JPH0353049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はボス付部材の成形方法、特に、トルク
を伝達するのに充分な厚さおよび高さのボスを備
えるボス付部材をプレスにて成形する方法に関す
る。

［従来の技術］ 一般にトルク伝達に耐え得るボス付部材は、第
９図に示すように、外径D₀、板厚ｔのブランク
材Ｂにボス部Ｇ（ボス付部材の最終外径：Ｄ）を
形成するに際し、そのボス部Ｇの厚さt_bはブラン
ク材Ｂの板厚ｔ以内において可能な限り、なるべ
く厚く、またその高さｈはなるべく高くすること
が望まれる場合が多い。。

これはボス付部材のボス部Ｇの内径部G_i等に形
成するスプライン等の耐トルク強度を確保するた
めと外周部B_Sにおける軸方向振れを極力少なく
するためである。

従来のかかるボス付部材の成形方法としては、
以下のようなものが知られている。

第１の方法は、いわゆるバーリング加工であ
り、第１０図ａに示すように中央部にボス内径d₂
よりも小径d₁の下穴B₀が穿設された板状ブラン
ク材Ｂに対し、ボス内径寸法d₂を外径とするパン
チにより穴拡げ加工をする方法である。

しかしながら、この方法は穴広がり率（＝（d₂
−d₁）／d₁）の限界値があるため、そのボス部の
厚みおよび高さの両者においてトルク伝達に充分
に耐えるものが得られない場合が多い。

そこで、第２の方法として、第１０図ｂに示す
ように板状ブランク材Ｂを適正絞り比を確保しつ
つボス内径寸法d₂が得られる迄複数回の絞り工程
を繰返す（工程(1)ないし(7)）ことにより、成形
し、天井部を打抜く（工程(8)）方法、あるいは、
第３の方法として第１０図ｃに示すように、第２
の方法と同様の複数回の絞り加工を行つた（工程
(1)ないし(7)）後、ボス内径より小径の下穴を穿設
（工程(8)）し、これの穴拡げ加工（工程(9)）をす
る方法が用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、かかる従来の方法においては、
第１の方法は前述の如く穴広がり率による限界の
ためにボス部肉厚および高さに限界があり充分で
はない。

第２および第３の方法は、所定の厚さおよび高
さのボス部Ｇは形成し得るものの、多くの絞り工
程を必要とするものであつた。すなわち、絞り加
工においては素材に引張り応力が作用することか
ら、これにより生ずる肉厚減少を極力抑えつつ絞
ることが肝要であり、素材の絞り限界に対し余裕
のある絞り工程の設定が必要であるからである。

このように多段階で絞り加工を行うということ
は型形状が少しづつ異なるプレス型を多数必要と
し、その型製作費が嵩むと共に、生産過程でも多
工程を要しコストアツプの原因となつていた。ま
た、多工程の絞り加工の影響でフランジ部に板厚
の凹凸（ダイマーク）が創成され面精度の低下が
避けられないものであつた。

本発明の目的は、かかる従来の方法が有する問
題点を解消し、低コストで面精度のすぐれたボス
付部材を形成することのできるボス付部材の成形
方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の第１の形
態では、パンチと、該パンチが貫通する板押え
と、ダイと、前記パンチの中心に向かう方向に加
圧する加圧手段とを有するプレス金型を用いて、
ボス付き部材を成形する方法であつて、金属製板
状ブランク材の中央部に下穴を穿設し、該板状ブ
ランク材を前記ダイと前記板押えとの間に前記板
状ブランク材の下穴中心に向かう方向の加圧を許
容し得る状態でセツトし、前記板状ブランク材
を、その外側から前記下穴中心に向けて前記加圧
手段により該板状ブランク材の圧縮降伏点以上の
加圧力で加圧し、該加圧を継続しつつ前記加圧力
よりも小さいパンチ圧力でパンチを押込み、ボス
部を形成するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の第２の形態では、パンチと、該
パンチが貫通する板押えと、内側および外側ダイ
を備えたダイと、前記パンチの中心に向かう方向
に加圧する加圧手段とを有するプレス金型を用い
て、ボス付き部材を成形する方法であつて、金属
製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設し、該板
状ブランク材を前記外側ダイと前記板押えとの間
に前記板状ブランク材の下穴中心に向かう方向の
加圧を許容し得る状態でセツトし、前記板状ブラ
ンク材を、その外側から前記下穴中心に向けて前
記加圧手段により該板状ブランク材の圧縮降伏点
以上の加圧力で加圧し、該加圧を継続しつつ前記
加圧力よりも小さいパンチ圧力でパンチを押込
み、さらに前記内側ダイを前記パンチの押込み方
向と逆方向に押込み、ボス部を形成するようにし
たことを特徴とする。

［作用］ 本発明の第１の形態によれば、まず、中心部に
下穴が穿設された板状ブランク材がダイと板押え
との間に下穴中心に向かう方向の加圧を許容し得
る状態でセツトされる。

そして、このブランク材の外側の複数方向から
下穴中心に向けて加圧手段により板状ブランク材
の圧縮降伏点以上の加圧力で加圧すると、まずブ
ランク材下穴部近傍の相当応力の上昇により、下
穴部周辺が降伏し塑性変形を開始する。そして、
この塑性変形は順次ブランク材の外側方向に伝播
し、ブランク材の内外径比や外側からの加圧力に
対応した所定状態で内部応力が均衡する状態とな
る。

このような圧縮応力場の下でパンチをダイに接
近させるとブランク材の下穴周辺はパンチの隅丸
部とダイ隅丸部とを接触点とする截頭円錐状に変
形する。すると、初期のブランク材の下穴径の下
に均衡していた応力状態が、仮想的にダイ隅丸止
まり寸法相当の中穴が創成されたのと同様の応力
状態に変化し、ダイ空間の周縁部近傍で均衡して
いた材料の截頭円錐状部への流動が促進される。

この截頭円錐状部が形成される初期の過程で
は、最初の下穴径が縮小傾向で推移し、この截頭
円錐状部に周囲より充分な体積の材料が供給され
ることとなる。その後、さらにパンチが押込まれ
ていくと、パンチの隅丸部が截頭円錐状部の内側
を滑り下穴の穴拡げ形成が行なわれ所定の厚さと
高さとを有するボスが形成されると共にボス周辺
部が増厚される。

また、本発明の第２の形態によれば、まず、中
心部に下穴が穿設された板状ブランク材が外側ダ
イと板押えとの間にセツトされる。

そして、このブランク材の外周から中心に向け
て加圧手段により加圧すると第１の形態で述べた
ようにブランク材の外側に向かつて塑性変形が順
次伝播していく。

この状態でパンチをダイに接近させるとダイ内
径が大きいことから第１の形態で得られるよりも
底面径の大きな截頭円錐状に変形する。

すると、この截頭円錐状部には周辺からの材料
流動が第１の形態に比べより効果的に行なわれ
る。

その後、さらにパンチが押込まれしていくと、
同様に下穴の穴拡げ成形が行なわれ、そして、さ
らに周縁からの加圧を継続しつつ外側ダイの内側
に設けた内側ダイをパンチの押込み方向と逆方向
に押込むと、パンチ外径と内側ダイの内径部とで
所定の厚さと、第１の形態で得られるものよりさ
らに高い高さとを有するボスが形成されると共に
ボス周辺部も増厚される。

このように、本発明によれば略々単工程で所定
の厚さと高さとを有するボス部が形成されると共
にボス周辺部が増厚されることから、コストダウ
ンがはかれると共にフランジの面精度がよくボス
の付根が強化されたボス付部材が得られるのであ
る。

［実施例］ 以下に、本発明の実施例を添附図面を参照しつ
つ説明する。

まず、本発明を実施するためのプレス金型の一
例を第１図に基づき説明する。

１はパンチであり不図示のラムに固定されてい
る。このパンチ１は、ブランク材Ｂを截頭円錐形
状に変形し、材料の流動方向の制御を行うのに寄
与する隅丸部半径（パンチラジアス）r_Pと、最終
ボス内径寸法を出す役割りを持つ外径D_Pとを有
す。その好ましい値はD_P／２≧r_P＞D_P／３であ
り、パンチ１にはパンチ圧力P_Pが加えられる。

２は板押えであり、パンチ１が貫通する貫通孔
２Ａを有し同じく不図示のラムに油圧シリンダ等
の加圧機構でもつてパンチ１と別動で上下動自在
に支持されている。これはブランク材が外側から
加圧され、圧縮されることによる中心部下穴近傍
へ加圧力を伝えることを効果的に行うと共に、そ
の板厚増加を許容しつつ、ブランク材Ｂの座屈を
防止する程度の圧力P_Cを付加する役割を持つ。

３はベツド５上にダイホルダ４と共に固定され
たダイであり、ブランク材Ｂの截頭円錐形状への
変形に対する曲げ起点となり材料の流動促進の主
たる要素となる隅丸部半径（ダイラジアス）r_d
と、最終的にボス外形状を出す役割を持つ内径
D_dとを有す。

材料流動量は、ダイ隅丸止まり寸法D_d′（＝D_d
＋2r_d）に大きく影響を受けるのでダイラジアス
r_dを適切に定めることが必要である。

この好ましい値は、r_d≧ｔでありまたボス付部
材の最終形状として許される範囲内にあることが
必要である。

６は同じく、ベツト５上に複数個がパンチ１を
中心として放射状に等間隔に配置固定された、水
平加圧力P_h発生のための油圧シリンダであり、
ピストン６Ａを有する。この複数方向総和の水平
加圧力をP_hとする。

７はダイホルダ４に摺動可能でピストン６Ａに
押圧され、板押え２およびダイ３との間で中心方
向に移動可能な加圧プレートであり、ブランク材
Ｂの外側からその圧縮降伏点以上の力を付加し得
るものである。

なお、８は位置決め用ネストピン９を上下動自
在に保持すると共に成形品を排出するために上下
動自在のノツクアウトである。

上述した加圧手段各々の加圧力はブランク材Ｂ
の種類等に応じて適宜選定するが、概ねパンチ加
圧力P_Pを１としたとき板押え加圧力P_Cは３〜７、
総和の水平加圧力P_hは10〜15の比率で後者を著
しく大きく設定するのが好ましい。

次に、ボス付部材の成形工程を第２図に基づき
説明する。

まず、第２図ａに示すように、中央部に下穴
B₀を穿設されたブランク材Ｂが、上動して静止
状態にあるネストピン９に、その下穴B₀を係合
される。このときを成形工程のスタートとし時刻
t₀とする。次いで、ノツクアウト８およびネスト
ピン９の下動により、ブランク材Ｂがダイ３上に
載置され、そこで時刻t₁で加圧プレート７が中心
方向に移動開始し、第２図ｂに示すようにブラン
ク材Ｂの外側端に当接しブランク材Ｂの位置決め
が行なわれる（時刻t₂）。この間、パンチ１は板
押え２と共に高速にて下降を続けており、時刻t₃
において第２図ｃに示すように、ノツクアウト８
をさらに下動させると共に、板押え２がブランク
材Ｂに当接する直前に、パンチ１の下降速度を低
速に切換える。

しかして、時刻t₄において、ブランク材Ｂがダ
イ３および板押え２との間にセツトされた状態
（第２図ｄおよび第１図ａ参照）が得られる。

そして、この時刻t₄において、油圧シリンダ６
に高圧を付加し、加圧プレート７を介してブラン
ク材Ｂにその圧縮降伏点以上の荷重付与を開始す
る。この加圧プレート７による継続的加圧状態の
まま、パンチ１は低速による下降でブランク材Ｂ
に当接し截頭円錐を形成し、さらに下降を継続
し、ボス部が形成される。この間板押え２はブラ
ンク材Ｂの板厚増大を吸収すべく加圧しつつ上動
する（第２図示の板押えストロークは、パンチ１
の先端を０基準として示してある）。

このボス部の成形過程を第１図ｂに示すと共
に、その成形のメカニズムについては後述する。

しかして、パンチ１が下死点に至つた時刻t₅に
てボス部の成形は終了（第２図ｅおよび第１図ｃ
参照）し、その所定時間後t₆において加圧プレー
ト７がまず後退を開始し、その後t₇においてパン
チ１およびノツクアウト８が上動を開始し、時刻
t₈にてそれらの速度を速め成形品を排出する。

ここでボス部成形のメカニズムを第３図を用い
て詳細に説明する。

第３図ａにおいて外径d₀、板厚ｔ、下穴径d_iの
ブランク材Ｂの外側端より加圧プレート７を介し
て中心に向けて圧縮降伏点以上の水平方向加圧力
P_hを作用させると、まずブランク材Ｂの下穴B₀
の近傍の相当応力が上昇し、下穴B₀周辺が降伏
し塑性変形を開始する。そして、この塑性変形は
加工硬化を生じながら、外側に向かつて順次伝播
していき内部応力が均衡した状態となる（第３図
ａ参照）。

このような圧縮応力場の下で、パンチラジアス
r_Pを有するパンチ１を下降させると、ブランク材
Ｂの下穴B₀周辺部は第３図ｂに示すようにダイ
３の上面の隅丸（ダイラジアスr_d）の止まり寸法
縁（直径D_d′＝D_d＋2r_d）Ｘを起点とする截頭円
錐形状に変形する。

すると、初期のブランク材Ｂの下穴径d_iの下に
均衡していた応力状態が、あたかもブランク材Ｂ
に上記隅丸止まり寸法である直径D_d′の中穴が創
成されたのと近似の応力状態に変化する。この応
力状態の変化によりダイ３の直径D_d′の外周縁部
近傍で均衡していた材料の截頭円錐状部への流動
が促進される。この場合、第３図ｂに示す截頭円
錐の成形状態で材料流入が進行し、初期の下穴径
d_iが縮径d_i′する。そして、第３図ｃに示す截頭円
錐の所定の高さ迄は、この縮径作用が継続し、こ
の過程において大部分の体積の材料流入が完了す
る。

その後のパンチ１の下降に伴い、パンチ１の隅
丸部が截頭円錐状部の内側を滑り、初期下穴径d_i
よりも大径d_i″の穴への穴拡げ成形へと移行する
（第３図ｄ参照）。この状態から第３図ｅに示すパ
ンチ１の下降に伴うブランク材Ｂとの摩擦力によ
り、さらなる材料の内部流入が生じ、最終的には
所定高さで、パンチ１の外径D_Pとダイ３の内径
D_dによつて規制される厚さのボスが形成される。

これらの過程では水平加圧力を受けてブランク
外径d₀は当然縮径するので製品所要の大きさにこ
の縮径分を見込まねばならない。

このように、バーリング加工におけるボス部へ
の体積供給上の制約を受けることなく、また絞り
加工における破断限界による工程上の制約を受け
ることなく所定の厚さと高さとをもつたボスが一
工程にてできる。

これは、従来特開昭57−168730号あるいは特開
昭59−73129号等により公知のフランジ外周から
加圧しながら深絞りを行う方法における成形のメ
カニズムと大きく異なるものである。

すなわち、上記の公知方法は、いずれも絞り加
工におけるフランジ外周部の縮み抵抗に対し外周
部から補助的に加圧することにより絞り加工限界
をいくらか向上させようとするものである。

絞り加工の成形限界は、フランジ部とダイ肩部
と縮み抵抗、曲げ抵抗および摩擦抵抗に対し、引
張り応力下にある成形壁部への材料の伝達可能力
により決定されるので、それぞれの抵抗の一部を
軽減して、その伝達可能力を向上せんとしている
に過ぎない。

これに対し、本発明の方法は前述の如く周方向
からの水平加圧力を圧縮降伏点以上としフランジ
部の板厚の増加を許容しつつ材料の流動を生じさ
せるものであり、素材の機械的性質により成形限
界が左右されないものである。これにより、一般
に絞り加工が難しいといわれている、例えば
S45C（JIS規格）の如き被加工材についても容易
に成形が可能である。

次に、本工法を用いてボス付部材を形成した実
施例につき説明する。

第４図に素材の一例としてのブランク材Ｂを示
す。板厚ｔ＝4.5mm、材質SPHC（引張り強さT_s＝
33Kg／mm²）のブランク材Ｂはその外径形状が概略
三角形状をなし、中心から放射状に伸びる６個の
短冊状腕と中心部に下穴B₀とを有すべく素材板
から打抜いて形成される。

６個の腕は長腕（下穴中心から外側端までの距
離d_OL／２、幅W_L）B₁と短腕（同じくd_OS／２、
幅Ws）B₂とが３個ずつ交互に60°間隔に配置され
ている。そして、各腕の交叉部には切欠きB₃が
形成されている。これを上述した方法で成形し
た。但し、水平加圧力については長腕B₁3ケ所と
短腕B₂3ケ所を別系統の加圧力の印加の下に行つ
た（その加圧力の総和は前述の通りである）。

その結果、第５図示の如くボス付根部の板厚t_C
がブランク材Ｂの板厚ｔの約1.2倍となりボス部
を形成する体積V₁が一般のバーリング加工で形
成される体積V₀の約1.7倍と大きく向上したボス
付部材が得られた。

次に他の素材の加工例として第４図に示したも
のと同一形状で板厚も等しい難加工材S45C（引張
り強さT_S＝50Kg／mm²）について加工を行つた。

この場合、各加圧力を前例の約1.5倍とした他
同様に加工した。その結果、前例と略々等しいボ
ス付部材が得られた。

次に、第６図につき本発明の第２の状態で用い
るプレス金型の一例を説明する。理解を容易とす
るため第１図において説明したプレス金型と同一
部位は同一符号を用い、その異なる点を説明する
と、ダイを外側ダイ３Ａ（内径D_dＡ、ダイラジア
スr_dＡ）および内側ダイ３Ｂ（内径D_dＢ、ダイラ
ジアスr_dＢ）の２分割構成としたことである。

この例は、先の例における截頭円錐形を成形す
る際の、ダイ３Ａの内径D_dＡを大きくすること
により水平方向加圧による截頭円錐への材料流動
をより効果的に発生させ、より高いボス形状を創
成させるものである。

その成形の工程を説明すると、第６図ａおよび
ｂにおける工程は前述の第１図ａおよびｂと同様
であるが本例では截頭円錐の曲げ起点は外側ダイ
３Ａの隅丸止まり寸法部であり、より大きな水平
加圧力による効果が発揮され、大きな体積流動が
生ずる。そして、第６図ｃに示す如くさらにパン
チ１を下降すると截頭円錐形の截頭部の穴拡げ成
形が行なわれる。

かかる状態で、さらに水平加圧力を継続しつつ
内側ダイ３Ｂを上昇させると、一旦、截頭円錐状
部に供給された材料を外へ押し戻すことなくボス
内部へ供給し、パンチ外径D_P、内側ダイ内径D_d
Ｂとで規制される厚さで、より高いボスが形成さ
れる。この例で前例と同一形状および材質
（SPHC）で板厚ｔ＝4.7mmのブランク材を用い、
第１の実施例と同一の加圧条件の下に加工を行つ
た。パンチ１の加圧力P_Pを１とするとき内側ダ
イ３Ｂの加圧力P_uを５に設定して成形した。

その結果、第７図に示す如く、ボス付根部の板
厚t_Cがブランク材Ｂの板厚ｔの約1.6倍となりボ
ス部を形成する体積V₂が一般のバーリング加工
で形成される体積V₀の約2.8倍と飛躍的に向上し
たボス付部材が得られた。

次に、本発明方法によつて得られるボス付部材
に得るにあたつて用いられるブランク材の形状例
を第８図に示す。第８図ａ，ｂおよびｃに示すよ
うに、円形ブランク材Ba、異形ブランク材Bbお
よび逃穴付ブランク材Bcを用いることができる。

異形ブランク材Bbの場合には、その腕間の切
欠きｃの内接円径d₀′の半分が実質的にブランク
材と下穴B₀中心から外側端迄の距離相当となり、
ダイ内への材料流動量を円形ブランク材Baに比
べ飛躍的に増加させることができ、より高く、厚
いボス部を得ることができる。

同様の効果は円形ブランク材に逃穴Ｈを穿設し
ても得ることができ、この場合は逃穴への内接円
径d₀′が相当する。

また、円形ブランク材の場合、上述の逃穴の替
りに、板押えダイとの間隔を局部的に大きくして
も同様の効果が得られる。

以上の実施例では便宜上プレス金型を上下関係
のものにつき説明したが、これは若干の細部構造
の変更で横向きあるいは上下逆の関係のものでも
できることはいうまでもない。

尚、上述した例では水平加圧力P_hは下穴中心
に向け放射６方向から、加圧する例を示したが、
これは他の複数方向からでもよく、ブランク材外
周が円形の場合には液圧によつてその周縁から均
等に加圧するようにしてもよく、また油圧以外の
機械的手段で行つてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明方法の
第１の形態によれば単工程で成形できることから
低コストで面精度のすぐれた所定の厚さと高さと
を有するボス付部材を得ることができる。

また、本発明方法の第２の形態によれば、単工
程或いは二工程で上記と同様な所定の厚さとより
高い高さとを有するボス付部材を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の形態に用いるプレス金
型の一例を示す断面図、およびその工程を説明す
る図、第２図は同じく本発明の第１の形態の一例
を示す工程説明図および作動タイミング線図、第
３図は、ボス部成形メカニズムを説明するための
過程を示す図、第４図は本発明方法を用いてボス
付部材を成形するときのそのブランク材を示す平
面図、第５図はブランク材の要部と上記により得
られたボス部を比較する断面図、第６図は本発明
の第２の形態に用いるプレス金型の一例を示す断
面図、およびその工程を説明する図、第７図はブ
ランク材の要部と上記により得られたボス部を比
較する断面図、第８図は本発明方法に用いられる
ブランク材の形状例を示す平面図であり、左側は
成形前右側は成形後を示す図、第９図はボス付部
材の一般形状を示す断面図、第１０図は従来のボ
ス付部材の成形方法を示す断面図である。 １……パンチ、２……板押え、３……ダイ、６
……油圧シリンダ、７……加圧プレート、８……
ノツクアウト、９……ネストピン、Ｂ……ブラン
ク材、Ｇ……ボス部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パンチと、該パンチが貫通する板押えと、ダ
   イと、前記パンチの中心に向かう方向に加圧する
   加圧手段とを有するプレス金型を用いて、ボス付
   き部材を成形する方法であつて、 金属製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設
   し、 該板状ブランク材を前記ダイと前記板押えとの
   間に前記板状ブランク材の下穴中心に向かう方向
   の加圧を許容し得る状態でセツトし、 前記板状ブランク材を、その外側から前記下穴
   中心に向けて前記加圧手段により該板状ブランク
   材の圧縮降伏点以上の加圧力で加圧し、該加圧を
   継続しつつ前記加圧力よりも小さいパンチ圧力で
   パンチを押込み、ボス部を形成するようにしたこ
   とを特徴とするボス付き部材の成形方法。 ２ パンチと、該パンチが貫通する板押えと、内
   側および外側ダイを備えたダイと、前記パンチの
   中心に向かう方向に加圧する加圧手段とを有する
   プレス金型を用いて、ボス付き部材を成形する方
   法であつて、 金属製板状ブランク材の中央部に下穴を穿設
   し、 該板状ブランク材を前記外側ダイと前記板押え
   との間に前記板状ブランク材の下穴中心に向かう
   方向の加圧を許容し得る状態でセツトし、 前記板状ブランク材を、その外側から前記下穴
   中心に向けて前記加圧手段により該板状ブランク
   材の圧縮降伏点以上の加圧力で加圧し、該加圧を
   継続しつつ前記加圧力よりも小さいパンチ圧力で
   パンチを押込み、 さらに前記内側ダイを前記パンチの押込み方向
   と逆方向に押込み、ボス部を形成するようにした
   ことを特徴とするボス付き部材の成形方法。