JP7218740B2

JP7218740B2 - 金属部材の製造方法

Info

Publication number: JP7218740B2
Application number: JP2020033258A
Authority: JP
Inventors: 隼佑飛田; 哲司江川; 正英達富
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: US20210268678A1; JP2021133471A; MX2021001835A

Description

本開示は、金属部材の製造方法に関し、例えば、一部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄い金属部材を製造する方法に関する。

近年、省エネの観点から、車両などに用いられる部材は一層の軽量化が求められており、要求される強度が相対的に低い一部分の厚さを、他の部分の厚さよりも薄く加工する加工技術が実用化されている。

例えば、特許文献１の金属部材の製造方法は、金属素材における厚さ方向に垂直な面のうち一方の面をプレス用金型で押圧して他方の面に座出し部を形成し、その後、他方の面に沿って切刃を移動させて座出し部をシェービング加工により切削している。

特開２０１９－５８２３号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１の金属部材の製造方法においては、切刃によるシェービング加工中に、予め切刃に塗布した潤滑剤が刃先から逃げ、切刃と金属素材との間に潤滑剤が無いまま当該切刃が摺動し、切刃の寿命が短縮する課題を有する。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、切刃の寿命の短縮を抑制しつつ、座出し部のシェービング加工が可能な金属部材の製造方法を実現する。

本開示の一態様に係る金属部材の製造方法は、一部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄い金属部材を製造する方法であって、
金属素材における厚さ方向に垂直な面のうち一方の面をプレス用金型で押圧し、他方の面に座出し部を形成する形成工程と、
潤滑剤を塗布する塗布工程と、
前記他方の面に沿って切刃を移動させて前記座出し部をシェービング加工により切削する切削工程と、
を備え、
前記形成工程において、前記他方の面の前記座出し部の間又は前記座出し部よりも前記切刃の移動方向に対して逆側の位置に前記潤滑剤を留める溜まり部を形成し、
前記塗布工程において、前記溜まり部に前記潤滑剤を塗布する。
これにより、溜まり部に留まった潤滑剤を切刃の刃先に塗布することができ、切刃の刃先と金属素材との間に潤滑剤が有る状態を維持でき、その結果、切刃の寿命の短縮を抑制しつつ、座出し部のシェービング加工が可能である。

上述の金属部材の製造方法において、前記座出し部と前記溜まり部とは、プレス加工により同時に形成することが好ましい。
これにより、溜まり部を形成するための別工程を必要とせず、金属部材の生産性の低下を抑制することができる。

上述の金属部材の製造方法の前記切削工程において、前記切刃が前記溜まり部に到達した際に、前記溜まり部に留まった前記潤滑剤が前記切刃の刃先に塗布されることが好ましい。

上述の金属部材の製造方法において、前記溜まり部は、前記切刃の移動方向に対して直交する方向に延在することが好ましい。
これにより、切刃の刃先の広範囲に潤滑剤を塗布することができる。

本開示によれば、切刃の寿命の短縮を抑制しつつ、座出し部のシェービング加工が可能な金属部材の製造方法を実現できる。

実施の形態１の金属部材の製造方法の流れを示すフローチャート図である。金属素材に座出し部及び溜まり部を形成する様子を示す断面図である。溜まり部に潤滑剤を塗布する様子を示す斜視図である。座出し部をシェービング加工する様子を示す斜視図である。座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部直前に到達した状態を示す断面図である。座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部に到達した状態を示す断面図である。座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部を通過した状態を示す断面図である。シェービング加工が終了した状態を示す斜視図である。座出し部のＹ軸方向の好ましい長さを説明するための図である。溜まり部のＹ軸方向の好ましい長さ及びＺ軸方向の好ましい深さを説明するための図である。異なる金属素材をシェービング加工により切削する様子を示す断面図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態の金属部材の製造方法の流れを示すフローチャート図である。図２は、金属素材に座出し部及び溜まり部を形成する様子を示す断面図である。図３は、溜まり部に潤滑剤を塗布する様子を示す斜視図である。図４は、座出し部をシェービング加工する様子を示す斜視図である。図５は、座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部直前に到達した状態を示す断面図である。図６は、座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部に到達した状態を示す断面図である。図７は、座出し部をシェービング加工する際に切刃の刃先が溜まり部を通過した状態を示す断面図である。図８は、シェービング加工が終了した状態を示す斜視図である。

なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。ここで、Ｚ軸方向が金属素材の厚さ方向である。また、図４などでは、予め切刃の刃先に塗布された潤滑剤などを省略して簡略化している。

先ず、図２に示すように、板状の金属素材１に複数の座出し部２、及び溜まり部３を形成する（Ｓ１）。詳細には、金属素材１は、ＸＹ平面と略平行なＺ軸＋側の面及びＺ軸－側の面を備えており、Ｚ軸方向から第１のプレス用金型１１と第２のプレス用金型２１とで金属素材１の所望の位置を挟み込む。

第１のプレス用金型１１は、例えば、Ｙ軸方向に間隔を開けて座出し部２を形成するためにＺ軸－側に突出する突出部１２、及び突出部１２の間に配置され、Ｚ軸＋側に窪みつつ、Ｘ軸方向に延在する溝部１３を備えている。但し、突出部１２及び溝部１３の個数は、金属素材１に形成する座出し部２及び溜まり部３の個数に応じて、適宜、変更すればよい。

第２のプレス用金型２１は、例えば、第１のプレス用金型１１と対応する形状とされており、第１のプレス用金型１１の突出部１２によって押圧された金属素材１を収容する凹み部２２、及び座出し部２の間に溜まり部３を形成するために、凹み部２２の間に配置され、且つ、Ｚ軸＋側に突出しつつ、Ｘ軸方向に延在する突出部２３を備えている。但し、凹み部２２及び突出部２３の個数は、金属素材１に形成する座出し部２及び溜まり部３の個数に応じて、適宜、変更すればよい。

このような第１のプレス用金型１１の突出部１２及び溝部１３と、第２のプレス用金型２１の凹み部２２及び突出部２３と、がＺ軸方向で対向するように、第１のプレス用金型１１及び第２のプレス用金型２１は配置されており、第１のプレス用金型１１又は第２のプレス用金型２１の少なくとも一方がＺ軸方向に移動可能とされている。

これにより、例えば、金属素材１には、Ｚ軸－側に突出する２個の座出し部２、及び座出し部２の間に配置され、Ｚ軸＋側に窪みつつ、Ｘ軸方向に延在する溜まり部３が形成される。

このとき、詳細は後述するが、切刃３１（図４を参照）によって１個の座出し部２を切削し終える前に当該切刃３１の刃先の潤滑剤４１（図３を参照）が無くならないように、溜まり部３が配置されているとよい。また、溜まり部３は、座出し部２のＸ軸＋側の端部からＸ軸－側の端部まで到達するように形成されているとよい。

次に、図３に示すように、溜まり部３に潤滑剤４１を塗布する（Ｓ２）。詳細には、金属素材１のＺ軸－側の面が重力方向に対して逆側（即ち、上側）に向くように配置し、Ｚ軸－側から塗布装置４２によって溜まり部３に潤滑剤４１を塗布する。その後、切刃３１の刃先に潤滑剤４１を塗布する（Ｓ３）。なお、Ｓ２の工程とＳ３の工程とは、逆の順序でもよく、又は、同時でもよい。

次に、図４に示すように、切刃３１を金属素材１のＺ軸－側の面に沿ってＹ軸－側に移動させ、座出し部２をシェービング加工により切削する（Ｓ４）。ここで、切刃３１は、図５などに示すように、ホルダ３２に取り付けられた状態でＹ軸方向に移動可能である。そして、切刃３１の刃先は、ＸＹ平面と略平行であって、且つＸ軸方向に延在している。

このように切刃３１がＹ軸－側に移動してＹ軸＋側に配置された座出し部２を切削するのに伴って、切刃３１の刃先の潤滑剤４１が無くなっていく。そして、図６に示すように、切刃３１がさらにＹ軸－側に移動してＹ軸＋側に配置された座出し部２の切削が終了し、切刃３１の刃先が溜まり部３に到達すると、溜まり部３に留まった潤滑剤４１が切刃３１の刃先に塗布される。

その後、切刃３１の刃先に潤滑剤４１が塗布された状態で、図７に示すように、Ｙ軸－側に配置された座出し部２のシェービング加工が開始される。そして、図８に示すように、切刃３１の刃先がＹ軸－側に配置された座出し部２のＹ軸－側の端部に到達すると、座出し部２が切削された金属部材４を製造することができる。

このように本実施の形態の金属部材４の製造方法においては、座出し部２の間に溜まり部３が配置されているので、座出し部２をシェービング加工によって切削する途中に切刃３１の刃先の潤滑剤４１が無くなり難い。そのため、切刃３１の刃先と金属素材１との間に潤滑剤４１が有る状態を維持でき、その結果、切刃３１の寿命の短縮を抑制しつつ、座出し部２のシェービング加工が可能である。

しかも、本実施の形態の金属部材４の製造方法においては、第１のプレス用金型１１と第２のプレス用金型２１とで金属素材１を挟み込むと、座出し部２と溜まり部３とを同時に形成することができる。そのため、溜まり部３を形成するための別工程を必要とせず、金属部材４の生産性の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態の金属部材４の製造方法においては、切刃３１の刃先に潤滑剤４１を塗布する流れで、溜まり部３に潤滑剤４１を塗布することができる。そのため、溜まり部３に潤滑剤４１を塗布するための別工程を必要とせず、やはり、金属部材４の生産性の低下を抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、溜まり部３が切刃３１の移動方向であるＹ軸方向と略直交するＸ軸方向に延在しているので、切刃３１の刃先の広範囲に潤滑剤を塗布することができる。

次に、本実施の形態の座出し部２及び溜まり部３の好ましい形状を説明する。図９は、本実施の形態の座出し部のＹ軸方向の好ましい長さを説明するための図である。図１０は、本実施の形態の溜まり部のＹ軸方向の好ましい長さ及びＺ軸方向の好ましい深さを説明するための図である。なお、図９及び図１０では、座出し部２及び溜まり部３が形成された金属素材５１を模式的に示しており、図１などで示した金属素材１と座出し部２及び溜まり部３の個数などが異なる。

座出し部２のＹ軸方向の長さは、以下の＜式１＞を満たすことが好ましい。ここで、図９に示すように、Ｘは、座出し部２のＹ軸方向の長さ（即ち、座出し部２のＺ軸－側の面におけるＹ軸＋側の端部からＹ軸－側の端部までの長さ）であり、Ｌは、プレス機で座出し部２をシェービング加工する際のシェービング長さであり、最もＹ軸－側に配置された座出し部２のＹ軸－側の端部から最もＹ軸＋側に配置された座出し部２のＹ軸＋側の端部までの長さ（即ち、最もＹ軸－側に配置された座出し部２のＺ軸－側の面におけるＹ軸－側の端部から最もＹ軸＋側に配置された座出し部２のＺ軸－側の面におけるＹ軸＋側の端部までの長さ）である。

＜式１＞Ｌ／２０＜Ｘ＜Ｌ
例えば、Ｌが最大長さである３００ｍｍと仮定した場合、ＸがＬ／２０以下になると、金属部材の軽量化の効果が低下するからである。

また、溜まり部３のＹ軸方向の長さは、以下の＜式２＞を満たすことが好ましい。ここで、図１０に示すように、Ｙは、溜まり部３のＹ軸方向の長さ（即ち、溜まり部３のＺ軸－側であって、且つＹ軸－側の端部からＺ軸－側であって、且つＹ軸＋側の端部までの長さ）である。

＜式２＞Ｌ／１００＜Ｙ＜Ｌ／２
例えば、Ｌを最大長さである３００ｍｍと仮定した場合、ＹがＬ／１００以下になると、金属素材５１への溜まり部３の形成が困難になり、Ｌを最小長さである３０ｍｍと仮定した場合、ＹがＬ／２以上になると、溜まり部３に潤滑剤４１を留めることができないからである。

また、溜まり部３のＺ軸方向の深さは、以下の＜式３＞を満たすことが好ましい。ここで、図１０に示すように、Ｚは、溜まり部３のＺ軸方向の深さであり、Ｈは、座出し部２のＺ軸方向の高さである。

＜式３＞Ｈ／１０＜Ｚ＜Ｈ
例えば、Ｈを５ｍｍと仮定した場合、ＺがＨ／１０以下になると、溜まり部３の深さが十分でなく、溜まり部３に潤滑剤４１を留めることができないからである。

＜実施の形態２＞
図１１は、本実施の形態の金属部材の製造方法において、金属素材をシェービング加工により切削する様子を示す断面図である。なお、図１１では、切刃の刃先に塗布された潤滑剤などを省略して簡略化している。ここで、本実施の形態の金属部材の製造方法は、実施の形態１の金属部材４の製造方法の流れと略等しいため、重複する説明は省略し、等しい部材には等しい符号を用いて説明する。

本実施の形態の金属部材の製造方法では、金属素材６１に１個の座出し部６２を形成すると共に、座出し部６２における切刃３１の移動方向に対して逆側の位置（即ち、座出し部６２に対してＹ軸＋側の位置）に溜まり部６３を形成する。

これにより、座出し部６２のシェービング加工を開始する前に溜まり部６３によって切刃３１の刃先に潤滑剤４１が十分に塗布される。そのため、切刃３１によって座出し部６３を切削する前に当該切刃３１の刃先に十分に潤滑剤４１を塗布することができ、座出し部６２をシェービング加工によって切削する途中に切刃３１の刃先の潤滑剤４１が無くなり難い。

なお、本実施の形態では、１個の座出し部６２を形成すると共に、溜まり部６３を形成しているが、複数の座出し部を形成すると共に、座出し部の間の溜まり部と、座出し部に対してＹ軸＋側の溜まり部と、を形成してもよい。このとき、複数の座出し部と、座出し部の間の溜まり部と、座出し部に対してＹ軸＋側の溜まり部と、をプレス加工によって、同時に形成するとよい。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１金属素材
２座出し部
３溜まり部
４金属部材
１１第１のプレス用金型、１２突出部、１３溝部
２１第２のプレス用金型、２２凹み部、２３突出部
３１切刃
３２ホルダ
４１潤滑剤
４２塗布装置
５１金属素材
６１金属素材
６２座出し部
６３溜まり部

Claims

一部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄い金属部材を製造する方法であって、
金属素材における厚さ方向に垂直な面のうち一方の面をプレス用金型で押圧し、他方の面に座出し部を形成する形成工程と、
潤滑剤を塗布する塗布工程と、
前記他方の面に沿って切刃を移動させて前記座出し部をシェービング加工により切削する切削工程と、
を備え、
前記形成工程において、前記他方の面の前記座出し部の間又は前記座出し部よりも前記切刃の移動方向に対して逆側の位置に前記潤滑剤を留める溜まり部を形成し、
前記塗布工程において、前記溜まり部に前記潤滑剤を塗布する、金属部材の製造方法。
前記座出し部と前記溜まり部とは、プレス加工により同時に形成する、請求項１に記載の金属部材の製造方法。
前記切削工程において、前記切刃が前記溜まり部に到達した際に、前記溜まり部に留まった前記潤滑剤が前記切刃の刃先に塗布される、請求項１又は２に記載の金属部材の製造方法。
前記溜まり部は、前記切刃の移動方向に対して直交する方向に延在する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属部材の製造方法。