(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状のダイと凸状のパンチで成形するプレス成形方法であって、
前記ダイのダイ肩部をブランク材における前記斜壁部に相当する部位に当接させた状態で、前記ダイを前記パンチ側に相対移動させてフォーム成形する第1ステップと、
前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチで挟持する第2ステップと、
前記端部側の部位を挟持した状態で、前記ダイを前記パンチ側に成形下死点まで相対移動させて、前記斜壁部を成形する第3ステップとを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を成形するプレス成形金型であって、
ブランク材が載置されて前記天板部を成形する天板成形部と前記斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するパンチ側掛止部とを有するパンチと、
前記パンチの斜壁成形部と協働して前記プレス成形品の斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するダイ側掛止部とを有するダイとを備え、
前記パンチ側掛止部と前記ダイ側掛止部は、それぞれプレス成形方向に平行な平行壁であって、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されていることを特徴とするプレス成形金型。
【背景技術】
【0002】
近年、環境問題に起因した車体の軽量化のため、自動車部品に高強度鋼板が多用されつつある。自動車部品の製作には、製作コストに優れたプレス成形が用いられることが多いが、高強度鋼板は強度の低い鋼板と比較し延性が劣るため、ブランク材の端部をブランクホルダーによって把持してしわ押さえ力を付与するドロー成形においては、ブランク材の端部近傍に大きな歪みが生じて材料破断に至りやすい。
そのため、高強度鋼板においては、ブランクホルダーを使用しない曲げ加工主体のフォーム成形を適用するケースが多い。しかし、フォーム成形では鋼板にかかる張力が比較的小さいため、部品形状による材料余りがしわ発生の直接要因となり易く、目標形状のプレス成形品を得ることは難しい。
【0003】
特許文献1には、プレス加工によるL形製品の製造方法が示されている。当該方法によれば、しわ押さえパッドを使用してプレス加工することで、L形製品の上壁におけるしわの発生及び伸びフランジ成形における割れを回避することができるとされている。
【0004】
特許文献2には、角部に円弧状部を有する部品を、縦壁にしわを発生させずに製造する方法が開示されている。当該方法は、円弧状部を成形しない中間成形品を作製する工程と、該工程により作製された中間成形品から円弧状部を絞り成形して角部を完成させる工程からなり、円弧状部に至らない部分にフランジ部のエッジ側から始まる切欠きを1個以上いれることでしわの発生を回避することができるとされている。
【0005】
特許文献3には、金属板素材をハット形断面に曲げ加工し、曲げ加工完了した直後に金属板素材の縦壁部に圧縮力を付与するようにしたプレス型が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
プレス成形時にしわの発生を抑制する従来手法には、プレス機とは別動力のしわ押さえパッド機構を用いて、しわが生じる部位に予めパッド荷重を付与しておくことで、材料余りによるブランク材の座屈を防止する方法がある。ところが、当該方法は、プレス成形初期にパンチとパッドにより挟持することができる部品上面に適用することは可能であるが、プレス機の駆動方向(プレス成形方向)に対して傾斜角を有する斜壁部に適用することは、その機構上できない。
【0008】
特許文献1に記載のプレス加工によるL形製品製造方法は、パンチとパッドによってブランク材を挟圧し、そのままパッドの高さを維持することで、L形製品の上壁湾曲部近傍のしわを抑制するものであるが、製品上壁のみに生じるしわを抑制できるものであって、プレス成形品の斜壁部に発生するしわの抑制には適用できない。
【0009】
特許文献2に記載の方法は、部品の製造に少なくとも2工程が必要となるため生産性に難がある上、ブランク材に切欠きを入れる必要があるので、本来得るべき製品形状と著しく異なるものになってしまう問題があった。
【0010】
特許文献3に記載のプレス型は、上型に摺動可能に取り付けられた吊りスライダによってダイの上曲げ刃が横方向に移動し、プレス成形品の縦壁部の上半分を挟持するとともに下半分に押圧して縦壁部を圧縮するものである。しかしながら、本願が扱う長手方向に沿って湾曲した斜壁部を有する部品のプレス成形では、曲げ加工する過程において前記斜壁部の湾曲の曲率が変化するため、前記プレス型の上曲げ刃の形状を曲げ加工過程における湾曲の曲率に合わせて変化させなくてはならないが、特許文献3に記載のプレス型では上曲げ刃の形状を曲げ加工過程において変化させることはできない。そのため、特許文献3に記載のプレス型では凸状に湾曲する斜壁部を有するプレス成形品を製造することはできない。
【0011】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品のプレス成形において、ブランク材に切欠きを入れることなく、又、前記斜壁部を1工程で成形することができ、該斜壁部にしわが発生するのを抑制できるプレス成形方法及びプレス成形金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
(1)本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状のダイと凸状のパンチで成形するプレス成形方法であって、前記ダイのダイ肩部をブランク材における前記斜壁部に相当する部位に当接させた状態で、前記ダイを前記パンチ側に相対移動させてフォーム成形する第1ステップと、前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチで挟持する第2ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態で、前記ダイを前記パンチ側に成形下死点まで相対移動させて、前記斜壁部を成形する第3ステップとを備えたことを特徴とするものである。
【0013】
(2)上記(1)に記載のものにおいて、少なくとも前記第1ステップにおいて、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位をパッドで押さえることを特徴とするものである。
【0014】
(3)本発明に係るプレス成形金型は、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を成形するプレス成形金型であって、ブランク材が載置されて前記天板部を成形する天板成形部と前記斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するパンチ側掛止部とを有するパンチと、前記パンチの斜壁成形部と協働して前記プレス成形品の斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するダイ側掛止部とを有するダイとを備え、前記パンチ側掛止部と前記ダイ側掛止部は、それぞれプレス成形方向に平行な平行壁であって、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0015】
(4)上記(3)に記載のものにおいて
、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を、前記パンチと協働して押えるパッドを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型においては、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状のダイと凸状のパンチにより成形するに際し、成形途中において前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチとで挟持し、該端部側の部位を挟持した状態で前記斜壁部を成形することにより、引張強度の高い高強度鋼板をブランク材として用いた場合においても、前記ブランク材の板厚方向への座屈を防止することができ、前記斜壁部においてしわの発生を抑制したプレス成形品を1工程で成形することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法は、
図2に示すように、天板部43と、天板部43の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部45を有し、斜壁部45の全体もしくは一部がプレス成形品41の長手方向に沿って平面視で斜壁部45側に凸状に湾曲したプレス成形品41を、凸状のパンチと凹状のダイを有するプレス成形金型で成形するものであり、該プレス成形方法に用いる前記プレス成形金型の一例としては、
図1に示すようなプレス成形金型1がある。
以下、本実施の形態に係るプレス成形方法及びプレス成形金型1を説明するに先立ち、まず、本発明で成形対象とするプレス成形品41について説明する。なお、以下の説明において、同じ構成要素については、同一の符号を付している。
【0019】
<プレス成形品>
本実施の形態においてプレス成形の目標形状となるプレス成形品41は、
図2に示すように、天板部43と、天板部43の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部45を有し、斜壁部45の全体もしくは一部がプレス成形品41の長手方向に沿って平面視で斜壁部45側に凸状に湾曲したものである。
斜壁部45は、接続部47を介して天板部43に連続し、プレス成形品41を成形する際にダイ5をパンチ3側へ相対移動する方向(プレス成形方向)に対して傾斜角θを有する。
【0020】
図2に示すようなプレス成形品41を、
図3に示すような従来形状のプレス成形金型11を用いてフォーム成形すると、
図4に示すように、プレス成形品41の斜壁部45の斜壁長さSがある値以上になると、斜壁部45の先端に縮み変形が集中し、斜壁部45にしわ49が発生する場合がある。
このようなしわ49が発生する場合、プレス成形品41における凸状の湾曲の曲率や天板部43に連続する接続部47のパンチ肩半径、若しくは、斜壁部45の傾斜長さSを短くする等、部品形状を変更することが行われてきた。
【0021】
<プレス成形金型>
本実施の形態に係るプレス成形金型1は、
図1に示すように、ブランク材9が載置されて天板部43を成形する天板成形部3aと、斜壁部45を成形する斜壁成形部3bと、斜壁成形部3bから連続するパンチ側掛止部3cとを有するパンチ3と、パンチ3の斜壁成形部3bと協働してプレス成形品41の斜壁部45を成形する斜壁成形部5bと斜壁成形部5bから連続するダイ側掛止部5cとを有するダイ5を備えたものである。
【0022】
パンチ側掛止部3c及びダイ側掛止部5cは、それぞれプレス成形方向(プレス機の駆動方向)に対して平行な平行壁であり、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されたものである。
ここで、パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cとの間のクリアランスはブランク材9の板厚程度とすることで、成形途中において、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位を、パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cとが協働して挟持することができ、かつ、前記端部側の部位を挟持した状態で成形下死点まで成形することで、斜壁部45においてシワの発生を抑制した目標形状のプレス成形品41を得ることができる。
【0023】
<プレス成形方法>
本実施の形態に係るプレス成形方法は、例えば
図1に示すようなプレス成形金型1を用いて成形するものであって、ダイ5をパンチ3側に相対移動させてフォーム成形する第1ステップと、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位を挟持する第2ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態でダイ5をパンチ3側にさらに成形下死点まで相対移動させてプレス成形品41の斜壁部45を成形する第3ステップとを備えたものである。
以下、上記各ステップを、
図5を参照して詳細に説明する。
【0024】
≪第1ステップ≫
第1ステップは、ブランク材9をパンチ3の天板成形部3aに載置し、ダイ5(例えばダイ肩部)をブランク材9における斜壁部45に相当する部位に当接させた状態でパンチ3側に相対移動させてブランク材9のフォーム成形を行うステップである(
図5(a)〜(b))。
【0025】
ダイ5をブランク材9に当接させてフォーム成形すると、
図5(b)に示すように、ブランク材9はパンチ3の斜壁成形部3bとは当接せず、たわみが生じる。このたわみは、ブランク材9に引張強度が高い鋼板を用いた場合に大きくなり、特に、引張強度980MPa級以上の高強度鋼板を用いた場合に顕著である。
【0026】
≪第2ステップ≫
第2ステップは、フォーム成形を行う第1成形ステップ後の成形下死点前において、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位を、パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cとが協働して挟持するステップである(
図5(c))。
前述のとおり、第1ステップにおいてブランク材9にたわみが生じるため、ブランク材9はパンチ3の斜壁成形部3bとは当接せずに、ブランク材9における前記端部の部位はパンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cにより挟持される。
【0027】
≪第3ステップ≫
第3ステップは、パンチ側掛止部3c及びダイ側掛止部5cによってブランク材9における前記端部側の部位を挟持した状態で、ダイ5をパンチ3側に成形下死点までさらに相対移動させてプレス成形品41の目標形状を得るステップである(
図5(d))。
【0028】
パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cによってブランク材9における前記端部側の部位を挟持した状態で成形することにより、ブランク材9に生じたたわみを板厚方向に座屈させることなくダイ5の斜壁成形部5bとパンチ3の斜壁成形部3bによりブランク材9が押圧され、斜壁部45(
図1)が成形される。
【0029】
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法及びプレス成形金型1により、斜壁部45においてシワの発生を抑制することができる理由を以下に説明する。
【0030】
前述のとおり、
図3に示すような従来形状のプレス成形金型11を用い、フォーム成形によりプレス成形品41を製造すると、
図4に示すように、斜壁部45の先端付近からしわ49が発生する場合があった。
【0031】
このしわ49は、成形過程において大きな圧縮ひずみが生じ、かつ、周囲の材料から拘束されないブランク材9の端部が板厚方向に座屈することにより発生する。したがって、成形過程においてブランク材9の端部が板厚方向に座屈する直前に、当該端部の板厚方向に対する面外変形を拘束することによって、斜壁部45におけるしわ49の発生を抑えることができると考えられる。
【0032】
本実施の形態に係るプレス成形金型1において、板厚方向に座屈しないようにブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位を板厚方向に対して拘束する手段の態様として、
図1及び
図5に示すように、パンチ3とダイ5それぞれにプレス成形方向に対して平行な平行壁としたパンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cを有するものがある。
【0033】
パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cの双方をプレス成形方向に平行な平行壁とすることによって、第2ステップ以降においてダイ5とパンチ3の相対位置が変化しても、パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cの間のクリアランスが変化しないまま、成形下死点まで成形することができる。
【0034】
そして、パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cとのクリアランスをブランク材9の板厚程度とすることにより、ブランク材9における前記端部側の部位をパンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cとで挟持することで板厚方向に対して拘束し、板厚方向の座屈を防止することが可能となる。
【0035】
パンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cにより挟持されたブランク材9における前記端部側の部位は、リストライクやトリムといった次工程により容易に除去してもよい。
【0036】
なお、
図1及び
図5におけるプレス成形金型1はブランク材9の上面を押えるパッド7を備えたものであるが、本発明の実施の形態においては、パッド7を備えずにプレス成形品41を成形するものであっても良く、この場合においては、ダイ5はプレス成形品41の天板部43を成形する天板成形部(図示なし)を備えたものが望ましい。
【0037】
もっとも、本実施の形態に係るプレス成形方法においては、プレス成形金型1がパッド7を備え、少なくとも第1ステップにおいてはパッド7によりブランク材9の上面を押えて成形することが好ましい。
【0038】
これは、成形過程において天板成形部3aに載置したブランク材9の上面をパッド7により押えてブランク材9のズレを防止することで、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位のプレス成形方向における位置を変化させず、第2ステップにおいてパンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cにより前記端部側の部位を所定の位置で確実に挟持するためである。
【0039】
また、本実施の形態に係るプレス成形方法はパンチ側掛止部3cとダイ側掛止部5cを用いることに限定されず、成形途中において、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位をパンチ3とダイ5とで挟持できるものであれば、他の態様であっても構わない。例えば、パンチ側掛止部3c又はダイ側掛止部5cに相当するパンチ3又はダイ5の一部が成形途中で移動して、成形途中のブランク材9の端部を挟持するようにしてもよい。
【実施例】
【0040】
本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型による作用効果を確認するための検証実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【0041】
本実施例では、
図6に示すように、天板部43と、天板部43の片側に連続する斜壁部45を有し、斜壁部45の全体もしくは一部がプレス成形品41の長手方向に沿って平面視で斜壁部45側に凸状に湾曲したプレス成形品41を対象とし、プレス成形品41の斜壁部45に発生するしわの有無を検証した。
【0042】
プレス成形品41の寸法は、天板部43と斜壁部45とを接続する接続部47のパンチ肩半径Rが7mm、斜壁部45がプレス成形品41の高さ方向となす傾斜角θが30°、斜壁部45の凸状の湾曲の曲率半径が1600mm、長手方向の長さLが830mmであり、斜壁部45の傾斜長さSを20mm〜40mmの範囲で変更した。
プレス成形品41の成形に使用するブランク材9は、板厚1.2mm、引張強度980MPa級の鋼板を用いた。
【0043】
図7に示す本発明に係るプレス成形金型21(本発明例)、及び、
図3に示す従来形状のプレス成形金型11(従来例)のそれぞれを用いてプレス成形品41を成形し、各場合において斜壁部45の斜壁長さSを変更して、しわの発生の有無を求めた。
【0044】
本発明例におけるプレス成形金型21は、
図7に示すように、天板成形部23aと斜壁成形部23bとパンチ側掛止部23cとを有するパンチ23と、ダイ側掛止部25cと斜壁成形部25bとを有するダイ25を備えたものであり、パンチ側掛止部23cとダイ側掛止部25cそれぞれの位置は、ブランク材9の先端から1mm程度の範囲の端部が挟持されるように、斜壁部45の傾斜長さに応じて変更した。
【0045】
本発明に係るプレス成形金型21を用いた場合(本発明例)における成形過程のプレス成形金型21及びブランク材9の形状を
図8に、成形下死点まで成形して得られたプレス成形品41の形状を
図9に示す。
【0046】
また、従来形状のプレス成形金型11を用いた場合(従来例)における成形過程のプレス成形金型11及びブランク材9の形状の結果を
図10に示す。
【0047】
さらに、表1に斜壁部45の傾斜長さSを変更した場合におけるしわの発生の有無の結果を示す。なお、プレス成形後に斜壁部45の端部にしわが発生した場合を×、しわが発生しなかった場合を○で示す。
【0048】
【表1】
【0049】
従来例においては、斜壁部45の傾斜長さSが35mm以上になると、斜壁部45にしわが発生した。
図10に示すように、成形途中まではブランク材9における斜壁部45に相当する部位にしわを生じずに成形可能であったが、成形下死点付近においてブランク材9のたわみをパンチ13の斜壁成形部13bとダイ15の斜壁成形部15bで押圧する過程でしわが生じた。
【0050】
本発明例においては、成形途中において、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位を挟持することで(
図8(c)中のA)、斜壁部45の傾斜長さSが40mmにおいても、斜壁部45にしわを発生せずに成形することができ、従来例に比べて良好な結果となった。
【0051】
以上より、成形途中において、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位をパンチ側掛止部23cとダイ側掛止部25cにより挟持し、該端部側の部位を挟持した状態で成形下死点まで成形することで、斜壁部45におけるしわの発生を抑制できることが実証された。
【課題】本発明は、長手方向に沿って平面視で凸状に湾曲する斜壁部を有するプレス成形品の斜壁部におけるしわの発生を抑制するプレス成形方法及びプレス成形金型を提供する。
【解決手段】本発明に係るプレス成形方法は、天板部43と、天板部43の少なくとも片側に連続する斜壁部45とを有し、斜壁部45が平面視でプレス成形品41の長手方向において斜壁部45側に凸状に湾曲したプレス成形品41をパンチ3とダイ5で成形するものであって、ダイ肩部5aをブランク材9における斜壁部45に相当する部位に当接させた状態で、ダイ5をパンチ3側に相対移動させて成形する第1ステップと、ブランク材9における斜壁部45に相当する部位よりも端部側の部位をダイ5とパンチ3で挟持する第2ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態で、ダイ5をパンチ3側に成形下死点まで相対移動させて、斜壁部45を成形する第3ステップとを備えたことを特徴とするものである。