JP4879812B2 - 形状凍結性に優れたプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は金属板のプレス成形方法に関するものであって、特に高強度鋼板やアルミニウム合金板などのプレス成形の際に生ずるスプリングバックを防止して良好な形状凍結性を確保するためのプレス成形に関するものである。

近年、自動車車体への高強度鋼板やアルミニウム合金板の使用が増えてきており、プレス成形後の形状凍結不良が問題になっている。形状凍結不良は、寸法精度が得られない問題であり、最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われる組立作業において溶接不良の原因となるため、特にメンバーやフレームなどの構造部品では形状凍結不良の防止が重要視されている。

曲げ加工で頻繁に観察される形状不良として知られているスプリングバックは、曲げ加工時に金属板に生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形するために生じる現象で、成形下死点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することに原因がある。一般に、プレス加工により曲げ成形した際に、金型から開放すると金属板の弾性回復により、パンチの肩部の開きと壁反りを生じる。この問題を解決するため、特許文献１には、横スライドダイを用い、成形下死点で製品の幅方向に横スライドダイをスライドさせることで、縦壁部の壁反りを矯正するプレス成形方法が開示されている。

しかし、スプリングバックは、図１に示す肩部１の「角度変化」、縦壁部２の「壁反り」だけでなく、図２に示すように、理想形状４の製品に対し３次元的なスプリングバックである「ねじれ」３といわれる現象も顕在化し、特許文献１に開示された発明ではこのスプリングバックを防止することはできない。また、特許文献２、３には、金属管の曲げ方法として、プレス横金型（上記横スライドダイと同じ）を用いた技術が開示されている。この技術もまた、特許文献１と同様な効果が得られるが、３次元的なスプリングバック（ねじれ）を低減することはできない。
特開平６−２４６３５５号公報 特開２００４−９８１３９号公報 特開２００５−９５９５６号公報

本発明は、プレス成形品に発生する、縦壁部の反り、ねじれを防止するプレス成形方法を提供することを目的とする。

係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）少なくとも一部にコの字型断面形状又はハの字型断面形状を有する部材のプレス成形方法であって、一対の縦壁部の水平断面が閉断面となるように、長手方向の所定の長さＬ１、幅及び深さを有する凹部をプレス成形した後、該部材のパンチ底部、フランジ部、縦壁部の長手方向の引張りひずみが０．５％超、５％未満となる範囲内で、凹部の長手方向の長さが前記長さＬ１より長くなるように少なくとも１回、再度プレス成形し、その後、縦壁部の端部が開断面の製品形状となるようにトリムすることを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
（２）縦壁部の長さを長くするプレス成形工程において、楔型のポンチを中央部に有する３分割されたポンチを有するプレス金型を用いることを特徴とする、形状凍結性に優れた（１）記載のプレス成形方法。
（３）縦壁部の長手方向の長さを長くするプレス成形工程において、前記楔形のポンチの移動量を変更することにより縦壁部の長さを変更することを特徴とする、形状凍結性に優れた（２）記載のプレス成形方法。
（４）縦壁部の長さを長くするプレス成形工程において、ポンチ及びパッドで縦壁部を押さえながらプレス成形することを特徴とする、（２）又は（３）記載の形状凍結性に優れたプレス成形方法。

本発明により、寸法精度に優れる良好なハット型成形部品を得ることができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは一部にコの字型断面形状又はハの字型断面形状を有するハット形状部品の縦壁部の反り、ねじれを防止するプレス成形方法について検討し、それらの課題を解決できる方法を知見した。

従来のプレス成形方法では、図３に示すようなスプリングバックした製品（ａ）に対し、スプリングバックの矯正工程であるリスト（ｂ）（スプリングバックを低減させるため、再度プレス成形を行う工程を「リストライク工程」（リストと略す）という）を行い、最終的な形状にフランジ部をトリムするトリム工程（ｃ）によって部品を造りこんでいた。それに対し、本発明では、図４に示すように、一対の縦壁部１１，１１の水平断面が閉断面となるように、所定の長さＬ１、幅及び深さを有する凹部１２をプレス成形する（ａ）。なお、このように縦壁部１１，１１の水平断面が閉断面となるように、プレス成形することにより、凹部１２の水平断面はループ状に閉じられた状態となる。その後、凹部１２の長手方向の長さが長くなるように（Ｌ２＞Ｌ１）被加工材を成形する拡長工程（ｂ）を行う（ここでＬ２は、該拡長工程（ｂ）後の凹部１２の長手方向の長さ）。そして、最終的な部品形状となるようにフランジ部１３および縦壁部１１，１１の端部をトリムするトリム工程（C）を行う。なお、このトリム工程で縦壁部１１，１１の端部を除去することにより、一対の縦壁部１１，１１の長手方向両端は互いに開かれた状態（開断面）となる。これら工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を行うことによって、スプリングバックが小さくなることを知見した（前記（１）に係る発明）。

本発明では、一対の縦壁部１１，１１の水平断面が閉断面を維持した状態で成形品を深絞り成形した後、拡長工程で成形品を縦壁部１１，１１の長手方向に沿って引っ張ることによって、製品の板厚方向の残留応力と、製品のパンチ底、縦壁部１１，１１、フランジ部１３に存在する長手方向の残留応力を緩和することができる。その後、コの字又はハの字型断面形状の部材にトリムすることで、従来のプレス成形方法より、形状凍結性に優れた製品を得ることができる。

前記（２）に係る発明は、縦壁部１１，１１の長手方向の長さを長くするプレス成形工程（拡長工程）において、楔型のポンチを中央部に有する３分割されたポンチを有するプレス金型を用いることを特徴とする。

拡長工程において、縦壁部１１，１１を引張るためには、主プレスの成形荷重をストロークと直角方向に変換しなければならない。本発明では、図５のようにポンチを３つに分解し、楔型のポンチ５が分割されたポンチ６ａ、６ｂに接触することで、分割されたポンチ６ａ、６ｂがストローク方向（紙面下向き）と直角方向（紙面左右方向）に動いて縦壁部１１，１１に引っ張り張力７を加えることができるように設計した。長手方向に湾曲している部品に対しては、部品の湾曲部に楔型のポンチ５、部品のストレート部に分割されたポンチ６ａ、６ｂを配置し、拡長箇所であるストレート部に楔型のポンチ５が干渉しないよう設計した。

前記（３）に係る発明は、縦壁部１１，１１の長手方向の長さを長くするプレス成形工程（拡長工程）において、前記楔形のポンチ５の移動量を変更することにより成形品の長さを変更することを特徴とする。

本発明により、スプリングバックを大幅に低減するためには、拡長工程の引張り張力を部材のパンチ底部、フランジ部１３、縦壁部１１，１１に作用させなければならない。この引張り張力の負荷量は、引張りひずみ（拡長量）と関係しており、部材の長手方向の引張りひずみが０．５％以下であると、製品全体の残留応力を緩和しきれず、また、引張りひずみが５％以上になると部材の破断又はネッキングの危険性が高くなるので、引張りひずみは上記の範囲とすることが好ましい。

前記（４）に係る発明は、縦壁部１１，１１の長手方向の長さを長くするプレス成形工程（拡長工程）において、ポンチ及びパッドで縦壁部１１，１１を押さえながらプレス成形することを特徴とする。

拡長工程において、部材全体に引張り張力を作用させるためは、図６のように、ポンチ５、６ａ、６ｂとパッド９ａ、９ｂを用い、パッド力１０を加えて成形品の両側面（縦壁部１１，１１の端部）を押さえることが好ましい。

本発明例として、板厚１．２ｍｍで、引張り強さが５９０ＭＰａ級の鋼板を用いたプレス成形を実施し、図７のようなハの字型断面形状を有する製品を製造した。本発明の効果について検討するため、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、１回目のプレス成形で一対の縦壁部の水平断面が閉断面となるように成形品を深絞り成形し（図４（ａ））、２回目のプレス成形で図５に示す３分割のポンチを用いて製品長さが長くなるように部材を拡長した（図４（ｂ））。そして最終的にフランジ部と縦壁部の端部をトリムした（図４（ｃ）参照）。拡長量（Ｌ２−Ｌ１）は１０ｍｍ、しわ押さえを２０トンとした。また、拡長工程に使用するパッドは図６に示すように両面に配置し、パッド圧をそれぞれ１トンに設定した。比較として、１回のプレス成形で図７に示す製品が得られるようにプレス成形した例も行った。

評価項目は、スプリングバック前後での製品端面のパンチ肩Ｒ止まりでの変位量Ｗ１〜Ｗ４をそれぞれ測定し、その平均値をねじれ量とした。また、製品端面のポンチ底から５０ｍｍ高さ位置での基準からの変位量を測定し、その平均値を壁反りとした。変位量は基準面に対して、上方向への変位をプラス、下方向への変位をマイナスとして評価した。

上記実施例１の測定結果を表１に示す。本発明により、比較例より寸法精度が向上し、良好な寸法精度に優れるハット型成形部品を得ることができた。

壁反りと角度変化を説明する模式図を示す。 ねじれを説明する模式図を示す。 従来のプレス成形を説明する製品の模式図を示す。（ａ）絞り工程、（ｂ）リスト工程、（ｃ）トリム工程である。 本発明を説明する製品の縦壁部の断面図を示す。（ａ）絞り工程、（ｂ）拡長工程、（ｃ）トリム工程である。 本発明を説明するプレス金型の断面図を示す。 本発明を説明するパッドの断面図を示す。 実施例に使用した部品の模式図を示す。

符号の説明

１ 肩部
２ 縦壁部
３ ねじれ
４ 理想形状
５ 楔型のポンチ
６ａ、６ｂ 分割されたポンチ
７ 引張り張力
８ 上視野からみた部品形状
９ａ、９ｂ パッド
１０ パッド力
１１ 縦壁部
１２ 凹部
１３ フランジ部
Ｌ１ 拡長前の被加工材（縦壁部）の長手方向の長さ
Ｌ２ 拡長後の被加工材（縦壁部）の長手方向の長さ
Ａ 製品の縦壁部のストレート部
Ｂ 製品の縦壁部の長手方向で凹状の湾曲部
Ｃ 製品の縦壁部の長手方向で凸状の湾曲部

Claims (4)

1. 少なくとも一部にコの字型断面形状又はハの字型断面形状を有する部材のプレス成形方法であって、一対の縦壁部の水平断面が閉断面となるように、長手方向の所定の長さＬ１、幅及び深さを有する凹部をプレス成形した後、該部材のパンチ底部、フランジ部、縦壁部の長手方向の引張りひずみが０．５％超、５％未満となる範囲内で、凹部の長手方向の長さが前記長さＬ１より長くなるように少なくとも１回、再度プレス成形し、その後、縦壁部の端部が開断面の製品形状となるようにトリムすることを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
2. 縦壁部の長さを長くするプレス成形工程において、楔型のポンチを中央部に有する３分割されたポンチを有するプレス金型を用いることを特徴とする請求項１記載の形状凍結性に優れたプレス成形方法。
3. 縦壁部の長手方向の長さを長くするプレス成形工程において、前記楔形のポンチの移動量を変更することにより縦壁部の長さを変更することを特徴とする請求項２記載の形状凍結性に優れたプレス成形方法。
4. 縦壁部の長さを長くするプレス成形工程において、ポンチ及びパッドで縦壁部を押さえながらプレス成形することを特徴とする請求項２又は３記載の形状凍結性に優れたプレス成形方法。
   

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