JP2017001040A - 絞り成型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】方向により絞り深さの異なるワークを成形する金型において、材料歩留まり低下の問題を解決すること。【解決手段】外周部に絞り深さの深い側面と浅い側面を有するプレス製品の絞り成型を行うため、ワーク２０端部の把持構造を絞り深さの深い方向と浅い方向で各々独立して構成し、異なる作動を行わせるようにした絞り成型装置において、絞り深さの深い方向の製品形状をなすポンチ１９の側面に沿って、浅い方向のポンチの側面に突出するようにシル状の予肉部19-ａをポンチに構成し、当該予肉部の突出方向の端部にはワーク端部の把持構造を設けず開放構造とした。【選択図】図４

Description

本発明は、パネル状部品の絞り成型装置の金型構造に関する。

従来、ワークをプレス成形して自動車のドアパネル等を加工する工程では、ワークの周縁部を予めブランクホルダーで保持した後、プレス成形金型によってドロー成形をはじめとするプレス成形を行っている。図１（ｂ）に示すようなドアインナーパネル２１、すなわちドアアウターパネルとヘミング加工により接合する周辺部２１ａと、ドア室内側の壁面を構成する中央部２１ｂと、窓ガラスを支持するサッシュ部２１ｃとで構成される部品においては、通常前記プレス成形金型により所定寸法のパネル材をドロー成形して中央部分を張り出させることにより成形が行われている。このようなプレス成形金型を有するプレス成形装置で、ドアインナーパネルのような、ＴＬ方向から見てＢＬ方向に大きく湾曲した端面を持つパネルにプレス成形しようとする場合、通常図１（ａ）に示すように、ＴＬ方向視で湾曲した外形線に沿うようダイフェースＤ１を設定している。（ここでＴＬ方向とは車両の前後方向、ＢＬ方向とは車両の幅方向、ＷＬ方向とは車両の高さ方向を言う。）

このようなダイフェースＤ１を有するプレス成形装置では、サッシュ付近の材料の絞り高さＨの分だけ材料が余分に必要となり、使用する材料のサイズが大きくなるため、歩留まりが低下して製造コストが増大するという問題があった。
この課題を改善するため、サッシュ付近の絞り高さHを低減するようダイフェースＤ２を設定すると、ダイフェースの形状がＢＬ方向にさらに大きく湾曲し、湾曲面内側に向かって成形すると全体として材料が収縮する方向に変形が行われるため、均一に材料を引き伸ばすよう金型の設計を行うことが困難となり、局部的に材料に発生するしわが問題となる。

そこで、
では図７に示すように、一部に絞り深さ浅い方向を有するワークを加工する場合は、シリンダを介してフローティングポンチ3とフローティングダイ8を構成することで、ダイ６とポンチ１と異なった作動を行わせ、所望の方向のみ浅く絞る構成が開示されている。しかし当該構成のように方向によって絞り深さを変えて異なる絞り加工を行わせる場合においては、異なる加工の境界部分の金型をどのように構成するかが問題となる。すなわち境界部分においては、意図しない方向や大きさの応力によるシワやワレの発生しやすいため、金型構造をいかに工夫して構成しこれらを回避しながら複数の異なった作動による絞り加工を効率良く行うかが課題である。

特許第３２０８９５５号公報

従来技術のかかる問題にかんがみ、本発明は方向により絞り深さの異なるパネル状部品を成形する金型において、一律絞り深さが深い部分にあわせてダイフェースを設定することによる歩留まり低下の問題を解決すること、さらに絞り深さの異なる端面を有するワークに合わせて端面の方向により絞り深さを変える場合においては、異なる絞り加工を行う境界部分におけるシワやワレの発生を回避しながら異なった絞り加工を効率良く行える金型構造を提供することを課題とする。

請求項１の発明では、外周部に絞り深さの深い側面と浅い側面を有するプレス製品の絞り成型を行うため、ワーク端部の把持構造を絞り深さの深い方向と浅い方向で各々独立して構成し、異なる作動を行わせるようにした絞り成型装置であって、
絞り深さの深い方向の製品形状をなすポンチの側面に沿って、浅い方向のポンチの側面に突出するようにシル状の予肉部をポンチに構成し、当該予肉部の突出方向の端部にはワーク端部の把持構造を設けず開放構造としたこと、を特徴とする。

本発明に係る金型ではワークの絞りが浅い方向では絞り加工を浅く設定することにより料歩留まりが向上できると共に、絞り深さの異なるポンチの部位の境界にシル状の予肉部を構成し当該予肉部の外周方向の端部を開放構造としたことにより、両側で不連続なダイフェースの設定が可能となると共に、境界部分でワークに発生する意図しない方向や大きさの応力・変形が余肉部分で吸収でき、製品部分へのシワ・ワレの発生を抑制できる。

請求項２の発明では請求項１の構成に加えて、絞り深さの浅い方向のワーク端部把持構造において、ポンチおよびダイをフローティング構造とし、各々を支持するクッションの押圧力とストロークとを調整することにより、絞り深さ及びタイミングを他の部位とは独立して調整できるように構成したこと、を特徴とする。

本発明に係る金型では、絞り深さの浅い方向のワーク端部把持構造のポンチおよびダイをフローティング構造とすることにより、各々を支持するクッションの押圧力とストロークの調整により他の部位と独立して絞り深さ及びタイミングを調整できる。

請求項３の発明では請求項１の構成に加えて、絞り深さの浅い方向のワーク端部把持構造において、ワーク端部を折り曲げ、挟み込みつつ上型の一部と下型の一部を係合させ、これによりワークの把持力を発生するよう構成したこと、を特徴とする。

本発明に係る金型では、絞り深さの浅い方向のワークの端部をダイとポンチの間に挟み込むことで把持力を発生するためワーク端部把持のためのフローティング構造が不用になり、金型製作費用の削減、メンテナンス費用の削減が実現できる。またワーク把持部分に必要な材料の幅が少なくて済むのでさらに材料歩留まりが向上する。

本発明に係る金型では、ワーク端面の絞り深さに合わせて各方向の絞り加工深さを調整できるため料歩留まりが向上できる。また絞り加工深さを変える境界部分でワークに発生しがちなシワ・ワレを抑制できる。

(ａ)はＴＬ方向から見たドアインナーパネルとダイフェースの関係を、（ｂ）はインナーパネルの平面図を図示したものである。 ドアインナーパネルの下型ポンチ部分の平面図を図示したものである。 ドアインナーパネルの下型ポンチ部分のサッシ上端部のポンチ余肉部を図示した拡大図である。 本発明の第1実施例に係るプレス成形装置の作動を示し、(ａ)は上死点付近の状態を、（ｂ）は上型が下降しブランクホルダーがワークを把持し始めた状態を、(ｃ)は下死点付近の状態を図示したものである。 本発明の第２実施例に係るプレス成形装置の作動を示し、(ａ)は上死点付近の状態を、（ｂ）は上型が下降しブランクホルダーがワークを把持し始めた状態を、(ｃ)は下死点付近の状態を図示したものである。 本発明の第２実施例に係るサッシ上部側のプレス成形装置の構成を拡大して図示したもので、(ａ)は上死点付近の状態を、（ｂ）は上型が下降しブランクホルダーがワークを把持し始めた状態を、(ｃ)は下死点付近の状態を図示したものである。 部分的に絞り深さの浅い部分を有するワークの絞り成型を行う特許文献１に開示された従来のプレス成形装置の構造を示す。

１ プレス金型
２ 上型
３ 下型
４ ブランクホルダー
５ クッションピン
６ フローティングダイ
７ サブブランクホルダー
８、９ ピストンロッド
１０ 上型ガススプリング
１１ 下型ガススプリング
１２、１３ ガイド
１４ 上型フランジブロック
１５ 下型フランジブロック
１６ 上型ワーク把持部
１７ フランジブロックベース
１８ ダイ
１９ ポンチ
１９−ａ ポンチ余肉部
２０ ワーク
２１ ドアインナーパネル

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態の説明は、本質的な例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を限定することを意図するものではない。

（成形品）
実施例に係るプレス成形品は、図１に示すような自動車の側部を構成するドアインナーパネルである。本部品をブランク材から絞り加工によるプレス成形する場合について以下説明する。このインナーパネルは湾曲した形状のドアアウターパネルに沿うように、図1（ａ）に示すようなＴＬ方向から見てＢＬ方向に大きく湾曲した端面を持ち、下部において深い絞り形状を有し、上部（ウィンドウサッシ部）において比較的浅い絞り形状を有するパネルである。

（ポンチ形状）
本発明の実施形態に係る絞り加工のプレス成形金型は上型２と下型３とで構成される。また絞り加工に係る上型及び下型は、通常それぞれワーク端部を把持する部位と製品形状を転写する部位などにより構成される。以下説明においては上型の製品形状を転写する部位をダイと呼び、同様に下型の製品形状を転写する部位をポンチと呼ぶことにする。

前記ドアインナーパネルを成型するための本発明の実施形態に係るポンチ１９の形状を図２に示す。図面上方が上部（ウィンドウサッシ部）のポンチ形状を構成し、下方が（ドア本体部）ポンチ形状を構成している。この場合前記のようにウィンドウサッシ部がドア本体部に比べ必要とされる絞り深さが浅いため、ポンチの構成としてはウィンドウサッシ部上方の側面のみ絞り深さを浅く設定し、他の３つの側面（左側面、右側面、下側面）の絞り深さを深く設定することが望ましいことになる。

また図２、図３に示すように絞り深さの深い左側面および右側面の製品形状をなすポンチ側面形状に沿って、絞り深さの浅い上側面の方向へ突出するようにそれぞれシル状のポンチ余肉部１９−ａを構成し、両予肉部の外周方向の端部を開放構造としている。またこのポンチ余肉部は図３に示すようにトリムラインよりも外側に配置され、トリム工程で切除されるスクラップ側に位置しているため最終的な製品形状には影響しない。

この開放構造の余肉部を設けず連続的にブランクホルダーを構成した場合は、連続的にブランクホルダーの高さを変えて製品の方向により絞り深さ変えることは金型の設計上、またシワ等を防ぐ意味からも非常に困難である。一方開放構造の余肉部を設けると両側に不連続なダイフェースを設定することが可能となると共に、異なった絞り加工の境界部分でワークに発生する意図しない方向や大きさの応力・変形が余肉部分で吸収でき、製品部分へのシワ・ワレの発生を抑制できる。

（金型の全体構成）
図４は本発明の第1実施例に係るプレス成形金型を示す。上型２はプレス成形装置（図示しない）のスライドに固定され、対向する位置に設けた下型３はボルスターに固定されており、プレス成形装置の周知の作動により上型２と下型３とが係合してワーク２０を所定の形状に成型する。

前記絞り深さの深い３つの側面（左側面、右側面、下側面）の金型構成を図４の左側に示す。下型ポンチ周辺部にはブランクホルダー４が設けられ、プレス成形装置の作動により上型が所定の位置まで下降すると上型ワーク把持部１６がブランクホルダー４に当接する。ブランクホルダー４はクッションピン５により所定の圧力で付勢されておりワークに対し所定の把持力を発生する。またブランクホルダー４は金型に設けられたガイド１３の機能により水平方向の動きを規制されており、金型と同様上下動のみ行うよう規制されている。

一方絞り深さの浅い上側面の構成は前記構成と異なる。図４の右側にその構成を示す。
ダイ外周部のワーク把持部に該当する部位には上型に固定した上型ガススプリング１０を介してフローティングダイ６が配設され、ダイと独立した作動を行うよう構成される。一方下型パンチ外周部には下型３に固定された下型ガススプリング１１を介してブランクホルダー７が設けられている。またフローティングダイ６及びブランクホルダー７は金型に設けられたガイド１２の機能により水平方向の動きを規制されており、金型と同様上下動のみ行うよう規制されている。

この構成により、プレス成形装置の上型が所定の位置まで下降するとフローティングダイ６も下降し、ブランクホルダー７と当接してワーク２０が把持される。上型ガススプリング１０の付勢力は下型ガススプリングの付勢力より弱く設定してあるため、上型ガススプリング１０の有効ストロークが終了するまではブランクホルダー７は下降せず、有効ストロークが終了した後に下型ガススプリング１１が作動を始めブランクホルダー７が下降を開始する。

（金型の作動）
図４（ａ）に示すようにプレス成形装置が略上死点の状態で、所定の形状にブランク加工されたワーク２０が下型３の所定の位置にマテハンなどで配置される。プレス成形装置の作動により上型２が下降を始め、図４（ｂ）に示すように上型ワーク把持部１６が下型ブランクホルダー４に当接する状態になると、ワーク２０が把持され、絞り深さの深い３つの側面（左側面、右側面、下側面）での絞り加工が開始する。

一方絞り深さの浅い上側面でも略同じタイミングでフローティングダイ６が下型のブランクホルダー７に当接しワーク２０を把持するが、前述のように上型ガススプリング１０の付勢力は下型ガススプリング１１の付勢力より弱く設定してあるため、当初は絞り深さの深い３つの側面のみで絞り加工が行われる。上型ガススプリング１０の有効ストロークが約１２０ｍｍに設定してあるため、ワーク把持から約１２０ｍｍストロークする間は前記絞り深さの深い３つの側面のみで絞り加工が行われる。

上型ガススプリング１０の有効ストロークが終了すると下型ガススプリングが作動を開始し、フローティングダイ６及びブランクホルダー７がワークを把持しながら上型の作用で下降し、絞り深さの浅い上側面でも絞り加工が開始する。約３０ｍｍさらにストロークし、絞り深さの浅い上側面を含めてさら約３０ｍｍ絞り加工が行われると、図４（ｃ）に示すように下死点の状態となり全体の絞り加工が完了する。
この作動により絞り深さの深い３つの側面（左側面、右側面、下側面）では１５０ｍｍ、一方絞り深さの浅い上側面では３０ｍｍの絞り加工が行われる。

この後上型２が上昇作動を行うが、この際ブランクホルダー４とブランクホルダー７の作動を下降時と同様に行わせると、下死点から３０ｍｍを越えて上昇する段階でフローティングダイ６が成型品の上昇を押える一方、他の部位がブランクホルダー４により押し上げられる状態となり成型品の損傷を生ずる。
したがって上型の上昇に当たっては、フローティングダイ６を上型と同期して上昇作動させるためのロック機構が必要となる。（周知構造のため図示せず。特許文献１参照）

上死点付近まで上型が上昇した時点で、マテハン等による成型品の取り出し及びブランク材の投入を行い１サイクルが終了し次のサイクルへと移行する。
以上が本発明にかかる加工装置の１サイクルの全作動であり、このサイクルを繰り返すことにより、プレス成形品が連続的に自動生産される。

（ポンチ余肉部の作用）
ポンチ余肉部の機能・作用についてもう少し詳述すると、前記の作動によりポンチ余肉部を挟んで絞り深さの深い側の絞り加工が先ず開始する。一方ポンチ余肉部を挟んで絞り深さの浅い上側面は材料端部の把持のみが行われる。この作動により約１２０ｍｍストロークする間はドア上側面の材料把持部が程度に材料を供給しながら余肉部と左右側面の製品形状部のポンチが一体となって製品形状の絞り加工を行う。この際ポンチ余肉部と左右側面のポンチが連続的に構成されているため境界をなす余肉部でシワやワレなどの欠陥が発生することが抑制される。
次いで３０ｍｍストロークする間ポンチ余肉部を挟んで絞り深さの深い側及び絞り深さの浅い側双方の絞り加工が行われるが、同様にポンチが連続的に構成されている効果で余肉部でシワやワレなどの欠陥が発生することが抑制される。

また絞り深さの変化に対応してダイフェースの高さを変化させる場合連続的にかつ成型時のシワなど考慮して構成しなければならないため限界があるが、ポンチ余肉部１９−ａを設けることにより両側のダイフェースを不連続に構成することが可能となる。その結果絞り深さに合わせたブランクホルダーの構成が可能となりを材料歩留まり向上が図れる。

次に図５、図６を用いて第２実施例について説明する。第２実施例では、絞り深さの浅い上側面のワークの把持方法を変更した構成のみが第１実施例と異なるので、異なる部分を中心に説明する。

（金型の全体構成）
ポンチ・ダイ、及び絞り深さの深い３つの側面（左側面、右側面、下側面）のブランクホルダー４、上型ワーク把持部１６の構成は同じである。一方絞り深さの浅い上側面では、図５、図６に示すように、フローティングダイ６を用いる構成からフランジブロック１４を用いる構成に変わっている。

すなわち図６（ａ）に示すようにダイ外周部の上型ワーク把持部に該当する部位には上型フランジブロック１４が固定され、下型の対応する部位には下型フランジブロック１５が配設されている。なお下型フランジブロック１５はフランジブロックベース１７に固定され、下型ガススプリング１１を介して下型に固定される。またフランジブロックベース１７は金型に設けられたガイド１２の機能により水平方向の動きを規制されており、金型と同様上下動のみ行うよう規制されている。

また上型フランジブロック１４と下型フランジブロック１５は、絞り深さの浅い上側面の図３に示す材料止まりのラインに沿ってほぼ切れ目なく配置され、クリアランスを調整することでワーク端部を折り曲げ・挟み込んだ状態で所定の把持力を発生するよう構成されている。

（金型の作動）
プレス成形装置の作動により上型２が下降を始め、図５（ｂ）に示すように上型ワーク把持部１６が下型ブランクホルダー４に当接する状態になると、ワーク２０が把持され、絞り深さの深い３つの側面（左側面、右側面、下側面）での絞り加工が開始する。

一方絞り深さの浅い上側面では略同じタイミングで図６（ｂ）に示すように上型フランジブロック１４がワーク２０の端面に当接し、下型フランジブロック１５と係合しながら端面を押し下げることで、端面をフランジ加工する。上型フランジブロック１４が下降しワーク２０の端面が下型フランジブロック１５と完全に挟み込まれた状態になると、上型フランジブロック１４及び下型フランジブロック１５はワークに対して所定の把持力を発生する。

また挟み込む端面の幅は製品内部の形状により必要な材料供給量が異なるため、成形シミュレーションなどを行って決めるのが望ましいが、十分な把持力を発生するため最低でも５ｍｍ以上確保することが望ましい。

上下のフランジブロックは相互にスライド可能なように上型の作動方向を包含する面で当接しており、かつスライドしても挟んだワーク２０の把持力が変わらないよう当接する面が調整されている。

また図６（ｂ）に示すように上下のフランジブロックがワークを挟みながら約１２０ｍｍストロークすると上型下部が下型フランジブロック１５上部に当接し、上型２が下型フランジブロック１５を押し下げながら約３０ｍｍストロークし絞り加工する。

したがってワーク把持から約１２０ｍｍストロークする間は前記絞り深さの深い３つの側面のみで絞り加工し、その後３０ｍｍストロークの間は絞り深さの浅い上側面も含めた全周で絞り加工を行う。
この後上型２が上昇作動を行うが、第1実施例と異なりフローティングダイで成型品の上昇を押えることがないので、本実施例では特別なロック機構を必要としない。

またドアのデザインによってはドア下方形状がＴＬ方向からみてボディーシル側に大きく湾曲したデザインを取ることもある。この場合ドアインナーパネル下端側はドアサッシ上端と同様、ドア中央部に比べ絞り深さが浅くなるため、前記の手法をポンチ下側面にも採用し、ポンチ上側面、下側面で上下のフランジブロック相互の挟み込みによるワーク把持方法を行わせることができる。これにより更なる材料歩留まりの向上が図られる。

以上第1実施例、第２実施例において自動車用ドアパネルを成型する場合について詳細な説明を行ったが、本技術の適用範囲は係る部品に限定されるものではなく、同様に絞り深さの異なる側面を持つ部品に広く適用可能である。
また１側面、２側面でのみ絞り深さの浅い部品への適用に限定されるものではなく、３以上の側面で絞り深さの浅い部品への適用も可能である。

Claims (3)

1. 外周部に絞り深さの深い側面と浅い側面を有するプレス製品の絞り成型を行うため、ワーク端部の把持構造を絞り深さの深い方向と浅い方向で各々独立して構成し、異なる作動を行わせるようにした絞り成型装置であって、
   絞り深さの深い方向の製品形状をなすポンチの側面に沿って、浅い方向のポンチの側面に突出するようにシル状の予肉部をポンチに構成し、
   当該予肉部の突出方向の端部にはワーク端部の把持構造を設けず開放構造としたこと、
   を特徴とする絞り成型装置。
2. 絞り深さの浅い方向のワーク端部把持構造において、ポンチおよびダイをフローティング構造とし、各々を支持するクッションの押圧力とストロークとを調整することにより、絞り深さ及びタイミングを他の部位とは独立して調整できるように構成したこと、
   を特徴とする請求項１に記載の絞り成型装置。
3. 絞り深さの浅い方向のワーク端部把持構造において、ワーク端部を折り曲げ、挟み込みつつ上型の一部と下型の一部を係合させ、これによりワークの把持力を発生するよう構成したこと、
   を特徴とする請求項１に記載の絞り成型装置。

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