２０ａが押込穴４０ａに押込まれて、胴部素体２０ａが絞られる。このとき、胴部素体２０ａには、ダイ４０及びパッド部４２０によって胴部素体２０ａの周壁が挟持された後に、胴部素体２０ａの深さ方向に沿う圧縮力４２ａが加えられ続ける。すなわち、第１圧縮では、圧縮力４２ａを加えながら胴部素体２０ａを絞る。後に詳しく説明するように、圧縮力４２ａが所定の条件を満たす場合、胴部素体２０ａに減肉を生じさせることなく、胴部素体２０ａを絞ることができる。これにより、第１圧縮を経た胴部素体２０ａの板厚は、第１圧縮絞りの前の胴部素体２０ａの板厚以上となる。

加工中、リフターパッド４２の下面は、パンチホルダー４３の上面に当接することなく、上下に移動可能な状態にある。これは、いわゆる底突きしておらず、加工中、下降してきたダイ４０と付勢部４２１の付勢力（リフターパッド力）により上昇しようとしているリフターパッド４２が胴部素体２０ａを介してバランスしている状態である。

なお、リフターパッド４２が底突きする構造というのは、胴部素体２０ａが変形を受けて縮径する際の変形抵抗力よりも付勢部４２１の付勢力（リフターパッド力）小さい構成を意味している。この構成においては、下降してきたダイ４０とパンチホルダー４３との間で成形力がバランスしていることになるため、胴部素体２０ａに掛かる付勢力（リフターパッド力）の主体は胴部素体２０ａが縮径されてダイ４０内へ圧入される際の変形抵抗のみとなる。したがって、増肉に寄与するのは、主に変形抵抗に関係のあるダイ４０とパンチとの金型クリアランス、ダイＲ、胴部素体２０ａの材料強度（耐力×断面積）であり、これらの条件は一旦決まってしまうと容易には変更できない。すなわち、底突き構造の圧縮金型では、素材金属板の板厚変動に対応して板厚の増減をコントロールするのが困難といえる。

図２の第２及び第３圧縮絞りは、図５及び図６に示す金型４と同様の構成を有する金型を用いて行われる。但し、ダイ４０やパンチ４１の寸法は適宜変更される。第２圧縮絞りでは、圧縮力４２ａを加えながら、第１圧縮絞り後の胴部素体２０ａを絞る。また、第３圧縮絞りでは、圧縮力４２ａを加えながら、第２圧縮絞り後の胴部素体２０ａを絞る。これらの第１〜第３圧縮絞りの後に仕上げしごきを行うことで、胴部素体２０ａが胴部１０とされる。

第１〜第３圧縮絞りの圧縮力は、第３圧縮絞りが終了した後の胴部素体２０ａの板厚（仕上げしごきの直前の板厚）が所定の厚みになるように調整される。その結果、仕上げしごきでは、内径精度を満足しかつめっき滓の発生がない適切な金型クリアランスで加工が行われることとなる。

次に、図７は第３圧縮絞りが終了した後の予備体における胴部素体２０ａの板厚分布を示すグラフであり、図８は図７の板厚測定位置を示す説明図である。普通鋼の冷延鋼板にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっきが施された厚さ１．８ｍｍ、めっき付着量９０ｇ／ｍ２、直径１１６ｍｍの円形板を素材金属板２として、図２の予備絞り及び第１〜第３圧縮絞りを行った。なお、加工条件は後述の実施例と同じである。図７において■で示すように、第３圧縮絞りが終了した後の胴部素体２０ａの周壁の板厚は、上部（肩部近傍、測定位置：５ｍｍ位置）を除いて素材板厚よりも厚くされている。一方で、上部（肩部近傍、測定位置：５ｍｍ位置）は、他の部分の板厚よりも薄くなっている。

次に、図９は図２の第１〜第３圧縮絞りにおける材料の移動を示す説明図である。図９では、第３圧縮絞りが終了した後の予備体における胴部素体２０ａの上部に位置する材料、より具体的には肩部近傍に位置する材料を円印で表示している。また、各圧縮絞りにおいて圧縮力４２ａ（図６参照）の作用により増肉効果が及ぶ領域を黒塗りで表示している。図９に示すように、第３圧縮絞りが終了した後の胴部素体２０ａの上部に位置する材料は、第１及び第２圧縮絞りにおいては頂壁１００又は頂壁１００付近に位置している。このため、胴部素体２０ａの上部は第１及び第２圧縮絞りで十分な増肉効果を得ることができず、図７に示すように胴部素体２０ａの上部の板厚が局所的に薄くなる板厚分布になったと考えられる。

なお、図７において▲で示すように、圧縮力４２ａを付与せずに絞り加工を行った場合、胴部素体２０ａの板厚は素材板厚よりも薄くなるものの、胴部素体２０ａの板厚分布はほぼ均一となる。胴部素体２０ａの上部の板厚が局所的に薄くなるのは、複数回の圧縮絞りを行った際の特有の現象と考えられる。

次に、図１０は図２の仕上げしごき工程で使用する仕上げしごき用金型を示す説明図であり、図１０の（ａ）は比較対象となる一般的な仕上げしごき用金型を示し、図１０の（ｂ）は本実施の形態の成形材製造方法で使用する仕上げしごき用金型を示している。

図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、仕上げしごき用金型には、パンチ５０及びダイ５１が設けられている。パンチ５０に予備体２０が被せられた状態で、ダイ５１の押込み穴にパンチ５０とともに予備体２０が挿入される。

図１０の（ａ）に示すように、一般的な仕上げしごき用金型では、ダイ５１の内壁が胴部素体２０ａの深さ方向に対して平行に延在されており、かつ、パンチ５０とダイ５１との間の金型クリアランスが胴部素体２０ａの深さ方向の全域にわたって一定とされている。このような一般的な仕上げしごき用金型を用いて胴部素体２０ａの上部の板厚が局所的に薄い予備体２０のしごき加工を行った場合、胴部素体２０ａの上部においてしごき量が不十分になる虞がある。以下、この図１０の（ａ）に示すような金型をストレートタイプと称する。

図１０の（ｂ）に示すように、本実施の形態の成形材製造方法で使用する仕上げしごき用金型では、ダイ５１が第１分割ダイ５１ａ及び第２分割ダイ５１ｂによって構成されている。第１分割ダイ５１ａは、胴部素体２０ａの上部のしごき加工を行うように第２分割ダイ５１ｂの上方に配置されている。第２分割ダイ５１ｂは、胴部素体２０ａの下部のしごき加工を行うように第１分割ダイ５１ａの下方に配置されている。換言すると、図１０の（ｂ）の金型では、予備体２０の肩部付近を境として胴部素体２０ａの深さ方向にダイ５１が２分割とされている。上部のしごき加工を行う第１分割ダイ５１ａの押込み穴の内径は下部のしごき加工を行う第２分割ダイ５１ｂの押込み穴の内径よりも狭くされている。すなわち、本実施の形態の成形材製造方法で使用する金型では、胴部素体２０ａの上部の金型クリアランスが胴部素体２０ａの下部の金型クリアランスよりも狭くされている。このような金型を用いることで、胴部素体２０ａの上部の板厚が局所的に薄い場合でも、胴部素体２０ａの上部において十分なしごき量を確保できる。以下、この図１０の（ｂ）に示すような金型をクリアランス変化タイプと称する。

なお、図１に示す線状模様１０３は、第１分割ダイ５１ａの下端が胴部素体２０ａの外周面に押し当てられることで形成されるものであり、クリアランス変化タイプの金型を使用して製造された成形材１の特徴事項と言える。

次に、実施例を示す。本発明者らは、普通鋼の冷延鋼板にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっきが施された厚さ１．８ｍｍ、めっき付着量９０ｇ／ｍ^２、直径１１６ｍｍの円形板を素材金属板２として、圧縮時のリフターパッドの支持力（リフターパッド力）の大きさと、胴部素体２０ａの胴部周壁平均板厚（ｍｍ）との関係を調査した（図１１及び図１２）。
また、圧縮工程のリフターパッド力を変化させて作製した種々の胴部周壁板厚を有する仕上げしごき前の胴部素体２０ａを用いて、仕上げしごき後の成形材における内径寸法との関係を調査した（図１３及び図１４）。仕上げしごき加工ではストレートタイプとクリアランス変化タイプの２種類の金型を用いた。

まず、加工条件は以下の通りである。
・ダイ肩部の曲率半径：０．４５〜１０ｍｍ
・パンチの直径：
予備絞り ６６ｍｍ
第１圧縮絞り ５４ｍｍ
第２圧縮絞り ４３ｍｍ
第３圧縮絞り ３６．１６ｍｍ
仕上げしごき ３６．１６ｍｍ
・ダイとパンチの金型クリアランス（片側）：
予備絞り ２．００ｍｍ
第１圧縮絞り １．９５ｍｍ
第２圧縮絞り １．９５ｍｍ
第３圧縮絞り １．９５ｍｍ
仕上げしごき １．８５ｍｍ
・リフターパッドの支持力：０〜１００ｋＮ
・プレス油：ＴＮ−２０Ｎ

図１１は、第１圧縮絞りにおけるリフターパッド力と胴部周壁平均板厚との関係を示すグラフである。図１１では、第１圧縮絞り後の胴部周壁平均板厚を縦軸とし、第１圧縮絞りリフターパッド力（ｋＮ）を横軸としている。なお、胴部周壁平均板厚とは、パンチ肩半径のフランジ側のＲ止まりからダイ肩半径の頂壁側のＲ止まりまでの周壁の板厚を平均化したものである。胴部周壁平均板厚は、第１圧縮絞り時のリフターパッド力が高くなるにつれてほぼ直線的に増加していることが分かる。また、第１圧縮絞り時のリフターパッド力をおよそ１５ｋＮ以上にすることで、予備絞りの胴部周壁平均板厚より増肉できることが分かる。

図１２は、第２圧縮絞りにおけるリフターパッド力と胴部周壁平均板厚との関係を示すグラフである。図１２では、第２圧縮絞り後の胴部周壁平均板厚を縦軸とし、第２圧縮絞り時のリフターパッド力（ｋＮ）を横軸としている。ここでも、第１圧縮絞りと同様に第２圧縮絞り時のリフターパッド力が高くなるにつれて直線的に胴部周壁平均板厚が増加していることが分かる。ただし、第１圧縮絞り時のリフターパッド力を５０ｋＮとした胴部素体については、第２圧縮絞り時のリフターパッド力がおよそ３０ｋＮでほぼ金型クリアランスと同等の板厚まで増肉しており、それ以上リフターパッド力を上げても板厚は一定値を示した。これは、リフターパッド力を調整（増加）することによって金型クリアランスと同等の板厚まで胴部素体の板厚を増肉させることが可能なことを表している。第２圧縮絞りでは、リフターパッド力をおよそ１０ｋＮ以上にすることで、第１圧縮絞りの胴部周壁平均板厚より増肉できることが分かる。

図１３は図１０の（ａ）に示すストレートタイプの金型を用いて仕上げしごきを行った成形材における仕上げしごき前の周壁板厚と各測定位置における製品内径との関係を示すグラフ（比較例）であり、図１４は図１０の（ｂ）に示すクリアランス変化タイプの金型を用いて仕上げしごきを行った成形材における仕上げしごき前の周壁板厚と各測定位置における製品内径との関係を示すグラフ（本発明例）であり、図１５は図１３及び図１４の内径寸法測定位置を示す説明図である。

ストレートタイプの金型を用いた成形材とクリアランス変化タイプの金型を用いた成形材とについて、図１５に示すように頂壁１００の頂部から胴部１０の深さ方向に５ｍｍの位置、３０ｍｍの位置及び５５ｍｍの位置の３箇所において内径測定を実施した。図７で示したように製品肩部近傍（Ｈ＝５）は板厚が局部的に薄くなることから、ストレートタイプの金型を用いた場合、図１３に示すようにＨ＝５ｍｍ位置がしごき不足となって内径が大きくなり、内径規格の上限値を外れやすい傾向が認められる。

一方、クリアランス変化タイプの金型の場合、局部的に薄くなっている肩部近傍のダイ５１の内径（金型クリアランス）を小さくしているので、図１４に示すようにＨ＝５ｍｍ位置の内径が小さくなって胴体周壁中央部のＨ＝３０ｍｍとほぼ同等レベルまで改善されていることが分かる。また、圧縮絞りのリフターパッド力を強くするほど（しごき前の周壁板厚が厚いほど）、高さ方向の内径寸法精度が向上し、本発明の効果が顕著に現れていることが確認できる。これは、リフターパッド力を強くするほど、しごき前の周壁板厚が厚くなって材料がよりパンチに押し付けられやすくなること、また分割ダイスにして周壁板厚に応じて金型クリアランス値を適正化したことによって、製品内径が基準であるパンチ径に近づくことによるものである。

続いて、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランス（肩部近傍をしごくダイの内径寸法）の設定方法について説明する。金型クリアランスの設定は、ストレートタイプの金型（図１０の（ａ）参照）を用いて作製した成形材１の上部内径（Ｈ＝５ｍｍ位置の内径）を測定し、その測定上部内径と、内径の規格上限値及び規格下限値並びにパンチ径との関係から適正値を決定する。

以下の説明では、ストレートタイプの金型（図１０の（ａ）参照）を用いて成形材１を作製することを予備実験と呼び、その予備実験の金型クリアランスを標準値と呼び、製品内径と規格上限値との差を上限値外れ量と呼び、製品内径と規格下限値との差を下限値外れ量と呼び、仕上げしごき金型のパンチ５０（図１０参照）の直径をパンチ径と呼び、製品内径とパンチ径との差をパンチ径外れ量と呼ぶ。図１６は、予備実験で作製された成形材１の製品内径と規格寸法等との関係の一例を示す説明図である。

図１７は、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを変更したときの成形材１の上部内径変化を示すグラフである。図１７の実施例１〜５は、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを以下のように設定したときの成形材１の測定上部内径を表している。
実施例１：標準値−（上限値外れ量／２）
実施例２：標準値−（上限値外れ量＋パンチ径外れ量）／４
実施例３：標準値−（パンチ径外れ量／２）
実施例４：標準値−（パンチ径外れ量＋下限値外れ量）／４
実施例５：標準値−（下限値外れ量／２）

図１７に示す実施例１における胴部素体上部の金型クリアランスの大きさは、製品内径が規格上限値と等しくなる設定である。しかし、実際には、仕上げしごき加工後の成形材を仕上げの金型から取り外した後の製品内径は、スプリングバックのために大きくなり、規格上限値を上回ってしまった。一方、実施例５における胴部素体上部の金型クリアランスの大きさは、製品内径が規格下限値と等しくなる設定である。しかし、仕上げしごき加工後の成形材を仕上げしごき加工の金型から取り外した後の製品内径は、スプリングゴーのために大きくなり、規格下限値を上回ってしまったものである。

また、実施例３における胴部素体上部の金型クリアランスの大きさは、製品内径がパンチ径と等しくなる設定である。しかし、仕上げしごき加工後の成形材を仕上げの金型から取り外した後の製品内径は、スプリングゴーのために大きくなり、パンチ径である３６．１６ｍｍよりも小さい内径に仕上がったものである。パンチ径よりも小さい内径に仕上がったが、寸法規格内に収まっている。

図１７に示すように、実施例２〜４において成形材１の製品上部内径が寸法規格内に収まった。このことから、予備実験（この時の金型クリアランスを標準値とする）にて作製した製品の内径を測定し、標準値−（上限値外れ量＋パンチ径外れ量）／４以下、かつ、標準値−（パンチ径外れ量＋下限値外れ量）／４以上の範囲内に、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを設定することが好ましいことが分かった。すなわち、実施例２と実施例４における胴部素体上部の金型クリアランスの設定は、スプリングバックまたはスプリングゴーによって製品内径が目標の内径から狂う量を見越して小さいクリアランスに設定することによって、仕上げしごき加工の金型から取り外した後の製品内径を規格上限値または規格下限値と等しくすることができたものである。

なお、この予備実験では、Ｈ＝５ｍｍ位置の上部内径が各規格値（規格上限値、パンチ径、規格下限値）をそれぞれ上回ることを前提としている。もし、上部内径の測定結果がいずれかの規格値を下回るか又は等しい場合でも、前述した関係式の外れ量としてマイナスの値又は０を使用すれば良い。

ここで、各外れ量の求め方について、具体例を用いて説明する。図１６に示したように、各規格値は次のとおりとする。
規格上限値 ： ３６．３５ｍｍ
パンチ径 ： ３６．１６ｍｍ
規格下限値 ： ３６．０５ｍｍ

仮にストレートタイプの金型（図１０の（ａ））を用いて作製した成形材１の上部内径が３６．４５ｍｍであった場合、すなわち上部内径が各規格値をそれぞれ上回っている場合、各外れ量は次のとおりである。
上限値外れ量 ： ３６．４５−３６．３５（規格上限値）＝０．１０ｍｍ
パンチ径外れ量： ３６．４５−３６．１６（パンチ径） ＝０．２９ｍｍ
下限値外れ量 ： ３６．４５−３６．０５（規格下限値）＝０．４０ｍｍ
従って、上部内径が各規格値（規格上限値、パンチ径、規格下限値）をそれぞれ上回る場合、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを設定する際に、上述の関係式の各外れ量としてプラスの値が使用される。

一方、上部内径が３６．１６ｍｍであった場合、すなわち上部内径が規格上限値を下回り且つパンチ径と等しい場合、各外れ量は次のとおりである。
上限値外れ量 ： ３６．１６−３６．３５（規格上限値）＝−０．２９ｍｍ
パンチ径外れ量： ３６．１６−３６．１６（パンチ径） ＝ ０ｍｍ
下限値外れ量 ： ３６．１６−３６．０５（規格下限値）＝ ０．１１ｍｍ
従って、上部内径が規格上限値を下回り且つパンチ径と等しい場合には、クリアランス変化タイプの金型における胴部素体上部の金型クリアランスを設定する際に、上述の関係式の上限値外れ量及びパンチ径外れ量としてマイナスの値及び０が使用される。

このような成形材製造方法によれば、少なくとも１回の仕上げしごきでは、胴部素体２０ａの上部の金型クリアランスを胴部素体２０ａの下部の金型クリアランスよりも狭くするので、圧縮絞りにおいて胴部素体２０ａの上部が十分に増肉されていない場合でも、その上部においてしごき加工量が不足することを回避できる。これにより、成形材１の胴部１０全域にわたって良好な内径精度を得ることができる。本構成は、モータケース等の成形材の高精度な内径精度が求められる適用対象において特に有用である。

また、少なくとも１回の仕上げしごきでは、胴部素体２０ａの絞り方向に沿って、互いに異なる内径を有する少なくとも２つの分割ダイ５１ａ，５１ｂを含むダイを用いて、胴部素体２０ａの上部の金型クリアランスを胴部素体２０ａの下部の金型クリアランスよりも狭くするので、金型クリアランスの変更及び調整を容易に行うことができ、より確実に良好な内径精度を得ることができる。

さらに、胴部素体の上部の金型クリアランスは、予備実験（この時の金型クリアランスを標準値とする）にて作製した製品の内径を測定し、標準値−（上限値外れ量＋パンチ径外れ量）／４以下、かつ、標準値−（パンチ径外れ量＋下限値外れ量）／４以上の範囲内に設定するので、より確実に良好な内径精度を得ることができる。

さらにまた、複数回の圧縮絞りにおける圧縮力４２ａは調整可能であるので、素材金属板の板厚等の条件にバラツキがある場合でも圧縮絞り後の胴部素体２０ａの周壁の板厚をより確実に目標値に近づけることができ、より確実に良好な内径精度を得ることができる。

なお、実施の形態ではダイ５１が２つの分割ダイ５１ａ，５１ｂに分割されているように説明しているが、ダイ５１が３以上の分割ダイに分割されていてもよい。また、胴部素体２０ａの上部の金型クリアランスが胴部素体２０ａの下部の金型クリアランスよりも狭くなっていれば、例えば第１分割ダイ５１ａ及び第２分割ダイ５１ｂが一体化される等した非分割のダイを用いてもよい。金型クリアランスが変化する部分を段差ではなく傾斜面によって構成してもよい。

また、実施の形態では圧縮を３回行うように説明しているが、圧縮の回数は成形材１の大きさや要求される寸法精度に応じて適宜変更してよい。

１ 成形材
１０ 胴部
１００ 頂壁
１０１ 周壁
１０２ 肩部
１０３ 線状模様
２ 素材金属板
２０ 予備体
２０ａ 胴部素体
５０ パンチ
５１ ダイ
５１ａ，５１ｂ 分割ダイ

Claims (3)

1. 素材金属板に対して多段絞り及び仕上げしごきを行うことで、筒状の胴部と該胴部の端部に形成されたフランジ部とを有する成形材を製造することを含む成形材製造方法であって、
   前記多段絞りには、
   胴部素体を有する予備体を前記素材金属板から形成する予備絞りと、
   前記予備絞りの後に行われ、前記胴部素体の深さ方向に沿う圧縮力を前記胴部素体の周壁に加えながら前記胴部素体を絞る複数回の圧縮絞りと
   を含み、
   前記仕上げしごきでは、前記胴部素体の上部の金型クリアランスを前記胴部素体の下部の金型クリアランスよりも狭くし、
   前記胴部素体の上部の金型クリアランスは、予備実験（この時の金型クリアランスを標準値とする）にて作製した製品の内径を測定し、標準値−（上限値外れ量＋パンチ径外れ量）／４以下、かつ、標準値−（パンチ径外れ量＋下限値外れ量）／４以上の範囲内に設定する
   ことを特徴とする成形材製造方法。
2. 前記仕上げしごきでは、前記胴部素体の絞り方向に沿って、互いに異なる内径を有する少なくとも２つの分割ダイを含むダイを用いて、前記胴部素体の上部の金型クリアランスを前記胴部素体の下部の金型クリアランスよりも狭くする
   ことを特徴とする請求項１記載の成形材製造方法。
3. 前記複数回の圧縮絞りにおける前記圧縮力は調整可能である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形材製造方法。

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