金属薄肉構造体並びに金属薄板の鍛造成形加工方法及び装置
【課題】本発明は、金属薄板に大きな荷重を加えることなく鍛造加工により成形できるとともに寸法精度が高く成形された金属薄肉構造体及びその鍛造成形加工方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】上型１００のパンチ部１０４により金属薄板Ｍの周辺領域に荷重が加わり、鍛造押出し加工されて金属が流動するようになるが、金属薄板Ｍの中央領域には板押え部１０５により荷重が加わった状態となっているため、周辺領域から外方に向かって流動するようになる。その際に、背圧プレート２０６が油圧により上昇して型ガイド部２０４がダイ部２０３の側面に沿って上昇し、それに伴って型ガイド面２０４ｂがパンチ部１０４の側面１０４ｃとの間に所定の間隔を空けて上昇するようになる。そのため、金属薄板Ｍの周辺領域から外方に向かって流動した金属は、型ガイド面２０４ｂの上昇に誘導されて側面１０４ｃとの間の隙間に流入するようになる。
【解決手段】上型１００のパンチ部１０４により金属薄板Ｍの周辺領域に荷重が加わり、鍛造押出し加工されて金属が流動するようになるが、金属薄板Ｍの中央領域には板押え部１０５により荷重が加わった状態となっているため、周辺領域から外方に向かって流動するようになる。その際に、背圧プレート２０６が油圧により上昇して型ガイド部２０４がダイ部２０３の側面に沿って上昇し、それに伴って型ガイド面２０４ｂがパンチ部１０４の側面１０４ｃとの間に所定の間隔を空けて上昇するようになる。そのため、金属薄板Ｍの周辺領域から外方に向かって流動した金属は、型ガイド面２０４ｂの上昇に誘導されて側面１０４ｃとの間の隙間に流入するようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄板を用いて鍛造加工により一体成形された金属薄肉構造体並びにその鍛造成形加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄板を用いて筐体や容器といった金属薄肉構造体を成形する加工方法としては、曲げ加工、張り出し加工、深絞り加工等が挙げられるが、鍛造加工による方法も提案されている。例えば、特許文献１では、マグネシウム合金製鍛造薄肉成形体の製造方法が記載されており、荒鍛造加工用金型のポンチ肩部（またはダイ角部）の半径を、仕上鍛造加工用金型のポンチ肩部（またはダイ角部）の半径の２〜７倍とした金型を使用し、マグネシウム合金薄板素材を少なくとも荒鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．５ｍｍ以下の成形体に成形する点が記載されている。また、特許文献２では、板厚３ｍｍ以下のマグネシウム合金製薄板素材を、壁部の立ち上がり内側角部および／または外側角部の面取りまたは半径が１ｍｍ以下、ポンチまたはダイに窪み部分を有した金型を用い、素材温度２００〜５４０℃で、成形荷重１〜３０ｔｏｎ／ｃｍ2 、鍛造速度１〜５００ｍｍ／秒、圧下率７５％以下で荒鍛造した後、圧下率３０％以下で仕上鍛造し、主要部肉厚１．５ｍｍ以下にする点が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２４６３８６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属薄板を用いて金属薄肉構造体を成形加工する場合、その板厚のままで曲げ加工を行うといった成形は簡単に行うことができるが、板厚を薄くする加工を行う場合には、割れやしわといった欠陥が生じやすくなる。また、鍛造加工においてもプレス成形を行う場合には、板厚を薄くして加工を行おうとすると大きな荷重を加える必要があり、そのための設備コストが大きくなる。
【０００４】
したがって、例えば、マグネシウム合金材料を用いて金属薄肉構造体を成形加工する場合には、鋳造の一種であるダイカスト法、樹脂の射出成形と類似のチクソモールディング法が一般に用いられているが、内部欠陥が多い、溶接工程等の工程数が多いといった課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、金属薄板に大きな荷重を加えることなく鍛造加工により成形できるとともに寸法精度が高く成形された金属薄肉構造体及びその鍛造成形加工方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金属薄肉構造体は、金属薄板の周辺領域を鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体であって、中央領域よりも周辺領域が薄肉に形成された底面部の周囲に一体成形された周壁部を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工方法は、金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら金属薄板の中央領域以外の周辺領域に押出し加工荷重を加えて周壁部を一体成形することを特徴とする。さらに、前記金属薄板の周辺領域は、成形する周壁部の容積に対応して前記金属薄板の外周端から内側に画定されることを特徴とする。さらに、温間鍛造の温度領域で行われることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工装置は、金属薄板の中央領域に対向して配設された板押え部及び金属薄板の中央領域以外の周辺領域に対向して配設されたパンチ部を備えた上型と、前記板押え部及び前記パンチ部に対向して配設されるダイ部及び当該ダイ部の周囲に上下動可能に配設されるとともに前記パンチ部の側面との間に所定の間隔を空けて型ガイド面が形成された型ガイド部を備えた下型と、前記上型及び下型を相対的に移動させて前記パンチ部及び前記ダイ部の間に押出し加工荷重を加える加工荷重印加手段と、前記板押え部を金属薄板の中央領域に圧接させて所定の荷重を加える押え荷重印加手段と、前記型ガイド部を上下動させる移動手段とを備えていることを特徴とする。さらに、前記上型及び前記下型には、前記金属薄板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。さらに、前記押え荷重印加手段は、荷重を加えるバネ部材を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記のような構成を備えることで、金属薄板の周辺領域のみ鍛造押出し加工により成形しているので、小さい荷重で鍛造加工が行うことが可能となり、低コストで寸法精度の高い金属薄肉構造体を得ることができる。そして、底面部から周壁部にかけて鍛造押出し加工で成形することで、軽量で欠陥のない強度の高い構造体となる。
【００１０】
すなわち、鍛造加工によりプレス成形する場合、金属薄板に対して大きな荷重を加えなければ加工することができないが、こうした大きな荷重を加える必要があるのは金属薄板の中央領域であり、周辺領域をプレス成形する場合には比較的小さな荷重で加工することができる。そして、周辺領域を鍛造押出し加工により薄くしながら流動させて周壁部を成形すれば、筐体や容器状の金属薄肉構造体を精度よく簡単に鍛造成形加工することが可能となる。つまり、周壁部の成形に必要な量を供給する周辺領域のみ鍛造押出し加工すればよいため、小さい領域のみ荷重を加えればよく鍛造荷重か小さくて済む。
【００１１】
そして、金属筐体のような金属薄肉構造体では、底面部から周壁部にかけて湾曲する部分に応力が集中して破壊が発生しやすいが、鍛造押出し加工により成形することで薄肉でも十分な強度を有する構造体とすることができる。
【００１２】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工方法は、金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で周辺領域に押出し加工荷重を加えるので、鍛造押出し加工による周辺領域に生じる流動が中央領域に向かうことなく外方に向かうようになり、効率よく周壁部を成形することができる。そして、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら鍛造押出し加工を行うことで、鍛造押出し加工により流動して外方に向かった金属材料は、型ガイド面に誘導されて金属薄板の加工面と交差する方向に流動して周壁部を成形することができる。このように周辺領域から外方にほぼ均一に流動していくのでスムーズに鍛造押出し加工を行うことができ、割れやしわ等の欠陥がほとんど生じない。
【００１３】
そして、金属薄板の周辺領域を、成形する周壁部の容積に対応して金属薄板の外周端から内側に画定すれば、周壁部の高さを設計通りに鍛造成形加工することができる。
【００１４】
また、温間鍛造の温度領域で鍛造押出し加工を行うことで、マグネシウム合金材料等の常温では鍛造押出し加工が困難な材料についても容易に鍛造成形加工できる。
【００１５】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工装置は、押え荷重印加手段により金属薄板の中央領域に上型の板押え部を圧着させて所定の荷重を加え、加工荷重印加手段により金属薄板の周辺領域をパンチ部及びダイ部で挟み込んで押出し加工荷重を加えるように構成されているので、鍛造押出し加工による流動が中央領域に向かうことなく確実に外方に向かうようにすることができる。そして、下型の型ガイド部を移動手段により上下動するように構成されているので、鍛造押出し加工により外方に向かって流動する金属材料を型ガイド部の型ガイド面が移動しながらパンチ部の側面との間に誘導して確実に周壁部に成形することができる。したがって、一度のプレス成形により金属薄肉構造体を成形でき、効率よく鍛造成形加工を行うことが可能となる。
【００１６】
また、上型及び下型に金属薄板を加熱する加熱手段を設けることで、金属薄板を上型及び下型の間にセットすれば、金属薄板を温間鍛造の温度領域に安定した状態で維持することができる。
【００１７】
また、押え荷重印加手段が、荷重を加えるバネ部材を備えていることで、常時一定の荷重が板押え部に加えられるため、安定した状態で金属薄板をダイ部に圧着させて保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る鍛造成形加工装置に関する概略構成図である。この例では、鍛造成形加工装置としてサーボプレス１を用いている。サーボプレス１は、クランク機構、エキセン機構、リンク機構等の駆動力伝達機構が内蔵されたクラウン２と、クラウン２内の駆動力伝達機構にプランジャ４を介して連結されたスライド３と、ボルスタ６が取り付けられたベッド７と、ベッド７の上面に立設されてクラウン２を支持するアプライト８とを備えている。そして、スライド３の下面には上型１００が取付固定されており、ボルスタ６の上面には下型２００が取付固定されている。
【００２０】
図２は、サーボプレス１の動作制御に関する概略構成図である。スライド３は、サーボモータ９により駆動されるスライド駆動部５により上下方向に移動制御されるようになっており、コントローラ１０からの駆動制御信号によりサーボモータ９の回転駆動制御が行われてスライド３の位置調整が行われる。サーボプレス１は、スライド３の下死点位置補正装置が設けられており、コントローラ１０は、スライド位置検知器１１からの検知信号に基づいて位置調整モータ１２を回転駆動して位置調整機構１３を動作させて位置補正を行うようになっている。
【００２１】
上述のサーボプレス１では、サーボモータ９によりスライド３の位置制御を精密に行えるため、後述するように上型及び下型に加熱手段を取り付けて上型及び下型を金属薄板に接触させた位置に調整して加熱することができるようになり、加熱工程からプレス工程を１台の装置で連続して行うことが可能となる。したがって、高効率で低コストの鍛造成形加工が実現できる。
【００２２】
図３は、上型１００及び下型２００に関する概略構成図である。図３では、スライド３に固定された上型１００が下方に移動して下型２００に圧着したプレス状態を示している。
【００２３】
上型１００は、スライド３の下面に取付固定されるベース１０１と、ベース１０１の下面に断熱板Ｔを介して固定される取付基台１０２と、取付基台１０２の下面に断熱板Ｔを介して固定されるバネ保持部１０３と、バネ保持部１０３の下面に断熱板Ｔを介して固定されるパンチ部１０４と、パンチ部１０４の中央部分に穿設された取付穴１０６に嵌合する板押え部１０５とを備えている。バネ保持部１０３の内部には、圧縮バネ部材１０７を収容する収容部１０８が形成されている。
【００２４】
ベース１０１及び取付基台１０２の中央部分に穿設されて連通する取付穴１０９には背圧ロッド１１０が挿着されており、その下端部は収容部１０８内まで延設されている。板押え部１０５の上端部にはフランジ部１０５ｂが形成されており、パンチ部１０４の上面に配設された断熱板Ｔの上面にフランジ部１０５ｂが配設されている。そして、フランジ部１０５の上面は、断熱板Ｔを介して圧縮バネ部材１０７が圧接して下方に付勢されるようになっており、また背圧ロッド１１０の下端部が当接するように設定されている。
【００２５】
パンチ部１０４の内部にはヒータＨが挿着されており、ヒータＨを加熱することでパンチ部１０４全体が加熱されるようになっている。
【００２６】
下型２００は、ボルスタ６の上面に取付固定されるベース２０１と、ベース２０１の上面に断熱板Ｔを介して固定された取付基台２０２と、取付基台２０２の上面に断熱板Ｔを介して固定されたダイ部２０３と、ダイ部２０３の周囲に上下動可能に配設された型ガイド部２０４を備えている。
【００２７】
ベース２０１の中央部分には取付穴２０５が穿設されており、取付穴２０５には背圧プレート２０６が嵌着されている。型ガイド部２０４の下部から延設されたロッド部２０４ａは、取付基台２０２に穿設された孔部を貫通して背圧プレート２０６の上面に当接するように設定されている。
【００２８】
ダイ部２０３及び型ガイド部２０４の内部にはヒータＨが挿着されており、ヒータＨを加熱することでダイ部２０３及び型ガイド部２０４全体が加熱されるようになっている。
【００２９】
パンチ部１０４の下面には、中央部分が突出するように押圧部１０４ａが形成されており、押圧部１０４ａの下面が金属薄板の加工面１０４ｂとなる。押圧部１０４ａの内部に板押え部１０５が貫通してその下面が加工面１０４ｂの中央部分に露出して圧接面１０５ａとなっている。
【００３０】
ダイ部２０３の上部は、押圧部１０４ａに対向するように形成された押圧部２０３ａが形成されており、押圧部２０３ａの上面は、加工面１０４ｂ及び圧接面１０５ａに対向して加工面１０４ｂの外形とほぼ合致するように形成された加工面２０３ｂとなっている。押圧部２０３ａの側面の全周にわたって型ガイド部２０４の内側面に形成された型ガイド面２０４ｂが当接しており、型ガイド部２０４ａが押圧部２０３ａの側面に沿って上昇すると、型ガイド面２０４ｂは、パンチ部１０４の押圧部１０４ａの側面１０４ｃに沿って上昇するようになる。その際に、押圧部１０４ａの側面１０４ｃと型ガイド面２０４ｂとの間には所定の間隔が空くように設定されている。
【００３１】
図４は、背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に圧力を加える背圧装置の一例を示す概略構成図である。この例では、エアコンプレッザ２０から供給される圧縮空気を用いて油圧ピストン２１を動作させて油圧を発生させてシリンダ２４及び２５を作動させ背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６にそれぞれ圧力を加えている。油圧管路には、バルブ２２、油圧ゲージ２３及びリリーフバルブ２４を取り付けて所定の荷重がシリンダを介して背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に加わるように設定する。
【００３２】
なお、背圧装置として油圧を用いる例を説明したが、油圧以外に機械的に圧力を加えるようにしてもよく、特に限定されない。
【００３３】
図５及び６は、上型１００及び下型２００により金属薄板Ｍの鍛造押出し加工を行う場合の工程を示す説明図である。図５では、上型１００が上昇した位置に設定されて背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６には、油圧がかけられていない状態となっている。この状態では、板押え部１０５が圧縮バネ部材１０７により下方に付勢されてパンチ部１０４の上面に配設された断熱板Ｔの上面に押圧されている。そのため、板押え部１０５の下面の圧接面１０５ａがパンチ部１０４の下面の加工面１０４ｂよりもわずかに下方に突出した状態となっている。
【００３４】
また、背圧プレート２０６は、油圧がかかっていないため自重で下方異動してベース２０１に当接した状態となっており、それに伴い型ガイド部２０４も下方に移動してダイ部２０３の下部の段差部に係止した状態となっている。この状態では、型ガイド部２０４の上面がダイ部２０３の加工面２０３ｂよりもわずかに突出した状態となる。そして、金属薄板Ｍは、予め全体に潤滑剤を塗布して加工面２０３ｂに嵌め込むように載置される。加工の際に加熱が必要な場合には、予めヒータＨに通電して加熱しておく。
【００３５】
次に、図６に示すように、上型１００を下方に移動してパンチ部１０４の加工面１０４ｂが金属薄板Ｍの上面の周辺領域に接触した状態になるように位置を微調整する。この状態では、板押え部１０５の圧接面１０５ａが金属薄板Ｍの中央領域に当接して押し込まれた状態となるため、圧縮バネ部材１０７の付勢力により金属薄板Ｍの中央領域が圧接されてダイ部２０３の加工面２０３ｂとの間に保持される。
【００３６】
金属薄板Ｍは、パンチ部１０４、ダイ部２０３及び型ガイド部２０４に囲まれた状態となるため、ヒータＨからの熱により全体が均一に所定温度となるように加熱される。温間鍛造などのように予め金属薄板を成形温度に設定する必要がある場合には、こうして上型及び下型で予め金属薄板を加熱することができ、効率的に加工を行うことが可能となる。冷間鍛造を行う場合には、図６に示す加熱工程は省略して鍛造押出し加工を行うようにすればよい。
【００３７】
所定温度に金属薄板を加熱した後背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に油圧が加えられるとともに上型１００及び下型２００に鍛造押出し加工に必要な荷重が加えられる。図３は、鍛造押出し加工が行われている状態を示している。背圧ロッド１１０に油圧が加えられることで板押え部１０５が圧下されて金属薄板Ｍの中央領域に圧接した圧接面１０５ａから所定の荷重が加えられた状態となり、そうした状態で金属薄板Ｍの周辺領域に対向するパンチ部１０４の加工面１０４ｂが圧下されてダイ部２０３の加工面２０３ｂとの間で鍛造押出し加工が行われる。
【００３８】
図７は、鍛造押出し加工が行われる部分の一部拡大図である。鍛造押出し加工により金属薄板Ｍの周辺領域に荷重Ｇ１が加えられて流動するようになるが、金属薄板Ｍの中央領域には荷重Ｇ２が加わった状態となっているため、周辺領域から外方に向かって流動するようになる。その際に、背圧プレート２０６が油圧により上昇して型ガイド部２０４がダイ部２０３の側面に沿って上昇し、それに伴って型ガイド面２０４ｂがパンチ部１０４の側面１０４ｃとの間に所定の間隔を空けて上昇するようになる。そのため、金属薄板Ｍの周辺領域から外方に向かって流動した金属は、点線の矢印で示すように、型ガイド面２０４ｂの上昇に誘導されて側面１０４ｃとの間の隙間に流入するようになる。こうして鍛造押出し加工により金属薄板Ｍの周囲に周壁部が成形されるようになる。
【００３９】
そして、パンチ部１０４の加工面１０４の圧下位置により型ガイド面２０４ｂと側面１０４ｃとの間に流入する金属量が変化するため、圧下位置を調整することで周壁部の高さを調整することができる。
【００４０】
図８は、矩形状の金属薄板Ｍを用いた場合の中央領域Ｍ０及び周辺領域Ｍ１を画定した例を示す平面図である。この例では、金属薄板Ｍは、平面視正方形状で四隅が丸められた形状をしており、こうした形状では、周辺領域は、四辺に対応して外周端から距離ｄ１だけ内側に入った境界線により画定されるとともに四隅では距離ｄ１よりも長い距離ｄ２だけ内側に入った境界線で画定される。こうした周辺領域の画定は、周壁部の形成に必要な容積に対応して設定すればよい。この例では、周囲に同じ高さの周壁部を形成するために、四辺から等距離に周辺領域を画定しているが、四隅の周壁部にはさらに多くの容積が必要となるため周辺領域の幅を大きく設定している。
【００４１】
このように、金属薄板Ｍの周囲に成形する周壁部の容積と予め算出しておき、それに対応して周辺領域の各部分において流動する容積がどの程度必要かを計算してその領域を画定するようにすればよい。また、こうして画定した中央領域に合致するように板押え部１０５の圧接面１０５ａを形成し、周辺領域に合致するようにパンチ部１０４の加工面１０４ｂを形成する。
【００４２】
図９は、図８の金属薄板Ｍを鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体Ｃに関する斜視図（図９（ａ））及びＡ−Ａ断面図（図９（ｂ））である。金属薄肉構造体Ｃは、底面部において鍛造押出し加工された周辺領域に対応する部分Ｃ１が鍛造押出し加工されていない中央領域に対応する部分Ｃ０よりも薄肉に形成されており、周囲に周壁部Ｃ２が所定の高さで形成されている。鍛造押出し加工により周辺領域から金属が流動するため周辺部分Ｃ１は中央部分Ｃ０よりも薄くなり、流動した分が周壁部Ｃ２として成形される。そのため、周辺部分Ｃ１から周壁部Ｃ２にかけて鍛造押出し加工されるので、鍛造による欠陥のない十分な強度を備えた構造体となっている。
【００４３】
図１０は、平面視円形状の金属薄板Ｍ’を用いた場合の中央領域Ｍ０’及び周辺領域Ｍ１’を画定した例を示す平面図である。この例では、金属薄板Ｍ’の外周から内側に距離ｄ１’だけ内側に入った境界線により画定する。こうして画定した中央領域Ｍ０’及び周辺領域Ｍ１’に合せて板押え部１０５の圧接面１０５ａ及びパンチ部１０４の加工面１０４ｂを形成して鍛造押出し加工を行うことで、周囲に周壁部を成形することができる。
【００４４】
金属薄板の平面形状は、上述した矩形状や円形状以外の形状にも対応することが可能で、角部等の周壁部の成形に多くの容積の金属が必要な箇所については、周辺領域の幅を広く設定すればよい。
【００４５】
図１１は、板押え部１０５に関する変形例を示す概略図である。この例では、板押え部１０５を周辺押え部１０５Ａ及び中心押え部１０５Ｂに分割し、断面がドーナツ状に形成された周辺押え部１０５Ａ内に中心押え部１０５Ｂが嵌合して摺動可能に取り付けられている。そして、周辺押え部１０５Ａは、上述したように、背圧ロッド１１０から油圧が印加されるが、中心押え部１０５Ｂには図示せぬ弾性部材により下方に付勢されて一定の押圧力Ｇ３で押圧するようになっている。そのため、油圧により荷重が加えられる領域を板押え部１０５の周辺だけとなり、荷重を加える領域を小さくすることができる。
【００４６】
板押え部１０５で押圧する中央領域が広くなってくると、中央領域全体を所定の荷重で押圧した状態を維持するためにはその分大きな荷重を板押え部１０５に加える必要がある。しかしながら、パンチ部１０４により鍛造押出し加工された際に中央領域への流動を抑止するためには、押圧領域の周辺に所定の荷重を加えておけばよく、必ずしも領域全体に加えておく必要はない。図１１に示す変形例では、油圧により荷重を加える領域を小さくすることができるので、板押え部１０５の押圧する領域が広がったとしてもそれに対応して大きな荷重を加える必要はなくなる。
【００４７】
なお、金属薄板の材料としては、ステンレス鋼材料、アルミニウム及びその合金材料、マグネシウム合金材料、銅及びその合金材料、チタン及びその合金材料等が挙げられる。アルミニウム及びその合金材料の場合には、常温で鍛造押出し加工が可能なことから、図６で説明したような加熱工程は不要となる。マグネシウム合金材料の場合には、材料を加熱して温間鍛造で鍛造押出し加工を行うようにすればよい。
【実施例】
【００４８】
金属薄板として、マグネシウム合金材料（ＡＳＴＭ規格；ＡＺ３１Ｂ）からなり、厚さ１．２ｍｍ、４５ｍｍ角の矩形状に形成されたものを用いた。サーボプレス（コマツ産機株式会社製、Ｈ１Ｆ４５；プレス能力４５ｔｏｎｆ、最大加工速度５３０ｍｍ／秒）を使用し、図３に示す上型及び下型を取り付けて鍛造成形加工を行った。金属薄板の中央領域は矩形状に設定した。
【００４９】
金属薄板は、上型及び下型の間に１０秒間保持することで加熱した。加熱温度は、３５０℃に設定した。温度の測定は、金属薄板表面の温度を赤外線サーモグラフィを用いて確認した。
【００５０】
パンチ部の圧下率Ｒ（％）を、金属薄板の周辺領域の加工前の厚さｔ0及び加工後の厚さｔを用いて以下のとおり定義し、０〜６０％に変化させて行った。
Ｒ＝（ｔ0−ｔ）／ｔ0×１００
また、背圧ロッド及び背圧プレートに加えられる荷重ｐについては、１．０２〜５．８６ＭＰａに変化させて行った。
【００５１】
成形された構造体の周壁部及び底面部については、欠陥のない十分な強度を備えたものであった。実験結果を図１２に示す。図１２では、横軸及び縦軸にそれぞれ圧下率Ｒ及び成形された周壁部の高さｈをとり、背圧荷重ｐ毎の測定結果をグラフ化している。実験結果をみると、背圧荷重ｐによる周壁部の高さｈの変化はあまり認められず、小さい荷重ｐでも圧下率Ｒを変化させることで周壁部の高さを調整できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、携帯端末、携帯電話、デジタルカメラ等の小型電子機器の筐体構造に好適であり、ノートブック型のパソコンといった軽量化が要請される電子機器に用いることで、より軽く十分な強度を有する優れた筐体を鍛造成形加工することができる。また、複写機やプリンタといった精密機器に用いることで、寸法精度の高い部品を鍛造成形加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る鍛造成形加工装置に関する概略構成図である。
【図２】サーボプレスの動作制御に関する概略構成図である。
【図３】上型及び下型に関する概略構成図である。
【図４】背圧ロッド及び背圧プレートに関する背圧装置の概略構成図である。
【図５】上型及び下型による金属薄板の鍛造押出し加工に関する説明図である。
【図６】上型及び下型による金属薄板の鍛造押出し加工に関する説明図である。
【図７】鍛造押出し加工が行われる部分の一部拡大図である。
【図８】矩形状の金属薄板に関する中央領域及び周辺領域を示す平面図である。
【図９】図８の金属薄板を成形した金属薄肉構造体に関する斜視図及びＡ−Ａ断面図である。
【図１０】円形状の金属薄板に関する中央領域及び周辺領域を示す平面図である。
【図１１】板押え部に関する変形例を示す概略図である。
【図１２】圧下率Ｒを変化させた場合の周壁部の高さｈの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ サーボプレス
100 上型
104 パンチ部
105 板押え部
107 圧縮バネ部材
110 背圧ロッド
200 下型
203 ダイ部
204 型ガイド部
206 背圧プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄板を用いて鍛造加工により一体成形された金属薄肉構造体並びにその鍛造成形加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄板を用いて筐体や容器といった金属薄肉構造体を成形する加工方法としては、曲げ加工、張り出し加工、深絞り加工等が挙げられるが、鍛造加工による方法も提案されている。例えば、特許文献１では、マグネシウム合金製鍛造薄肉成形体の製造方法が記載されており、荒鍛造加工用金型のポンチ肩部（またはダイ角部）の半径を、仕上鍛造加工用金型のポンチ肩部（またはダイ角部）の半径の２〜７倍とした金型を使用し、マグネシウム合金薄板素材を少なくとも荒鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．５ｍｍ以下の成形体に成形する点が記載されている。また、特許文献２では、板厚３ｍｍ以下のマグネシウム合金製薄板素材を、壁部の立ち上がり内側角部および／または外側角部の面取りまたは半径が１ｍｍ以下、ポンチまたはダイに窪み部分を有した金型を用い、素材温度２００〜５４０℃で、成形荷重１〜３０ｔｏｎ／ｃｍ2 、鍛造速度１〜５００ｍｍ／秒、圧下率７５％以下で荒鍛造した後、圧下率３０％以下で仕上鍛造し、主要部肉厚１．５ｍｍ以下にする点が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２４６３８６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属薄板を用いて金属薄肉構造体を成形加工する場合、その板厚のままで曲げ加工を行うといった成形は簡単に行うことができるが、板厚を薄くする加工を行う場合には、割れやしわといった欠陥が生じやすくなる。また、鍛造加工においてもプレス成形を行う場合には、板厚を薄くして加工を行おうとすると大きな荷重を加える必要があり、そのための設備コストが大きくなる。
【０００４】
したがって、例えば、マグネシウム合金材料を用いて金属薄肉構造体を成形加工する場合には、鋳造の一種であるダイカスト法、樹脂の射出成形と類似のチクソモールディング法が一般に用いられているが、内部欠陥が多い、溶接工程等の工程数が多いといった課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、金属薄板に大きな荷重を加えることなく鍛造加工により成形できるとともに寸法精度が高く成形された金属薄肉構造体及びその鍛造成形加工方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金属薄肉構造体は、金属薄板の周辺領域を鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体であって、中央領域よりも周辺領域が薄肉に形成された底面部の周囲に一体成形された周壁部を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工方法は、金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら金属薄板の中央領域以外の周辺領域に押出し加工荷重を加えて周壁部を一体成形することを特徴とする。さらに、前記金属薄板の周辺領域は、成形する周壁部の容積に対応して前記金属薄板の外周端から内側に画定されることを特徴とする。さらに、温間鍛造の温度領域で行われることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工装置は、金属薄板の中央領域に対向して配設された板押え部及び金属薄板の中央領域以外の周辺領域に対向して配設されたパンチ部を備えた上型と、前記板押え部及び前記パンチ部に対向して配設されるダイ部及び当該ダイ部の周囲に上下動可能に配設されるとともに前記パンチ部の側面との間に所定の間隔を空けて型ガイド面が形成された型ガイド部を備えた下型と、前記上型及び下型を相対的に移動させて前記パンチ部及び前記ダイ部の間に押出し加工荷重を加える加工荷重印加手段と、前記板押え部を金属薄板の中央領域に圧接させて所定の荷重を加える押え荷重印加手段と、前記型ガイド部を上下動させる移動手段とを備えていることを特徴とする。さらに、前記上型及び前記下型には、前記金属薄板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。さらに、前記押え荷重印加手段は、荷重を加えるバネ部材を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記のような構成を備えることで、金属薄板の周辺領域のみ鍛造押出し加工により成形しているので、小さい荷重で鍛造加工が行うことが可能となり、低コストで寸法精度の高い金属薄肉構造体を得ることができる。そして、底面部から周壁部にかけて鍛造押出し加工で成形することで、軽量で欠陥のない強度の高い構造体となる。
【００１０】
すなわち、鍛造加工によりプレス成形する場合、金属薄板に対して大きな荷重を加えなければ加工することができないが、こうした大きな荷重を加える必要があるのは金属薄板の中央領域であり、周辺領域をプレス成形する場合には比較的小さな荷重で加工することができる。そして、周辺領域を鍛造押出し加工により薄くしながら流動させて周壁部を成形すれば、筐体や容器状の金属薄肉構造体を精度よく簡単に鍛造成形加工することが可能となる。つまり、周壁部の成形に必要な量を供給する周辺領域のみ鍛造押出し加工すればよいため、小さい領域のみ荷重を加えればよく鍛造荷重か小さくて済む。
【００１１】
そして、金属筐体のような金属薄肉構造体では、底面部から周壁部にかけて湾曲する部分に応力が集中して破壊が発生しやすいが、鍛造押出し加工により成形することで薄肉でも十分な強度を有する構造体とすることができる。
【００１２】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工方法は、金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で周辺領域に押出し加工荷重を加えるので、鍛造押出し加工による周辺領域に生じる流動が中央領域に向かうことなく外方に向かうようになり、効率よく周壁部を成形することができる。そして、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら鍛造押出し加工を行うことで、鍛造押出し加工により流動して外方に向かった金属材料は、型ガイド面に誘導されて金属薄板の加工面と交差する方向に流動して周壁部を成形することができる。このように周辺領域から外方にほぼ均一に流動していくのでスムーズに鍛造押出し加工を行うことができ、割れやしわ等の欠陥がほとんど生じない。
【００１３】
そして、金属薄板の周辺領域を、成形する周壁部の容積に対応して金属薄板の外周端から内側に画定すれば、周壁部の高さを設計通りに鍛造成形加工することができる。
【００１４】
また、温間鍛造の温度領域で鍛造押出し加工を行うことで、マグネシウム合金材料等の常温では鍛造押出し加工が困難な材料についても容易に鍛造成形加工できる。
【００１５】
本発明に係る金属薄板の鍛造成形加工装置は、押え荷重印加手段により金属薄板の中央領域に上型の板押え部を圧着させて所定の荷重を加え、加工荷重印加手段により金属薄板の周辺領域をパンチ部及びダイ部で挟み込んで押出し加工荷重を加えるように構成されているので、鍛造押出し加工による流動が中央領域に向かうことなく確実に外方に向かうようにすることができる。そして、下型の型ガイド部を移動手段により上下動するように構成されているので、鍛造押出し加工により外方に向かって流動する金属材料を型ガイド部の型ガイド面が移動しながらパンチ部の側面との間に誘導して確実に周壁部に成形することができる。したがって、一度のプレス成形により金属薄肉構造体を成形でき、効率よく鍛造成形加工を行うことが可能となる。
【００１６】
また、上型及び下型に金属薄板を加熱する加熱手段を設けることで、金属薄板を上型及び下型の間にセットすれば、金属薄板を温間鍛造の温度領域に安定した状態で維持することができる。
【００１７】
また、押え荷重印加手段が、荷重を加えるバネ部材を備えていることで、常時一定の荷重が板押え部に加えられるため、安定した状態で金属薄板をダイ部に圧着させて保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る鍛造成形加工装置に関する概略構成図である。この例では、鍛造成形加工装置としてサーボプレス１を用いている。サーボプレス１は、クランク機構、エキセン機構、リンク機構等の駆動力伝達機構が内蔵されたクラウン２と、クラウン２内の駆動力伝達機構にプランジャ４を介して連結されたスライド３と、ボルスタ６が取り付けられたベッド７と、ベッド７の上面に立設されてクラウン２を支持するアプライト８とを備えている。そして、スライド３の下面には上型１００が取付固定されており、ボルスタ６の上面には下型２００が取付固定されている。
【００２０】
図２は、サーボプレス１の動作制御に関する概略構成図である。スライド３は、サーボモータ９により駆動されるスライド駆動部５により上下方向に移動制御されるようになっており、コントローラ１０からの駆動制御信号によりサーボモータ９の回転駆動制御が行われてスライド３の位置調整が行われる。サーボプレス１は、スライド３の下死点位置補正装置が設けられており、コントローラ１０は、スライド位置検知器１１からの検知信号に基づいて位置調整モータ１２を回転駆動して位置調整機構１３を動作させて位置補正を行うようになっている。
【００２１】
上述のサーボプレス１では、サーボモータ９によりスライド３の位置制御を精密に行えるため、後述するように上型及び下型に加熱手段を取り付けて上型及び下型を金属薄板に接触させた位置に調整して加熱することができるようになり、加熱工程からプレス工程を１台の装置で連続して行うことが可能となる。したがって、高効率で低コストの鍛造成形加工が実現できる。
【００２２】
図３は、上型１００及び下型２００に関する概略構成図である。図３では、スライド３に固定された上型１００が下方に移動して下型２００に圧着したプレス状態を示している。
【００２３】
上型１００は、スライド３の下面に取付固定されるベース１０１と、ベース１０１の下面に断熱板Ｔを介して固定される取付基台１０２と、取付基台１０２の下面に断熱板Ｔを介して固定されるバネ保持部１０３と、バネ保持部１０３の下面に断熱板Ｔを介して固定されるパンチ部１０４と、パンチ部１０４の中央部分に穿設された取付穴１０６に嵌合する板押え部１０５とを備えている。バネ保持部１０３の内部には、圧縮バネ部材１０７を収容する収容部１０８が形成されている。
【００２４】
ベース１０１及び取付基台１０２の中央部分に穿設されて連通する取付穴１０９には背圧ロッド１１０が挿着されており、その下端部は収容部１０８内まで延設されている。板押え部１０５の上端部にはフランジ部１０５ｂが形成されており、パンチ部１０４の上面に配設された断熱板Ｔの上面にフランジ部１０５ｂが配設されている。そして、フランジ部１０５の上面は、断熱板Ｔを介して圧縮バネ部材１０７が圧接して下方に付勢されるようになっており、また背圧ロッド１１０の下端部が当接するように設定されている。
【００２５】
パンチ部１０４の内部にはヒータＨが挿着されており、ヒータＨを加熱することでパンチ部１０４全体が加熱されるようになっている。
【００２６】
下型２００は、ボルスタ６の上面に取付固定されるベース２０１と、ベース２０１の上面に断熱板Ｔを介して固定された取付基台２０２と、取付基台２０２の上面に断熱板Ｔを介して固定されたダイ部２０３と、ダイ部２０３の周囲に上下動可能に配設された型ガイド部２０４を備えている。
【００２７】
ベース２０１の中央部分には取付穴２０５が穿設されており、取付穴２０５には背圧プレート２０６が嵌着されている。型ガイド部２０４の下部から延設されたロッド部２０４ａは、取付基台２０２に穿設された孔部を貫通して背圧プレート２０６の上面に当接するように設定されている。
【００２８】
ダイ部２０３及び型ガイド部２０４の内部にはヒータＨが挿着されており、ヒータＨを加熱することでダイ部２０３及び型ガイド部２０４全体が加熱されるようになっている。
【００２９】
パンチ部１０４の下面には、中央部分が突出するように押圧部１０４ａが形成されており、押圧部１０４ａの下面が金属薄板の加工面１０４ｂとなる。押圧部１０４ａの内部に板押え部１０５が貫通してその下面が加工面１０４ｂの中央部分に露出して圧接面１０５ａとなっている。
【００３０】
ダイ部２０３の上部は、押圧部１０４ａに対向するように形成された押圧部２０３ａが形成されており、押圧部２０３ａの上面は、加工面１０４ｂ及び圧接面１０５ａに対向して加工面１０４ｂの外形とほぼ合致するように形成された加工面２０３ｂとなっている。押圧部２０３ａの側面の全周にわたって型ガイド部２０４の内側面に形成された型ガイド面２０４ｂが当接しており、型ガイド部２０４ａが押圧部２０３ａの側面に沿って上昇すると、型ガイド面２０４ｂは、パンチ部１０４の押圧部１０４ａの側面１０４ｃに沿って上昇するようになる。その際に、押圧部１０４ａの側面１０４ｃと型ガイド面２０４ｂとの間には所定の間隔が空くように設定されている。
【００３１】
図４は、背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に圧力を加える背圧装置の一例を示す概略構成図である。この例では、エアコンプレッザ２０から供給される圧縮空気を用いて油圧ピストン２１を動作させて油圧を発生させてシリンダ２４及び２５を作動させ背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６にそれぞれ圧力を加えている。油圧管路には、バルブ２２、油圧ゲージ２３及びリリーフバルブ２４を取り付けて所定の荷重がシリンダを介して背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に加わるように設定する。
【００３２】
なお、背圧装置として油圧を用いる例を説明したが、油圧以外に機械的に圧力を加えるようにしてもよく、特に限定されない。
【００３３】
図５及び６は、上型１００及び下型２００により金属薄板Ｍの鍛造押出し加工を行う場合の工程を示す説明図である。図５では、上型１００が上昇した位置に設定されて背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６には、油圧がかけられていない状態となっている。この状態では、板押え部１０５が圧縮バネ部材１０７により下方に付勢されてパンチ部１０４の上面に配設された断熱板Ｔの上面に押圧されている。そのため、板押え部１０５の下面の圧接面１０５ａがパンチ部１０４の下面の加工面１０４ｂよりもわずかに下方に突出した状態となっている。
【００３４】
また、背圧プレート２０６は、油圧がかかっていないため自重で下方異動してベース２０１に当接した状態となっており、それに伴い型ガイド部２０４も下方に移動してダイ部２０３の下部の段差部に係止した状態となっている。この状態では、型ガイド部２０４の上面がダイ部２０３の加工面２０３ｂよりもわずかに突出した状態となる。そして、金属薄板Ｍは、予め全体に潤滑剤を塗布して加工面２０３ｂに嵌め込むように載置される。加工の際に加熱が必要な場合には、予めヒータＨに通電して加熱しておく。
【００３５】
次に、図６に示すように、上型１００を下方に移動してパンチ部１０４の加工面１０４ｂが金属薄板Ｍの上面の周辺領域に接触した状態になるように位置を微調整する。この状態では、板押え部１０５の圧接面１０５ａが金属薄板Ｍの中央領域に当接して押し込まれた状態となるため、圧縮バネ部材１０７の付勢力により金属薄板Ｍの中央領域が圧接されてダイ部２０３の加工面２０３ｂとの間に保持される。
【００３６】
金属薄板Ｍは、パンチ部１０４、ダイ部２０３及び型ガイド部２０４に囲まれた状態となるため、ヒータＨからの熱により全体が均一に所定温度となるように加熱される。温間鍛造などのように予め金属薄板を成形温度に設定する必要がある場合には、こうして上型及び下型で予め金属薄板を加熱することができ、効率的に加工を行うことが可能となる。冷間鍛造を行う場合には、図６に示す加熱工程は省略して鍛造押出し加工を行うようにすればよい。
【００３７】
所定温度に金属薄板を加熱した後背圧ロッド１１０及び背圧プレート２０６に油圧が加えられるとともに上型１００及び下型２００に鍛造押出し加工に必要な荷重が加えられる。図３は、鍛造押出し加工が行われている状態を示している。背圧ロッド１１０に油圧が加えられることで板押え部１０５が圧下されて金属薄板Ｍの中央領域に圧接した圧接面１０５ａから所定の荷重が加えられた状態となり、そうした状態で金属薄板Ｍの周辺領域に対向するパンチ部１０４の加工面１０４ｂが圧下されてダイ部２０３の加工面２０３ｂとの間で鍛造押出し加工が行われる。
【００３８】
図７は、鍛造押出し加工が行われる部分の一部拡大図である。鍛造押出し加工により金属薄板Ｍの周辺領域に荷重Ｇ１が加えられて流動するようになるが、金属薄板Ｍの中央領域には荷重Ｇ２が加わった状態となっているため、周辺領域から外方に向かって流動するようになる。その際に、背圧プレート２０６が油圧により上昇して型ガイド部２０４がダイ部２０３の側面に沿って上昇し、それに伴って型ガイド面２０４ｂがパンチ部１０４の側面１０４ｃとの間に所定の間隔を空けて上昇するようになる。そのため、金属薄板Ｍの周辺領域から外方に向かって流動した金属は、点線の矢印で示すように、型ガイド面２０４ｂの上昇に誘導されて側面１０４ｃとの間の隙間に流入するようになる。こうして鍛造押出し加工により金属薄板Ｍの周囲に周壁部が成形されるようになる。
【００３９】
そして、パンチ部１０４の加工面１０４の圧下位置により型ガイド面２０４ｂと側面１０４ｃとの間に流入する金属量が変化するため、圧下位置を調整することで周壁部の高さを調整することができる。
【００４０】
図８は、矩形状の金属薄板Ｍを用いた場合の中央領域Ｍ０及び周辺領域Ｍ１を画定した例を示す平面図である。この例では、金属薄板Ｍは、平面視正方形状で四隅が丸められた形状をしており、こうした形状では、周辺領域は、四辺に対応して外周端から距離ｄ１だけ内側に入った境界線により画定されるとともに四隅では距離ｄ１よりも長い距離ｄ２だけ内側に入った境界線で画定される。こうした周辺領域の画定は、周壁部の形成に必要な容積に対応して設定すればよい。この例では、周囲に同じ高さの周壁部を形成するために、四辺から等距離に周辺領域を画定しているが、四隅の周壁部にはさらに多くの容積が必要となるため周辺領域の幅を大きく設定している。
【００４１】
このように、金属薄板Ｍの周囲に成形する周壁部の容積と予め算出しておき、それに対応して周辺領域の各部分において流動する容積がどの程度必要かを計算してその領域を画定するようにすればよい。また、こうして画定した中央領域に合致するように板押え部１０５の圧接面１０５ａを形成し、周辺領域に合致するようにパンチ部１０４の加工面１０４ｂを形成する。
【００４２】
図９は、図８の金属薄板Ｍを鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体Ｃに関する斜視図（図９（ａ））及びＡ−Ａ断面図（図９（ｂ））である。金属薄肉構造体Ｃは、底面部において鍛造押出し加工された周辺領域に対応する部分Ｃ１が鍛造押出し加工されていない中央領域に対応する部分Ｃ０よりも薄肉に形成されており、周囲に周壁部Ｃ２が所定の高さで形成されている。鍛造押出し加工により周辺領域から金属が流動するため周辺部分Ｃ１は中央部分Ｃ０よりも薄くなり、流動した分が周壁部Ｃ２として成形される。そのため、周辺部分Ｃ１から周壁部Ｃ２にかけて鍛造押出し加工されるので、鍛造による欠陥のない十分な強度を備えた構造体となっている。
【００４３】
図１０は、平面視円形状の金属薄板Ｍ’を用いた場合の中央領域Ｍ０’及び周辺領域Ｍ１’を画定した例を示す平面図である。この例では、金属薄板Ｍ’の外周から内側に距離ｄ１’だけ内側に入った境界線により画定する。こうして画定した中央領域Ｍ０’及び周辺領域Ｍ１’に合せて板押え部１０５の圧接面１０５ａ及びパンチ部１０４の加工面１０４ｂを形成して鍛造押出し加工を行うことで、周囲に周壁部を成形することができる。
【００４４】
金属薄板の平面形状は、上述した矩形状や円形状以外の形状にも対応することが可能で、角部等の周壁部の成形に多くの容積の金属が必要な箇所については、周辺領域の幅を広く設定すればよい。
【００４５】
図１１は、板押え部１０５に関する変形例を示す概略図である。この例では、板押え部１０５を周辺押え部１０５Ａ及び中心押え部１０５Ｂに分割し、断面がドーナツ状に形成された周辺押え部１０５Ａ内に中心押え部１０５Ｂが嵌合して摺動可能に取り付けられている。そして、周辺押え部１０５Ａは、上述したように、背圧ロッド１１０から油圧が印加されるが、中心押え部１０５Ｂには図示せぬ弾性部材により下方に付勢されて一定の押圧力Ｇ３で押圧するようになっている。そのため、油圧により荷重が加えられる領域を板押え部１０５の周辺だけとなり、荷重を加える領域を小さくすることができる。
【００４６】
板押え部１０５で押圧する中央領域が広くなってくると、中央領域全体を所定の荷重で押圧した状態を維持するためにはその分大きな荷重を板押え部１０５に加える必要がある。しかしながら、パンチ部１０４により鍛造押出し加工された際に中央領域への流動を抑止するためには、押圧領域の周辺に所定の荷重を加えておけばよく、必ずしも領域全体に加えておく必要はない。図１１に示す変形例では、油圧により荷重を加える領域を小さくすることができるので、板押え部１０５の押圧する領域が広がったとしてもそれに対応して大きな荷重を加える必要はなくなる。
【００４７】
なお、金属薄板の材料としては、ステンレス鋼材料、アルミニウム及びその合金材料、マグネシウム合金材料、銅及びその合金材料、チタン及びその合金材料等が挙げられる。アルミニウム及びその合金材料の場合には、常温で鍛造押出し加工が可能なことから、図６で説明したような加熱工程は不要となる。マグネシウム合金材料の場合には、材料を加熱して温間鍛造で鍛造押出し加工を行うようにすればよい。
【実施例】
【００４８】
金属薄板として、マグネシウム合金材料（ＡＳＴＭ規格；ＡＺ３１Ｂ）からなり、厚さ１．２ｍｍ、４５ｍｍ角の矩形状に形成されたものを用いた。サーボプレス（コマツ産機株式会社製、Ｈ１Ｆ４５；プレス能力４５ｔｏｎｆ、最大加工速度５３０ｍｍ／秒）を使用し、図３に示す上型及び下型を取り付けて鍛造成形加工を行った。金属薄板の中央領域は矩形状に設定した。
【００４９】
金属薄板は、上型及び下型の間に１０秒間保持することで加熱した。加熱温度は、３５０℃に設定した。温度の測定は、金属薄板表面の温度を赤外線サーモグラフィを用いて確認した。
【００５０】
パンチ部の圧下率Ｒ（％）を、金属薄板の周辺領域の加工前の厚さｔ0及び加工後の厚さｔを用いて以下のとおり定義し、０〜６０％に変化させて行った。
Ｒ＝（ｔ0−ｔ）／ｔ0×１００
また、背圧ロッド及び背圧プレートに加えられる荷重ｐについては、１．０２〜５．８６ＭＰａに変化させて行った。
【００５１】
成形された構造体の周壁部及び底面部については、欠陥のない十分な強度を備えたものであった。実験結果を図１２に示す。図１２では、横軸及び縦軸にそれぞれ圧下率Ｒ及び成形された周壁部の高さｈをとり、背圧荷重ｐ毎の測定結果をグラフ化している。実験結果をみると、背圧荷重ｐによる周壁部の高さｈの変化はあまり認められず、小さい荷重ｐでも圧下率Ｒを変化させることで周壁部の高さを調整できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、携帯端末、携帯電話、デジタルカメラ等の小型電子機器の筐体構造に好適であり、ノートブック型のパソコンといった軽量化が要請される電子機器に用いることで、より軽く十分な強度を有する優れた筐体を鍛造成形加工することができる。また、複写機やプリンタといった精密機器に用いることで、寸法精度の高い部品を鍛造成形加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る鍛造成形加工装置に関する概略構成図である。
【図２】サーボプレスの動作制御に関する概略構成図である。
【図３】上型及び下型に関する概略構成図である。
【図４】背圧ロッド及び背圧プレートに関する背圧装置の概略構成図である。
【図５】上型及び下型による金属薄板の鍛造押出し加工に関する説明図である。
【図６】上型及び下型による金属薄板の鍛造押出し加工に関する説明図である。
【図７】鍛造押出し加工が行われる部分の一部拡大図である。
【図８】矩形状の金属薄板に関する中央領域及び周辺領域を示す平面図である。
【図９】図８の金属薄板を成形した金属薄肉構造体に関する斜視図及びＡ−Ａ断面図である。
【図１０】円形状の金属薄板に関する中央領域及び周辺領域を示す平面図である。
【図１１】板押え部に関する変形例を示す概略図である。
【図１２】圧下率Ｒを変化させた場合の周壁部の高さｈの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ サーボプレス
100 上型
104 パンチ部
105 板押え部
107 圧縮バネ部材
110 背圧ロッド
200 下型
203 ダイ部
204 型ガイド部
206 背圧プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板の周辺領域を鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体であって、中央領域よりも周辺領域が薄肉に形成された底面部の周囲に一体成形された周壁部を備えていることを特徴とする金属薄肉構造体。
【請求項２】
金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら金属薄板の中央領域以外の周辺領域に押出し加工荷重を加えて周壁部を一体成形することを特徴とする金属薄板の鍛造成形加工方法。
【請求項３】
前記金属薄板の周辺領域は、成形する周壁部の容積に対応して前記金属薄板の外周端から内側に画定されることを特徴とする請求項２に記載の鍛造成形加工方法。
【請求項４】
温間鍛造の温度領域で行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の鍛造成形加工方法。
【請求項５】
金属薄板の中央領域に対向して配設された板押え部及び金属薄板の中央領域以外の周辺領域に対向して配設されたパンチ部を備えた上型と、前記板押え部及び前記パンチ部に対向して配設されるダイ部及び当該ダイ部の周囲に上下動可能に配設されるとともに前記パンチ部の側面との間に所定の間隔を空けて型ガイド面が形成された型ガイド部を備えた下型と、前記上型及び下型を相対的に移動させて前記パンチ部及び前記ダイ部の間に押出し加工荷重を加える加工荷重印加手段と、前記板押え部を金属薄板の中央領域に圧接させて所定の荷重を加える押え荷重印加手段と、前記型ガイド部を上下動させる移動手段とを備えていることを特徴とする金属薄板の鍛造成形加工装置。
【請求項６】
前記上型及び前記下型には、前記金属薄板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の鍛造成形加工装置。
【請求項７】
前記押え荷重印加手段は、荷重を加えるバネ部材を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の鍛造成形加工装置。
【請求項１】
金属薄板の周辺領域を鍛造押出し加工により成形した金属薄肉構造体であって、中央領域よりも周辺領域が薄肉に形成された底面部の周囲に一体成形された周壁部を備えていることを特徴とする金属薄肉構造体。
【請求項２】
金属薄板の中央領域に所定の荷重を加えた状態で、金属薄板の周囲に配置された型ガイド面を金属薄板の加工面と交差する方向に移動させながら金属薄板の中央領域以外の周辺領域に押出し加工荷重を加えて周壁部を一体成形することを特徴とする金属薄板の鍛造成形加工方法。
【請求項３】
前記金属薄板の周辺領域は、成形する周壁部の容積に対応して前記金属薄板の外周端から内側に画定されることを特徴とする請求項２に記載の鍛造成形加工方法。
【請求項４】
温間鍛造の温度領域で行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の鍛造成形加工方法。
【請求項５】
金属薄板の中央領域に対向して配設された板押え部及び金属薄板の中央領域以外の周辺領域に対向して配設されたパンチ部を備えた上型と、前記板押え部及び前記パンチ部に対向して配設されるダイ部及び当該ダイ部の周囲に上下動可能に配設されるとともに前記パンチ部の側面との間に所定の間隔を空けて型ガイド面が形成された型ガイド部を備えた下型と、前記上型及び下型を相対的に移動させて前記パンチ部及び前記ダイ部の間に押出し加工荷重を加える加工荷重印加手段と、前記板押え部を金属薄板の中央領域に圧接させて所定の荷重を加える押え荷重印加手段と、前記型ガイド部を上下動させる移動手段とを備えていることを特徴とする金属薄板の鍛造成形加工装置。
【請求項６】
前記上型及び前記下型には、前記金属薄板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の鍛造成形加工装置。
【請求項７】
前記押え荷重印加手段は、荷重を加えるバネ部材を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の鍛造成形加工装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３６６９９（Ｐ２００８−３６６９９Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１７５８１（Ｐ２００６−２１７５８１）
【出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名 平成１７年度 博士前期課程 公聴会 主催者名 国立大学法人福井大学 開催日 平成１８年２月１６日 発行者名 国立大学法人福井大学 刊行物名 ２００５年度（平成１７年度）学位論文要旨集 発行年月日 平成１８年２月１６日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度経済産業省近畿経済産業局「地域申請コンソーシアム研究開発事業（マグネシウム合金製携帯電子機器製造のための超精密複合鍛造技術の開発）に係る委託契約に基づく研究開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける出願
【出願人】（５０４１４５３２０）国立大学法人福井大学 (287)
【出願人】（３９１０１５６３８）アイテック株式会社 (16)
【出願人】（５９４０５４７８２）株式会社西村金属 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名 平成１７年度 博士前期課程 公聴会 主催者名 国立大学法人福井大学 開催日 平成１８年２月１６日 発行者名 国立大学法人福井大学 刊行物名 ２００５年度（平成１７年度）学位論文要旨集 発行年月日 平成１８年２月１６日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度経済産業省近畿経済産業局「地域申請コンソーシアム研究開発事業（マグネシウム合金製携帯電子機器製造のための超精密複合鍛造技術の開発）に係る委託契約に基づく研究開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける出願
【出願人】（５０４１４５３２０）国立大学法人福井大学 (287)
【出願人】（３９１０１５６３８）アイテック株式会社 (16)
【出願人】（５９４０５４７８２）株式会社西村金属 (5)
【Ｆターム（参考）】
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