JP2014050857A - 温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供する。
【解決手段】温間絞り成形装置は、アルミニウム板材からなるブランク材Ｂを、ダイ１２とブランクホルダ１３とで支持して、ダイ１２にパンチ１４を近づけることによってブランク材Ｂを絞り成形する。ダイ１２とブランクホルダ１３とには、絞り成形時にブランク材Ｂの流入量を調整する絞りビード１２ａ、１３ａが形成されている。ダイ１２とブランクホルダ１３とは、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂに対しては、ダイ１２とブランクホルダ１３との一方がブランク材Ｂに接触する部分では、その裏面に他方が接触しないように凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法に関し、詳しくは、金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法に関する。

近年、自動車などでは、燃費削減のために車体の軽量化が進められている。その一つとして、従来、軟鋼板等が用いられていた自動車のボディシートに、より軽量なアルミニウム板の成形パネルを採用する試みがなされている。しかし、アルミニウム板は、軟鋼板と比べると成形性が劣り、自動車ボディシートの中でも複雑な形状を有する部位や深い側壁を有する部位を成形することは困難だった。

アルミニウム板などの金属板を成形する方法として、温間成形によるプレス絞り成形が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、ダイスおよびブランクホルダの表面温度を１８０℃以上３００℃以下にし、かつポンチの表面温度をダイスやブランクホルダの表面温度よりも２０℃〜２５０℃低くして、ダイスやブランクホルダ、ポンチとブランク材を接触させることにより、ブランク材を加熱している。

特許文献１に記載の温間成形では、ブランク材を短時間で均一に加熱するために、ブランク材の絞り成形するフランジ部全域にダイスとブランクホルダとを両面側から面接触させて、ダイスとブランクホルダからブランク材に熱を伝えている。また、フランジ部全体をダイスとブランクホルダとで挟持することによる摩擦抵抗によってしわ押え荷重を得ており、プレス成形時のしわ、スプリングバックといった形状不良を抑制している。

ダイス及びブランクホルダとブランク材との摩擦抵抗は、ダイス及びブランクホルダの平坦度や潤滑油塗布のムラなどに起因するばらつきが大きく、管理が難しい。このため、通常の冷間用プレス金型では、製品形状の外周に絞りビードと称する凹凸が設けられて、この絞りビードにおいて挟圧してブランク材の流入量を調整する場合がある。そして、絞りビードより外縁側においては、ブランクホルダに勾配を設けて、ブランク材とブランクホルダとを接触させず、摩擦抵抗を小さくするものが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平７−９０２９３号公報 特開昭４８−４９６６０号公報

ここで、温間成形において、特許文献２に記載のように、ブランクホルダに勾配を設けてダイスとブランクホルダとのクリアランスを大きくすると、金型とブランク材の摩擦抵抗を小さくすることができるものの、ダイスとブランクホルダによってブランク材を効果的に加熱することができなくなってしまう。

本発明は、ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る温間絞り成形装置は、
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成され、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持することなく該絞りビードにおいて前記ブランク材を挟圧して支持する金型と、
前記金型に対して相対的に近づくことにより前記ブランク材をプレスするパンチと、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
ここで、「金属板」は、例えば、純アルミニウム板や、アルミニウムを主成分とする合金板、鋼板、銅板など種々のものを用いることができる。

前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱手段は、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱するものでもよい。

また、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されてもよい。

また、前記金型は、前記ブランク材を支持するときに、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられてもよい。

また、前記加熱手段は、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付けてもよい。

また、前記ブランク材としてアルミニウム板を用いてもよい。
ここで、「アルミニウム板」は、純アルミニウムだけではなく、アルミニウムを主成分とする合金板を含むものとする。

本発明の第２の観点に係る温間絞り成形方法は、
金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形方法であって、
ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成された金型に対して、該絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持されることなく該絞りビードにおいて前記ブランク材が挟圧されるように前記ブランク材を配置する工程と、
前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する工程と、
パンチを前記金型に相対的に近づけて前記ブランク材をプレスする工程と、
を含むことを特徴とする。

前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
前記加熱する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱してもよい。

また、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されてもよい。

前記金型に前記ブランク材を配置する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけてもよい。

また、前記加熱する工程では、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付けてもよい。

また、前記ブランク材としてアルミニウム板を用いてもよい。

本発明によれば、ブランク材の成形限界が高い温間絞り成形装置及び温間絞り成形方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る温間絞り成形装置の構成を模式的に示す図である。 実施形態に係る温間成形容金型の絞りビード周辺を示す断面図である。 ダイとブランクホルダの凸部と凹部を拡大して示す断面図である。 変形例に係る温間成形用金型の絞りビード周辺を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る温間絞り成形装置１０の構成を模式的に示す図である。温間絞り成形装置１０は、図１に示すように、ダイ１２とブランクホルダ１３からなる金型１１と、パンチ１４と、潤滑剤塗布機構１５と、制御部１６とを備える。この温間絞り成形装置１０では、潤滑塗布機構１５によって例えばアルミニウム板からなるブランク材Ｂの表面に潤滑剤を塗布し、ダイ１２とブランクホルダ１３とによってブランク材Ｂの一部を狭持した状態で、ダイ１２とパンチ１４を近づけることによってブランク材Ｂをプレスして絞り加工する。制御部１６は、例えば周知のコンピュータで構成することができ、装置全体を制御する。

ダイ１２、ブランクホルダ１３、パンチ１４のそれぞれには、ヒータ１７が設けられている。制御部１６は、ヒータ１７を制御してダイ１２、ブランクホルダ１３、パンチ１４の温度を制御し、ダイ１２、ブランクホルダ１３、パンチ１４を介してブランク材Ｂを加熱する。

ダイ１２とブランクホルダ１３とのそれぞれには、図２に示すように、絞りビード１２ａ、１３ａが形成されている。絞りビード１２ａ、１３ａは、ダイ１２に形成された凸部１２ａと、この凸部１２ａに対応してブランクホルダ１３に形成された凹部１３ａとで構成されている。ブランク材Ｂがダイ１２とブランクホルダ１３とに挟持されると、絞りビード１２ａ、１３ａにおいてブランク材Ｂが挟圧され、ブランク材Ｂが塑性変形する。これにより、ブランク材Ｂに絞り加工を施したときにブランク材Ｂが流入する流入量を調整することができ、しわやスプリングバックといった形状不良が生じるのを抑制することができる。なお、絞りビードは、ブランク材Ｂを挟圧して絞り成形時にブランク材Ｂが流入する流入量を調整することができれば形状は任意であり、例えば、ダイ１２に凹部が形成されるとともにブランクホルダ１３に凸部が形成されてもよいし、対となる凸部と凹部とがダイ１２とブランクホルダ１３とに複数形成されてもよい。

本実施形態では、図２や図３に示すように、ダイ１２とブランクホルダ１３とのそれぞれには、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側に、ブランク材Ｂに接触する凸部１２ｂ、１３ｂと、ブランク材Ｂに接触しない凹部１２ｃ、１３ｃとが交互に形成されている。このダイ１２とブランクホルダ１３の凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとは、ダイ１２とブランクホルダ１３の一方が凸部１２ｂ、１３ｂとなる部分では、他方が凹部１２ｃ、１３ｃとなるように形成されている。つまり、ダイ１２とブランクホルダ１３とは、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側では、ブランク材Ｂの両面をダイ１２とブランクホルダ１３の双方で挟持することがないように、ダイ１２とブランクホルダ１３の一方がブランク材Ｂに接触する部分では、その裏面に他方が接触しないように構成されている。

また、図３に示すように、ダイ１２とブランクホルダ１３のそれぞれには、ダイ１２またはブランクホルダ１３の凸部１２ｂ、１３ｂがブランク材Ｂに接触する部分の周りには、ダイ１２とブランクホルダ１３の双方がブランク材Ｂに接触しない部分を有するように、それぞれが凹部１２ｃ、１３ｃとなる部分が形成されている。換言すれば、ダイ１２とブランクホルダ１３の一方の凸部１２ｂ（１３ｂ）は、他方の隣り合う凸部１３ｂ（１２ｂ）同士を結ぶ線分の内側に位置するように構成されている。例えば図３に示す例では、ダイ１２の凸部１２ｂ（Ｗｂ１）は、ブランクホルダ１３の凸部１３ｂ同士を結ぶ線分Ｗｃ２の内側に位置し、ブランクホルダ１３の凸部１３ｂ（Ｗｂ２）は、ダイ１２の凸部１２ｂ同士を結ぶ線分Ｗｃ１の内側に位置している。

本実施形態の温間絞り成形装置１０では、ブランク材Ｂの絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側は、ダイ１２とブランクホルダ１３との一方が接する部分では他方が接しないように構成されているので、ブランク材Ｂと金型１１との摩擦抵抗を小さくすることができるとともに、ブランク材Ｂと接する凸部１２ｂ、１３ｂから熱を伝えて絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側を加熱することができる。したがって、こうした構成により、ブランク材Ｂの成形限界を向上させることができる。しかも、本実施形態では、ダイ１２とブランクホルダ１３の一方の凸部１２ｂ、１３ｂがブランク材Ｂに接触する部分の周りに、ダイ１２とブランクホルダ１３の双方がブランク材Ｂに接触しない部分を有するように形成されているので、ブランク材Ｂを塑性変形させることなく、ダイ１２及びブランクホルダ１３とブランク材Ｂとの接触面圧を大きくすることができ、ダイ１２やブランクホルダ１３からブランク材Ｂに効果的に熱を伝えて、ブランク材Ｂを短い時間で加熱することができる。例えば、ダイ１２とブランクホルダ１３とでブランク材Ｂを支持するときには、ブランク材Ｂを塑性変形させない範囲で、ダイ１２の凸部１２ｂとブランクホルダ１３の凸部１３ｂとのクリアランス（距離）がブランク材Ｂの厚さよりも小さい距離まで近づけられてもよい。また、ダイ１２とブランクホルダ１３の双方がブランク材Ｂに接触しない部分が十分に確保されている場合には、ブランク材Ｂを塑性変形させない範囲で、ダイ１２の凸部１２ｂとブランクホルダ１３の凸部１３ｂとのクリアランスがマイナスとなる（ダイ１２とブランクホルダ１３の凸部１２ｂ、１３ｂが他方の凹部１３ｃ、１２ｃに進入する）まで、ダイ１２とブランクホルダ１３とが近づけられてもよい。

ここで、凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとの割合は、凸部１２ｂ、１３ｂが占める割合が大きいほどブランク材Ｂに効果的に熱を加えることができるものの、ブランク材Ｂと金型１１との摩擦抵抗が大きくなるので、実験などにより所望の凸部１２ｂ、１３ｂの割合を得ればよい。また、凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとの間隔も同様に、実験などにより所望の凸部１２ｂ、１３ｂの間隔に決定すればよい。さらに、凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとのそれぞれは、所定の方向に長く形成されて短手方向に凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとが交互に形成されてもよいし、凸部１２ｂ、１３ｂが格子状に配置されるように凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとが形成されてもよい。

この発明は、上記実施形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態の温間絞り成形装置１０では、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂを加熱する方法として、ダイ１２及びブランクホルダ１３に形成された凸部１２ｂ、１３ｂからブランク材Ｂに熱が伝達されるものとしたが、これに代えて、または加えて、図４に示すように、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂに対して、所定の温度に加熱された気体を吹き付ける送風機１８を備えてもよい。図４に示す例では、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂに対して、ブランクホルダ１１３が非接触とされてダイ１１２とブランクホルダ１１３とで挟持しないように構成されており、ブランク材Ｂとブランクホルダ１１３との隙間に送風機１８から加熱された気体が吹き込まれて、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂが加熱される。こうした場合にも、上述した実施形態の温間絞り成形装置１０と同様に、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側のブランク材Ｂを加熱することができるとともに金型１１とブランク材Ｂとの摩擦抵抗を小さくすることができ、ブランク材Ｂの成形限界を向上させることができる。

こうした送風機１８は、絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側において、ブランク材Ｂとダイ１１２とが非接触として、ブランク材Ｂとダイ１１２との隙間に加熱した気体を送付するようにしたり、図２や図３に示すように、ダイ１２とブランクホルダ１３とに凸部１２ｂ、１３ｂと凹部１２ｃ、１３ｃとが形成されている場合に、凹部１２ｃ、１３ｃに加熱した気体を送付するようにしてもよい。

上述した実施形態では、金型１１やパンチ１４にヒータ１７が内蔵されるものとしたが、例えば金型１１やパンチ１４の内側に高温の油を循環させて金型１１やパンチ１４を加熱してもよい。ブランク材Ｂの加熱温度は、ブランク材Ｂであるアルミニウム板の強度が低下する温度であればよく、例えば１５０℃以上の温度とすることができる。金型１１によってブランク材Ｂを短時間で加熱する場合には、金型１１の温度はブランク材Ｂの目標到達温度に対して１０〜５０℃程度高い温度に設定するのが好ましい。また、潤滑剤の性能が劣化してブランク材Ｂが金型１１に凝着するのを防止するために、例えば３００℃以下の温度とすることが好ましい。

また、ブランク材Ｂを加熱するヒータ１７は、金型１１におけるダイ１２とブランクホルダ１３との一方にだけ設けられ、ダイ１２とブランクホルダ１３の一方を介して絞りビード１２ａ、１３ａより外縁側が加熱されるものとしてもよい。さらに、ブランク材Ｂによっては、パンチ１４を加熱しない又はパンチ１４を冷却することによってブランク材Ｂの成形限界を向上させることができる。このため、パンチ１４には、ヒータ１７が設けられていなくてもよいし、ヒータ１７に代えて、または加えて、パンチ１４を冷却する機構が設けられていてもよい。

ブランク材Ｂとして用いるアルミニウム板材の材質は、ＪＩＳ１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系及び７０００系のアルミニウム合金が適用できる。こうしたアルミニウム板であれば、上述した条件でプレス成形を行うことができるが、材質に応じてヒータ１７による加熱温度などの条件を変更してもよい。ブランク材Ｂの形状は、製造品の形状などに基づいて適宜定めたものを用いればよく、例えば、板厚が０．６ｍｍ〜２．５ｍｍのものを用いることができる。なお、板厚が０．６ｍｍ未満であったり、２．５ｍｍより大きいアルミニウム板材は、自動車ボディシート材としてあまり用いられていない。また、上記した実施形態では、ブランク材Ｂとしてアルミニウム板材を用いるものとしたが、鋼板や銅板など種々の金属板をブランク材Ｂとして用いてもよい。この場合にも、材質に応じてブランク材Ｂの加熱条件の温度などを変更してもよい。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明は上記実施の形態や実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更（構成要素の削除等を含む）をなし得ることはいうまでもない。

１０ 温間絞り成形装置
１１ 金型
１２ ダイ
１３ ブランクホルダ
１２ａ、１３ａ 絞りビード
１２ｂ、１３ｂ 凸部
１２ｃ、１３ｃ 凹部
１４ パンチ
１５ 潤滑剤塗布機構
１６ 制御部
１７ ヒータ
１８ 送風機
１１２ ダイ
１１３ ブランクホルダ
Ｂ ブランク材

Claims (12)

1. 金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形装置であって、
   ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成され、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持することなく該絞りビードにおいて前記ブランク材を挟圧して支持する金型と、
   前記金型に対して相対的に近づくことにより前記ブランク材をプレスするパンチと、
   前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する加熱手段と、
   を備えることを特徴とする温間絞り成形装置。
2. 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
   前記加熱手段は、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の温間絞り成形装置。
3. 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の温間絞り成形装置。
4. 前記金型は、前記ブランク材を支持するときに、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の温間絞り成形装置。
5. 前記加熱手段は、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付ける、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の温間絞り成形装置。
6. 前記ブランク材としてアルミニウム板を用いる、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の温間絞り成形装置。
7. 金属板からなるブランク材を加熱して絞り成形する温間絞り成形方法であって、
   ダイとブランクホルダとを有し、該ダイと該ブランクホルダとには、絞り成形時に前記ブランク材が流入する流入量を調整する絞りビードが形成された金型に対して、該絞りビードより外縁側の前記ブランク材については挟持されることなく該絞りビードにおいて前記ブランク材が挟圧されるように前記ブランク材を配置する工程と、
   前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材を加熱する工程と、
   パンチを前記金型に相対的に近づけて前記ブランク材をプレスする工程と、
   を含むことを特徴とする温間絞り成形方法。
8. 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれには、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する領域では他方が接触しないように、前記ブランク材に接触する凸部と該ブランク材に接触しない凹部とが形成されており、
   前記加熱する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダの少なくとも一方を加熱することにより前記ブランク材を加熱する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の温間絞り成形方法。
9. 前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれは、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に対して、一方が接触する部位の周りに該ダイと該ブランクホルダとの両方が接触しない部位を有するように前記凸部と前記凹部が形成される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の温間絞り成形方法。
10. 前記金型に前記ブランク材を配置する工程では、前記ダイと前記ブランクホルダのそれぞれの前記凸部同士が前記ブランク材の厚さよりも小さい距離まで近づけられる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の温間絞り成形方法。
11. 前記加熱する工程では、所定の温度に加熱された気体を、前記絞りビードより外縁側の前記ブランク材に向けて吹き付ける、
    ことを特徴とする請求項７から１０の何れか１項に記載の温間絞り成形方法。
12. 前記ブランク材としてアルミニウム板を用いる、
    ことを特徴とする請求項７から１１の何れか１項に記載の温間絞り成形方法。

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