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JP2011073010A - 曲がり部材成形方法および曲がり部材ならびに曲がり部材製造方法 - Google Patents

曲がり部材成形方法および曲がり部材ならびに曲がり部材製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】従来の成形方法では、高強度鋼板の単板を素材とする場合、一体プレス成形で所望の曲がり部材への成形ができない、あるいは低強度鋼板の単板を素材とする場合、曲がり部材への成形は可能であるが、部材強度の不足を招くため、部品強度が十分でなく、補強部品の増加による重量の増加を招く。
【解決手段】曲がり部材３０の長さ方向の曲がりに対応する曲がり輪郭形状にしたブランク１，２を、前記曲がり部材の断面形状の分割部分に対応する断面形状に折り曲げる曲げ工程と、前記曲げ工程により得られた２つ（あるいは３つ以上）の部材１０，２０を接合する接合工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板を曲がり部材（詳しくは、曲り形状を有するフレーム部材）に成形する方法に関し、特に、引張強さ（ＴＳ）が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板から曲がり部材への成形を可能とする成形方法および曲がり部材ならびに曲がり部材製造方法に関する。
曲がり部材を得る手段として、従来では金属単板を絞り、張出し、伸びフランジおよび曲げの各種成形様式を複合したプレス成形（以後、従来プレス成形という）が行われている。さらには筒状部材を曲げ成形する方法（特許文献１）や、ロールフォーミング技術（特許文献２）や、中空部材を用いた曲げ成形（特許文献３，４）が提案されている。また曲り部材を補強する例として、発泡樹脂を充填する方法（特許文献５）が提案されている。
特開平９−３０３４５号公報 特開平１１−１２９０４５号公報 特開平８−１７４０４７号公報 特開２００５−１４９０号公報 特開平１１−３４８８１３号公報
軽量化の要請に応じた鋼板の高強度化は、同時に鋼板の絞り・張出し・伸びフランジ成形性の低下を招くため、従来プレス成形では、割れやしわなどの不具合が発生し、特に形状が複雑になるにしたがい、曲がり部材が得られない場合が生じてきた。例えば、ＴＳで５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板の単板を、従来プレス成形により図１１に示すような曲がり部材５０を構成する部材５０Ａ、５０Ｂ（ＸＹ平面視およびＺ軸方向の曲がりを有する）に成形すると、平面部にしわ（例えば図中の「シワ」部に発生）、側面縦壁部やフランジ部に割れ（例えば図中の「ワレ」部に発生）が発生してしまう。このとき、しわ押さえ等の成形条件の最適化あるいは部品形状変更により、ある程度まで割れ・しわの発生抑制を図ることが可能であるが、そのような方法では、軽量化ニーズに応えるための、ＴＳで９８０ＭＰａ以上の更なる高強度化に対応するには限界があると言える。
また、筒状の部材を曲げ成形する、あるいはロールフォーミングにより、高強度の曲がり部材を得る方法が開示されている（特許文献１〜４）が、工程上の制約や素材の成形性の観点から、複雑な曲がり形状を得ることが困難であり、かつ、工程数の増加など生産面で大きな課題がある。例えば、低強度の素材を用いる場合、複雑な形状が容易に得られる反面、部材強度が不足するため、発泡樹脂の充填により補強効果を得る技術等がある（特許文献５）が、コスト面、生産面、あるいはリサイクルの観点から必ずしも有用な技術とは言いがたいのが現状である。
すなわち、従来の成形方法では、高強度鋼板の単板を素材とする場合、一体プレス成形で所望の曲がり部材への成形ができない、あるいは低強度鋼板の単板を素材とする場合、曲がり部材への成形は可能であるが、部材強度が十分ではなく、補強効果のある部品の増加等が必要となり、重量増加を招くという課題があった。
前記課題を解決するための本発明は、次のとおりである。
（請求項１） 金属単板からなるブランクを成形して曲がり部材を得る曲がり部材成形方法であって、前記曲がり部材の長さ方向の曲がりに対応する曲がり輪郭形状にしたブランクを、前記曲がり部材の断面形状の分割部分に対応する断面形状に折り曲げる曲げ工程と、前記曲げ工程により得られた２つ以上の部材を接合する接合工程とを有することを特徴とする曲がり部材成形方法。
（請求項２） 前記曲げ工程の前に、前記ブランクに折り目をつけ、あるいはさらに切れ目を入れることを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。
（請求項３） 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。
（請求項４） 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて、曲がり部材を製造することを特徴とする曲がり部材製造方法。
本発明によれば、材料は絞り・張出し・伸びフランジの各変形はほとんどせずに曲げ変形をするため、高強度鋼板の単板から曲がり部材を構成する部材への一体プレス成形が可能となる。さらに、成形目標とする曲がり部材形状をブランクの輪郭形状に反映させることにより、従来では得られなかった部材強度の高いかつ複雑な曲がり形状を有する部材を容易に得ることができ、部品断面の縮小によるスペース拡大や、板厚の減少あるいは補強部材の廃止などによる高い軽量化効果が期待できる。
本発明の実施形態の１例を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す概略図 種々の曲がり部材断面形状の例を示す断面図 折り目の入れ方の例を示す概略図 従来プレス成形による曲がり部材の１例を示す概略図
図１〜図８は、それぞれ本発明の実施形態の相異なる例を示す概略図である。図１、図２は共に曲がり部材３０の長さ方向の曲がりが相反二方向のいずれか一方向のみの折れ線状曲がりである場合の例であり、さらに、図１では断面サイズが部材長さ方向に一定であり、図２では断面サイズが部材長さ方向に変化している。また、図３、図４は共に曲がり部材３０の長さ方向の曲がりが相反二方向のいずれか一方向から他方向へ変化する折れ線状曲がりである場合の例であり、さらに、図３では断面サイズが部材長さ方向に一定であり、図４では断面サイズが部材長さ方向に変化している。また、図５、図６、図７、図８は共に曲がり部材３０の長さ方向の曲がりが相反二方向のいずれか一方向のみの連続曲線状曲がりである場合の例であり（図７，８：長さ方向において、ねじれた曲がり断面形状を有する例）、さらに、図５では断面サイズが部材長さ方向に一定であり、図６、図７、図８では断面サイズが部材長さ方向に変化している。
これらの例において、２枚のブランク１，２は互いに同じ平面形状を有し、この平面形状は、成形目標である曲がり部材３０の長さ方向の曲がりに対応する側曲がり輪郭形状とされている。なお、ブランク１，２には、作業用の穴やビード等の形状を予め付与してもよいことは言うまでもない。ブランク１，２は、曲げ工程において、曲がり部材３０の断面形状の分割部分に対応する断面形状に折り曲げられ、それぞれ、曲がり部材３０を構成する部材１０，２０とされる。なお、１Ｆ、２Ｆはそれぞれブランク１、２のフランジ対応箇所、あるいは部材１０，２０のフランジである。また、図１〜図８において、ブランク１，２の形状領域内に描かれた破線、点線はそれぞれ山折り、谷折りであり、これらは曲げ工程における折り曲げによって形成される折り曲げ部（凸稜部、凹稜部）に対応する箇所を示している。本発明における曲げ工程では、金型を用いてブランクの成形部位が目標部材の対応折り曲げ部となるように、プレス曲げ加工することで、被成形材は、曲げ成形主体の変形をし、目標形状に成形される。
次いで、接合工程において、部材１０，２０が接合され、曲がり部材３０が得られる。接合の方法としては、溶接、かしめ、リベット、接着剤などのいずれの方法を用いてもよい。
また、図１〜図６に示した例は、図９（ａ）に示す部材断面形状への成形例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図９（ｂ）のように、図９（ａ）を左右反転した部材断面形状への成形や、図９（ｃ）のように、構成部材２０のみフランジ２Ｆを曲げた部材断面形状への成形等々に対しても自明に適用できる。なお、図７、図８に示した例は、図９（ｄ）に示す部材断面形状への成形例である。
また、図１〜図６、図８に示した例は、１つの曲がり部材に対して同一平面形状のブランクを２つ用いた例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つの曲がり部材に対してブランクを３つ以上用い、うち少なくともいずれか１つのブランクを他と異なる平面形状とした場合においても自明に適用できる。
さらに、本発明では、曲げ加工の際に前記折り曲げ部の位置精度を向上させるために、ブランクにおける前記山折り、谷折りの箇所に、予め折り目をつけることが好ましい。なお、折り目は、曲げ加工部に対応する箇所の全部にわたって（連続的に）つけることのみに限定されるものではなく、場合に応じて当該箇所の一部のみに（断続的に）つけてもよい。この折り目をつける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。また、ロール表面につけた凹凸形状を連続的に材料の表面に転写していく方法も挙げられる。かかる折り目の好適形態として、図１０（ｄ）に示すようなＶ溝を、線状（ａ）、破線状（ｂ）または点線状（ｃ）、あるいはこれらを組み合わせた複合線状に設けた形態が挙げられる。ここで、Ｖ溝の深さは金属板厚み（略して板厚）の２０％以下が好ましい。Ｖ溝の深さが板厚の２０％を超える場合は、自動車骨格部材等で必要とされる部材強度の低下、あるいは折り曲げ部に割れを発生させる可能性があり、さらに高強度の金属材料においては、溝を深くすること自体が容易ではなく、生産面やコスト面に大きな問題があるためである。
なお、溝の形態はＶ字形状に限らず（図１０（ｄ）に例示したＶ溝に限らず）、Ｕ字など各種凹み形状でもよい。また、折り曲げ部の曲率半径を大きくとる場合は、溝を複数条平行に設けてもよい。
また、折り曲げの際に局部的に過大な伸びまたは縮み変形加工が加わって割れまたはしわが発生する危険性が高いと予想される局所（例えばブランクのフランジ対応箇所において過大な伸びまたは縮みフランジ加工を受けそうな複数の局所）が存在する場合、かかる局所に予め切れ目を入れておくと、割れまたはしわの発生をさらに確実に予防できて好ましい。
表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）からなるブランクを、表２に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して、成形方法を評価した。その結果、表２に示すとおり、従来プレス成形による比較例では、図１１に示した「シワ」部にはしわが、「ワレ」部には割れが、それぞれ発生したのに対し、本発明例では、割れ、しわの発生はなく、ほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られた。
Figure 2011073010
Figure 2011073010
表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）からなるブランクを、これに予め、図１０に示すような線状、破線状あるいは点線状のＶ溝（Ｖ溝の深さを表３に示す）からなる折り目をつけた後、表３に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して、成形方法を評価した。その結果、表３に示すとおり、本発明例では、割れ、しわの発生はなく、しかも、実施例１での本発明例と比べて目標形状との一致具合がさらに良好な（寸法精度が○である）、曲がり部材が得られた。
Figure 2011073010
１，２ ブランク
１Ｆ，２Ｆ フランジまたはフランジ対応箇所
１０，２０ 本発明に係る曲がり部材を構成する部材
３０ 本発明に係る曲がり部材（成形目標）
５０ 従来プレス成形による曲がり部材（添え符号Ａ，Ｂは曲がり部材５０を構成する部材）

Claims (4)

  1. 金属単板からなるブランクを成形して曲がり部材を得る曲がり部材成形方法であって、前記曲がり部材の長さ方向の曲がりに対応する曲がり輪郭形状にしたブランクを、前記曲がり部材の断面形状の分割部分に対応する断面形状に折り曲げる曲げ工程と、前記曲げ工程により得られた２つ以上の部材を接合する接合工程とを有することを特徴とする曲がり部材成形方法。
  2. 前記曲げ工程の前に、前記ブランクに折り目をつけ、あるいはさらに切れ目を入れることを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。
  3. 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。
  4. 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて、曲がり部材を製造することを特徴とする曲がり部材製造方法。
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