JP2015066584A - プレス成形方法及びプレス成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】1回のプレス工程で効率よく、しかもしわの発生を十分に抑制しながら絞り深さの異なる部位を有する製品形状のプレス成形を行うことができるプレス成形方法およびプレス成形金型を提供する。【解決手段】上下一対のブランクホルダー６，７によって金属製ワークＷ周辺部を保持し、上下一対の金型２，５により金属製ワークに絞り深さの異なる部位を有する製品形状を成形するプレス成形方法であって、ダイフェースを製品形状の絞り深さの浅い部位に合わせて設定すると共に、可動型３及び固定型４により上型を構成し、プレス装置１の下降動作に伴い可動型及び固定型が同一の下降動作を行って、金属製ワークを下型との間で絞り深さの浅い部位の成形である第1のドロー成形を行った後、更にプレス装置が下降動作を行うと可動型が固定型に対し相対変位し固定型が下方へ突出することで更に絞り深さの深い部位の成形である第2のドロー成形を行う工程を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のドアパネル等のプレス成形方法およびプレス成形金型の技術に関する。

従来、ワークをプレス成形して自動車のドアパネル等を加工する工程では、ワークの周縁部を予めブランクホルダーで保持した後、プレス成形金型によってドロー成形をはじめとするプレス成形を行っている。図８（ｂ）に示すようなドアインナーパネル１１、すなわちドアアウターパネルとヘミング加工により接合する周辺部１１ａと、ドア室内側の壁面を構成する中央部１１ｂと、窓ガラスを支持するサッシュ部１１ｃとで構成される部品においては、前記プレス成形金型により所定寸法のパネル材をドロー成形して中央部分を張り出させることにより通常成形が行われている。このようなプレス成形金型を有するプレス成形装置で、ドアインナーパネルのような、ＴＬ方向から見てＢＬ方向に大きく湾曲した端面を持つパネルにプレス成形しようとする場合、通常図８（ａ）に示すように、ＴＬ方向視で湾曲した外形線に沿うようダイフェースＤ１を設定している。（ここでＴＬ方向とは車両の前後方向、ＢＬ方向とは車両の幅方向、ＷＬ方向とは車両の高さ方向を言う。）
このようなダイフェースＤ１を有するプレス成形装置では、サッシュ付近の材料の絞り高さＨの分だけ材料が余分に必要となり、使用する材料のサイズが大きくなるため、歩留まりが低下して製造コストが増大するという問題があった。
この課題を改善するべく、サッシュ付近の絞り高さHを低減するようダイフェースＤ２を設定すると、ダイフェースの形状がＢＬ方向にさらに大きく湾曲し、湾曲面内側に向かって成形すると全体として材料が収縮する方向に変形が行われるため、均一に材料を引き伸ばすよう金型の設計を行うことが困難となり、局部的に材料に発生するしわの対策が課題となる。

そこで、図９（ａ）に示すように、サッシュ付近の絞り高さHを低減した上で、ダイフェースＤ３をＴＬ方向視で最も大きく湾曲した外形線と交差するよう、湾曲を小さく設定する方法が知られている。従来のダイフェースＤ１に比べるとサッシュ付近に発生する余分な材料の発生を大幅に低減することができ、かつ、Ｄ２に比べると、ダイフェースＤ３は緩やかな形状となり、成形品に発生するしわの問題も大幅に低減することができる。

しかしながら、このようなダイフェースＤ３を設定すると、図９（ａ）にクロスハッチで示したダイフェースＤ３の反対側に位置する張り出し部分は通常の金型構成では成形することができず、予めダイフェースＤ３に沿った主要成形部分を成形した後、別の工程で主要成形部分と反対側に位置するクロスハッチ部の成形部分の成形を行う必要があり、工程数が増加して、プレス装置・金型を余分に必要とするという問題があった。また、成形のプロセスが複雑になり、成形する時間が長くなるため、生産性の向上に繋がらず、成形品の量産に適さない。

本発明は上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、1回のプレス工程で効率よく、しかもしわの発生を十分に抑制しながら絞り深さの異なる部位を有する製品形状のプレス成形を行うことができるプレス成形方法およびプレス成形金型を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、上下一対のブランクホルダー６，７によって金属製ワークW周辺部を保持し、上下一対の金型２，５により当該金属製ワークＷに絞り深さの異なる部位を有する製品形状を成形するプレス成形方法であって、ダイフェースＤ３を当該製品形状の絞り深さの浅い部位に合わせて設定すると共に、可動型３及び固定型４により上型２を構成し、プレス装置の下降動作に伴い可動型３及び固定型４が同一の下降動作を行って、金属製ワークＷを下型５との間で絞り深さの浅い部位の成形である第1のドロー成形を行った後、更にプレス装置が下降動作を行うと可動型３が固定型４に対し相対変位し固定型４が下方へ突出することで更に絞り深さの深い部位の成形である第2のドロー成形を行うことを特徴とする。

請求項２の発明では、前記絞り深さの異なる部位を有する形状は、ドアインナーパネル１１のようなTL方向から見て大きく湾曲した端面を持つパネルであって、少なくともTL方向視で最も大きく湾曲した外形線に対し、ダイフェースＤ３が当該湾曲した外形線と交差するよう設定し、主要成形部分を前記第1のドロー成形により成形し、ダイフェースＤ３に対し主要成形部分と反対側に位置する成形部分は、前記第２のドロー成形により成形するようにしたことを特徴とする。

請求項３の発明では、金属製ワークＷ周辺部を保持する上下一対のブランクホルダー６，７を有し、上下一対の金型２，５により当該金属製ワークＷに絞り深さの異なる部位を有する製品形状を成形するプレス成形金型であって、ダイフェースＤ３を当該製品形状の絞り深さの浅い部位に合わせて設定すると共に、弾性部材８によって上型２に対しプレス軸方向に上下動可能に構成した可動型３と、固定型４とにより上型２を構成し、プレス装置の下降動作に伴い前記可動型３及び固定型４が同一の下降動作を行って金属製ワークＷを下型５との間で絞り深さの浅い部位の成形である第1のドロー成形を行った後、更にプレス装置が下降動作を行うと前記弾性部材８が収縮し固定型４が可動型３に対し下方へ突出し絞り深さの深い部位の成形である第２のドロー成形が行われるよう前記弾性部材８が調整されていることを特徴とする。

請求項４の発明では、前記絞り深さの異なる部位を有する形状は、ドアインナーパネル１１のようなTL方向から見て大きく湾曲した端面を持つパネルであって、少なくともTL方向視で最も大きく湾曲した外形線に対し、ダイフェースＤ３が当該湾曲した外形線と交差するよう設定し、主要成形部分を前記第1のドロー成形により成形し、ダイフェースＤ３に対し主要成形部分と反対側に位置する成形部分は、前記第２のドロー成形により成形するようにしたことを特徴とする。

まず請求項１の発明の効果について述べる。局部的に深い絞り形状を有する製品をドロー成形する場合、深い絞り形状の端部に合わせたダイフェースを設定すると、浅い絞り形状の部位に製品形状に寄与しない余分な材料が多く発生し、材料歩留まりの悪化の要因となる。請求項１の発明によれば、ダイフェースは製品形状の大部分を構成する浅い絞り形状の部位に設定し、可動型３により主たる製品形状をドロー成形した後、固定型４により深い絞り形状の部位をドロー成形することで工程を２工程に分けることなく、単一の型で材料歩留まりの良い加工を行うことができる。

次に請求項２の発明の効果について述べる。請求項２の発明によればドアサッシュの端面に近い位置にダイフェースを設定しつつ、主要成形部分とダイフェースの反対側に位置する成形部分は、同じ工程内の前記第２のドロー成形により成形することができるので、
ュ付近の絞り高さHを減らして材料の歩留まりを大きく向上させ、ダイフェースの形状を緩やかに設定して成形品のしわ発生防止を可能にした上で、絞り深さの異なる部位が存在する場合であっても、1回のプレス工程で成形を完了でき、工程削減により生産性を大きく向上することができる。

次に請求項３の発明の効果について述べる。局部的に深い絞り形状を有する製品をドロー成形する場合、深い絞り形状の端部に合わせたダイフェースを設定し金型を製作すると、浅い絞り形状の部位に製品形状に寄与しない余分な材料が多く発生し、材料歩留まりの悪化の要因となる。請求項３の発明の構成によれば、ダイフェースは製品形状の大部分を構成する浅い絞り形状の部位に設定し、弾性部材８で支持した可動型３と固定型４とで上型２を構成することにより、絞り深さの浅い部位の成形である第1のドロー成形を行った後、絞り深さの深い部位の成形である第２のドロー成形が行われるようになるので、工程を２工程に分けることなく、単一の型で材料歩留まりの良い加工を行うことができる。

次に請求項４の発明の効果について述べる。請求項４の発明によればドアサッシュの端面に近い位置にダイフェースを設定しつつ金型を構成し、主要成形部分を第１のドロー成形により成形し、ダイフェースの反対側に位置する成形部分は、同じ工程内の第２のドロー成形により成形することができるので、サッシュ付近の絞り高さHを減らして材料の歩留まりを大きく向上させ、ダイフェースの形状を緩やかに設定して成形品のしわ発生防止を可能にした上で、1回のプレス工程で成形を完了でき、工程削減により生産性を大きく向上することができる。

本発明の実施形態に係るプレス成形金型が用いられたプレス成形装置のワーク投入後の成形準備状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、ワークを保持した状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、第１のドロー成形を完了した状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、第２のドロー成形途中の状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、第２のドロー成形を完了した状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、プレス終了後、上型が上昇した状態を図示したものである。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置において、プレス終了後、上型及び下型ブランクホルダーが上昇した状態を図示したものである。 (ａ)はＴＬ方向から見たインナーパネルと従来のダイフェースを、（ｂ）はインナーパネルの平面図を図示したものである。 (ａ)はＴＬ方向から見たインナーパネルと本発明の実施形態に係るダイフェースを、（ｂ）はインナーパネルの平面図を図示したものである。

１ プレス成形装置
２ 上型
３ 可動型
４ 固定型
５ 下型
５ａ 第１成形面
５ｂ 第２成形面
５ｃ 第３成形面
６ 上型ブランクホルダー
７ 下型ブランクホルダー
８ 弾性部材
９ 弾性部材
１０ 弾性部材
１１ インナーパネル

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態の説明は、本質的な例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を限定することを意図するものではない。

（成形品）
図１は本発明の実施形態に係るプレス成形金型が用いられたプレス成形装置１を示す。プレス成形品は、ここでは、自動車の側部を構成するインナーパネルをブランク材からプレス成形する場合について説明する。このインナーパネルは湾曲した形状のドアアウターパネルに沿うように、図８（ａ）に示すようなＴＬ方向から見てＢＬ方向に大きく湾曲した端面を持ち、深い絞り形状を有するパネルである。

（ダイフェースの設定）
上記成形品であるインナーパネルに、図８（ａ）に示すように、深い絞り形状の端部にダイフェースＤ１を設定すると、サッシュ部の絞り高さＨによって、浅い絞り形状の部位に無駄な材料が多く発生してしまう。サッシュ部の絞り高さＨを低減するようダイフェースＤ２を設定すると、ダイフェースＤ２が大きく湾曲するため局部的にしわが発生してしまう。そのため、図９（ａ）に示すように、このようなインナーパネルを成形するダイフェースＤ３を、製品形状の大部分を構成する主要成形部分である浅い絞り形状の部位に設定し、インナーパネルのＴＬ方向視でサッシュ部の形状に沿わせ、最も大きく湾曲した外形線に対し、当該湾曲した外形線と交差するよう緩やかな形状になるよう設定している。
ダイフェースＤ３に沿った主要成形部分の成形は第１のドロー成形で、主要成形部分と反対側に位置するクロスハッチ部の成形は第２のドロー成形で成形する。

（プレス成形装置）
本発明の実施形態のプレス成形金型について、図１を用いて説明する。図１に示すように、プレス成形装置１は、ワークＷを所定形状にプレス成形するための装置であり、上型２と、上型２に対向する位置に設けた下型５と、ワークＷ周辺部を把持するブランクホルダー６、７が設けられている。また、上型２は、弾性部材８によって上型２に対しプレス軸方向に上下動可能に設けられた可動型３と、上型２に設けられた固定型４とにより構成される。そして前記上型２と下型５は各々プレス成形装置１の図示しないスライドとボルスターに固定支持されている。

（可動型）
上型２は図１に示すように、プレス成形装置１上部に設けられ、下型５及び下型ブランクホルダー７に載置されたワークＷに対向するとともに、図示しない駆動装置によってスライドが上下作動することによって、スライドに固定された上型２も上下方向に作動する。上型２を上下方向に移動することで、上型２と下型５の離間距離を調整できる構成となっている。この上型２は、中央部に可動型３を保持する保持部３ａが設けられ、この保持部３ａを中心とした外側には固定型４が設けられている。可動型３は保持部３ａに各々１または複数の弾性部材８を介して保持され、弾性部材８は、例えばガススプリング又はプレス機械に付いているクッション機構のクッションピンからなり、可動型３を下方向に向かって付勢している。
可動型３は、上型２に保持されているため、上型２と共にプレス軸方向に沿って移動するが、弾性部材８の作動によって上型２とは独立して上下動することも可能である。可動型３は中央部に製品形状の大部分を構成する浅い絞り形状の部位を成形する浅絞り成形部３ｂと、端部には中央部よりも下方向に向かって突出した凸形状部３ｃを有している。

（固定型）
固定型４は、上型中央部の可動型保持部３ａを中心とした外側に設けられ、上型２から下方向に向かって突出した凸形状部を有しており、可動型３を取り囲むように形成される。

（下型）
下型５は、プレス成形装置１の下部に設けられ、上型２に対向して配置される。下型５には、可動型３に対向する第１成形面５ａおよび第２成形面５ｂと、固定型４の凸形状に対応した形状で、下方に向かって凹状の断面形状からなる第３成形面５ｃを有する。第１成形面５ａは略中央部に形成され、第１成形面５ａを中心とした外側に第２成形面５ｂが、下型５端部のブランクホルダー側に第３成形面５ｃが形成されている。

（ブランクホルダー）
ブランクホルダーは、図１に示すように、上型２及び下型５の両外側に配されており、略４角形を有するドアパネル、ルーフパネルなどの成形型の場合は各辺に対応し、周囲を４分割して、各々1または複数の弾性部材９、１０を介してそれぞれ上型２と下型５に保持される上型ブランクホルダー６と下型ブランクホルダー７から構成されている。弾性部材９、１０は例えばガススプリング又はプレス機械に付いているクッション機構のクッションピンからなり、弾性部材９を介して上型２には上型ブランクホルダー６が連結され、上型ブランクホルダー６を下方向に向かって付勢している。下型５には弾性部材１０を介して下型ブランクホルダー７が連結され、下型ブランクホルダー７を上方向に向かって付勢している。
上型ブランクホルダー６と下型ブランクホルダー７は、各々成形面側のみ解放した上型２及び下型５に構成されたブランクホルダーケースに配置され上下方向のみ移動可能に構成されている。
各ブランクホルダー６，７の把持面は、略水平かつ平面状に形成され、一方のブランクホルダーの把持面には、ブランクホルダーの長手方向に延びたビード部を形成し、対応する他方のブランクホルダーの対応した位置には前記ビード形状に対応する形状の溝部が形成されている。この構成により一対のブランクホルダー６、７はワークＷに対し所定の把持力を発生する。

（弾性部材の付勢力）
可動型３を保持する弾性部材８と上型ブランクホルダー６を保持する弾性部材９の付勢力はそれぞれワークＷのドロー成形圧力およびワークＷ把持のためのビード成形圧力よりも強く設定されており、可動型３と下型５がワークＷを介して当接し、上型・下型ブランクホルダーがワークＷを把持するまでは可動型３および上型ブランクホルダー６は上型２に対し初期の位置を保ちながら一体として下降する。一方可動型３を保持する弾性部材８と上型ブランクホルダー６を保持する弾性部材９の付勢力はプレス成形装置１の作動圧力よりは弱く設定してあるため、可動型３と下型５がワークＷを介して当接した後さらに上型２が下降するとこれら弾性部材８、９が収縮作動し、可動型３と上型ブランクホルダー６が静止したまま上型２のみ下降する。
また下型ブランクホルダー７の弾性部材１０の付勢力は、ワークＷ把持のためのビード成形圧力よりも強くかつ所定の把持力を発生するのに十分な圧力が設定されているが、上型ブランクホルダー６の弾性部材９の付勢力よりは弱く設定してあり、上下ブランクホルダー６，７でワークＷを把持した後は、プレス成形装置１の下降作動に従って下型ブランクホルダー７の弾性部材１０が収縮作動し、上下ブランクホルダー６，７が一体として下降するように設定されている。

上記構成のプレス成形装置１によるプレス成形方法を説明する。
先ず、図１に示すように、図示しない駆動部によって可動型３及び上型ブランクホルダー６と共に上型２がプレス成形装置１において上方へと退避した状態を初期位置とし、上下成形面が離間した状態で、ワークＷを図示しないマテハンなどで下型５および下型ブランクホルダー７の上部に投入する。このとき、可動型３及び上型ブランクホルダー６は弾性部材８，９によって下方向に付勢され、可動型３の凸形状部３ｃの下端面は上型ブランクホルダー６の下端面とほぼ同じ位置に配置されており、固定型４の凸形状部の下端面は、可動型３の凸形状部３ｃの下端面及び上型ブランクホルダー６の下端面より高い位置に配置されている。また、下型ブランクホルダー７は弾性部材１０によって上方向に付勢され、下型ブランクホルダー７の上端面は下型５の第１成形面５ａより高い位置に配置されている。これによりブランクホルダーによるワークＷの把持が完了した後、上型、下型による成形が行われるよう調整される。

次に、上型２を下降させると上型２に弾性部材８、９を介して保持される可動型３および上型ブランクホルダー６も下降する。これにより、図２に示すように、上下ブランクホルダー６，７にてワークＷの周辺部を狭持し、可動型の凸形状部３ｃはワークＷに当接する。このとき、上下ブランクホルダー６，７のビード部と溝部でワークＷを成形・狭持することで、その後の加工時においてワークＷが上型下降方向と直交する水平方向に移動する動きを規制し、成形面への材料の流入を制御することができる。

続いて上型２を下降させると、各部弾性部材の付勢力が前述のように設定してある効果により、図３に示すようにプレス装置の下降動作に伴い可動型３、固定型４および上下ブランクホルダー６，７が同一の下降動作を行い、ワークＷは、ワークＷに当接した可動型３の凸形状部３ｃの成形面に倣うように変形し、次に、可動型３の浅絞り成形部３ｂと下型第１成形面５ａ、可動型３の凸形状部３ｃと第２成形面５ｂとの間で成形を行い、この段階でダイフェースＤ３に沿った主要成形部分の成形である第１のドロー成形を完了する。この時点で可動型３と下型５がワークを介して当接し、下型ブランクホルダー７は下型当接部５ｄに当接する位置まで下降している。
また、この時点では固定型４及び下型５の第３成形面５ｃはワークＷに当接しておらず、固定型４によるワークＷの最終形状への成形が完了していない状態にある。

更に、上型２が下降すると、図４に示すように、可動型３を保持する弾性部材８と上型ブランクホルダー６を保持する弾性部材９が収縮を始め、固定型４と下型５の第３成形面５ｃとの間でワークＷが固定型４の成形面に沿って下方へ向かって突出する形状に第２のドロー成形を行う。第２のドロー成形が行われている際、上型２は図示しない駆動部の駆動作用下で連続的に下降を続けており、可動型３がワークＷに当接して下型５との間で成形が行われた後、可動型３の下方向への移動は下型５により、また上型ブランクホルダー６の下方向への移動は下型ブランクホルダー７によって規制されている。よって、可動型３及び上型ブランクホルダー６は弾性部材８，９の付勢力がプレス成形装置１の作動圧力に負けるため収縮作動を開始し、可動型３は保持部３ａ内に、上型ブランクホルダー６はブランクホルダーケースに収容されるように上型２に対して除々に上昇する。更に、上型２が下降すると、図５に示すように、深い絞り形状部を成形する第２のドロー成形を行い、主要成形部分と反対側に位置する図９（ａ）に示すクロスハッチ部の成形が完了し、所定の形状を有するプレス成形品となる。
以上により、ワークＷのプレス成形が完了する。

（製品取出し）
ワークＷのプレス成形後、下死点を過ぎると上型２は上昇し図６に示すように先ず弾性部材８，９が初期位置まで伸張する。これは前述のように弾性部材９の付勢力が弾性部材１０の付勢力よりも強く設定してあるためである。さらに上型２を上昇させると、弾性部材１０が伸長を始め、付勢された下型ブランクホルダー７がプレス成形された製品を持ち上げながら初期位置まで上昇する。さらにプレス装置が上昇作動を続けると下型ブランクホルダー７が停止したまま、上型２と上型ブランクホルダー６が上昇を続け図７に示すように上型２、下型５が開放した状態となる。この状態で、図示しないマテハン等でプレス成形品の取り出しを行う。
以上が本発明にかかる加工装置の１サイクルの全作動であり、このサイクルを繰り返すことにより、１回のプレス工程でプレス成形品が連続的に自動生産される。

Claims (4)

1. 上下一対のブランクホルダーによって金属製ワーク周辺部を保持し、上下一対の金型により当該金属製ワークに絞り深さの異なる部位を有する製品形状を成形するプレス成形方法であって、
   ダイフェースを当該製品形状の絞り深さの浅い部位に合わせて設定すると共に、
   可動型及び固定型により上型を構成し、
   プレス装置の下降動作に伴い可動型及び固定型が同一の下降動作を行って、金属製ワークを下型との間で絞り深さの浅い部位の成形である第1のドロー成形を行った後、
   更にプレス装置が下降動作を行うと可動型が固定型に対し相対変位し固定型が下方へ突出することで更に絞り深さの深い部位の成形である第2のドロー成形を行うこと、
   を特徴とするプレス成形方法。
2. 前記絞り深さの異なる部位を有する形状は
   ドアインナーパネルのようなTL方向から見て大きく湾曲した端面を持つパネルであって、
   少なくともTL方向視で最も大きく湾曲した外形線に対し、ダイフェースが当該湾曲した外形線と交差するよう設定し、
   主要成形部分を前記第1のドロー成形により成形し、
   ダイフェースに対し主要成形部分と反対側に位置する成形部分は、前記第2のドロー成形により成形するようにしたことを特徴とする、
   請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 金属製ワーク周辺部を保持する上下一対のブランクホルダーを有し、上下一対の金型により当該金属製ワークに絞り深さの異なる部位を有する製品形状を成形するプレス成形金型であって、
   ダイフェースを当該製品形状の絞り深さの浅い部位に合わせて設定すると共に、
   弾性部材によって上型に対しプレス軸方向に上下動可能に構成した可動型と、固定型とにより上型を構成し、
   プレス装置の下降動作に伴い前記可動型及び固定型が同一の下降動作を行って金属製ワークを下型との間で絞り深さの浅い成形である第1のドロー成形を行った後、
   更にプレス装置が下降動作を行うと前記弾性部材が収縮し固定型が可動型に対し下方へ突出し、絞り深さの深い部位の成形である第２のドロー成形が行われるよう前記弾性部材が調整されていること、
   を特徴とするプレス成形金型。
4. 前記絞り深さの異なる部位を有する形状は
   ドアインナーパネルのようなTL方向から見て大きく湾曲した端面を持つパネルであって、
   少なくともTL方向視で最も大きく湾曲した外形線に対し、ダイフェースが当該湾曲した外形線と交差するよう設定し、
   主要成形部分を前記第1のドロー成形により成形し、
   ダイフェースに対し主要成形部分と反対側に位置する成形部分は、前記第2のドロー成形により成形するようにしたことを特徴とする、
   請求項３に記載のプレス成形金型。

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