特許 7128553 金属のプレス加工方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-23

(45)【発行日】2022-08-31

(54)【発明の名称】金属のプレス加工方法。

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/06 20060101AFI20220824BHJP

   B21K 21/00 20060101ALI20220824BHJP

【ＦＩ】

B21J5/06 C

B21J5/06 B

B21K21/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021067370

(22)【出願日】2021-02-23

【審査請求日】2021-02-23

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591274990

【氏名又は名称】株式会社島田製作所

(72)【発明者】

【氏名】横山 瑞穂

(72)【発明者】

【氏名】古矢 章

(72)【発明者】

【氏名】荒川 昭

(72)【発明者】

【氏名】藤田 稔

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－１９７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２００８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０７１０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３６９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２２９６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１３７９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ １／００ － １３／１４

Ｂ２１Ｋ １／００ － ３１／００

Ｂ２１Ｄ ２２／００ － ２４／００

Ｂ２１Ｄ ５１／００

Ｂ２１Ｄ ５３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板厚Ｔの金属の板状素材から外径Ｄ、内径ｄ、高さＨの金属カラーを製造する製造方法であって、前記金属の板状素材を板厚方向に押し出し部と薄肉部を成形する第１の押し出し工程において、第１の押し出しパンチ外径Ｄｐ、ダイの内径Ｄ、深さＬ１で押し出し、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程において、前記押し出し部の底面と前記薄肉部をカウンターパンチで拘束し、前記押し出し部の外径と前記薄肉部をストリッパで拘束して後方押し出しパンチの外径ｄ、押し込み深さＬ２で後方押し出して、（Ｄｐ ^２ ／Ｄ ^２ ）×Ｌ１＋（ｄ ^２ ／（Ｄ ^２ －ｄ ^２ ））×Ｌ２＋（Ｔ－Ｌ１）の高さＨのリブを得て、内径底抜き工程において、前記リブの内径ｄにほぼ等しい直径の打ち抜きパンチで内径の底部を打ち抜き、外径抜き工程において、前記リブの外径Ｄにほぼ等しい直径で前記リブの外径Ｄを抜き落とし、前記板状素材から分離して外径Ｄ、内径ｄ、高さＨの金属カラーを製造する金属カラーの製造方法。

【請求項2】

前記第１の押し出し工程において、板状素材の板厚Ｔの５０～９５％の深さＬ１で押し出す、請求項１記載の金属カラーの製造方法。

【請求項3】

板厚Ｔの金属の板状素材から前記金属の板状素材と薄肉部で連結された板厚方向に厚い外径Ｄ、内径ｄ、高さＨのリブを製造する製造方法であって、前記金属の板状素材を板厚方向に押し出し部と薄肉部を成形する第１の押し出し工程において、第１の押し出しパンチ外径Ｄｐ、ダイの内径Ｄ、深さＬ１で押し出し、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程において、前記押し出し部の底面と前記薄肉部をカウンターパンチで拘束し、前記押し出し部の外径と前記薄肉部をストリッパで拘束して後方押し出しパンチの外径ｄ、押し込み深さＬ２で後方押し出しして、（Ｄｐ ^２ ／Ｄ ^２ ）×Ｌ１＋（ｄ ^２ ／（Ｄ ^２ －ｄ ^２ ））×Ｌ２＋（Ｔ－Ｌ１）の高さＨのリブを得て、内径底抜き工程において、前記リブの内径ｄにほぼ等しい直径で内径の底部を打ち抜いて、外径Ｄ、内径ｄ、高さＨのリブを製造する板状プレス加工品のリブ製造方法。

【請求項4】

前記第１の押し出し工程において、板状素材の板厚Ｔの５０～７５％の深さＬ１で押し出す、請求項３記載のリブの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属のプレス加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のプレス加工方法の一種である金属カラー製造方法として、例えば特許文献１に示された環状に成形された板金を電磁誘導加熱で溶着し、さらに周方向で突き合わされた両端面同士を例えばレーザー溶接で接合する金属カラーが知られている。

【0003】

一方例えば特許文献２に示すように所定の厚さの金属板を円板形状に打ち抜き、数工程掛けて前記円板状に打ち抜かれた金属板をカップ状に絞り加工し、底を抜いて縁を切りカラーを製造する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１６３３９８号公報

【文献】特開２０１６－６３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に示された方法では、プレス加工で板を丸めた後、電磁誘導加熱とレーザー溶接が必要で、工程が長く、設備も大掛かりになりコストを下げることが困難であった。

【0006】

特許文献２に示された絞り加工後に絞り品の底抜きと、フランジの縁切りをして金属カラーを作る方法は、例えばトランスファー成形を行う必要がある。トランスファープレスは、一つの寸法を大量に生産するのには向いているが、寸法変更するためには全工程の金型変更が必要であり、少量多品種には向かないという問題があった。カラーの肉厚は、素材板厚から絞り加工で肉厚が減る方向のある範囲内に限定され、設計自由度が低かった。

【0007】

これらの問題を解決し、製品の設計自由度が高く、少ない工程数で量産性に優れ、低コストで少量多品種向きの金属のプレス加工方法および金属のプレス加工品を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のプレス加工方法は、金属の板状素材を板厚方向に押し出し部を成形する第１の押し出し工程と、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程を有し、前記第１の押し出し工程と第２の押し出し工程により金属の板状素材の板厚よりも板厚方向に厚い加工品を製造する。

【0009】

本発明のプレス加工方法は、金属の板状素材を板厚方向に押し出し部を成形する第１の押し出し工程において、プレス加工品の外径Ｄで押し出し、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程において、プレス加工品の内径ｄで後方押し出しして高さＨとする。

【0010】

本発明のプレス加工方法は、金属の板状素材を板厚方向に押し出し部を成形する第１の押し出し工程において、ダイの内径Ｄで押し出し、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程において、後方押し出しパンチの外径ｄで後方押し出しして高さＨを得る外径Ｄ、内径ｄ、高さＨのプレス加工品を成形する。

【0011】

本発明のプレス加工方法は、プレス加工品の外径Ｄからプレス加工品の内径ｄ引いて２で除したプレス加工品の肉厚ｔが金属の板状素材の板厚Ｔよりも小さい。

【0012】

本発明のプレス加工方法は、金属の板状素材を板厚方向に押し出し部を成形する第１の押し出し工程と、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程を有し、前記第１の押し出し工程と第２の押し出し工程により金属の板状素材の板厚よりも板厚方向に厚い加工品を作製し、当該加工品の底を打ち抜き、内径および／または外径にねじを設ける。

【発明の効果】

【0013】

本発明のプレス加工方法を用いたプレス加工品の加工方法およびプレス加工品は、形状や寸法を容易に変更することが可能で、安価で少量多品種生産に好適である。

【0014】

本発明のプレス加工方法を用いたプレス加工品は、素材板厚では、ねじの締結に必要なねじ部長さが不足している場合でも、プレス加工によって少ない工程数でねじ締結に必要なねじ山数を加工可能なリブを作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態の金属カラー斜視図、正面図及び断面写真

【図2】本発明の第１実施形態の工程の模式図

【図3】本発明の第１実施形態の工程の要部断面図

【図4】本発明の第１の押し出し工程の要部断面図

【図5】本発明の第２の押し出し工程の要部断面図

【図6】金属カラーの内径と押し込み深さによる板厚厚み増加率のグラフ

【図7】同一金型の金属カラーの押し込み深さと板厚厚み増加率のグラフ

【図8】本発明の第１の押し出し工程の変形例要部断面図

【図9】発明の金属カラー形状の変形例

【図10】第２実施形態におけるプレス加工品の斜視図及び正面図

【図11】第２実施形態の第１の押し出し工程品の斜視図

【図12】第２実施形態の第２の押し出し工程品の斜視図

【図13】第２実施形態の第２の押し出し工程品の断面図

【図14】第２実施形態の底抜き工程品の断面図

【図15】第２実施形態のタップ加工品の断面図

【図16】第２実施形態のワッシャ溶接品の断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下本発明の第１実施形態を説明する。図１（ａ）は、第１実施形態の金属カラー１の外観斜視図を示す。図１（ｂ）は第１実施形態の金属カラー１の正面図を示す。金属カラー１は円筒状で、肉厚ｔと比較して、金属カラー高さＨの方が大きい。金属カラー１の内外径入り口は面取り加工１１、１２が施されており、装置などへ組み込む際の作業性を向上させている。材質は鉄鋼材料、ステンレス鋼、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銅及び銅合金その他非鉄金属など用途に合わせて選択可能である。

【0017】

図２に第１実施形態の工程の模式図を、図３にはその断面図を示す。板状素材１００に第１の押し出し工程２０で半抜きを実施する。第１の押し出し工程２０では、第１の押し出し部２１の直径Ｄよりも第１の押し出しパンチ外径Ｄｐの方が大きい、負のクリアランスで構成され、第１の押し出し工程２０で破断して抜け落ちないようになっている。負のクリアランスによって薄肉部２６が構成される。薄肉部２６は加工硬化によって材料の流動性が悪くなる。第１の押し込み部２２の押し込み深さＬ１は、板厚Ｔの５０～９５％が好ましい。押し込み深さＬ１が５０％未満だと、第２の押し出し工程３０で後方押し出しをするときに第１の押し出し部２１の容積が径方向外側に流動し易く、金属カラーは所定の高さを得ることが難しくなる。第１の押し出し部２１の押し込み深さＬ１が９５％を超えると加工応力が大きくなり、押し出しパンチやダイ（図示しない）が損傷し易く寿命が短くなる。また薄肉部２６の強度が不足し、薄肉部が割れて位置ずれを起こしたり、脱落したりする懸念がある。

【0018】

第１の押し出し工程では、図４に示すように半抜きダイ２３の内径Ｄｄで第１の押し出し部２１を形成するが、半抜きダイ２３の内径Ｄｄは金属カラー１の外径Ｄと等しい。第１の押し出し工程２０で金属カラー１の外径Ｄが決定することを意味し、半抜きダイ２３の内径Ｄｄを変更することで金属カラー１の外径Ｄを変更することが可能である。設計自由度が高く、少量多品種の生産に好適である。

【0019】

図２、図３および図５に第２の押し出し工程３０を示す。第２の押し出し工程３０は後方押し出しであり、外径Ｄをストリッパ３３で、底面３５をカウンターパンチ３２で拘束して直径ｄの後方押し出しパンチ３１で押し込むことにより後方に押し出され、所定のカラー高さＨを得る。第１の押し出し工程２０の押し込み深さＬ１と第２の押し出し工程の後方押し出し深さＬ２をストローク調整することで、同じ金型で金属カラー高さＨを変更することができる後方押し出しパンチ３１は超硬で、表面は鏡面仕上げされている。

【0020】

第２の押し出し工程３０では、図５に示すように後方押し出しパンチ３１の直径ｄは金属カラー１の内径ｄと等しい。第２の押し出し工程３０で金属カラー１の内径ｄが決定することを意味し、後方押し出しパンチ３１の直径を変更することで金属カラー１の内径ｄを変更することが可能である。設計自由度が高く、少量多品種の生産に好適である。

【0021】

前述のように第１の押し出し工程２０と第２の押し出し工程３０のツール直径やストロークといった少ないパラメータの変更で、多品種の生産をすることが可能である。

【0022】

金属カラー１の設計パラメータについて説明する。図５は、第２の押し出し工程の断面形状を示す。金属の板状素材１００の板厚Ｔは、第１の押し出しパンチ外径Ｄｐで押し込まれ、第１の金属カラー１の外径Ｄで押し出されることを示している。第２の押し出し工程は金属カラー１の内径ｄで後方押し出しが行われる。第１の押し込み深さをＬ１により押し出された高さをＨ１、第２の押し出し工程の押し出し深さＬ２により押し出しだされた高さをＨ２とする。金属カラー１の高さＨは、（１）式で表される。

（１）式の右辺第３項の（Ｔ－Ｌ１）は、図３の底部４１の厚みを示す。押し出された高さＨ１およびＨ２は、体積一定の条件で、押し込み深さＬ１およびＬ２とプレスのツールの直径Ｄｐ，Ｄ，ｄの関数で表すことができる。

（１）式に（２）および（３）式を代入すると（４）式となる。

（４）式で、Ｄｐ＝Ｄと仮定すると下記等式が成り立つ。

本実施形態の金属カラーの加工方法は、金属カラーの内外径Ｄ，ｄと第２の押し出し工程の押し込み深さＬ２で計算された（５）式の右辺２項の厚み増加分を板状素材厚みＴにプラスした、厚みを増加させるプレス加工方法であることを示している。金属の板状素材１００の板厚Ｔに対し、第１の実施形態の金属カラー１の高さＨの厚み方向寸法増加率αは、（６）式で表される。

【0023】

図６に金属カラー１の外径Ｄを１０ｍｍとしたときの内径ｄと押し込み深さＬ２をパラメータとした厚み方向寸法増加率αの関係のグラフを示す。厚み方向寸法増加率αとは、板状素材１００の板厚Ｔに対し何倍板厚方向の厚み寸法を増加できるかを示している。外径Ｄが一定の条件下、押し込み深さＬ２を板厚の７０％，８０％，９０％としたときの内径ｄと、厚み方向寸法増加率αの関係を示している。内径ｄと押し込み深さＬ２で厚み方向寸法増加率αが変化し、板厚方向の厚みが増加させられることが分かる。

【0024】

同様に図７に金属カラー１の外径Ｄを１０ｍｍ、内径ｄを７ｍｍに固定したとき、押し込み深さＬ２と厚み方向寸法増加率αの関係のグラフを示す。Ｌ２を変化させることで、同一金型で厚み方向寸法増加率αが変化してものづくりが可能である。以上説明したように実施形態の方法によれば、外径Ｄと内径ｄ、押し込み深さＬ２をパラメータとし、設計自由度の高い金属カラー１を提供することが可能である

【0025】

図２および図３に第２の内径底抜き工程４０を示す。カラー内径ｄにほぼ等しい直径の打ち抜きパンチ（図示しない）で内径の底部４１を打ち抜く。

【0026】

図２および図３に第２の外径抜き工程５０を示す。カラー外径Ｄにほぼ等しい直径の打ち抜きパンチ（図示しない）でカラーの外径Ｄを抜き落とし、板状素材１００から分離する。図１（ｃ）に金属カラー１の断面写真を示す。金属カラーの上側部分は、第１の押し出し工程２０で押し出された部分で、変形の少ない金属の結晶組織が観察できる。そしてファイバーフローはほとんど観察されない。金属カラー１の下側および内径１４側には、高さＨ方向に伸びたファイバーフローが観察できる。第２の押し出し工程３０において後方押し出され、高さＨを増す方向に材料が移動していることが推測される。この断面構造は、本実施形態のプレス加工方法で製作された製品の特徴的な組織構造であるといえる。

【0027】

図８に本発明の第１の押し出し工程２０の変形例を示す。第１の押し込み部２２の直径Ｄは第一の押し出し部２１の直径Ｄより大きいことは必要条件ではない。第１の押し出し工程２０で破断を生じなければいい。図８（ａ）では第１の押し出し部２１の直径と第１の押し込み部２２の直径が同じ大きさまたは第１の押し仕込み部直径の方が小径である。パンチ５１の先端に面取り２７が設けられている。面取りの大きさは０．３～０．５程度にする。０．３より小さいと破断が発生する場合もあり、０．５より大きいと、外周抜き戻し工程６０で大きなバリとなってしまう。図８（ｂ）では第１の押し出しパンチ３１の先端にフィレット２８が設けられている。フィレットの大きさは０．３～０．５程度にする。０．３より小さいと破断が発生する場合もあり、０．５より大きいと、外周抜き戻し工程６０で大きなバリとなってしまう。

【0028】

図９の（ａ）から（ｇ）は、金属カラー１の形状の変形例を示す。外形は、第１の押し出し工程２０の半抜きダイ２３の形状および第２の押し出し工程３０のストリッパ３３の形状を変更することで自由に変更することが可能である。内側の形状は、第２の押し出し工程３０の後方押し出しパンチ３１の形状を変更することで自由に変更することが可能である。

【0029】

図９（ａ）は、内形が円で外が多角形の例を示す。後加工で内径にタップを切ることも可能で、部品の締結や軸の連結などの用途に使用してもよい。蝶番の軸を保持する場合など、平面部を溶接して使用ができる。カラーの側面を固定して使用する場合に便利な形状である。またこの平面部を使い、金属カラーが回転しないように係止することも可能である。

【0030】

図９（ｂ）は外形が円で内が多角形の例を示す。平面部を使い、金属カラーが回転しないように係止することも可能である。

【0031】

図９（ｃ）は内外形とも長円の例を示す。例えば内形に２軸を挿通させ、２軸の相対距離を一定に保つとか、１軸挿通させ、長軸方向のみ移動可能に保持するなどの使用方法が考えられる。

【0032】

図９（ｄ）は、内径の底を残して、外径を抜き落とした例である。容器的な用途に使用可能である。

【0033】

図９（ｅ）は、内径の底を抜くときに中央部のみを抜き落とし、内側に鍔が残った状態の断面図である。組み込む部材の軸方向位置決めが可能か形状である。

【0034】

図９（ｆ）は、底の中央部付近に凸部を形成した、底抜きをせずに外周を抜き落とした例である。凸部を内径と同軸に作ったり、敢えて偏心させて作ったりすることが可能である。カラー内径と凸部の２軸の相対位置関係により、いろいろな使用方法が考えられる。

【0035】

図９（ｇ）は、鍔付きの例を示す。外周抜きで鍔部７０残して抜くことで、鍔付きの形状が製作可能である。内径の底はあってもなくてもよい。例えば鍔部７０に孔７１を開け、内外面１３，１４で作られる円筒部の側面にねじ孔７２を加工し、シャフトホルダーとして使用することができる。

【0036】

図１０～図１６に、本発明の第２実施形態を示す金属プレス加工品の例を示す。図１０に示す通り板状の部品２０１には、締結用雌ネジ部２４１～２４４が設けられている。ねじの締結には締結強度を確保するため必要なねじ山数が要求される場合がある。本発明のプレス加工方法を用いてねじを切るためのリブを形成した例である。

【0037】

板状の部品２０１の板厚では、必要なねじ山数を確保できないときに本発明のプレス加工方法を用いれば、素材の板厚よりも厚いねじ部を形成することが可能である。図１１に示すように、板状の部品２０１に第１の押し出し工程２１０に４カ所を同時に半抜き加工し第１の押し出し部２１１～２１４を形成する。

【0038】

第１の押し出し工程２１０は、同じ直径または正のクリアランスでパンチ先端に面取りやフィレットを付けて破断を防止する方が好ましい。その方がプレス加工品の完成後の強度確保が容易である。もちろん押し出しパンチと押し出しダイに負のクリアランスを設けて作ってもよいことは言うまでもない。

【0039】

次に図１２に示すように第２の押し出し工程２２０で第１の押し出し部２１１側から後方押し出ししてリブ２２１～２２４を押し出す。パンチは超硬で、表面は鏡面仕上げしたものが望ましい。

【0040】

図１３に第２の押し出し工程２２０で押し出された形状の断面を示す。第１の工程のパンチは正のクリアランスで、先端に面取り２２７が設けられている。第１の押し出し工程の後に第２の押し出し工程で材料容積が外径側に移動しにくいよう、リブ２２１～２２４の付け根に流動防止溝２２８を形成し、ツール表面の面粗さを粗くすることもリブ２４１～２４４の高さを得るためには有効な方法である。

【0041】

図１４図に示すように、２２１～２２４の底を打ち抜き、図１５に示すように、リブ２２１～２２４の内径にタップねじ２５１を形成する。タップねじ２５１は切削でも転造でも形成は可能である。

【0042】

第１の押し込み部２２２の深さＬ１は、素材板厚Ｔの５０～７５％が好ましい。押し込み深さＬ１が５０％未満だと、第２の押し出し工程３０で後方押し出しをするときに第１の押し出し部２２１の外径側に材料が流動し易く、ねじを切るために必要な高さを確保できなくなる。第１の押し出し部２２１の押し込み深さＬ１が７５％を超えると、ねじ締結したときに強度不足で破壊し抜け落ちる懸念がある。

【0043】

最後に、図１６に示すように裏側に形成された第１の押し出し工程２１０で押し出してできた凹部にワッシャ２５２を抵抗溶接で接合する。裏面を平らにする必要があるときは、平坦にするため両頭研磨で面一になるまで削る。板状部品２０１が他の部品（図示しない）とねじ締結する際に、板状部品２０１と他の部品との間にワッシャ２５２を溶接せずに組み込んでもよい。

【0044】

このような工程にすることで、素材板厚Ｔよりも長いねじ形成リブ２４１～２４４をプレス加工により短い工程で得ることができる、画期的な方法である。

【0045】

第２の実施形態ではプレス加工方法は、トランスファープレスまたはトランスファーロボット搬送を用いる。第１の押し出し工程２１０、第２の押し出し工程２２０と底抜き工程２３０の移送で加工位置がずれないよう、製品の輪郭などの形状を使い位置決めが行われる。

【0046】

本発明は、第１実施形態の金属カラーおよび第２実施形態のプレス加工品について説明したが、用途はそれらに限定されるものではなく、第１の押し出し工程による半抜きと第２の押し出し工程による後方押し出しを用いたプレス加工方法全般に適用される。

【符号の説明】

【0047】

１ … 金属カラー
２０ … 第１の押し出し工程
２１ … 第１の押し出し部
２２ … 第１の押し込み部
２３ … 半抜きダイ
２６ … 薄肉部
３０ … 第２の押し出し工程
３１ … 後方押し出しパンチ
４０ … 内径底抜き工程
５０ … 外径抜き工程
１００ … 板状素材
２０１ … 板状の部品
２１０ … 第１の押し出し工程
２２０ … 第２の押し出し下程
２２２ … 第１の押し込み部
２２８ … 流動防止溝
２３０ … 底抜き工程
２５２ … ワッシャ
Ｄ … 金属カラーの外径
ｄ … 金属カラーの内径
Ｄｄ … 第１の押し出し部外径
Ｄｐ … 第１の押し出しパンチ外径
ｔ … カラー肉厚
Ｔ … 素材板厚
Ｈ … カラー高さ
Ｌ１ … 押し込み深さ
Ｌ２ … 押し込み深さ
α … 厚み方向寸法増加率

【要約】

【課題】製品の設計自由度が高く、少ない工程数で量産性に優れ、低コストで少量多品種向きの金属のプレス加工方法を提供する。
【解決手段】金属の板状素材を板厚方向に押し出し部を成形する第１の押し出し工程と、前記押し出し部に対し押し出し方向側に後方押し出しする第２の押し出し工程を有し、前記第１の押し出し工程と第２の押し出し工程により素材板厚よりも厚肉の加工品を製造する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】