JP5557374B2

JP5557374B2 - プレス成形金型

Info

Publication number: JP5557374B2
Application number: JP2010011916A
Authority: JP
Inventors: 秀剛廣澤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011147976A

Description

本発明は、プレス成形金型に関し、特に、ブランク材を引き伸ばしながらパンチの成形面に押し付けて意匠面を成形する張り出し成形に用いられる金型に関する。

例えば特許文献１に示されているプレス成形金型は、図１０及び図１１に示すように、成形面１０３ａを有するパンチ１０３と、パンチ１０３に対して相対的に昇降可能に設けられたダイ１０１と、パンチ１０３の周囲に設けられた昇降可能なブランクホルダ１０２とを有する。この金型では、まず、ダイ１０１を相対的に降下させてダイ１０１とブランクホルダ１０２とでブランク材Ｗの端部を挟持し（図１０参照）、この状態でダイ１０１及びブランクホルダ１０２を降下させてブランク材Ｗをパンチ１０３の成形面１０３ａに押し付けて引き伸ばすことで、ブランク材Ｗを塑性変形させて所定の形状に成形する（図１１参照）。

特開平１０−４３８２０号公報

張り出し加工を行うプレス成形金型では、しわの発生を防止しながらブランク材を十分に引き伸ばすために、ブランク材の端部を保持する必要がある。このようにブランク材の端部を保持する機構としては、上記特許文献１に示されているように、昇降可能なブランクホルダを設けることが一般的である。この場合、プレス成形金型には、少なくともパンチ，ダイ，ブランクホルダの３点の部材が必要となる。また、金型の駆動機構として、ダイ（又はパンチ）を昇降させる駆動機構、及び、ブランクホルダを昇降させる駆動機構が必要となる。

しかし、プレス成形に対する低コスト化の要求は厳しく、金型の製造コストの削減や、プレス成形時の駆動エネルギーの削減等が求められている。

また、ブランクホルダをダイで押し下げる際、ブランクホルダに所定のクッション圧（押し下げ力に対抗する力）を付与することにより、ダイとブランクホルダとでブランク材の端部を挟持することができる。しかし、ブランクホルダのクッション圧を一定に維持することは困難であるため、クッション圧がばらつくことによりブランク材の端部の保持力が異なり、製品の加工品質が不安定となる恐れがある。

本発明の解決すべき課題は、プレス成形金型の製造コスト及び駆動エネルギーを削減すると共に、加工品質を安定させることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、成形面を有するパンチと、パンチに対して相対的に接近又は離反可能に設けられたダイとを備え、ブランク材を前記成形面に押し付けながら引き伸ばして成形する張り出し成形に用いられるプレス成形金型であって、パンチに、前記成形面の外周を囲むように凹部を形成すると共に、ダイに、前記凹部に挿入される凸部を形成し、ダイとパンチとを相対接近させて前記凸部を前記凹部に挿入することにより、前記凸部と前記凹部とでブランク材の端部を折り曲げて保持する保持機構と、ブランク材のうち、前記保持機構による折り曲げ部よりも内側の領域を前記凸部で前記凹部に押し込むことにより、ブランク材を前記成形面に押し付けながら引き伸ばす引き伸ばし機構とを設け、ブランク材の前記折り曲げ部よりも外側の領域を、前記凸部と前記凹部とで挟持した状態で、ダイとパンチとを相対接近させてブランク材を引き伸ばし、ブランク材の前記折り曲げ部よりも外側の領域を挟持する前記凸部の壁面及びこれに対向する前記凹部の壁面を、前記成形面の周方向に沿って山部と谷部とが交互に現れる同位相の波形形状としたことを特徴とする。

このプレス成形金型では、凸部を凹部に挿入することによりブランク材の端部を折り曲げて保持することにより、ブランク材が成形面側に引き込まれることを規制する。こうして端部を折り曲げて保持した後、ブランク材の折り曲げ部よりも内側の領域を凸部で凹部に押し込むことにより、ブランク材を成形面に押し付けて引き伸ばす。このように、ダイ（凸部）及びパンチ（凹部）のみでブランク材の保持及び引き伸ばしを行うことができるため、ブランクホルダが不要となり、部品点数が削減されると共に、ブランクホルダを駆動する駆動エネルギーが不要となる。また、折り曲げ機構によりブランク材を保持する力は、金型の寸法精度、特に、パンチに形成される凸部とダイに形成される凹部の寸法精度に依存するためばらつきが少なく、加工品質を安定させることができる。

上記のプレス成形金型において、ブランク材の折り曲げ部よりも外側の領域を凸部と凹部とで挟持すれば、ブランク材の端部を確実に保持することができる。このとき、ブランク材の折り曲げ部よりも外側の領域を挟持する凸部の壁面と凹部の壁面とを、成形面の周方向に沿って山部と谷部とが交互に現れる同位相の波形形状とすれば、例えば両壁面を成形面の周方向と平行に形成した場合と比べて、ブランク材の成形面側への引き込みを規制する効果が高められ、ブランク材の端部をより確実に保持することができる。

以上のように、本発明のプレス成形金型によれば、ブランクホルダを省略できるため、金型の製造コスト及び駆動エネルギーが削減できると共に、プレス成形の加工品質を安定させることができる。

プレス成形金型の断面図である（型開き状態）。プレス成形金型の断面図である（ブランク材の端部を保持した状態）。図２のブランク材の端部付近を拡大した断面図である。図３のＸ−Ｘ線における水平方向の断面図である。プレス成形金型の断面図である（張り出し成形中）。図５のブランク材の端部付近を拡大した断面図である。プレス成形金型の断面図である（型締め状態）。図７のブランク材の端部付近を拡大した断面図である。他の実施形態に係るプレス成形金型の断面図である。従来のプレス成形金型の断面図である（張り出し成形前）。従来のプレス成形金型の断面図である（型締め状態）。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るプレス成形金型１を示す。このプレス成形金型１は張り出し成形に用いられる金型であり、例えば自動車のドアアウタを成形するものである。プレス成形金型１は、パンチ１０と、ダイ２０と、ダイ２０をパンチ１０に対して相対的に接近又は離反させる駆動機構（例えばシリンダやサーボモータ等、図示省略）とを備える。本実施形態では、パンチ１０を固定側とすると共にダイ２０を移動側とし、パンチ１０の上方でダイ２０を昇降させる場合を示す。尚、以下の説明では、図１の左右方向を「幅方向」と言い、幅方向で金型の中心側（成形面１１側）を「内側」、金型の中心から離反する側を「外側」と言う。

パンチ１０は、製品（ドアアウタ）の意匠面を成形するための成形面１１を有する。パンチ１０には、成形面１１の外周を囲むように凹部１２が形成され、本実施形態では、成形面１１を全周にわたって囲む環状の凹部１２が形成される。凹部１２の外側（成形面１１から離反する側）には全周にわたって当接面１３が形成され、図示例では、当接面１３が成形面１１よりも上方に配される。

凹部１２は、底面１２ａと、外側の壁面１２ｂと、内側の壁面１２ｃとで構成される。底面１２ａは、略水平に形成され、成形面１１よりも下方に配される。外側の壁面１２ｂは、底面１２ａの外側端部から上方に立ち上がり、本実施形態では底面１２ａから鉛直上方に立ち上がる。内側の壁面１２ｃは、底面１２ａの内側端部から上方に立ち上がり、本実施形態では底面１２ａから上向き内側に傾斜して立ち上がる。外側の壁面１２ｂは、図４に示すように、成形面１１の周方向（図中の上下方向）で山部と谷部とが交互に現れる波形形状に形成される。外側の壁面１２ｂの波形形状は、例えばピッチＰを１０〜２０ｍｍ程度、山部と谷部との高低差Ｈを３〜５ｍｍ程度に設定される。

ダイ２０は、図１に示すように、パンチ１０の成形面１１との間にブランク材Ｗを挟持して所定の形状に成形する押さえ面２１を有する。押さえ面２１は、成形面１１と上下方向で対向し、成形面１１に対応した形状を成す。ダイ２０には、押さえ面２１の外周を囲むように凸部２２が形成され、本実施形態では、押さえ面２１を全周にわたって囲む環状の凸部２２が形成される。凸部の外側には当接面２３が形成され、図示例では、当接面２３が押さえ面２１よりも上方に配される。

凸部２２は、先端面２２ａと、外側の壁面２２ｂと、内側の壁面２２ｃとで構成され、パンチ１０の凹部１２に対応した形状を成す。先端面２２ａは、略水平に形成され、パンチ１０の凹部１２の底面１２ａと上下方向で対向している。外側の壁面２２ｂは、先端面２２ａの外側端部から上方に立ち上がり、本実施形態では先端面２２ａから鉛直上方に立ち上がる。内側の壁面２２ｃは、先端面２２ａの内側端部から上方に立ち上がり、本実施形態では、先端面２２ａから上向き内側に傾斜して立ち上がる。外側の壁面２２ｂは、凹部１２の外側の壁面１２ｂに対応した形状に形成され、押さえ面２１の周方向で山部と谷部とが交互に現れる波形形状に形成される（図４参照）。凹部１２の外側の壁面１２ｂ及び凸部２２の外側の壁面２２ｂの波型形状は同位相に形成され、微小隙間を介して対向する。

以下に、上記構成のプレス成形金型１を用いたプレス成形方法（張り出し成形方法）を説明する。

まず、図１に示すように、ダイ２０をパンチ１０から離反させた状態（すなわちダイ２０を上昇させた状態）で、パンチ１０とダイ２０との間にブランク材Ｗを配置する。図示例では、パンチ１０の外側端部に形成された当接面１３の上にブランク材Ｗが載置される。

次に、図２に示すように、ダイ２０を降下させてダイ２０の凸部２２をパンチ１０の凹部１２に上方から挿入する。これにより、図３に拡大して示すように、凸部２２の先端面２２ａによりブランク材Ｗが上方から押圧されると共に、凸部２２の外側の角部２２ｄと凹部１２の外側の壁面１２ｂとでブランク材Ｗの端部が折り曲げられる。このブランク材Ｗの折り曲げ部Ｗ１が凸部２２の角部２２ｄに巻きつくことにより、ブランク材Ｗの内側への引き込みが規制される。ブランク材Ｗの折り曲げ部Ｗ１よりも外側の領域Ｗ２は、凹部１２の外側の壁面１２ｂと凸部２２の外側の壁面２２ｂとで挟持され、上方に立ち上がる。本実施形態では、図４に示すように、両壁面１２ｂ，２２ｂを同位相の波形形状に形成し、これらの間にブランク材Ｗを挟持することで、ブランク材Ｗの内側への引き込みを確実に規制することができる。このとき、凸部２２の外側の壁面２２ｂと凹部１２の外側の壁面１２ｂとの間の微小隙間は、大きすぎるとブランク材Ｗを保持する効果が得られず、小さすぎるとブランク材Ｗを切断する恐れがあるため、ブランク材の厚さと同じかそれよりも僅かに小さく設定される。例えば、厚さ０．６ｍｍのブランク材Ｗを加工する場合であれば、壁面１２ｂ，２２ｂの間の微小隙間は０．５５〜０．６ｍｍ程度に設定される。また、図３に示すように、凸部２２の外側の角部２２ｄを丸みを帯びた曲面状に形成することにより、ブランク材Ｗの切断を確実に防止できる。

さらにダイ２０を降下させると、図５に示すように、凸部２２が凹部１２にさらに挿入される。このとき、ブランク材を、凸部２２の先端面２２ａで成形面１１を越えて下方に押し込むことで、ブランク材Ｗの中央部Ｗ０が成形面１１に押し付けられて引き伸ばされる。詳しくは、図６に拡大して示すように、ブランク材Ｗの折り曲げ部Ｗ１及びその外側領域Ｗ２を凸部２２と凹部１２とで保持しながら、ブランク材Ｗの折り曲げ部Ｗ１よりも内側の領域（被押圧部）Ｗ３が凸部２２の先端面２２ａで下方に押し下げられる。このとき、成形面１１と凸部２２の先端面２２ａとの間に幅方向の隙間を介して高低差が生じることで、ブランク材Ｗの被押圧部Ｗ３の内側に傾斜部Ｗ４が形成される。凸部２２でブランク材Ｗの被押圧部Ｗ３を押し下げることで、傾斜部Ｗ４を引き伸ばしながら、ブランク材Ｗの中央部Ｗ０を成形面１１に押し付けて引き伸ばす。

さらにダイ２０を降下させると、図７に示すように、ダイ２０の当接面２３がパンチ１０の当接面１３に当接し、型締めが完了する。こうして、ブランク材Ｗの中央部Ｗ０がパンチ１０の成形面１１に押し付けられながら引き伸ばされて塑性変形すると共に、中央部Ｗ０をパンチ１０の成形面１１とダイ２０の押さえ面２１とで挟持することで、ブランク材Ｗが所定の形状に成形される。このとき、ブランク材Ｗの端部（Ｗ１〜Ｗ４）は、パンチ１０の凹部１２とダイ２０の凸部２２とで挟持される。

その後、ダイ２０を上昇させ、成形品が金型から取り出される（図示省略）。この型開き時には、パンチ１０とダイ２０との間が瞬間的に真空状態となる。このとき、例えば図１１に示すようにブランクホルダ１０２を設けた場合、パンチ１０３とブランクホルダ１０２との間に隙間Ｓが形成されるため、この隙間Ｓを介して型開き時にゴミ等の異物が侵入する恐れがある。隙間Ｓにフィルタを設ければ異物の侵入を防ぐことができるが、ブランクホルダ１０２はパンチ１０３に対して可動であり、且つ、隙間Ｓはパンチ１０３の全周に設けられるため、隙間Ｓにフィルタを設けることは困難である。そこで、本実施形態のようにブランクホルダを廃止することで、図１１に示すような隙間Ｓが形成されず、異物の侵入の恐れも無い。この場合、パンチ１０とダイ２０との間の真空状態を早期に解除するために、図７に示すようにパンチ１０を貫通し、成形面１１に一端が開口する貫通穴１４を形成してもよい。この場合、貫通穴１４を介して異物が侵入することを防止するためにフィルタ（図示省略）を設けることが好ましい。尚、このような貫通穴は、ダイ２０に設けても良い。

本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、当接面１３を成形面１１よりも上方に設けているが、これに限らず、例えば図９に示すように、当接面１３を成形面１１の上端部よりも下方に配しても良い。このプレス成形金型１’によると、凸部２２が、凹部１２に挿入される前にブランク材Ｗに当接するため、凸部２２及び成形面１１でブランク材を少し湾曲させた後、凸部２２が凹部１２に挿入されてブランク材の端部が保持される。一方、上記実施形態のように、当接面１３を成形面よりも上方に配すれば、ブランク材Ｗの端部を凸部２２と凹部１２とで保持した後、ブランク材Ｗが成形面１１に押し付けられて引き伸ばされる。

このように、当接面１３と成形面１１との相対的な高さを調整することにより、ブランク材Ｗの端部を保持するタイミングを任意に設定することができる。すなわち、プレス成形による変形量が大きい場合（例えば図９に示すように成形面１１の曲率が比較的大きい場合）には、当接面１３を成形面１１よりも下方に設け、ブランク材をある程度変形させてから端部を保持することで、材料を破断させることなく成形することができる。一方、プレス成形による変形量が小さい場合（例えば図１に示すように成形面１１の曲率が比較的小さい場合）には、当接面１３を成形面１１よりも上方に設け、ブランク材Ｗの端部を保持してから成形面１１に押し付けることで、材料を十分に引き伸ばして良好な意匠面を得ることができる。また、ブランク材Ｗの変形量及び引き伸ばし量を場所によって異ならせたい場合は、当接面１３と成形面１１との相対的な高さを、例えば成形面１１の周方向で異ならせても良い。

また、上記のようなプレス成形金型は、ブランク材Ｗの端部に形成される折り曲げ部Ｗ１で端部の意匠面側への引き込みを完全に規制する場合に限らず、折り曲げ部Ｗ１を介して端部を意匠面側に多少流入させてもよい。この場合でも、折り曲げ部Ｗ１により材料の引き込みが妨げられることで、ブランク材Ｗが外側に引き伸ばされ、所定の形状に成形される。

また、上記の実施形態では、パンチ１０に形成される凹部１２及びダイ２０に形成される凸部２２が、成形面１１を全周にわたって囲むように環状に形成されているが、必ずしも凹部１２及び凸部２２を全周で連続させる必要はなく、例えば金型の角部付近で凹部や凸部を分断してもよい。

１プレス成形金型
１０パンチ
１１成形面
１２凹部
１３当接面
２０ダイ
２１押さえ面
２２凸部
２３当接面
Ｗブランク材

Claims

成形面を有するパンチと、パンチに対して相対的に接近又は離反可能に設けられたダイとを備え、ブランク材を前記成形面に押し付けながら引き伸ばして成形する張り出し成形に用いられるプレス成形金型であって、
パンチに、前記成形面の外周を囲むように凹部を形成すると共に、ダイに、前記凹部に挿入される凸部を形成し、
ダイとパンチとを相対接近させて前記凸部を前記凹部に挿入することにより、前記凸部と前記凹部とでブランク材の端部を折り曲げて保持する保持機構と、ブランク材のうち、前記保持機構による折り曲げ部よりも内側の領域を前記凸部で前記凹部に押し込むことにより、ブランク材を前記成形面に押し付けながら引き伸ばす引き伸ばし機構とを設け、
ブランク材の前記折り曲げ部よりも外側の領域を、前記凸部と前記凹部とで挟持した状態で、ダイとパンチとを相対接近させてブランク材を引き伸ばし、
ブランク材の前記折り曲げ部よりも外側の領域を挟持する前記凸部の壁面及びこれに対向する前記凹部の壁面を、前記成形面の周方向に沿って山部と谷部とが交互に現れる同位相の波形形状としたプレス成形金型。