2024-163622 プレス成形品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163622

(43)【公開日】2024-11-22

(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 20060101AFI20241115BHJP

   B21D 22/22 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

B21D22/26 C

B21D22/22

B21D22/26 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079397

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】仲村 宗起

(72)【発明者】

【氏名】木村 高行

【テーマコード（参考）】

4E137

【Ｆターム（参考）】

4E137AA06

4E137AA08

4E137BA01

4E137BA05

4E137BB01

4E137BC01

4E137CA09

4E137CA24

4E137CB01

4E137DA14

4E137EA02

4E137EA03

4E137FA03

4E137FA24

4E137GA15

4E137GA16

4E137GB03

4E137HA07

(57)【要約】

【課題】プレス成形品の製造方法において、しわと割れの両方を抑制する。
【解決手段】プレス成形品の製造方法は、ダイス１３０、ホルダ１２０、パッド１４０、およびパンチ１１０を含む金型１００と、金属製の平板である板材１とを準備し、ダイス１３０およびホルダ１２０によって第１保持力で板材１の周縁部１０を挟み込むことによってしわ押さえを実行し、パッド１４０およびパンチ１１０によって板材１を挟み込むことによって中間形状に成形する第１プレス成形を実行し、パッド１４０、パンチ１１０、およびダイス１３０によって中間形状に成形された板材１を挟み込むことによってプレス成形品１としての完成形状に成形する第２プレス成形を実行することを含み、板材１の成形過程で第１保持力を第１保持力よりも低い第２保持力まで低下させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイス、ホルダ、パッド、およびパンチを含む金型と、金属製の平板である板材とを準備し、
前記ダイスおよび前記ホルダによって第１保持力で前記板材の周縁部を挟み込むことによってしわ押さえを実行し、
前記パッドおよび前記パンチによって前記板材を挟み込むことによって中間形状に成形する第１プレス成形を実行し、
前記パッド、前記パンチ、および前記ダイスによって中間形状に成形された前記板材を挟み込むことによってプレス成形品としての完成形状に成形する第２プレス成形を実行する
ことを含み、
前記板材の成形過程で前記第１保持力を前記第１保持力よりも低い第２保持力まで低下させる、プレス成形品の製造方法。

【請求項2】

前記板材は、アルミニウム合金製である、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。

【請求項3】

前記第１プレス成形中の前記しわ押さえを前記第１保持力で実行し、前記第２プレス成形中の前記しわ押さえを前記第２保持力で実行する、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】

前記中間形状は、少なくとも１段の段差形状を含み、
前記完成形状は、前記中間形状よりも多くの段の段差形状を含む、請求項１または２に記載の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】

自動車のサイドドアインナーまたはバックドアインナーのような複雑な形状を有するプレス成形品では、強度および重量の観点から高張力鋼板またはアルミ板のような金属板が使用されることがある。そのような金属板は軟鋼板に比べると成形性が低く、プレス成形においてしわや割れが問題となる。

【0003】

特許文献１では、中間成形品を成形する工程と中間成形品を最終のパネル状成形品に成形する工程とを含むパネル状成形品の製造方法が開示されている。このような２段階の成形によって、段差部のような成形難易度の高い形状を成形している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６６２１４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プレス成形では、しわや割れに影響を与える成形条件として、金属板の周縁部を保持する保持力がある。このような金属板の周縁部の保持は、しわ押さえともいわれる。しわ押さえにおいて、しわを発生させないような大きい保持力では割れが発生するおそれがあり、割れを発生させないような小さい保持力ではしわが発生するおそれがある。特許文献１では、このような保持力に言及されておらず、保持力の調整によってしわや割れを抑制する観点から改善の余地がある。

【0006】

本発明は、プレス成形品の製造方法において、しわと割れの両方を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ダイス、ホルダ、パッド、およびパンチを含む金型と、金属製の平板である板材とを準備し、前記ダイスおよび前記ホルダによって第１保持力で前記板材の周縁部を挟み込むことによってしわ押さえを実行し、前記パッドおよび前記パンチによって前記板材を挟み込むことによって中間形状に成形する第１プレス成形を実行し、前記パッド、前記パンチ、および前記ダイスによって中間形状に成形された前記板材を挟み込むことによってプレス成形品としての完成形状に成形する第２プレス成形を実行することを含み、前記板材の成形過程で前記第１保持力を前記第１保持力よりも低い第２保持力まで低下させる、プレス成形品の製造方法を提供する。

【0008】

この構成によれば、第１プレス成形および第２プレス成形を含む少なくとも２段階のプレス成形によって複雑な形状のプレス成形品を高い寸法精度で製造できるともに、成形過程においてしわ押さえの保持力を低下させることでしわと割れの両方を抑制できる。具体的には、成形初期においては相対的に高い第１保持力でしわ押さえを実行することによってしわを抑制し、成形後期においては相対的に低い第２保持力でしわ押さえを実行することによって割れを抑制できる。

【0009】

前記板材は、アルミニウム合金製であってもよい。

【0010】

この構成によれば、アルミニウム合金のような成形性の低い材料（即ち成形難易度の高い材料）に対してしわと割れの両方を抑制できる。アルミニウム合金は、４０００系、５０００系、または６０００系であってもよい。

【0011】

前記第１プレス成形中の前記しわ押さえを前記第１保持力で実行してもよく、前記第２プレス成形中の前記しわ押さえを前記第２保持力で実行してもよい。

【0012】

この構成によれば、しわが発生しやすい成形初期の第１プレス成形において相対的に高い保持力（第１保持力）を維持することで、中間形状のしわを抑制できるとともに中間成形品を安定して製造できる。また、割れが発生しやすい成形後期の第２プレス成形において相対的に低い保持力（第２保持力）を維持することで、完成形状のしわと割れの両方を抑制できるとともにプレス成形品を安定して実現できる。

【0013】

前記中間形状は、少なくとも１段の段差形状を含んでもよく、前記完成形状は、前記中間形状よりも多くの段の段差形状を含んでもよい。

【0014】

この構成によれば、しわや割れの問題が顕在化しやすい多段形状を有するプレス成形品をしわと割れの両方を抑制しながら実現できる。また、第１プレス成形と第２プレス成形とに分けて段差形状を成形するため、多段形状を有するプレス成形品を高い寸法精度で製造できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、プレス成形品の製造方法において、しわと割れの両方を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】プレス成形品の斜視図。

【図2】板材と金型の分解斜視図。

【図3】一実施形態に係るプレス成形品の製造方法の第１工程を示す断面図。

【図4】一実施形態に係るプレス成形品の製造方法の第２工程を示す断面図。

【図5】一実施形態に係るプレス成形品の製造方法の第３工程を示す断面図。

【図6】しわ押さえの保持力の変化を示すグラフ。

【図7】図１のプレス成形品の破線円VIIで示す部分の拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0018】

本発明の一実施形態に係るプレス成形品の製造方法では、自動車のサイドドアインナーまたはバックドアインナーのような複雑な形状を有するプレス成形品を製造する。特に、第１プレス成形と第２プレス成形とを含む２段階のプレス成形によって、しわと割れの両方を抑制しながら高い寸法精度を有するプレス成形品を製造する。

【0019】

図１を参照して、本実施形態のプレス成形品の製造方法によって、多段形状を有するプレス成形品１が製造される。プレス成形品１は、水平な上面を含む上段部２と、上段部２から１段下がった水平面を含む中段部３と、中段部３から１段下がった水平面を含む下段部４とを有している。上段部２および中段部３は概略鉛直方向に延びる第１縦壁部５によって接続されており、中段部３および下段部４は概略鉛直方向に延びる第２縦壁部６によって接続されている。下段部４からは、第３縦壁部７が概略鉛直下方に延びている。第３縦壁部７の下端からは、フランジ部８が水平方向外側へ延びている。即ち、プレス成形品１は、フランジ部８から３段上る階段形状を有している。

【0020】

フランジ部８には、凸形状を有するビード部９が設けられている。ビード部９は、第３縦壁部７に沿って環状に設けられている。フランジ部８およびビード部９は、完成品として不要であれば後に除去されてもよい。

【0021】

図２を参照して、本実施形態で使用される金型１００の構造について説明する。

【0022】

金型１００は、パンチ１１０と、ホルダ１２０と、ダイス１３０と、パッド１４０とを含んでいる。金型１００によって、金属製の平板である板材１をプレス成形してプレス成形品１（図１参照）を形成する。なお、成形前後で形状は異なるが同じ部材であるため、板材１とプレス成形品１に対して同じ参照符号を使用する。

【0023】

本実施形態では、板材１は、６０００系のアルミニウム合金製である。代替的には、板材１は、４０００系または５０００系のアルミニウム合金製であってもよいし、軟鋼または高張力鋼製であってもよいし、その他の金属製であってもよい。

【0024】

パンチ１１０は、プレス成形品１（図１参照）の上段部２と第１縦壁部５と中段部３と第２縦壁部６と下段部４と第３縦壁部７と対応する３段の凸形状を有する凸部１１１～１１３を有している。

【0025】

ホルダ１２０は、プレス成形品１のフランジ部８と対応する平坦形状を有する平坦部１２１と、プレス成形品１のビード部９（図１参照）と対応する凸条形状を有する凸条部１２２とを有している。

【0026】

ダイス１３０は、プレス成形品１のフランジ部８と対応する平坦形状を有する平坦部１３１と、ホルダ１２０の凸条部１２２と相補的な形状の凹条部１３２とを有している。また、ダイス１３０は、パンチ１１０の凸部１１２，１１３と相補的な階段形状を有する階段部１３３を有している。

【0027】

パッド１４０は、パンチ１１０の凸部１１１，１１２と相補的な階段形状を有する階段部１４１を有している。

【0028】

図３～５を参照して、本実施形態のプレス成形品の製造方法の各工程について説明する。なお、図３～５は模式図であり、他図面との間でわずかな形状の不整合がある場合がある。

【0029】

図３を参照して、本実施形態のプレス成形品の製造方法の第１工程では、ホルダ１２０とダイス１３０とによって板材１の周縁部１０を挟み込むことによってしわ押さえを実行する。しわ押さえでは、板材１に対して保持力（第１保持力）が付加され、板材１に対してフランジ部８（図１参照）およびビード部９（図１参照）が形成される。保持力を調整することで、ビード部９の内側への材料流入量を調整できる。材料流入量は、しわや割れに大きく影響を与える因子である。

【0030】

図４を参照して、本実施形態のプレス成形品の製造方法の第２工程では、第１プレス成形として、パンチ１１０とパッド１４０とによって板材１を挟み込み、上段部２と第１縦壁部５と中段部３とを形成する。即ち、板材１が少なくとも１段の段差形状を含む中間形状に成形される。

【0031】

図５を参照して、本実施形態のプレス成形品の製造方法の第３工程では、第２プレス成形として、パンチ１１０とダイス１３０とによって板材１を挟み込み、第２縦壁部６と下段部４と第３縦壁部７とを形成する。即ち、板材１が中間形状よりも多くの段の段差形状を含む完成形状に成形される。

【0032】

図６を参照して、保持力の変化について説明する。

【0033】

図６では、横軸に金型１００の移動量（ストローク）Ｄ［ｍｍ］が示されており、縦軸に保持力Ｆ［ｋＮ］が示されている。ストロークがＤ１［ｍｍ］以前では第１プレス成形が実行されており、ストロークがＤ２［ｍｍ］以降では第２プレス成形が実行されている。

【0034】

グラフを参照すると、ストロークがＤ１［ｍｍ］以前の第１プレス成形では、保持力（第１保持力）がＦ１［ｋＮ］に維持されている。ストロークがＤ１［ｍｍ］からＤ２［ｍｍ］の遷移過程では、保持力がＦ１［ｋＮ］からＦ２［ｋＮ］まで徐々に低下している。そして、ストロークがＤ２［ｍｍ］以降の第２プレス成形では、保持力（第２保持力）がＦ２［ｋＮ］に維持されている。

【0035】

本実施形態では、上記の通り、板材１の成形過程においてしわ押さえの保持力を低下させている。さらに言えば、第１プレス成形中のしわ押さえを第１保持力Ｆ１で実行し、第２プレス成形中のしわ押さえを第２保持力Ｆ２で実行している。例えば、数十ミリメートル程度の高さのプレス成形品１を製造する場合には、数百キロニュートン程度の保持力を付加してもよく、第２保持力Ｆ２は第１保持力Ｆ１に対して６０％以下の値であってもよい。

【0036】

図７および以下の表１を参照して、板厚減少率の観点から、本実施形態のプレス成形品の製造方法の有効性について説明する。また、図７および以下の表２を参照して、最小主応力の観点から、本実施形態のプレス成形品の製造方法の有効性について説明する。

【0037】

解析では、板材１の材質を６０００系のアルミニウム合金に設定した。また、板材１の寸法を６００［ｍｍ］×５００［ｍｍ］の矩形で、１．０［ｍｍ］の厚みに設定し、パッド荷重は１０３．７［ｋＮ］に設定し、有限要素法で成形シミュレーションを実施した。

【0038】

以下の表１は、図７に示す領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３における板厚減少率および割れ評価の合否を示している。板厚減少率は、大きいと割れの危険性が高まる評価指標である。ここでは板厚減少率が大きい場合を割れの発生する危険性が高いと判断して合否評価を不合格「×」とし、板厚減少率が小さい場合を割れの発生する危険性が低いと判断して合否評価を合格「〇」とした。なお、合否評価のための板厚減少率の判断閾値については、ここでの詳細な記載を省略するが、官能評価に基づいて設定されてもよいし、シミュレーション条件等に応じて適宜設定されてもよい。表１では、本実施形態のプレス成形品の製造方法（図６に示すように板材１の成形過程で保持力を低下させた場合）と、本実施形態とは異なる第１比較例として保持力が２４０［ｋＮ］で一定の場合と、本実施形態とは異なる第２比較例として保持力が１４０［ｋＮ］で一定の場合とを示している。第１，２比較例は、保持力以外については本実施形態と実質的に同じである。

【0039】

【表1】

【0040】

第１比較例では、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、板厚減少率が大きく、割れが発生する危険性が高い（合否評価：不合格「×」）。第２比較例では、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、板厚減少率が小さく、また他の部分においても板厚減少率が大きい部分は見られず、割れが発生する危険性が低い（合否評価：合格「〇」）。本実施形態では、第２比較例と同様に、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、板厚減少率が小さく、また他の部分においても板厚減少率が大きい部分は見られず、割れが発生する危険性が低い（合否評価：合格「〇」）。従って、本実施形態のプレス成形品の製造方法が割れの抑制の観点から有効であることが確認できた。

【0041】

以下の表２は、図７に示す領域Ｒ４における最小主応力［ＧＰａ］と、最小主応力に起因したしわに関する合否評価とを示している。最小主応力は、負の数で圧縮を表し、その値が小さい（絶対値としては大きい）としわの危険性が高まる評価指標である。ここでは最小主応力が小さい場合をしわの発生する危険性が高いと判断して合否評価を不合格「×」とし、最小主応力が大きい場合をしわの発生する危険性が低いと判断して合否評価を合格「〇」とした。なお、合否評価のための最小主応力の判断閾値については、ここでの詳細な記載を省略するが、官能評価に基づいて設定されてもよいし、シミュレーション条件等に応じて適宜設定されてもよい。表２では、本実施形態のプレス成形品の製造方法（図６に示すように板材１の成形過程で保持力を低下させた場合）と、本実施形態とは異なる第１比較例として保持力が２４０［ｋＮ］で一定の場合と、本実施形態とは異なる第２比較例として保持力が１４０［ｋＮ］で一定の場合とを示している。第１，２比較例は、保持力以外については本実施形態と実質的に同じである。

【0042】

【表2】

【0043】

第２比較例では、領域Ｒ４において、最小主応力が小さく、しわが発生する危険性が高い（合否評価：不合格「×」）。第１比較例では、領域Ｒ４において、最小主応力が大きく、また他の部分においても最小主応力が小さい部分は見られず、しわが発生する危険性が低い（合否評価：合格「〇」）。本実施形態では、第１比較例と同様に、領域Ｒ４において、最小主応力が大きく、また他の部分においても最小主応力が小さい部分は見られず、しわが発生する危険性が低い（合否評価：合格「〇」）。従って、本実施形態のプレス成形品の製造方法がしわの抑制の観点から有効であることが確認できた。

【0044】

本実施形態のプレス成形品の製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。

【0045】

第１プレス成形および第２プレス成形を含む少なくとも２段階のプレス成形によって複雑な形状のプレス成形品１を高い寸法精度で製造できるともに、成形過程においてしわ押さえの保持力を低下させることでしわと割れの両方を抑制できる。具体的には、成形初期においては相対的に高い第１保持力でしわ押さえを実行することによってしわを抑制し、成形後期においては相対的に低い第２保持力でしわ押さえを実行することによって割れを抑制できる。

【0046】

また、アルミニウム合金のような成形性の低い材料（即ち成形難易度の高い材料）に対してしわと割れの両方を抑制できる。

【0047】

また、第１プレス成形中のしわ押さえを第１保持力で実行し、第２プレス成形中のしわ押さえを第２保持力で実行している。従って、しわが発生しやすい成形初期の第１プレス成形において相対的に高い保持力（第１保持力）を維持することで、中間形状のしわを抑制できるとともに中間成形品を安定して製造できる。また、割れが発生しやすい成形後期の第２プレス成形において相対的に低い保持力（第２保持力）を維持することで、完成形状のしわと割れの両方を抑制できるとともにプレス成形品を安定して実現できる。

【0048】

また、しわや割れの問題が顕在化しやすい多段形状を有するプレス成形品１をしわと割れの両方を抑制しながら実現できる。また、第１プレス成形と第２プレス成形とに分けて段差形状を成形するため、多段形状を有するプレス成形品１を高い寸法精度で製造できる。

【0049】

本発明は、以下の態様を含む。
（態様１）
ダイス、ホルダ、パッド、およびパンチを含む金型と、金属製の平板である板材とを準備し、
前記ダイスおよび前記ホルダによって第１保持力で前記板材の周縁部を挟み込むことによってしわ押さえを実行し、
前記パッドおよび前記パンチによって前記板材を挟み込むことによって中間形状に成形する第１プレス成形を実行し、
前記パッド、前記パンチ、および前記ダイスによって中間形状に成形された前記板材を挟み込むことによってプレス成形品としての完成形状に成形する第２プレス成形を実行する
ことを含み、
前記板材の成形過程で前記第１保持力を前記第１保持力よりも低い第２保持力まで低下させる、プレス成形品の製造方法。
（態様２）
前記板材は、アルミニウム合金製である、態様１に記載のプレス成形品の製造方法。
（態様３）
前記第１プレス成形中の前記しわ押さえを前記第１保持力で実行し、前記第２プレス成形中の前記しわ押さえを前記第２保持力で実行する、態様１または２に記載のプレス成形品の製造方法。
（態様４）
前記中間形状は、少なくとも１段の段差形状を含み、
前記完成形状は、前記中間形状よりも多くの段の段差形状を含む、態様１から３のいずれかに記載のプレス成形品の製造方法。

【0050】

以上より、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、プレス成形品１の形状は、特に限定されず、任意であり得る。

【符号の説明】

【0051】

１ プレス成形品（板材）
２ 上段部
３ 中段部
４ 下段部
５ 第１縦壁部
６ 第２縦壁部
７ 第３縦壁部
８ フランジ部
９ ビード部
１０ 周縁部
１１，１２ プレス成形品
１００ 金型
１１０ パンチ
１１１～１１３ 凸部
１２０ ホルダ
１２１ 平坦部
１２２ 凸条部
１３０ ダイス
１３１ 平坦部
１３２ 凹条部
１３３ 階段部
１３４ 下面
１４０ パッド
１４１ 階段部
１４２ 下面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】