JP7029487B2 - プレス金型のパンチ構造、プレス金型および、プレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
そして近年は、機器の小型化に伴い、それに内蔵されるコネクタ端子もまた微細化する傾向にあり、プレス成形では、微細かつ複雑な形状に打ち抜くことが必要になるとともに、そのプレス成形品に厳しい寸法公差が要求される。
さらにここでは、前記狭幅形状の少なくとも一個の前記端部で、前記補強リブが、該狭幅形状を隔てた両側面のそれぞれに設けられていることが好ましい。
ここで好ましくは、前記補強リブの横断面で、前記補強リブの、前記狭幅形状の側縁に平行な幅が、狭幅部の幅wに対する比で表して、0.3~4である。
またここで好ましくは、前記補強リブの横断面で、前記補強リブの、前記狭幅形状の側縁に直交する高さが、狭幅部の幅wに対する比で表して、0.3~4である。
この発明のプレス成形品の製造方法は、より詳細には、金属板に対し、前段打抜き加工および、その後の後段打抜き加工を含む複数段階の打抜き加工を順次に施すこととし、前段打抜き加工もしくは後段打抜き加工のいずれか一方の打抜き加工で、パンチ先端部に前記補強リブを設けた前記パンチ構造を用いて一次打抜き箇所を形成し、他方の打抜き加工で、前記一次打抜き箇所に交差させて前記補強リブが貫通する箇所を含めて打ち抜き、二次打抜き箇所を形成することができる。
(パンチ構造)
この発明の一の実施形態のパンチ構造1は、順送金型等の図示しないプレス金型本体の上型もしくは下型の一方に設けられて、プレス対象の金属板からプレス成形品を打ち抜くべく、当該プレス金型本体から突出させて配置される柱状のものである。
より具体的には、パンチ構造1のパンチ先端部2は、図1に例示するように、プレス対象の金属板に当接してそれを貫通する先端面Tを有し、その先端面Tは、プレス成形品の所定の平面形状に対応する形状に形成されている。
これによれば、パンチ先端部2の先端面Tが、厚みtに対する幅wの比(w/t)が1.5以下である狭幅部22、23を打ち抜くための微細な狭幅形状3、4を有するパンチ構造1であっても、パンチ構造1で打抜き加工を行う際にパンチ構造1がプレス対象の金属板から受ける力による、狭幅形状3、4を有する部分の変位は、補強リブ6によって抑制されるので、先端面Tでの破損の発生を有効に防止することができる。
側方力を追加したシミュレーションより、引張応力が集中する箇所は、狭幅形状間の連結形状の部分や、長いほうの狭幅形状の中間部の外側縁であるという結果が得られた。これは先端面の上述のクラックC1やC2等の破損個所と一致することから、先端面の破損は、打抜き時の側方力が大きく影響していることが解かった。
具体的には、補強リブ6は、図1に示すように、パンチ先端部2の狭幅形状3、4の、連結形状5から離れて位置する端部に配置することが好適である。狭幅形状3、4の端部は、打抜き時に側方力によって大きな変位が生じることから、ここに補強リブ6を配置して、この変位を抑えることにより、所定の箇所への引張応力の集中、ひいてはクラックの発生をより効果的に防止できるからである。図1に示すところでは、長い狭幅形状3の両端部および短い狭幅形状4の両端部のそれぞれに、補強リブ6を配置している。
図7(a)に示す例では、補強リブ6aは、側面視でほぼ直角三角形状をなすものであり、その横断面形状は、パンチ構造1の基部側から先端面T側に向かうに従って面積が漸減する矩形状(三角リブ)である。そして、このような形状の補強リブ6aを、基部側から、先端面Tに達しない突出方向中間位置まで延びるよう配置している。
図7(c)に示す例では、図7(a)の補強リブ6aを全て、それよりも長く先端面Tまで延びる補強リブ6bに置き換えたことを除いて、図7(a)に示すものと同様である。
パンチ先端部2の先端面Tの形状その他の条件によっては、図7に例示するような寸法形状が好ましい場合もあり得る。
図8(c)に示すパンチ構造51は、長い狭幅形状53の、連結形状55より他端側の部分を除去し、長い狭幅形状53の他端部と短い狭幅形状54の一端部とが連結形状55に連結されていることを除き、図8(b)のパンチ構造41とほぼ同様の構成を有する。
上述したようなパンチ構造1、31、41又は51等を有するプレス金型を用いて、金属板を打ち抜くことで、所定のプレス成形品を製造することができる。プレス金型については、順送金型等に組み込んで、パンチ構造及びそれに関連する構造以外は既存のものを用いることができるので、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。
以下に、一例としてパンチ構造1を用いた製造方法について説明するが、他のパンチ構造31、41又は51等を用いた方法もほぼ同様にして行うことができる。
これに対処するため、金属板に対し、前段打抜き加工および、その後の後段打抜き加工を含む複数段階の打抜き加工を順次に施すことが好ましい。
この実施形態では、はじめに、図10(a)に示すように、前段打抜き加工として、パンチ構造1a~1eを用いて金属板61に対して打抜き加工を施し、図10(b)に示すように、金属板61に、各パンチ構造1a~1eに対応する空所になる二次打抜き箇所Sp2を形成する。この際に、パンチ構造1a~1eによる打抜き加工は、後述する後段打抜き加工で、後段打抜き加工による一次打抜き箇所Sp1が当該二次打抜き箇所Sp2に交差し、かつ後段打抜き加工で用いるパンチ構造1の補強リブ6が貫通することになる箇所を含む位置に行う。
その変更例としては、たとえば、図示は省略するが、パンチ構造1a~1eのうちの少なくとも一つによる打抜き加工を、パンチ構造1による打抜き加工の前又は後に行うことが考えられる。つまり、この変更例では、はじめに、パンチ構造1a~1eのうちの少なくとも一つによる打抜き加工を行い、次いで、パンチ構造1による打抜き加工を行い、その後、パンチ構造1a~1eの残りの打抜き加工を行う。
また、パンチ構造1a~1eの平面形状は、図示の実施形態では、ほぼ「L」字状としているが、長方形もしくは正方形状又はその他の形状に変更することも可能である。
このような種々の変更・改良は、製造しようとするプレス成形品の形状や、金型の態様その他の条件に応じて適宜行うことができる。
以上に述べたようにして製造されるプレス成形品71は、図11(a)及び(b)に示すように、厚みtに対する幅wの比(w/t)が1.5以下である狭幅部72、73を有し、狭幅部72、73の側面を含むプレス成形品71の側面の全体がプレスの打抜き面になるものである。特に、狭幅部72、73の厚みtに対する幅wの比(w/t)が1.0以下、さらに0.8以下である場合は、それを成形するためのパンチ構造1の狭幅形状3、4が微細となって打抜き時に変位しやすくなり破損の問題が顕著になるので、この発明を適用することがより一層有効である。なお通常は、狭幅部72、73の厚みtに対する幅wの比(w/t)は、1.0以上となることが多い。
リブ用マッチングMrは、補強リブ6を有するパンチ構造1により形成された一次打抜き面Fp1と、パンチ構造1a~1eにより形成されて前記一次打抜き面Fp1とは剪断面領域及び破断面領域の表面性状が異なる二次打抜き面Fp2との間の遷移位置に存在し、多くの場合、図示の実施形態のように、切りつなぎ形状として外側に凸の角部状になる。
またこの実施形態では、先述したようにパンチ構造1への補強リブ6の配置位置に対応して、プレス成形品71の長い狭幅部72の延長部分の端部に形成される二次打抜き面Fp2は、その狭幅部72を隔てた両側面のそれぞれに位置することになる。
この場合、二次打抜き面Fp2の窪み量Dは、図12に示すように、狭幅部72、73の幅方向(同図では上下方向)に沿って測って、狭幅部72、73の幅wに対して10%~20%の範囲内であることが好ましい。これはすなわち、二次打抜き面Fp2の窪み量Dが狭幅部72、73の幅wの10%未満である場合は、抜き位置のズレが発生した場合に不具合(バリ等)が発生するおそれがあり、この一方で、二次打抜き面Fp2の窪み量Dが狭幅部72、73の幅wの20%を超える場合は、狭幅部72、73の幅wから窪み量Dを除いた幅w1が小さくなり狭幅部が変形することが懸念されるからである。
但し、図示は省略するが、パンチ構造1a~1eによる打抜き態様等に応じて、二次打抜き面の少なくとも一つを、一次打抜き面から突出する突起状のものとすることもできる。
はじめに、図14に示すように、プレス成形品71をクリップ151で固定し、その状態でプレス成形品71の周囲の全体を樹脂材152で固める。次いで、図14(b)に矢印で示すように、観察しようとする断面位置に到達するまで、樹脂材152を切断ないし研磨加工を行う。さらに、それにより露出したプレス成形品71の当該断面を含む研磨面に対し、バフ研磨により仕上げを行う。その後、マイクロスコープ等の観察機器で断面形状を撮影し、面積率ARを測定する。
観察機器で撮影した断面形状について、図15に例示するように、まず、ダレ面75の両端のダレの部分(非定常部)を除いて、各ダレとの2点の境界点Bp1、Bp2を通る直線を基準線RLとする。そして、この基準線RLを、図15に矢印で示すようにバリ面76側に平行移動させ、バリ面76(角にバリが発生している場合はバリ部分を除いた部分)と比較する。ここで、当該断面の幅方向で、バリ面76の、基準線RLに対して平行な表面部分もしくは右下がりに傾斜する表面部分と、当該表面部分と遷移点Tpで傾斜の向きが変化して右上がりに傾斜する表面部分の長さを測定し、それらのうちの長いほうの長さを面積率ARとする。図15(a)に示すところでは、バリ面76のほぼ全体が基準線RLと平行で一致するので、面積率ARは100%に近い値となる。一方、図15(b)に示すような歪な断面形状である場合は、基準線RLとほぼ平行な表面部分の長さL1を測定するとともに、基準線RLに対して右上がりに傾斜する表面部分の長さL2も測定し、それらの長さL1、L2のうち、長いほうの長さL2を面積率ARとする。
その具体例としては、たとえば、図17(a)、(b)及び(c)にそれぞれ示すような、狭幅部82及び83が相互にほぼ「L」字状に連結された形状のプレス成形品81や、長短二本の狭幅部92及び93が短い狭幅部93の端部位置と長い狭幅部92の中間位置にて、それらと直交する連結部94で相互に連結された形状のプレス成形品91、長手方向に相互にずれて位置する長短二本の狭幅部102及び103が、短い狭幅部103の端部位置と長い狭幅部102の端部位置にて、それらと直交する連結部104で相互に連結された形状のプレス成形品101等を挙げることができる。
比較例として、図18に示すように、補強リブを有しないパンチ構造を用いて、幅が8.0mmで厚みが0.12mmの金属板に対して打抜き加工を繰り返し行った。製造するプレス成形品の連結部の最小幅は0.07mmであり、また、打抜き加工ではストロークを13mmとし、1分間にプレス加工できる数量である連続ストローク量を、開始から20万ショットまでは500spm、20万ショットから300万ショットまでは800spm、300万ショットから500万ショットまでは1000spmとした。
比較例のパンチ構造では、200万ショットでパンチ先端部の先端面における連結形状に破損が確認された。
図1に示すパンチ構造で、補強リブの長さLrの、狭幅部の厚みtに対する倍率を、表1に示すように変化させたものを用いて、試験例1と同様の条件で打抜き加工を繰り返し行った。補強リブは先端面から延びるものとした。その結果及び考察ならびに評価も表1に示す。
表1より、特に補強リブの長さの倍率が3~50の範囲内であれば、破損が生じるまでのショット数が大きく増加することが解かる。
図1に示すパンチ構造で、補強リブ6の幅Wrの、狭幅部の幅wに対する比率を、表2に示すように変化させたものを用いて、試験例1と同様の条件で打抜き加工を繰り返し行った。その結果及び考察ならびに評価も表2に示す。
表2に示すところから、補強リブ6の幅Wrの比率が0.3から4の範囲内であれば、破損をより一層有効に防止できることが解かる。
図1に示すパンチ構造で、補強リブ6の高さHrの、狭幅部の幅wに対する比率を、表3に示すように変化させたものを用いて、試験例1と同様の条件で打抜き加工を繰り返し行った。その結果及び考察ならびに評価も表3に示す。
表3より、補強リブ6の高さHrの比率が0.3から4の範囲内であれば、破損がさらに抑制されて、より多くのショットが可能になることが解かる。
一体抜き加工と追い抜き加工によるプレス成形品の断面形状の違いを確認するため、一体抜き加工として、図10(a)及び(b)に示す加工を行って形成したプレス成形品と、追い抜き加工として、図19に示す加工を行って形成したプレス成形品をそれぞれ試作した。
その結果、表4にも記載したが、一体抜き加工で形成されたプレス成形品の断面は、図20(a)に示すように、面積率がほぼ100%となり、左右均等で綺麗な形状であった。これに対し、追い抜き加工で形成されたプレス成形品の断面は、図20(b)に示すように、面積率が低く転びが発生しており、歪な形状となった。
上記の試験例5のように製造されて、バリ面の単一の表面粗さからなる表面部分の、ダレ面に対する傾斜角度が0°~20°の範囲内であったプレス成形品と、当該傾斜角度が30°以上であったプレス成形品のそれぞれについて、その後の次工程で図21に示すように、狭幅部の一端部を樹脂品に埋め込んで90°折り曲げる加工を行った。その結果、表5に記載したように、傾斜角度が0°~20°の範囲内であったものは、寸法規格内でばらつきが小さく、側面の90°折り曲げた箇所も安定していた。一方、傾斜角度が30°以上であったものは、振れが大きく、側面の90°折り曲げた箇所もばらつきが大きくなった。
図22に示すように、厚みtが0.2mmで、幅wが0.14と0.32の異なる二種類の成形品を、補強リブがないパンチで繰り返し製造した。その結果を表6に示す。
w/tが1.6である場合は、連続して300万ショットの打ち抜きでもパンチが破損しなかったが、w/tが0.7である場合は、連続運転の直後にパンチが破損した。
2、32、42、52 パンチ先端部
3、4、33、34、43、44、53、54 狭幅形状
5、35、45、55 連結形状
6、6a、6b、36、46、56 補強リブ
21、71、81、91、101 プレス成形品
22、23、72、73、82、83、92、93、102、103 狭幅部
24、74、94、104 連結部
75 ダレ面
76 バリ面
61 金属板
62 半製品
63 凸部
T パンチ構造の先端面
S パンチ構造の側面
w 狭幅部の幅
w1 二次打抜き面が存在する箇所での狭幅部の幅
t 狭幅部の厚み
C1、C2 クラック
Lr 補強リブの長さ
Wr 補強リブの幅
Hr 補強リブの高さ
Sp1 一次打抜き箇所
Sp2 二次打抜き箇所
Fp1 一次打抜き面
Fp2 二次打抜き面
Mr リブ用マッチング
AR バリ面の大きいほうの表面部分の面積率
RL 基準線
Bp1、Bp2 境界点
Claims (12)
- 厚みtに対する幅wの比(w/t)が1.5以下である狭幅部を含むプレス成形品を打ち抜くべく、プレス金型本体から突出させて配置されるパンチ構造であって、プレス成形品の前記狭幅部の平面形状に対応する狭幅形状を少なくとも一部に含む先端面を備えたパンチ先端部を有し、
パンチ先端部の前記狭幅形状における側方側の側面の一部に、当該パンチ構造の突出方向で前記先端面まで延びる補強リブが設けられており、
互いに離隔して並んで位置する二本の狭幅部と前記狭幅部を相互に連結する連結部とを含むプレス成形品を打ち抜くパンチ構造であり、前記パンチ先端部が、前記プレス成形品の前記狭幅部及び前記連結部の平面形状に対応する狭幅形状及び連結形状を少なくとも一部に含む先端面を備えてなる、プレス金型のパンチ構造。 - 前記補強リブが、前記パンチ先端部の前記狭幅形状の、前記連結形状から離れた端部に位置してなる請求項1に記載のパンチ構造。
- 前記狭幅形状の少なくとも一個の前記端部で、前記補強リブが、該狭幅形状を隔てた両側面のそれぞれに設けられてなる請求項2に記載のパンチ構造。
- 前記補強リブが、パンチ先端部の先端面から前記突出方向に、前記狭幅部の厚みtの3倍~50倍の長さにわたって連なって設けられてなる請求項1又は2に記載のパンチ構造。
- 前記補強リブが、矩形の横断面形状を有してなる請求項1~4のいずれか一項に記載のパンチ構造。
- 前記補強リブの横断面で、前記補強リブの、前記狭幅形状の側縁に平行な幅が、狭幅部の幅wに対する比で表して、0.3~4である請求項5に記載のパンチ構造。
- 前記補強リブの横断面で、前記補強リブの、前記狭幅形状の側縁に直交する高さが、狭幅部の幅wに対する比で表して、0.3~4である請求項5又は6に記載のパンチ構造。
- 前記補強リブが、前記突出方向で該補強リブの全体にわたって、一定の横断面形状を有してなる請求項1~7のいずれか一項に記載のパンチ構造。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載のパンチ構造を有するプレス金型。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載のパンチ構造を有するプレス金型を用いて、金属板を打ち抜いてプレス成形品を製造する、プレス成形品の製造方法。
- 金属板に対し、前段打抜き加工および、その後の後段打抜き加工を含む複数段階の打抜き加工を順次に施し、
前段打抜き加工もしくは後段打抜き加工のいずれか一方の打抜き加工で、パンチ先端部に前記補強リブを設けた前記パンチ構造を用いて一次打抜き箇所を形成し、他方の打抜き加工で、前記一次打抜き箇所に交差させて前記補強リブが貫通する箇所を含めて打ち抜き、二次打抜き箇所を形成する、請求項10に記載のプレス成形品の製造方法。 - 二次打抜き箇所を形成する他方の打抜き加工を前段打抜き加工とし、一次打抜き箇所を形成する一方の打抜き加工を後段打抜き加工とする、請求項11に記載のプレス成形品の製造方法。
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