(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-11
(45)【発行日】2022-10-19
(54)【発明の名称】加工装置及び方法
(51)【国際特許分類】
B21D 24/04 20060101AFI20221012BHJP
B21D 22/22 20060101ALI20221012BHJP
B21D 24/10 20060101ALI20221012BHJP
B21D 22/26 20060101ALN20221012BHJP
【FI】
B21D24/04 F
B21D22/22
B21D24/10
B21D22/26 D
(21)【出願番号】P 2018066624
(22)【出願日】2018-03-30
【審査請求日】2021-02-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100197561
【氏名又は名称】田中 三喜男
(72)【発明者】
【氏名】松岡 尚昭
【審査官】石川 健一
(56)【参考文献】
【文献】実開昭63-145519(JP,U)
【文献】特開昭63-108921(JP,A)
【文献】国際公開第2006/057196(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/164079(WO,A1)
【文献】特開2009-195956(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 24/04
B21D 22/22
B21D 24/10
B21D 22/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブランクを深絞り加工する加工装置において、
前記加工装置は、上下方向に対向する上部構造及び下部構造と、前記上部構造又は前記下部構造の少なくともいずれか一方を他方に対して接近させる昇降機構を有し、
前記上部構造又は前記下部構造のいずれか一方はダイスを有し、
前記上部構造又は前記下部構造のいずれか他方はパンチとブランクホルダとを有し、
前記パンチと前記ブランクホルダは、前記上下方向から見たときに前記ブランクホルダが前記パンチの全周を囲っており、
前記ブランクホルダは、前記上部構造と前記下部構造の間に配置される前記ブランクを挟むように構成されており、
前記ブランクホルダは、前記パンチの全周を囲む第1のブランクホルダ部と、前記第1のブランクホルダ部と前記パンチとの間にある領域を埋めるように配置された第2のブランクホルダ部を有し、
前記パンチは、前記ブランクに第1の絞り形状を形成する第1の絞り形成部を有し、
前記第2のブランクホルダ部は、前記ブランクに第2の絞り形状を形成する第2の絞り形成部を有し、
前記ダイスは前記第2の絞り形成部と協働して前記第2の絞り形状を形成するくぼみを有しており、
前記第2の絞り形成部は、前記上下方向から見たときに、C形絞り形状を有する、ことを特徴とする加工装置。
【請求項2】
前記ダイスは前記パンチの前記第1の絞り形成部と協働して前記第1の絞り形状を形成するくぼみを有することを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
【請求項3】
前記第2のブランクホルダ部は、前記上下方向から見たときに前記パンチの全周を囲っていることを特徴とする請求項1又は2に記載の加工装置。
【請求項4】
前記第2の絞り形成部は、前記上下方向から見たときに、前記C形絞り形状の開口部を塞ぐように配置されている平坦な非絞り形状を有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の加工装置。
【請求項5】
前記ダイスと前記パンチ、前記第1のブランクホルダ部、及び前記第2のブランクホルダ部は、
前記ダイスと前記第1のブランクホルダ部との距離をD1、
前記ダイスと前記第2のブランクホルダ部との距離をD2、
前記ダイスと前記パンチとの距離をD3とすると、
前記D1~D3は、D1<D2<D3の関係を有し、
前記上部構造と前記下部構造を接近させると、まず前記第1のブランクホルダ部が前記ダイスと共に前記ブランクを挟み、次に前記第2のブランクホルダ部が前記ダイスと共に前記ブランクを挟み、最後に前記パンチが前記ダイスと共に前記ブランクを挟むように構成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の加工装置。
【請求項6】
前記パンチは基台に固定されており、
前記第1のブランクホルダ部は第1のクッションを介して前記基台に支持されており、
前記第2のブランクホルダ部は第2のクッションを介して前記基台に支持されており、
前記第1のクッションは伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であり、
前記第2のクッションは伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であることを特徴とする請求項5に記載の加工装置。
【請求項7】
ダイスと、
前記ダイスから見たときに中央に配置されたパンチと、前記ダイスから見たときに前記パンチを囲む第1のブランクホルダ部と、前記ダイスから見たときに前記パンチと前記第1のブランクホルダ部との間に位置する第2のブランクホルダ部とを備えており、
前記ダイスに対して前記パンチ、前記第1のブランクホルダ部、及び前記第2のブランクホルダ部を接近させることによって、前記ダイスと前記パンチ、前記第1のブランクホルダ部、及び前記第2のブランクホルダ部の間に配置されたブランクを絞り加工する方法であって、
前記ダイスと前記第1のブランクホルダ部で前記ブランクを挟んで保持する工程1と、
前記工程1に続いて、前記ダイスと前記第2のブランクホルダ部で前記ブランクを挟んで第2の絞り形状を形成する工程2と、
前記工程2に続いて、前記パンチを前記ブランクに押し付けて第1の絞り形状を形成する工程3を備えており、
前記第2の絞り形状は、
前記ダイスから見たときに、C形絞り形状を有することを特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絞り成形する加工装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プレス加工の一つとして絞り成形が知られている。絞り成形ではプレス加工装置が用いられる。典型的なプレス加工装置は型となるパンチとダイを備える。パンチ又はダイは、絞り成形し始めるとき、板材であるワークに押しつけられ、これにより、パンチとダイに対応する凹凸形状がブランクに付与される。
【0003】
ところが、パンチ又はダイをブランクに押しつけるとき、ブランクにしわを生じることがある。しわの有無は加工品質にとって重要な要素である。そこで、しわを防ぐために、ダイとしわ押さえ板(ブランクホルダ)とでブランクを保持した状態で、パンチをブランクに押しつけることが行われている。
【0004】
そこで、しわを減らすために、例えば、ブランクホルダからワークに加えられるしわ押さえ力を最適値にするように制御する機構が特許文献1に提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一方、例えば電気自動車において、フロアパネルなどのボディ部品は、バッテリなどの構成部品と干渉しないように、形状に凹凸を付けなければならないことがある。そのため、ボディ部品の形状は複雑になる。また、構成部品の大きさによっては、ボディ部品の絞りの深さは、より深く成形されなければならないことがある。
【0007】
しかし、従来のプレス加工装置では、複雑な凹凸形状や深い絞りを成形しようとする場合、ブランクホルダを用いても十分にしわを押さえることができないことがある。そのため、成形するボディ部品の形状を変更せざるを得ない事態になりかねない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上記問題を解決するため、次のように構成した加工装置を提供する。
【0009】
まず、本願の請求項1に記載の発明は、ブランクを深絞り加工する加工装置である。上記加工装置は、上下方向に対向する上部構造及び下部構造と、上記上部構造又は上記下部構造の少なくともいずれか一方を他方に対して接近させる昇降機構を有する。上記上部構造又は上記下部構造のいずれか一方はダイスを有する。上記上部構造又は上記下部構造のいずれか他方はパンチとブランクホルダとを有する。上記パンチと上記ブランクホルダは、上記上下方向から見たときに上記ブランクホルダが上記パンチの全周を囲う。上記ブランクホルダは、上記上部構造と上記下部構造の間に配置される上記ブランクを挟むように構成される。上記ブランクホルダは、上記パンチの全周を囲む第1のブランクホルダ部と、上記第1のブランクホルダ部と上記パンチとの間にある領域を埋めるように配置された第2のブランクホルダ部を有する。上記パンチは、上記ブランクに第1の絞り形状を形成する第1の絞り形成部を有する。上記第2のブランクホルダ部は、上記ブランクに第2の絞り形状を形成する第2の絞り形成部を有する。上記ダイスは、上記第2の絞り形成部と協働して上記第2の絞り形状を形成するくぼみを有する。
【0010】
次に、請求項2に記載の発明は、上記ダイスが上記パンチの上記第1の絞り形成部と協働して上記第1の絞り形状を形成するくぼみを有することを特徴とする、請求項1に記載の加工装置である。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、上記第2のブランクホルダ部が、上記上下方向から見たときに上記パンチの全周を囲っていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の加工装置である。
【0012】
並びに、請求項4に記載の発明は、上記第2のブランクホルダ部が、非絞り形状を有することを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の加工装置である。
【0013】
および、請求項5に記載の発明は、上記ダイスと上記パンチ、上記第1のブランクホルダ部、及び上記第2のブランクホルダ部が、上記ダイスと上記第1のブランクホルダ部との距離をD1、上記ダイスと上記第2のブランクホルダ部との距離をD2、上記ダイスと上記パンチとの距離をD3とすると、上記D1~D3が、D1<D2<D3の関係を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の加工装置である。上記加工装置は、上記上部構造と上記下部構造を接近させると、まず上記第1のブランクホルダ部が上記ダイスと共に上記ブランクを挟み、次に上記第2のブランクホルダ部が上記ダイスと共に上記ブランクを挟み、最後に上記パンチが上記ダイスと共に上記ブランクを挟むように構成されている。
【0014】
最後に、請求項6に記載の発明は、上記パンチが基台に固定されており、上記第1のブランクホルダ部が第1のクッションを介して上記基台に支持されており、上記第2のブランクホルダ部が第2のクッションを介して上記基台に支持されており、上記第1のクッションが伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であり、上記第2のクッションが伸びた位置と縮んだ位置の間を伸縮可能であることを特徴とする、請求項5に記載の加工装置である。
【0015】
また、本発明は、上記問題を解決するため、次のプレス加工方法を提供する。
【0016】
請求項7に記載の発明は、加工方法である。上記加工方法は、ダイスと、上記ダイスから見たときに中央に配置されたパンチと、上記ダイスから見たときに上記パンチを囲む第1のブランクホルダ部と、上記ダイスから見たときに上記パンチと上記第1のブランクホルダ部との間に位置する第2のブランクホルダ部とを備えており、上記ダイスに対して上記パンチ、上記第1のブランクホルダ部、及び上記第2のブランクホルダ部を接近させることによって、上記ダイスと上記パンチ、上記第1のブランクホルダ部、及び上記第2のブランクホルダ部の間に配置されたブランクを絞り加工する方法である。上記加工方法は、上記ダイスと上記第1のブランクホルダ部で上記ブランクを挟んで保持する工程1と、上記工程1に続いて、上記ダイスと上記第2のブランクホルダ部で上記ブランクを挟んで第2の絞り形状を形成する工程2と、上記工程2に続いて、上記パンチを上記ブランクに押し付けて第1の絞り形状を形成する工程3を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本願の請求項1に記載の発明によれば、複雑な凹凸形状や深い絞りを有する、例えば電気自動車用のボディ部品などの製品を、極めてしわを少なく生産する加工装置を提供できる。これにより、絞りを有する製品の品質は、従来よりも大幅に高まる。
【0018】
また、本願の請求項7に記載の発明によれば、複雑な凹凸形状や深い絞りを有する、例えば電気自動車用のボディ部品などの製品を、極めてしわを少なく生産する加工方法を提供できる。これにより、絞りを有する製品の品質は、従来よりも大幅に高まる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】本発明の実施形態に係る加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【
図2】
図1に示す下部構造を上方から見た平面図である。
【
図3】第1のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。
【
図4】第1と第2のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態で、ブランクに形成される絞り形状を示すブランク及び下部構造の平面図である。
【
図5】第1と第2のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。
【
図6】パンチと第1及び第2のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態で、ブランクに形成される絞り形状を示すブランク及び下部構造の平面図である。
【
図7】パンチと第1及び第2のブランクホルダ部とダイスでブランクを挟んだ状態を示す加工装置の縦断面図である。
【
図8】比較例の加工装置における下部構造の平面図である。
【
図10】比較例の加工装置で加工されたブランクの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【0021】
図1を参照すると、本発明の実施形態に係る絞り加工装置100は、概略、上部構造10と、上部構造10の下方に配置された下部構造12を有する。上部構造10はダイス14を有する。下部構造12はパンチ16とブランクホルダ18を有する。
【0022】
図2に示すように、パンチ16は、ダイス14に対向する上端領域に絞り形状を有する第1の絞り形成部20を備えている。実施形態では、第1の絞り形成部20は、
図2において高密度網点で表示した高い台地の形をした深い絞り形状22と
図2において中高密度網点で表示した低い台地の形をした浅い絞り形状24を有する。深い絞り形状22は、平坦な形状部分26と、この平坦な形状部分26から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分28を有する。浅い絞り形状24は、深い絞り形状22の外側に配置されており、平坦な形状部分30と、この平坦な形状部分30から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分32を有する。
【0023】
図1と
図2に示すように、ブランクホルダ18は、上方(ダイス14)から見たときにパンチ16を囲むように配置された第1のブランクホルダ部(外側のブランクホルダ部)34と、上方(ダイス14)から見たときにパンチ16と第1のブランクホルダ部34の間の領域36を埋める第2のブランクホルダ部(内側のブランクホルダ部)38を有する。実施形態では、第2のブランクホルダ部38は、パンチ16の全周を囲っているが、パンチ16の全周を囲っていなくてもよい。
【0024】
図2に示すように、第1のブランクホルダ部34は、ダイス14に対向する領域に、平坦面(ブランク挟持面)40を有する。第2のブランクホルダ部38は、絞り形状を有する第2の絞り形成部42を備えている。実施形態では、第2の絞り形成部42は、上方(ダイス14)から見たときに略C形を有し、
図2において中低密度網点で表示した低い台地の形をした絞り形状44を有する。絞り形状44は、平坦な形状部分46と、この平坦な形状部分46から外側に向かって次第に低くなる傾斜部分48を有する。実施形態では、第2のブランクホルダ部38の第2の絞り形成部42は、略C形台地の開口部を塞ぐように配置され、
図2において低密度網点で表示した平坦な非絞り形状(ブランク挟持面)50を有する。
【0025】
図示するように、第2のブランクホルダ部38の第2の絞り形状44には、1つ又はそれ以上の数の段部52、54を設けてもよい。
【0026】
図1に戻り、パンチ16とブランクホルダ18(第1のブランクホルダ部34と第2のブランクホルダ部38)は共に基台60に支持されている。基台60は建物の床62等に固定されている。パンチ16は基台60に固定されている。第1のブランクホルダ部34は、第1のクッション64を介して基台60に支持されている。第2のブランクホルダ部38は、第2のクッション66を介して基台60に支持されている。第1のクッション64と第2のクッション66には空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ、若しくはばねが利用できる。
【0027】
図1に示すように、ダイス14の下面には、パンチ16における第1の絞り形成部20の凸部(深い絞り形状22と浅い絞り形状24)に対応した形状の凹部(くぼみ68)と、第2のブランクホルダ部38における第2の絞り形成部42の凸部(絞り形状44)に対応した凹部(くぼみ70)と、これらのくぼみ68、70の周囲を囲む平坦面72が形成されている。パンチ16と第2のブランクホルダ部38の凸部(深い絞り形状22、浅い絞り形状24、絞り形状44)とダイス14の凹部(くぼみ68、70)は、後述するように、これら凸部と凹部の間に所定の厚みのブランクが挟まれたとき、ブランクの下面と上面にそれぞれ対応する凸形状と凹形状が付与されるようになっている。
【0028】
第1のブランクホルダ部34、第2のブランクホルダ部38、及びパンチ16の高さ、換言すると、第1のブランクホルダ部34、第2のブランクホルダ部38、及びパンチ16のダイス14に対向する部分74、76、78とそれらに対応するダイス部分80、82、84との最小距離D1、D2、D3は、第1のブランクホルダ部34と第2のブランクホルダ部38に荷重が作用していない状態(第1のクッション64と第2のクッション66が伸びた状態)で、D1<D2<D3の関係を満足するように決められている。これにより、ダイス14が下降すると、まず第1のブランクホルダ部34がダイス14に対して位置決めされ、次に第2のブランクホルダ部38がダイスに対して位置決めされ、最後にパンチ16がダイス14に対して位置決めされる。
【0029】
ダイス14は、図示しないダイスホルダによって保持されている。ダイスホルダは、空圧式又は油圧式の昇降装置86に連結されている。したがって、ダイス14は、昇降装置86の駆動に基づいて、
図1に示す上昇位置と
図7に示す下降位置との間を移動するように構成されている。
【0030】
以上の構成を備えた絞り加工装置100の動作を説明する。加工前、上部構造10のダイス14は
図1に示す上昇位置に置かれており、下部構造12の第1のクッション64と第2のクッション66は伸びた状態にある。この状態で、上部構造10と下部構造12の間にブランク88が配置される。
【0031】
この状態から、昇降装置86を駆動し、ダイス14を下降していく。この過程で、
図3に示すように、まずダイス14の最下部である平坦面72(ダイス部分80)が第1のブランクホルダ部34の平坦面40(ダイス対向部分74)に当たる。これにより、ブランク88の外周が、ダイス14と第1のブランクホルダ部34に挟まれて保持される。
【0032】
この状態からさらにダイス14を下降していくと、ダイス14の下降に応じて第1のクッション64が縮み、ダイス14と第1のブランクホルダ部34によるブランク保持力(挟む力)が増加していく。
【0033】
ダイス14が更に下降すると、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44がブランク88に当たる。この時点で、第2のブランクホルダ部38の非絞り形状50はブランク88にまだ接触していない。
【0034】
この状態からダイス14が更に下降すると、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44がブランク88に押し付けられ、この絞り形状44に対応する第2の絞り形状44’(
図4参照)がブランク88に付与されていく。ダイス14が下降する間、ブランク88から第2のブランクホルダ部38に力が伝わり、第2のクッション66が縮んでいく。このとき、第2のブランクホルダ部38によって加工(変形)されるブランク部分の周囲にあるブランク部分はダイス14と第1のブランクホルダ部34によってしっかりと保持されている。したがって、ブランク88に第2の絞り形状44’が付与される間、その周辺に位置するブランク部分にしわや変形が生じることはない。
【0035】
その後、
図5に示すように、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44が対応するダイス14のくぼみ70に完全に収まった時点で、第2のブランクホルダ部38の非絞り形状50がブランク88を介してダイス14の対応する部分に当たる。
【0036】
その後、ダイス14が更に下降すると、ダイス14の下降に応じて第1のクッション64と第2のクッション66が縮み、ダイス14とブランクホルダ18によるブランク保持力(挟む力)が増加していく。
【0037】
さらにダイス14が下降すると、パンチ16の深い絞り形状22と浅い絞り形状24が順次ブランク88に押し付けられ、これら深い絞り形状22と浅い絞り形状24に対応する第1の絞り形状22’、24’(
図6参照)がブランク88に付与されていく。このとき、
図7に示すように、パンチ16によって加工(変形)されるブランク部分の周囲にあるブランク部分はダイス14と第2のブランクホルダ部38によってしっかりと保持されている。したがって、ブランク88に第1の絞り形状22’、24’が付与される間、その周辺に位置するブランク部分にしわや変形が生じることはない。
【0038】
このように、実施形態に係る絞り加工装置によれば、ブランクに深い絞り形状、浅い絞り形状、さらにそれらの中間の深さの絞り形状を付与することができる。また、深い絞り形状の周囲をそれよりも浅い絞り形状で完全に囲むことができることは勿論、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44を工夫することにより、
図6に示すように絞り形状の外縁に深い絞り形状の一部を配置することも可能である。そのため、ブランクに複雑な形状を、しわを生じることなく付与できる。
【0039】
比較のために、1つのブランクホルダ部からなるブランクホルダを使って絞り加工する際に “しわ”の発生を数値解析した。解析に用いた絞り加工装置の下部構造は、
図8に示すように、パンチ16とその周囲を囲むブランクホルダ18(1つのブランクホルダ部)で構成した。ブランクに付与する絞りは深い絞り形状・浅い絞り形状・それらの中間の深さを有する中位の絞り形状を含み、
図9に示すようにパンチ16の上面にはそれら3つの絞り形状に対応する形状を付与した。解析の結果、
図10に示すように中位の絞り形状と浅い絞り形状にしわが発生し、特に浅い絞り形状にはより多くのしわが発生することが確認された。
【0040】
上述の実施形態では、絞り加工装置100は下部構造12と上部構造10を有し、下部構造12がパンチ16とブランクホルダ18を含み、上部構造10がダイス14を含むものとしたが、下部構造がダイスを含み、上部構造がパンチとブランクホルダを含む形態も本発明の範囲に含まれる。
【0041】
また、上述の実施形態では、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44を略C形として、この絞り形状44とパンチ16の一部を囲むものとしたが、第2のブランクホルダ部38の絞り形状44によってパンチ16の全周を囲ってもよい。
【0042】
さらに、上述の実施形態では、パンチ16の深い絞り形状22と浅い絞り形状24に対応する形状のくぼみ68をダイス14に形成したが、深い絞り形状22に対応する箇所には上下方向に貫通した空洞を設け、それに対応するダイス部分は深い絞り形状22を押し付けることによってのみ、つまり、ダイスと挟むことなく加工してもよい。
【符号の説明】
【0043】
100:絞り加工装置
10:上部構造
12:下部構造
14:ダイス
16:パンチ
18:ブランクホルダ
20:第1の絞り形成部
22:深い絞り形状
24:浅い絞り形状
22’、24’:第1の絞り形状
26:平坦な形状部分
28:傾斜部分
30:平坦な形状部分
32:傾斜部分
34:第1のブランクホルダ部
36:領域
38:第2のブランクホルダ部
40:平坦面(ブランク挟持面)
42:第2の絞り形成部
44:絞り形状
44’:第2の絞り形状
46:平坦な形状部分
48:傾斜部分
50:非絞り形状
52、54:段部
60:基台
62:床
64:第1のクッション
66:第2のクッション
68:くぼみ
70:くぼみ
72:平坦面
74、76、78:ダイス対向部分
80、82、84:ダイス部分
86:昇降装置
88:ブランク
D1、D2、D3:距離