WO2014109263A1

WO2014109263A1 - プレス成形方法

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Publication number: WO2014109263A1
Application number: PCT/JP2013/085160
Authority: WO
Inventors: 山形　光晴; 修治山本; 康裕和田
Original assignee: 新日鐵住金株式会社
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-07-17
Also published as: JPWO2014109263A1; MX2015008335A; JP5741771B2; US20150336152A1; KR20140107623A; MX359838B; US9505047B2; KR101588155B1; CN104114296B; CN104114296A

Abstract

　プレス成形方法は、第１カップ状被加工材（Ｂ）を成形する工程と、軸押し用パンチ（１３）をダイ（１５）に対して相対移動させてカップ側壁部（Ｂ２）のカップ開口端（Ｂ２１）に当接させカップ開口端（Ｂ２１）を拘束した状態で、第２段成形用パンチ（１１）をダイ（１５）に対して相対移動させて第２ダイ孔部（１５５）内に挿入し、第２ダイ肩部（１５４）を介して第１カップ状被加工材の一部を第２ダイ孔部（１５５）内へ押し込むことにより、カップ側壁部（Ｂ２）を縮径させると共に増肉する工程と、軸押し用パンチ（１３）によるカップ開口端（Ｂ２１）の拘束を解放した状態で、第２段成形用パンチ（１１）をダイ（１５）に対して相対移動させて第１カップ状被加工材を第２ダイ孔部（１５５）内の奥へ更に押し込むことにより、第１カップ状被加工材より径の小さい第２カップ状被加工材を成形する工程と、を備える。

Description

プレス成形方法

　本発明は、板状の被加工材をカップ状に成形するプレス成形方法に関する。

　車両のトランスミッション等に使用される部品として、カップ側壁部とカップ底部とを有する軸対称部品が知られている。カップ形状の軸対称部品を得るために一般的な絞り成形を用いると、通常、絞り比（絞り比＝ブランク直径／成形後のカップ外径）の限界は２．１前後となる（非特許文献参照）。
　なお、特許文献１あるいは特許文献２には、亀裂等の発生を抑制する増肉プレス加工方法が開示される。

特開２００１－０４７１７５号公報特開２０１０－０８９１３９号公報

　　日本機械学会論文集（Ｃ編）５９巻５６０号（１９９３－４）

　一般的な絞り成形では、絞り比が２．１を超えると成形中に、変形が集中し板厚減少が大きいカップ肩部やカップ側壁部が破断するおそれがある。

　本発明は、絞り比の大きい成形時においても変形が集中する部分の破断を抑制できるプレス成形方法を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係るプレス成形方法は、互いに中心軸が同軸上に配置される第２段成形用パンチと、前記第２段成形用パンチの外周に沿って配置される第１段成形用パンチと、前記第１段成形用パンチの外周に沿って配置される軸押し用パンチと、中心軸方向において前記第２段成形用パンチに対向配置されるカウンターパンチと、前記第１段、第２段成形用パンチが挿入される先端側から、前記先端に向かうに従って拡開する第１ダイ肩部、前記中心軸と平行な第１ダイ孔部、前記第１段成形用パンチ及び前記軸押し用パンチと前記中心軸方向に対向し前記先端に向かうに従って拡開する第２ダイ肩部及び前記第２ダイ肩部に連設する第２ダイ孔部を有するダイと、を用いた平板状の被加工材に対するプレス成形方法であって、前記第１段、第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１ダイ孔部内に挿入することにより前記第１ダイ肩部を介して前記被加工材を前記第１ダイ孔部内へ押し込み、カップ底部及び前記カップ底部の周縁部から立ち上がる周状のカップ側壁部を有する第１カップ状被加工材を成形する工程Ｓ１と、前記軸押し用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記カップ側壁部のカップ開口端に当接させ前記カップ開口端を拘束した状態で、前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第２ダイ孔部内に挿入し、前記第２ダイ肩部を介して前記第１カップ状被加工材の一部を前記第２ダイ孔部内へ押し込むことにより、前記カップ側壁部を縮径させるとともに増肉する工程Ｓ２と、前記軸押し用パンチによる前記カップ開口端の拘束を解放した状態で、前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内の奥へ更に押し込むことにより、前記第１カップ状被加工材より径の小さい第２カップ状被加工材を成形する工程Ｓ３と、を備えることを特徴とする。

（２）（１）記載のプレス成形方法は、更に中心軸方向において前記第２段成形用パンチに対向配置されるカウンターパンチを用い、このカウンターパンチの外周に沿って前記第２ダイ孔部配置され、前記工程Ｓ２内において、前記軸押し用パンチにより前記カップ開口端を拘束した状態、且つ前記カップ側壁部における前記カップ底部側の板厚方向の変形を前記第２段成形用パンチと前記第２ダイ孔部とにより拘束した状態で、前記カウンターパンチを前記第２段成形用パンチに接近させ前記カウンターパンチ及び前記第２段成形用パンチにより前記第２ダイ孔部内の前記カップ底部を狭圧することにより、前記カップ底部及び前記カップ側壁部を繋ぐカップ肩部を直角状に成形すると共に、前記カップ底部の素材を前記カップ肩部に流入させて前記カップ肩部を増肉する工程Ｓ２１を備え、前記工程Ｓ３では、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを、前記カップ底部を狭圧した状態で前記ダイに対して前記第２ダイ孔部内の奥へ相対移動させてもよい。

（３）上記課題を解決するために、本発明に係るプレス成形方法は、互いに中心軸が同軸上に配置される第２段成形用パンチと、前記第２段成形用パンチの外周に沿って配置される第１段成形用パンチと、前記第１段成形用パンチの外周に沿って配置される軸押し用パンチと、中心軸方向において前記第２段成形用パンチに対向配置されるカウンターパンチと、前記第１段、第２段成形用パンチが挿入される先端側から、前記先端に向かうに従って拡開する第１ダイ肩部、前記中心軸と平行な第１ダイ孔部、前記第１段成形用パンチ及び前記軸押し用パンチと前記中心軸方向に対向し前記先端に向かうに従って拡開する第２ダイ肩部及び前記カウンターパンチの外周に沿って配置される第２ダイ孔部を有するダイと、を用いた平板状の被加工材に対するプレス成形方法であって、前記第１段、第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１ダイ孔部内に挿入することにより前記第１ダイ肩部を介して前記被加工材を前記第１ダイ孔部内へ押し込み、カップ底部及び前記カップ底部の周縁部から立ち上がる周状のカップ側壁部を有する第１カップ状被加工材を成形する工程ＳＡ１と、前記軸押し用パンチを、前記カップ側壁部のカップ開口端に当接させ前記カップ開口端を拘束した状態で前記ダイに対して相対移動させ、前記第２ダイ肩部を介して前記第１カップ状被加工材の一部を前記第２ダイ孔部内へ押し込むことにより、前記カップ側壁部を縮径させると共に増肉する工程ＳＡ２と、前記軸押し用パンチにより前記カップ開口端を拘束した状態で前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを接近させ、前記第２ダイ孔部内の前記カップ底部を前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチにより狭圧し平坦に成形すると共に、前記カップ底部の素材を、前記カップ底部及びカップ側壁部を繋ぐカップ肩部に流入させて前記カップ肩部を増肉する工程ＳＡ３と、前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内の奥へ更に押し込むことにより、前記第１カップ状被加工材より径の小さい第２カップ状被加工材を成形する工程ＳＡ４と、を備えることを特徴とする。

（４）（３）記載のプレス成形方法において、前記工程ＳＡ４では、前記カップ開口端が前記第２ダイ孔部内に位置するまで前記第２カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内へ押し込み、前記プレス成形方法は、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチで前記カップ底部を狭圧した状態、且つ前記カップ側壁部の前記カップ底部側の板厚方向の変形を前記第２段成形用パンチ及び前記第２ダイ孔部で拘束した状態で、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを前記第１段成形用パンチに接近させる方向に相対的に移動させ、前記カップ開口端を前記第１段成形用パンチに突き当てることにより、前記カップ肩部を直角状に成形する工程ＳＡ５を備えてもよい。

（５）（１）～（４）のいずれかに記載のプレス成形方法において、前記工程Ｓ３、ＳＡ４では、前記カップ開口端が前記第２ダイ肩部上に位置するまで前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部に押し込むことにより、カップ開口端側に進むに従って拡開する拡開部を備える前記第２カップ状被加工材を成形してもよい。

（６）上記課題を解決するために、本発明に係るプレス成形品は、（１）～（５）のいずれかに記載のプレス成形方法で成形したことを特徴とする。

　本発明によれば、絞り比を大きく取っても変形が集中する部分の破断を抑制できるプレス成形方法を提供できる。

図１は、本発明における第１実施形態のプレス成形装置の概略構成図である。図２は、本発明における第１段成形用パンチの変形例を示す図である。図３は、本発明におけるプレス成形方法を説明するためのフローチャートである。図４は、本発明における１段階目の絞り成形の工程を示す図である。図５は、本発明におけるカップ開口端を押さえて行う２段階目の絞り成形の工程を示す図である。図６は、本発明における２段階目の絞り成形にてカップ側壁部が増肉する様子を示す図である。図７は、本発明における拡開部を備えて成形完了した第２カップ状被加工材を示す図である。図８は、本発明における拡開部を備えない成形完了した第２カップ状被加工材を示す図である。図９は、本発明における第２実施形態のプレス成形方法を説明するためのフローチャートである。図１０は、本発明におけるカップ底部の狭圧工程を示す図である。図１１は、本発明におけるカップ底部を狭圧しながら行う絞り成形の工程を示す図である。図１２は、本発明における成形完了した第２カップ状被加工材を示す図である。図１３は、本発明における第３実施形態のプレス成形方法を説明するためのフローチャートである。図１４は、本発明におけるカップ開口端を押さえて行う２段階目の絞り成形の工程を示す図である。図１５は、本発明におけるカップ開口端を押さえて行う２段階目の絞り成形の工程を示す図である。図１６は、本発明におけるカップ底部の狭圧工程を示す図である。図１７は、本発明におけるカップ底部の狭圧工程を示す図である。図１８は、本発明におけるカップ底部の狭圧によりカップ肩部を直角状に成形したことを示す図である。図１９は、本発明におけるカップ側壁部を第１段成形用パンチに突き当てることを示す図である。図２０は、本発明におけるカップ側壁部を第１段成形用パンチに突き当てることを示す図である。図２１は、本発明におけるカップ側壁部の突き当てによりカップ肩部を直角状にしたことを示す図である。

　以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態のプレス成形装置の概略構成図である。図１及び以降の図において、プレス成形装置の中心軸を含む断面は中心軸を挟んで軸対称である。図面を簡略化するために、プレス成形装置における中心軸を挟んだ一方側の断面のみを図示している。

　プレス成形装置は、円板状（平板状）の被加工材Ａを第１カップ状被加工材に成形した後、カップ側壁部を増肉しながら縮径し、第１カップ状被加工材よりも径の小さい第２カップ状被加工材を成形するプレス成形を行う。プレス成形装置は、第２段成形用パンチ１１、第１段成形用パンチ１２、軸押し用パンチ１３、カウンターパンチ１４及びダイ１５を有するプレス金型を用いてプレス成形を実施する。これらの各金型要素第２段成形用パンチ１１～ダイ１５は、プレス成形装置の中心軸１０に対して軸対称に配置されており、それぞれ独立に上動及び下動できる。なお、例えばダイ１５を固定し、第２段成形用パンチ１１、第１段成形用パンチ１２、軸押し用パンチ１３及びカウンターパンチ１４をダイ１５に対して相対的に移動させることでも、第２段成形用パンチ１１～カウンターパンチ１４までの各パンチ及びダイ１５を独立して上動及び下動させた場合と同様のプレス成形が可能である。

　第２段成形用パンチ１１は円柱状であり、カウンターパンチ１４と対向する先端面には、中心軸１０に直交する方向に延びる平坦先端面１１１が形成されている。第２段成形用パンチ１１の先端隅部には、Ｒ状の第２パンチ肩部１１３が形成されている。言い換えると、第２パンチ肩部１１３は、平坦先端面１１１の周縁部と第２段成形用パンチ１１の外周面１１２下端部とを連設する位置に形成されている。

　第１段成形用パンチ１２は円筒状であり、第２段成形用パンチ１１の外周に沿って配置される。第１段成形用パンチ１２の先端部には、Ｒ状の第１パンチ肩部１２１が形成されている。本実施形態では第１パンチ肩部１２１は、第１段成形用パンチ１２の中心軸１０と平行な内周面１２２の下端部と中心軸１０と平行な外周面１２３の下端部とを繋ぐ位置に形成されている。ここで、後述する図２０を参照して説明すると、カップ開口端Ｃ２１に当接する第１パンチ肩部１２１の当接面は、中心軸１０に直交する径方向に延びて形成するのが好ましい。これにより、第１パンチ肩部１２１とカップ開口端Ｃ２１との当接面積を大きくすることができる。

　但し、第１パンチ肩部１２１の当接面が、図２に図示するように長くなり過ぎると（つまり、平坦先端面１２０が形成されると）、カップ肩部Ｂ３が小さくなり、後述する第２ダイ肩部１５４によりカップ状被加工材Ｂを更に絞り成形する際に、カップ底部Ｂ１やカップ肩部Ｂ３に与える力を大きくしなければならない。これに対して、図１に図示するように、平坦先端面１２０が無く、第１パンチ肩部１２１が内周面１２２の下端部から連なる形状に形成されている場合には、後述する第１ダイ肩部１５２によりカップ状被加工材Ｂを成形する際にカップ肩部Ｂ３を大きく成形できる。このため、後述する第２ダイ肩部１５４によりカップ状被加工材Ｂを更に絞り成形する際に、カップ底部Ｂ１やカップ肩部Ｂ３に与える力が少なくてすみ、良好に絞り成形できる。

　再び図１を参照して、軸押し用パンチ１３は円筒状であり、第１段成形用パンチ１２の外周に沿って配置される。
　カウンターパンチ１４は円柱状であり、中心軸１０方向において第２段成形用パンチ１１に対向配置される。カウンターパンチ１４における第２段成形用パンチ１１と対向する対向面には、中心軸１０の直交方向に延びる平坦先端面１４１が形成されている。

　ダイ１５は円環状であり、軸方向に延びる挿通孔部１５１を有する。挿通孔部１５１は、第１段、第２段成形用パンチ１２，１１が挿入される先端側（図１中上側）から順に第１ダイ肩部１５２、第１ダイ孔部１５３、第２ダイ肩部１５４、および第２ダイ孔部１５５を備える。第１ダイ肩部１５２は、挿通孔部１５１の先端に向かうに従って拡開する。第１ダイ孔部１５３は中心軸１０と平行に延び、上端部が第１ダイ肩部１５２の下端部に連設している。第１ダイ孔部１５３の内周面１５３１と第１段成形用パンチ１２の外周面１２３との径方向の距離Ｄ１（即ち半径差）は、円板状被加工材Ａの厚みと同様（誤差を含む）の大きさになっている。

　第２ダイ肩部１５４は、第１段成形用パンチ１２及び軸押し用パンチ１１に対して中心軸１０方向において対向配置されており、先端（上方）に向かうに従って拡開すると共に、上端部が第１ダイ孔部１５３の下端部に連設している。第２ダイ肩部１５４はテーパ面を有し、上端部が第１ダイ孔部１５３の下端部に連設する絞り部１５４１と、絞り部１５４１と第２ダイ孔部１５５とを連設するＲ状部１５４２とを備える。

　第２ダイ孔部１５５は、中心軸１０と平行に延び、上端部が第２ダイ肩部１５４の下端部に連設している。第２ダイ孔部１５５は、カウンターパンチ１４の外周に沿って配置される。第２ダイ孔部１５５の内周面１５５１と第２段成形用パンチ１１の外周面１１２との径方向の距離Ｄ２は、円板状被加工材Ａの厚みよりも僅かに大きくなっている。ダイ１５の上端面１５６は平面視円環状であり、中心軸１０の直交方向と平行な平面となっている。

　図３は、プレス成形装置の成形動作（プレス成形方法）を説明するためのフローチャートである。以下、プレス成形装置の成形動作を説明する。図１を参照して、最初にダイ１５上に円板状被加工材Ａをセットする（工程Ｓ０）。続いてプレス成形装置は、図４に示すように第１段、第２段成形用パンチ１２，１１を下端が中心軸１０方向において同一位置となるように一体的に下動させて第１ダイ孔部１５３内に挿入することにより、第１ダイ肩部１５２を介して円板状被加工材Ａを第１ダイ孔部１５３内へ押し込む。

　これによりプレス成形装置は、円板状被加工材Ａを第１カップ状被加工材Ｂに成形する（工程Ｓ１）。第１カップ状被加工材Ｂはカップ底部Ｂ１、カップ底部Ｂ１の周縁部から立ち上がる周状のカップ側壁部Ｂ２、カップ側壁部Ｂ２及びカップ底部Ｂ１を繋ぐＲ状のカップ肩部Ｂ３を備える。

　続いてプレス成形装置は、図５に示すように軸押し用パンチ１３を下動させてカップ側壁部Ｂ２のカップ開口端Ｂ２１に当接させ、カップ開口端Ｂ２１の上動を拘束する。続いてプレス成形装置は、図６に示すように第２段成形用パンチ１１を更に下動させて第２ダイ孔部１５５内に挿入し、第２ダイ肩部１５４を介して第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内へ押し込む（工程Ｓ２）。この際プレス成形装置は、第２段成形用パンチ１１を下動させ、軸押し用パンチ１３を同時に下動させることで、カップ開口端Ｂ２１が中心軸１０方向に平行な方向に伸びることを抑制しながら行う。

　この際プレス成形装置は、第１カップ状被加工材Ｂのカップ側壁部Ｂ２を、カップ開口端Ｂ２１を拘束した状態で第２ダイ肩部１５４にて縮径することとなるので、第２ダイ肩部１５４上においてカップ側壁部Ｂ２の増肉を推進できる。また、プレス成形装置は、カップ開口端Ｂ２１を拘束した状態でカップ側壁部Ｂ２を絞り成形するので、カップ開口端Ｂ２１（耳）の中心軸１０方向における位置のばらつきを抑制できる。なお、かかる位置ばらつきがあると、カップ開口端Ｂ２１が不均一に例えば波状等に変形するが、軸押し用パンチ１３によるカップ開口端Ｂ２１の拘束によりその平坦化を確保することができる。

　なお、プレス成形装置は、第２段成形用パンチ１１の下動による絞り成形時、第１段成形用パンチ１２を、第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４に跨る部位でのカップ側壁部Ｂ２の下方への移動を、第１パンチ肩部１２１で円滑に案内できる位置まで下動させる。つまり図７に示したように第１パンチ肩部１２１と第１ダイ孔部１５３及び第２ダイ肩部１５４に跨る部位との間に、第１カップ状被加工材Ｂの板厚ｔと実質的に同等な隙間が形成される位置まで第１段成形用パンチ１２を下動させる。また、軸押し用パンチ１３は、第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４との境目近傍の最大下動位置まで下動させ、第２段成形用パンチ１１の下動時に最大限カップ開口端Ｂ２１を拘束し続ける（図７参照）。

　続いてプレス成形装置は、図７に示すように軸押し用パンチ１３の下動を第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４との境目近傍にて停止させた状態で、即ち軸押し用パンチ１３によるカップ開口端Ｂ２１の拘束を解放した状態で、第２段成形用パンチ１１を下動させる。これにより第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内の奥へ更に押し込むことにより、図８に示すように第１カップ状被加工材Ｂよりも径の小さい第２カップ状被加工材Ｃを成形する（工程Ｓ３）。

　なお、プレス成形装置は、図７に示すようにカップ開口端Ｂ２１が第２ダイ肩部１５４上に位置するところで第１カップ状被加工材Ｂの第２ダイ孔部１５５内への押し込みを止めることも可能である。これによりカップ開口端Ｃ２１側に進むに従って拡開する拡開部Ｃ４を備える第２カップ状被加工材Ｃに第１カップ状被加工材Ｂを成形してもよい。

　以上のように本実施形態では、円板状被加工材Ａを第１カップ状被加工材Ｂに絞り成形した後、第１カップ状被加工材Ｂを更に絞り成形し、２段階の絞り成形を行う。特に２段階目の第１カップ状被加工材Ｂの絞り成形時には、軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１の変形を拘束して行う。そのため２段階目の第１カップ状被加工材Ｂの絞り成形時にカップ側壁部Ｂ２の増肉を推進でき、絞り成形時におけるカップ側壁部Ｂ２の割れを抑制できる。従って、本実施形態では、絞り比（ブランク直径／成形後のカップ外径）を２．１以上４．０以下と大きく設定しても、円板状被加工材Ａを良好に第２カップ状被加工材Ｃに絞り成形できる。

（第２実施形態）
　図９は、本実施形態のプレス成形方法を説明するためのフローチャート、図１０は、第１カップ状被加工材Ｂの絞り成形工程Ｓ２の途中において行うカップ底部Ｂ１の狭圧工程Ｓ２１を示す図である。
　本実施形態のプレス成形装置も、第１実施形態と同様、円板状被加工材Ａを第１カップ状被加工材Ｂに成形する工程Ｓ０、Ｓ１を行った後、軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１を拘束した状態で第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形する工程Ｓ２を行う。

　プレス成形装置は、工程Ｓ２において、先ず軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１を拘束した状態で第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形する工程Ｓ２０を行う。この工程Ｓ２０では、図６に参照されるように軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１を拘束した状態、且つカップ側壁部Ｂ２におけるカップ底部Ｂ１側の板厚方向の変形を第２段成形用パンチ１１と第２ダイ孔部１５５とにより拘束した状態となる。この工程Ｓ２０では、図６において二点鎖線で略記した例のように、カップ底部Ｂ１の中央部分が第２段成形用パンチ１１から下方に浮いたりしてカップ底部Ｂ１に凹凸が生じることがある。

　そこで、プレス成形装置は、図１０に示すようにカウンターパンチ１４を第２段成形用パンチ１１に接近させ、カウンターパンチ１４及び第２段成形用パンチ１１により第２ダイ孔部１５５内のカップ底部Ｂ１を狭圧することにより、カップ底部Ｂ１を平坦に矯正する。また、プレス成形装置は、カップ側壁部Ｂ２のカップ底部Ｂ１側の板厚方向の変形を拘束した状態でカップ底部Ｂ１を狭圧することにより、カップ肩部Ｂ３を直角状に成形する。また、プレス成形装置は、カップ底部Ｂ１を平坦に矯正することによりカップ底部Ｂ１から生じる余剰の素材をカップ肩部Ｂ３に流入させることにより、カップ肩部Ｂ３を増肉する（工程Ｓ２１）。

　続いてプレス成形装置は、図１１に示すように軸押し用パンチ１３を下動させてカップ開口端Ｂ２１を拘束しながら、第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４を、カップ底部Ｂ１を狭圧した状態で下動させて、第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形する（工程Ｓ２２）。

　そしてプレス成形装置は、軸押し用パンチ１３を第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４との境目近傍まで下動させた後、軸押し用パンチ１３によるカップ開口端Ｂ２１の拘束を解放する。この解放した状態で、図１２に示すように第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４を、カップ底部Ｂ１を狭圧したまま下動させることにより、第２カップ状被加工材Ｃを成形する（工程Ｓ３）。

　ここで、工程Ｓ２２，Ｓ３において第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内へ押し込む際に、図１１を参照されるようにカップ側壁部Ｂ２は、第２段成形用パンチ１１と第２ダイ孔部１５５の間に引き込まれることで、上下方向の引張り荷重がかかる。そのため直角状のカップ肩部Ｂ３は上方に引っ張られ（図１１の上矢印参照）、図１２を参照されるように、第２段成形用パンチ１１の第２パンチ肩部１１３に密着してＲ状となるが、第２カップ状被加工材Ｃにおいてカップ肩部Ｃ３の増肉効果は残る。

　なお、工程Ｓ３では、第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４を、カップ底部Ｂ１を狭圧した状態で下動させることにより第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内の奥へ押し込んだ。これに限らず、第２段成形用パンチ１１のみの押圧により第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内の奥へ押し込んでもよい。

　本実施形態では、カップ底部Ｂ１を狭圧した後、再度軸押し用パンチ１３を下動させて第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形したが、カップ底部Ｂ１を狭圧した後は、軸押し用パンチ１３の下動を停止し、カップ開口端Ｂ２１の拘束を解放した状態で第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形してもよい（工程Ｓ２２は無くてもよい）。このようにしても、狭圧する前段階でカップ開口端Ｂ２１を拘束しながら絞り成形するので、カップ開口端Ｂ２１の成形不均一抑制効果やカップ側壁部Ｂ２の増肉推進効果を維持することができる。

　ここで、従来、通常の絞り成形を行うと絞りパンチの肩Ｒ部に当接するカップ肩部が減肉してしまうため、この対策として特許文献３（特開平８－１４１６６２号公報）、特許文献４（特開２００７－２８９９８９号公報）の技術が知られる。

　特許文献３では、先ず絞り加工用の装置により絞り加工を行い、被加工材をカップ状に成形する。次に特許文献３では、コイニング加工用の装置により、カップ状被加工材のカップ底部をコイニング加工し、絞り成形により減肉したカップ肩部にカップ底部から肉寄せし、カップ肩部を増肉する。

　特許文献４では、カップ状被加工材内にパンチを挿入してカップ側壁部の内周面を拘束した後、カップ側壁部の外周面をカップ開口部側からカップ底部側に向かってローラーでしごき加工することにより、カップ肩部を増肉する。

　しかしながら、特許文献３では、カップ底部をコイニング加工するので、カップ底部の一部が減肉しカップ底部が平坦で無くなるという問題があり、特許文献４では、カップ側壁部をしごき加工するので、カップ側壁部が減肉するという問題がある。また、これら特許文献３、４は、被加工材をカップ状被加工材に成形した後にカップ肩部を増肉するものであるので、被加工材を絞り比２．１以上で絞り成形する際のカップ肩部やカップ側壁部の破断を抑制できないという問題がある。

　このような問題に対し、本実施形態では、第１カップ状被加工材Ｂの絞り成形時に軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１の変形を拘束するので、カップ側壁部Ｂ２の増肉を推進でき、絞り比を２．１以上４．０以下と大きくしても良好に成形できる。また、縮径時にカップ側壁部Ｂ２の増肉を推進できるのでカップ側壁部Ｂ２の減肉も防止できる。更に、本実施形態では、カップ底部Ｂ１を狭圧するのでカップ底部Ｂ１を平坦に形状矯正できると共に、カップ底部Ｂ１の狭圧によりカップ肩部Ｂ３を増肉できる。本実施形態は、このような各効果を同時に達成できる。

（第３実施形態）
　図１３は、本実施形態のプレス成形方法を説明するためのフローチャート、図１４は、第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形する工程ＳＡ２を説明するための図である。
　本実施形態のプレス成形装置も、先ず第１、第２実施形態と同様、第１、第２段成形用パンチ１２，１１を一体的に下動させることにより、円板状被加工材Ａを第１カップ状被加工材Ｂに成形する（工程ＳＡ０、ＳＡ１）。

　この際、第１、第２段成形用パンチ１２，１１は、図１４に参照されるように後の工程ＳＡ２において、第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４に跨る部位でのカップ側壁部Ｂ２の下方への移動を第１段成形用パンチ１２によって案内できる程、第２ダイ肩部１５４に近接させた位置まで下動させなくてもよく、適宜の位置で下動を停止させてよい。

　工程ＳＡ０、ＳＡ１の後、プレス成形装置は、軸押し用パンチ１３を下動させてカップ側壁部Ｂ２のカップ開口端Ｂ２１に当接させ、カップ開口端Ｂ２１を拘束した状態で軸押し用パンチ１３を更に下動させる。この際、第１、第２段成形用パンチ１２，１１を第１ダイ孔部１５３と第２ダイ肩部１５４に跨る部位まで下動させる。これによりプレス成形装置は、図１５に示すように第２ダイ肩部１５４を介して第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内へ押し込み、第２ダイ肩部１５４にてカップ側壁部Ｂ２を縮径させるとともに増肉させる（工程ＳＡ２）。

　この際、プレス成形装置は、軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１を押さえるので、カップ開口端Ｂ２１の成形不均一を抑制できる。なお、本工程ＳＡ２では、プレス成形装置は、軸押し用パンチ１３の下動を、カップ側壁部Ｂ２のカップ開口端Ｂ２１側が第１段成形用パンチ１２と第１ダイ孔部１５３との間に位置するところまでで停止させる。この方が、カップ底部Ｂ１を狭圧する次工程ＳＡ３にて、カップ側壁部Ｂ２のカップ開口端Ｂ２１側を板厚方向においても拘束でき、より強固に押さえることができるからである。本工程ＳＡ２において、カップ底部Ｂ１は湾曲し平坦さを失う。

　続いてプレス成形装置は、図１６に示すように軸押し用パンチ１３の下動を停止させ、また、第２段成形用パンチ１１を下動させると共にカウンターパンチ１４を上動させ、第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４を接近させる。そしてプレス成形装置は、図１７に示すように軸押し用パンチ１３によりカップ開口端Ｂ２１を拘束すると共に、カップ側壁部Ｂ２のカップ底部Ｂ１側を第２段成形用パンチ１１及び第２ダイ孔部１５５により拘束する。そして、このように拘束した状態で、第２ダイ孔部１５５内のカップ底部Ｂ１を第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４により狭圧する。

　これによりプレス成形装置は、図１８に示すようにカップ底部Ｂ１を平坦に形状矯正すると共にカップ底部Ｂ１を増肉する。また、プレス成形装置は、カップ底部Ｂ１に生じる余剰の素材をカップ肩部Ｂ３に流入させてカップ肩部Ｂ３を増肉すると共にカップ肩部Ｂ３を、カップ底部Ｂ１の径方向で外方に張り出すように直角状に成形する（工程ＳＡ３）。なお、第２実施形態では、図６の状態のカップ底部Ｂ１を狭圧することにより図１０のようにカップ肩部Ｂ３を増肉した。本実施形態では、図６の状態よりも大きく撓んでいる図１６の状態のカップ底部Ｂ１を狭圧することにより図１８のようにカップ肩部Ｂ３を増肉するので、第２実施形態よりもカップ肩部Ｂ３の増肉効果を得られる。

　続いてプレス成形装置は、図１９に示すように第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４でカップ底部Ｂ１を狭圧した状態で下動させることにより絞り成形を完了させ、第２カップ状被加工材Ｃを得る（工程ＳＡ４）。該工程ＳＡ４では、カップ開口端Ｃ２１が第２ダイ孔部１５５内に入るまで第２カップ状被加工材Ｃを奥に押し込むものとする。また、該工程ＳＡ４では、軸押し用パンチ１３を下動させず、カップ開口端Ｂ２１を解放した状態で絞り成形を行うものとする。この場合、カップ側壁部Ｂ２が第２ダイ孔部１５５に引き込まれていく途中まで軸押し用パンチ１３を下動させてカップ開口端Ｂ２１を拘束してもよい。

　また、本工程ＳＡ４では、第１カップ状被加工材Ｂを第２ダイ孔部１５５内へ押し込む際に、カップ側壁部Ｂ２が第２段成形用パンチ１１と第２ダイ孔部１５５の間に引き込まれることで、上下方向の引張り荷重がかかる。直角状のカップ肩部Ｂ３は上方に引っ張られるため（図１９の上矢印参照）、図１９に示すように増肉された状態で第２パンチ肩部１１３に密着してＲ状となる。

　カップ肩部Ｃ３の外面は、用途によっては直角状であることが好ましい。そこでプレス成形装置は、絞り成形を完了させた工程ＳＡ４の後、図２０に示すように、カップ底部Ｃ１を第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４で狭圧した状態、且つカップ側壁部Ｃ２のカップ底部Ｃ１側の板厚方向の変形を第２段成形用パンチ１１及び第２ダイ孔部１５５で拘束した状態で、第２段成形用パンチ１１及びカウンターパンチ１４を上動させる。

　プレス成形装置は、図２１に示すようにカップ開口端Ｃ２１を第１段成形用パンチ１２に突き当て、カップ側壁部Ｃ２を下方に押圧することにより、第２パンチ肩部１１３に密着したカップ肩部Ｂ３を直角状に成形する（工程ＳＡ５）。

　なお、本実施形態では、絞り成形の工程ＳＡ４で成形を完了させてもよい。その場合、工程ＳＡ４において、カップ開口端Ｂ２１が第２ダイ肩部１５４上にある位置で絞り成形を終えてよく、拡開部Ｃ４を備える第２カップ状被加工材Ｃを成形してもよい（図７参照）。

（変形例）
　第１～第３実施形態において工具の上下を反対にしてもよい、つまりカウンターパンチ１４及びダイ１５を上側に配置し、第１、第２段成形用パンチ１２、１１及び軸押し用パンチ１３を下側に配置してもよい。

　第１～第３実施形態の各工程において、本実施形態のある工具（例えば第１、第２段成形用パンチ１２、１１、軸押し用パンチ１３）の動作により得られる作用効果が、被加工材Ａ～Ｃに対してある工具と協働して作用する他の工具（例えばダイ１５）が動作することによっても得られる場合、本実施形態のある工具の動作に換えて、ある工具と協働して作用する他の工具側（例えばダイ１５側）を動作させてもよい。

　例えば、第１～第３実施形態において、プレス成形装置は、１段階目の絞り成形時において（工程Ｓ１、ＳＡ１）、ダイ１５を上動させ、第１、第２段成形用パンチ１２、１１をダイ１５に対して相対移動させて挿通孔部１５１内に挿入させることにより、円板状被加工材Ａを挿通孔部１５１内に押し込み、円板状被加工材Ａをカップ状被加工材Ｂに成形してもよい。

　また、第１、第２実施形態における２段階目の絞り成形時（工程Ｓ２、Ｓ２０）において、プレス成形装置は、第１段成形用パンチ１２を上動させ、カップ底部Ｂ１から離隔した状態でダイ１５を上動させ、第２段成形用パンチ１１をダイ１５に対して相対移動させて第２孔部１５５内に挿入させることにより、第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形してもよい。この際、ダイ１５の上動に対応して軸押し用パンチ１３を上動させ、カップ開口端Ｂ２１を拘束させる。

　また、第３実施形態における２段階目の絞り成形時（工程ＳＡ２）も同様に、プレス成形装置は１、第２段成形用パンチ１２、１１をカップ底部Ｂ１から離隔した状態、且つ軸押し用パンチ１３は同一位置を保ちカップ開口端Ｂ２１を拘束した状態で、ダイ１５を上動させ、第１カップ状被加工材Ｂを第２孔部１５５内に挿入させることにより、第１カップ状被加工材Ｂを絞り成形してもよい。

　第１～第３実施形態において、第２ダイ孔部１５５の内周面１５５１と第２段成形用パンチ１１の外周面１１２との径方向の距離Ｄ２を、被加工材Ａの板厚より大きくすると共に、２段階目の絞り成形時の縮径によって増加した第２ダイ肩部１５４上での板厚以下にすることにより、カップ側壁部Ｃ２を距離Ｄ２に増肉成形してもよい。

　本発明によれば、絞り比の大きい成形時においても変形が集中する部分の破断を抑制できるプレス成形方法を提供し、この方法により製造される自動車部品等において極めて優れた特性を実現、保証することができる。

Claims

　互いに中心軸が同軸上に配置される第２段成形用パンチと、前記第２段成形用パンチの外周に沿って配置される第１段成形用パンチと、前記第１段成形用パンチの外周に沿って配置される軸押し用パンチと、前記第１段、第２段成形用パンチが挿入される先端側から、前記先端に向かうに従って拡開する第１ダイ肩部、前記中心軸と平行な第１ダイ孔部、前記第１段成形用パンチ及び前記軸押し用パンチと前記中心軸方向に対向し前記先端に向かうに従って拡開する第２ダイ肩部及び前記第２ダイ肩部に連設する第２ダイ孔部を有するダイと、を用いた平板状の被加工材に対するプレス成形方法であって、
　前記第１段、第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１ダイ孔部内に挿入することにより前記第１ダイ肩部を介して前記被加工材を前記第１ダイ孔部内へ押し込み、カップ底部及び前記カップ底部の周縁部から立ち上がる周状のカップ側壁部を有する第１カップ状被加工材を成形する工程Ｓ１と、
　前記軸押し用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記カップ側壁部のカップ開口端に当接させ前記カップ開口端を拘束した状態で、前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第２ダイ孔部内に挿入し、前記第２ダイ肩部を介して前記第１カップ状被加工材の一部を前記第２ダイ孔部内へ押し込むことにより、前記カップ側壁部を縮径させると共に増肉する工程Ｓ２と、
　前記軸押し用パンチによる前記カップ開口端の拘束を解放した状態で、前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内の奥へ更に押し込むことにより、前記第１カップ状被加工材より径の小さい第２カップ状被加工材を成形する工程Ｓ３と、
を備えることを特徴とするプレス成形方法。
　請求項１記載のプレス成形方法は、更に中心軸方向において前記第２段成形用パンチに対向配置されるカウンターパンチを用い、このカウンターパンチの外周に沿って前記第２ダイ孔部配置され、
　前記工程Ｓ２内において、前記軸押し用パンチにより前記カップ開口端を拘束した状態、且つ前記カップ側壁部における前記カップ底部側の板厚方向の変形を前記第２段成形用パンチと前記第２ダイ孔部とにより拘束した状態で、前記カウンターパンチを前記第２段成形用パンチに接近させ前記カウンターパンチ及び前記第２段成形用パンチにより前記第２ダイ孔部内の前記カップ底部を狭圧することにより、前記カップ底部及び前記カップ側壁部を繋ぐカップ肩部を直角状に成形すると共に、前記カップ底部の素材を前記カップ肩部に流入させて前記カップ肩部を増肉する工程Ｓ２１を備え、
　前記工程Ｓ３では、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを、前記カップ底部を狭圧した状態で前記ダイに対して前記第２ダイ孔部内の奥へ相対移動させることを特徴するプレス成形方法。
　互いに中心軸が同軸上に配置される第２段成形用パンチと、前記第２段成形用パンチの外周に沿って配置される第１段成形用パンチと、前記第１段成形用パンチの外周に沿って配置される軸押し用パンチと、中心軸方向において前記第２段成形用パンチに対向配置されるカウンターパンチと、前記第１段、第２段成形用パンチが挿入される先端側から、前記先端に向かうに従って拡開する第１ダイ肩部、前記中心軸と平行な第１ダイ孔部、前記第１段成形用パンチ及び前記軸押し用パンチと前記中心軸方向に対向し前記先端に向かうに従って拡開する第２ダイ肩部及び前記カウンターパンチの外周に沿って配置される第２ダイ孔部を有するダイと、を用いた平板状の被加工材に対するプレス成形方法であって、
　前記第１段、第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１ダイ孔部内に挿入することにより前記第１ダイ肩部を介して前記被加工材を前記第１ダイ孔部内へ押し込み、カップ底部及び前記カップ底部の周縁部から立ち上がる周状のカップ側壁部を有する第１カップ状被加工材を成形する工程ＳＡ１と、
　前記軸押し用パンチを、前記カップ側壁部のカップ開口端に当接させ前記カップ開口端を拘束した状態で前記ダイに対して相対移動させ、前記第２ダイ肩部を介して前記第１カップ状被加工材の一部を前記第２ダイ孔部内へ押し込むことにより、前記カップ側壁部を縮径させると共に増肉する工程ＳＡ２と、
　前記軸押し用パンチにより前記カップ開口端を拘束した状態で前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを接近させ、前記第２ダイ孔部内の前記カップ底部を前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチにより狭圧し平坦に成形すると共に、前記カップ底部の素材を、前記カップ底部及びカップ側壁部を繋ぐカップ肩部に流入させて前記カップ肩部を増肉する工程ＳＡ３と、
　前記第２段成形用パンチを前記ダイに対して相対移動させて前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内の奥へ更に押し込むことにより、前記第１カップ状被加工材より径の小さい第２カップ状被加工材を成形する工程ＳＡ４と、
を備えることを特徴とするプレス成形方法。
　請求項３記載のプレス成形方法において、
　前記工程ＳＡ４では、前記カップ開口端が前記第２ダイ孔部内に位置するまで前記第２カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部内へ押し込み、
　前記プレス成形方法は、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチで前記カップ底部を狭圧した状態、且つ前記カップ側壁部の前記カップ底部側の板厚方向の変形を前記第２段成形用パンチ及び前記第２ダイ孔部で拘束した状態で、前記第２段成形用パンチ及び前記カウンターパンチを前記第１段成形用パンチに接近させる方向に相対的に移動させ、前記カップ開口端を前記第１段成形用パンチに突き当てることにより、前記カップ肩部を直角状に成形する工程ＳＡ５を備えることを特徴とするプレス成形方法。
　請求項１～４のいずれかに記載のプレス成形方法において、前記工程Ｓ３、ＳＡ４では、前記カップ開口端が前記第２ダイ肩部上に位置するまで前記第１カップ状被加工材を前記第２ダイ孔部に押し込むことにより、カップ開口端側に進むに従って拡開する拡開部を備える前記第２カップ状被加工材を成形することを特徴とするプレス成形方法。
　請求項１～５のいずれかに記載のプレス成形方法で成形したことを特徴とするプレス成形品。