特許第6907911号(P6907911)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6907911
(24)【登録日】2021年7月5日
(45)【発行日】2021年7月21日
(54)【発明の名称】プレス成形品の製造方法
(51)【国際特許分類】
   B21D 22/26 20060101AFI20210708BHJP
   B21D 22/20 20060101ALI20210708BHJP
【FI】
   B21D22/26 D
   B21D22/26 A
   B21D22/20 E
【請求項の数】7
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2017-233112(P2017-233112)
(22)【出願日】2017年12月5日
(65)【公開番号】特開2019-98376(P2019-98376A)
(43)【公開日】2019年6月24日
【審査請求日】2020年8月5日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】特許業務法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】斎藤 雅寛
【審査官】 石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−071338(JP,A)
【文献】 特開2013−136086(JP,A)
【文献】 特開2017−148847(JP,A)
【文献】 特開2010−064137(JP,A)
【文献】 特開2008−264829(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 22/26
B21D 22/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブランクに、パンチおよびダイを用いてプレス成形を行うことによりプレス成形品を製造する方法であって、
前記プレス成形品は、第1R止まり(第1曲げかど)を有する天板と、前記第1R止まりに連続し、第2R止まり(第2曲げかど)を有する稜線と、前記第2R止まりに連続する縦壁を有する断面を有し、かつ、
前記天板に直交する方向から見た平面視で、前記第1R止まり、前記稜線、前記第2R止まりおよび前記縦壁がそれぞれの延設方向の一部または全部において前記断面の内側へ向けた凸の曲線をなし、
前記ブランクの下記特定領域に、板厚方向へ貫通する孔を設けた後に前記プレス成形を行う、プレス成形品の製造方法;
特定領域:前記平面視で、前記縦壁の曲線部分に前記稜線を介して連続する前記天板にプレス成形される領域であって、前記第1R止まり上の任意の1点での接線に交差する方向へ該任意の1点からの距離aが0〜10mm離れた位置を含む領域。
【請求項2】
前記平面視で、前記接線に交差する方向への前記孔の長さは20mm以上である、請求項1に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項3】
前記平面視で、前記接線と平行な方向への前記孔の長さは6mm以上である、請求項1または2に記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項4】
前記交差する方向は、前記平面視で、前記接線に直交する方向に対して±15°の鋭角をなす2方向の間に含まれる方向である、請求項1〜3のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項5】
前記第1R止まりの前記平面視での曲率半径をR(mm)とし、前記縦壁の高さをh(mm)とする場合に、伸びフランジ率{h/(R−h)}×100が50%以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項6】
前記ブランクは、590〜1870MPaの引張強度を有する鋼板である、請求項1〜5のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【請求項7】
前記ブランクは、0.7〜3.5mmの板厚を有する鋼板である、請求項1〜6のいずれかに記載されたプレス成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プレス成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、自動車車体の構成部品であるフロアクロスメンバーをプレス成形により製造する場合、伸びフランジ成形を利用する。伸びフランジ成形性を向上する方法として、ブランクの形状を工夫する方法、伸びフランジ成形されるフランジの端面の性状を改善する方法、さらには、伸びフランジ成形されるフランジの端部のひずみを分散させる方法等が知られる。
【0003】
近年、自動車の燃費向上と衝突時の安全性向上を図るため、自動車車体の構成部品は、高強度化による板厚の低減が推進されている。このため、自動車車体の構成部品の素材として、引張硬度が、590MPa以上、さらには980MPa以上の高張力鋼板が用いられるようになっている。このような高強度化に伴って伸びフランジ成形性が低下する。
【0004】
図6(a)は、伸びフランジ成形されたフランジ12を有するプレス成形品10のブランク11の一例を示す説明図であり、図6(b)は、プレス成形品10を示す説明図である。プレス成形により、ブランク11にフランジ12および天板14を形成して、図6(b)に示すプレス成形品10を製造する場合を考える。
【0005】
例えば、図6(b)に示すように、凹状外周部に沿って曲げ成形されたフランジ12をプレス成形により形成する際には、ブランク11におけるフランジ12に成形される部分は加工中に引張変形を受け、引張応力がこの部分に作用する。このため、凹状に湾曲したフランジ12の中央に成形される部分では、引張応力が集中して引張ひずみが生じるため、板厚が減少する。板厚が大きく減少すると、フランジ12の端部で加工割れが生じる。
【0006】
図7は、従来の技術によるフランジ12を有するプレス成形品10の製造装置20を示す説明図である。
【0007】
フランジ12をプレス成形により形成する一例として、図7に示すように、ブランク21に、パンチ22、ダイ23およびブランクホルダー24を用いて伸びフランジ成形する。ブランクホルダー24は、ダイ23とともにブランク21を抑えて材料の流入を調整し、また、しわの発生を防止する。
【0008】
ブランクホルダー24は、必ずしもブランク21に密着している必要はなく、ブランク21との間に隙間があってもよい。この装置20を用い、ダイ23により固定されたブランク21を、パンチ22を相対的に移動させて押すことにより、伸びフランジ成形によりフランジ12を成形する。
【0009】
フランジ12および天板14が形成されたプレス成形品10では、天板部14は、内方に凹んだ凹状外周部を有し、この凹状外周部が曲げ線13となる。フランジ12を成形する際に、直線Aの方向、すなわち、概ねフランジの端部の中央の法線方向には、直線Bの方向、すなわち、フランジの端部の法線方向と比較して、相対的な圧縮が生じる。その結果、フランジ12の中央部である端部Cには、概ねフランジ12の接線方向に引張ひずみが集中するため板厚が減少し、割れが生じることがある。
【0010】
図8は、従来の方法により製造された、フランジ12を有するプレス成形品10の板厚の増減を示すコンター図である。
【0011】
図8のコンター図に示すように、形成されたフランジ12の中央付近で、板厚が大きく減少していることが分かる。この現象は、特に、引張強度590Mpa以上の高強度鋼板で生じ易く、引張強度が高くなるほどその傾向は顕著になる。
【0012】
特許文献1には、天板、稜線および縦壁を有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち稜線とその両側に位置する天板おび縦壁にわたり、伸びフランジ成形されたフランジを有する高張力鋼板製のプレス成形品の製造方法が開示されている。この製造方法では、フランジのひずみ集中を分散することにより、フランジに切り欠きを設けたり、材料の歩留まりを低下させたりすることなく、伸びフランジ成形性を向上する。
【0013】
特許文献2には、基部側へ凸状に湾曲する湾曲を有する縦壁が形成されるプレス成形品のプレス成形方法が開示されている。この方法では、基部の変形部との境界側の部分と、変形部の外方部を別々に拘束する。そして、変形部の縦壁となる部分を板面内で剪断変形させる。これにより、湾曲部から、湾曲部から離れた部分へ向かう材料の流れを生じさせる。
【0014】
さらに、特許文献3には、伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品を製造する方法が開示されている。この方法では、フランジの端部の外周縁部に、外周縁部を囲むように稜線が伸び、かつ板厚方向に屈曲したステップ形状部を形成し、伸びフランジ割れを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】国際公開第2013/191256号パンフレット
【特許文献2】国際公開第2016/031159号パンフレット
【特許文献3】特許第6052478号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
特許文献1により開示された発明は、1工程目の成形部位と2工程目の成形部位を変更しなければならず、2工程化が必須である。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。
【0017】
特許文献2により開示された発明は、2つの拘束部が必要になり、プレス加工時の一方の拘束部の動きが複雑になる。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。
【0018】
さらに、特許文献3により開示された発明は、ステップ形状部を形成する工程と、縦壁およびフランジを成形する工程が必要になり、2工程化が必須である。このため、プレス成形品の製造コストが上昇する。
【0019】
本発明の目的は、プレス成形品の製造方法を提供することであり、具体的には、伸びフランジ成形されたプレス成形品、特に、フランジ端部の形状を変更しないでフランジの板厚減少が抑制された伸びフランジ成形されたプレス成形品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、ブランクにおける天板に成形される部分の一部に孔を設けてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ成形における天板に成形される部分の最小主応力(圧縮)を開放することができ、これにより、伸びフランジ成形における最大主応力(引張)を低減できるために、伸びフランジ成形性を向上(割れの抑制による成形限界の向上)できることに想到し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は、以下に列記の通りである。
【0021】
(1)ブランクに、パンチおよびダイを用いてプレス成形を行うことによりプレス成形品を製造する方法であって、
前記プレス成形品は、第1R止まり(第1曲げかど)を有する天板と、前記第1R止まりに連続し、第2R止まり(第2曲げかど)を有する稜線と、前記第2R止まりに連続する縦壁を有する断面を有し、かつ、
前記天板に直交する方向から見た平面視で、前記第1R止まり、前記稜線、前記第2R止まりおよび前記縦壁がそれぞれの延設方向の一部または全部において前記断面の内側へ向けた凸の曲線をなし、
前記ブランクの下記特定領域に、板厚方向へ貫通する孔を設けた後に前記プレス成形を行う、プレス成形品の製造方法;
特定領域:前記平面視で、前記縦壁の曲線部分に前記稜線を介して連続する前記天板にプレス成形される領域であって、前記第1R止まり上の任意の1点での接線mに交差する方向へ該任意の1点からの距離aが0〜10mm(好ましくは0〜5mm)離れた位置を含む領域。
【0022】
(2)前記平面視で、前記接線mに交差する方向への前記孔の長さLは20mm以上である、1項に記載のプレス成形品の製造方法。
【0023】
(3)前記平面視で、前記接線mと平行な方向への前記孔の長さWは6mm以上である、1または2項に記載のプレス成形品の製造方法。
【0024】
(4)前記交差する方向は、前記平面視で、前記接線に直交する方向に対して±15°の鋭角をなす2方向の間に含まれる方向である、1〜3項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【0025】
(5)前記第1R止まりの前記平面視での曲率半径をR(mm)とし、前記縦壁の高さをh(mm)とする場合に、伸びフランジ率(%)={h/(R−h)}×100
が50%以上である、1〜4項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【0026】
(6)前記ブランクは、590〜1870MPaの引張強度を有する鋼板である、1〜5項のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。
【0027】
(7)前記ブランクは、0.7〜3.5mmの板厚を有する鋼板である、1〜6項のいずれかに記載されたプレス成形品の製造方法。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品を、フランジの形状を設計変更することなく、打ち抜き条件に頼らずに、1工程により低コストで、引張ひずみの集中による板厚の減少に起因した伸びフランジ割れを生じることなく、製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1図1(a)は、本発明により製造される、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品を示す説明図であり、図1(b)は、ブランクにプレス加工を行ってプレス成形品を製造する状況を概念的に示す説明図である。
図2図2(a)は、プレス成形品を示す説明図であり、図2(b)は、特定領域Bにおける孔37を拡大して示す平面視図である。
図3図3(a)は、本実施例で用いたパンチの形状を示す平面視図であり、図3(b)は、本実施例で用いた金型の側面視図であり、図3(c)は、本実施例で用いたブランクの形状を示す平面視図である。
図4図4は、実施例における孔の設置位置を示す平面視図である。
図5図5は、解析結果を示すコンター図である。
図6図6(a)は、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品のブランクの一例を示す説明図であり、図6(b)は、プレス成形品を示す説明図である。
図7図7は、従来の技術による伸びフランジ成形されたフランジを有するプレス成形品の製造装置を示す説明図である。
図8図8は、従来の方法により製造された、伸びフランジ成形された縦壁を有するプレス成形品の板厚の増減を示すコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
添付図面を参照しながら、本発明を説明する。
図1(a)は、本発明により製造される、伸びフランジ成形された縦壁32を有するプレス成形品31を示す説明図であり、図1(b)は、ブランク30にプレス加工を行ってプレス成形品31を製造する状況を概念的に示す説明図である。
【0031】
図1(a)および図1(b)に示すように、本発明では、ブランク30に、図示しないパンチおよびダイ、さらに必要に応じてダイパッドを用いてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ成形された縦壁32を有するプレス成形品31を製造する。
【0032】
プレス成形品31は、天板33と、稜線34と、縦壁32を有する横断面を備える。天板33は、平面状をなし、第1R止まり(第1曲げかど)35を有する。稜線34は、曲面状をなし、第1R止まり35に連続し、第2R止まり(第2曲げかど)36を有する。縦壁32は、平面状をなし、第2R止まり36に連続する。
【0033】
さらに、第1R止まり35、稜線34、第2R止まり36および縦壁32は、天板33に直交する方向から見た平面視(図1(a)におけるA矢視)で、それぞれの延設方向(長手方向)の一部または全部において、プレス成形品31の断面の内側へ向けた凸の曲線をなしている。
【0034】
図2(a)はプレス成形品31を示す説明図であり、図2(b)は特定領域Bにおける孔37を拡大して示す平面視図(図1(a)におけるA矢視図)である。
本発明では、ブランク30の特定領域に、板厚方向へ貫通する孔37を設けた後に前記プレス成形を行う。
【0035】
ここで、図1(a)および図2(b)に示すように、特定領域Bとは、前記平面視で、プレス成形により伸びフランジ割れが生じる縦壁32の曲線部分の範囲Cに稜線34を介して連続する天板33にプレス成形される領域であって、第1R止まり35上の任意の1点Pでの接線mに交差する方向へ任意の1点Pからの距離aで0〜10mm、好ましくは0〜5mm離れた位置Qを含む領域を意味する。すなわち、図2(b)における距離aは、0〜10mmであり、好ましくは0〜5mmである。
【0036】
ブランク30における天板33に成形される部分の一部である特定領域Bに孔37を開けてプレス成形を行うことにより、天板33に成形される部分の最小主応力(圧縮)を開放することができ、縦壁32の最大主応力(引張り)を低減できる。このため、成形限界を高めて伸びフランジ割れを抑制でき、伸びフランジ成形性を向上できる。
【0037】
本発明によれば、伸びフランジ32を有するプレス成形品31を、縦壁32の形状を設計変更することなく、打ち抜き条件に頼らずに、1工程により低コストで、引張ひずみの集中による板厚の減少に起因した伸びフランジ割れを生じることなく、製造できる。
【0038】
次に、本発明の好適態様を説明する。
(i)孔37の接線mに交差する方向への長さL
図2(b)に示すように、上記平面視(A矢視)で、接線mに交差する方向への孔37の長さLは20mm以上であることが好ましい。長さLが20mm未満であると、天板33に成形される部分の最小主応力(圧縮)を開放し、縦壁32の最大主応力(引張り)を低減する効果を十分に得られない。
【0039】
長さLの長さの上限は、前記効果の観点からは特に規定する必要はないが、長過ぎるとプレス成形品31の剛性に影響するおそれがあるため、60mm以下であることが好ましい。
【0040】
(ii)孔37の接線mと平行な方向への長さW(本明細書では「幅」ともいう)
図2(b)に示すように、上記平面視(A矢視)で、接線mと平行な方向への孔37の長さWは6mm以上であることが好ましい。
【0041】
幅Wが6mm未満であると、天板33に成形される部分の最小主応力(圧縮)を開放し、縦壁32の最大主応力(引張り)を低減する効果を十分に得られない。
幅Wの上限は、前記効果の観点からは特に規定する必要はないが、広過ぎるとプレス成形品31の剛性に影響するおそれがあるため、30mm以下であることが好ましい。
【0042】
(iii)孔37の設置方向(接線mと交差する方向)
図2(b)に示すように、接線mと交差する方向は、上記平面視(A矢視)で、接線mに直交する方向に対して±15°の鋭角(本明細書では「振れ角」ともいう)θをなす2方向の間に含まれる方向であることが好ましい。
【0043】
この2方向の間に含まれない方向へ孔37を設置すると、天板33に成形される部分の最小主応力(圧縮)を開放し、縦壁32の最大主応力(引張り)を低減する効果を十分に得られない。
【0044】
(iv)伸びフランジ率{h/(R−h)}×100
第1R止まり34の上記平面視(A矢視)での曲率半径をR(mm)とし、縦壁32の高さをh(mm)としたときに、部分的にどれだけ伸ばされたかを示す伸びフランジ率{h/(R−h)}×100が50%以上であることが好ましい。伸びフランジ率が50%未満であると、上記曲率半径Rが大きい形状、または高さhが小さい形状となり、プレス成形品31の剛性が低下するおそれがあるからである。
【0045】
(v)孔37の長手方向端部の形状
孔37の長手方向端部の形状は、孔37の幅に一致する単一の曲率半径の半円形であることが好ましい。
【0046】
(vi)孔37の形状
孔37は、図2(a)、図2(b)に示す長円形に限定されるものではなく、楕円形や長方形、さらには菱形であってもよい。
【0047】
(vii)孔37の設置範囲
孔37の設置範囲は、縦壁32の範囲Cに稜線34を介して連続する天板33に含まれ、かつ、範囲Cの稜線34の平面視Rどまりから天板33側に伸びる垂線間に含まれる領域であることが好ましい。
【0048】
(viii)突出し長さ
成形されるフランジ長さ(突出し長さ)は、例えば他部材との接合を必要とする場合には7mm以上のフランジ長さを有することすることが好ましい。
【0049】
(ix)ブランク31の強度、板厚
ブランク31は、590〜1870MPaの引張強度、0.7〜3.5mmの板厚を有する鋼板であることが例示される。
【0050】
以上の説明では、プレス成形品31の一方側において縦壁(伸びフランジ)32が伸びフランジ成形される場合を例にとったが、この一方側に対向する他方側においても縦壁(伸びフランジ)32が伸びフランジ成形されてもよい。
【0051】
さらに、プレス成形品31は、縦壁(伸びフランジ)32に連続する外向きフランジを有していてもよい。縦壁32および外向きフランジを2組有する場合には、プレス成形品31はハット断面を有することになる。
【実施例】
【0052】
本発明を、実施例を参照しながら説明する。
図1(a)および図1(b)に示すように、ブランク30に、パンチ、ブランクホルダーおよびダイを用いてプレス成形を行うことにより、伸びフランジ32を有するプレス成形品31を製造した。
【0053】
図3(a)は本実施例で用いたパンチの形状を示す平面視図であり、図3(b)は本実施例で用いた金型の側面視図であり、図3(c)は本実施例で用いたブランク30の形状を示す平面視図である。
【0054】
図3(a)〜図3(c)中の寸法の単位はmmである。ブランク30の板厚は、0.7,1.6,3.5mmの3水準とした。
【0055】
図4は、本実施例における孔37の設置位置を示す平面視図である。
図4に示すように、プレス成形品31の第1R止まり(第1曲げかど)35は、R60およびR30の二つの曲率半径を有している。孔37の設置位置は、R30の中央(c)、R30側直線(a)、R30と直線の境界(b)、R30とR60の境界(d)、R60の中央(e),R60と直線の境界(f)の6水準とした。
【0056】
表1に、孔37の距離a,幅W,長さL,振れ角θ,設置位置と、縦壁32の高さhと、第1R止まり34の平面視(A矢視)での曲率半径Rと、伸びフランジ率λと、孔37の有無と、ブランク30の強度,板厚と、成形結果をまとめて示す。
【0057】
【表1】
【0058】
表1のNo.1〜7を対比することにより、距離aが0〜6mmであれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
表1のNo.1,11,5,12を対比することにより、長さLが20mm以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
【0059】
表1のNo.1,8,5,9,10を対比することにより、幅Wが6m以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
表1のNo.1,13,14,15,16,5,17,18,19,20を対比することにより、振れ角θが±15°以内であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
【0060】
表1のNo.1,21,22,5,23,24,25を対比することにより、孔37の設置位置が平面視での曲線上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
【0061】
表1のNo.5,1,26,27,を対比することにより、伸びフランジ率λが50%以上であれば、伸びフランジ割れを生じずにプレス成形品31を製造できることが分かる。
【0062】
表1のNo.28,29,30,31,5,1,32,34を対比することにより、本発明はブランクの引張強度590〜1760MPaで、伸びフランジ割れを防止する効果があることが分かる。
【0063】
さらに、表1のNo.34,35,5,1,36,37を対比することにより、本発明はブランクの板厚0.7〜3.5mmで、伸びフランジ割れを防止する効果があることが分かる。
【0064】
図5は、No.3(本発明例)、No.1(比較例)の解析結果を示すコンター図である。
本発明によれば、縦壁(伸びフランジ)32の最大板厚減少率を約3%低減できたことが分かる。
【符号の説明】
【0065】
30 ブランク
31 プレス成形品
32 伸びフランジ(縦壁)
33 天板
34 稜線
35 第1R止まり(第1曲げかど)
36 第2R止まり(第2曲げかど)
37 孔
m 接線
P 任意の1点
Q Pから0〜10mm離れた位置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8