JP2004174531A - Method for press-forming steel sheet and its die device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a press-forming method by which a product having high shape accuracy is manufactured while suppressing defects in shape caused by the occurrence of a wall camber, wrinkles, and twist even when performing the press forming of parts having a hat-shaped cross section by taking a high tensile strength steel sheet as a base stock. <P>SOLUTION: When bending the base stock 1 into a hat-shaped cross-sectional shape by forcing the base stock 1 into the recessed opening 24 of a fixed die 21 with a movable punch 31, the base stock is bent into a U-shaped cross section by forcing the movable punch 31 into the fixed die 21 without adding wrinkle pressing force to both end parts of the base stock 1 and also the wall camber is reduced by mitigating stress remaining in the vertical wall part of the hat-shaped cross section by imparting tension by forming an upward forced bead on the flange of the hat-shaped cross section by forcing a bead forming projecting parts 33 provided on the flange pressurizing surface 32 of the movable punch 31 into bead forming recessed parts 23 provided on the flange pressurizing surfaces 22 on the upper surfaces of both sides of the fixed die 21. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄鋼板をフランジ付きU型断面(ハット型断面)に成形するための曲げプレス成形方法およびそのための金型装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車車体としては、通常、薄鋼板をプレス成形した多数の成形部材で構成されており、フランジ付きU型断面部品(以下、「ハット型断面部品」と称す。)等が多く用いられている。ハット型断面部品は、金型経費節減と工程短縮のために、図1に示すようような、U型パンチ41,可動ダイ42としわ押え工具43で構成する金型を装着した機械プレス装置によって素材の薄鋼板を一回で絞り曲げをする、いわゆるハット曲げ加工で得るのが一般的である。
しかし、このような加工方法には、弾性復元によるスプリングバックを生じ、縦壁部に壁反りが発生する欠点があり、得られた加工品を部品に用いて車体を組み立てる際に、他の部品とのスポット溶接による接合がうまくいかずに製造上のトラブルとなるケースがあった。
【0003】
いわゆるハット型曲げ加工は、素材がダイ肩R部を通過する際に一旦曲げられ、その後引き伸ばされることにより曲げ戻しを受けて縦壁を形成する加工方法である。このため、ダイ肩部において曲げ癖を残すといった特有の現象を生じる。図2に示すように、縦壁部52の外側表層は、ダイ肩部を通過する際に一旦圧縮され、通過後に引き伸ばされるためにプレス方向に引張り応力Tを残存するが、逆に、縦壁部52の内側表面はダイ肩部を通過する際に一旦引き伸ばされて通過後に圧縮されるために圧縮応力Cが残存することから、板厚方向で不均一な応力分布を生じる。不均一な応力分布を残したまま成形体を金型から離脱させると、本来、フラット部51に対して垂直に加工されるべき縦壁部52が、金型の拘束から開放されることによって弾性回復、いわゆるスプリングバックし、図3に示すように、縦壁が外側に反るといった形状不良が発生する。
このスプリングバックによる壁反り量は、被加工材形状や、プレス加工に使用するパンチ,ダイ並びにしわ押え工具の形状等の影響や材料特性によって大きく変化する。例えば、素材の材料強度が大きい場合、あるいは素材の板厚が小さい場合に、壁反り量がより大きくなる傾向がある。
【0004】
一方で、近年の軽量化と衝突安全性の観点から、自動車車体に使用される素材として一般の冷延鋼板よりも板厚の薄い高張力鋼板が多用されるようになり、ますます上記点が問題になっている。
そこで、ハット曲げ加工時の壁反りを抑制し、予定した部品形状に近づけるためのプレス成形方法が各種提案されている。
特開昭56−117831号公報では、ダイ肩部での曲げ半径を板厚の1.0〜2.5倍に取り、パンチとダイのクリアランスを板厚の1.0〜1.4倍に設定することが提案されている。
特開平11−290951号公報では、パンチ成形行程の末期に、ダイ保持面としわ押え工具保持面間で素材を局部押圧してフランジに押込ビードを形成し、素材の曲げ加工された縦壁部に均一な引張り変形が作用するまで前記押込みビード形成による張力を付与させて、縦壁部の曲げ癖を取り除く曲げ矯正方法が提案されている。
【0005】
また、特開昭61−82930号公報では、プレス装置のスライド下面に取り付けた可動ダイと、プレス装置のボルスタ上に据え付けたパンチより構成する金型装置でプレス成形する際、パンチ肩部から大きく離れた位置の素材部分を押圧変形させて、あらかじめスプリングバックと逆方向の曲げ癖を付し、その後、パンチと可動ダイとの間で規定の曲げ角に屈曲させ、この屈曲によって生じるスプリングバックと前記曲がり癖を相殺させて寸法精度の優れた曲げ加工を行うことが提案されている。
さらにまた、特開2002−224753号公報では、キャビティを有するダイと、下部外周にフランジ部が突設されたパンチとにより板状の素材を成形する際、パンチを前記フランジ部の近傍で可動パンチと固定パンチに分割し、かつ前記可動パンチの下部に突設されたフランジ部を前記可動パンチの外寸よりやや大きくして、素材の成形時に素材に折れが発生するのを抑制するとともに、成形品の側壁部にスプリングバックの原因となるひずみの蓄積をなくすことが提案されている。さらに当該公報では、可動パンチの下部に設けたフランジ部の作用により素材にフランジを成形した後、成形品のフランジ長手方向の剛性を高める方策として、フランジ部に帯状で凸形状を成すビードを設けたり、あるいは成形品の端部において重ね合わせの段差を生じさせないように段付きの棚形状を成すジョッグルを設ける場合、その成形工程を短縮する目的で、ビード又はジョッグルを同時に成形できるようにした金型の変形例も提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭56−117831号公報で提案された方法は、ダイ肩部での曲げ・曲げ戻し時の逆曲げを制御して残留モーメントを打ち消すことにより壁反りの抑制を図るものである。ところが、適正な逆曲げの大きさは材料の板厚や材料強度に強く依存する。したがって、実際の成形時には、許容制御範囲が狭いために板厚の精度によって壁反り量が大きくばらついてしまう問題や、ダイ肩R部半径に十分な精度を確保する必要から金型費用が上昇する問題などがある。
特開平11−290951号公報で提案された方法は、素材がダイ肩R部を通過する際に、一旦生成した曲げ癖を、全成形行程のわずか3〜10%領域に相当する成形末期に局部押圧してビードを形成させたときに付与される張力の作用で解消させようとするものであるため、割れに対する危険性から、スプリングバックを無くすほどの張力をかけることはできない。引張り強さが690MPaを超えるような高張力鋼を素材とする場合、十分な矯正効果は得られない。また特殊なプレス装置を必要とし、通常のプレス装置では実施困難である。
【0007】
以上の方法は、ハット型断面部品を、フランジをホルダーで押圧し、しわ押え力を付加した状態でパンチをダイに押込んで成形する、いわゆる絞り曲げ成形(以下、「ドローベンド成形」と称す。)するものであるため、各種の矯正方法を適用してもハット型断面縦壁部に残存する不均一な応力を解消しきれず、縦壁部の壁反りを完全に抑制できずに形状不良になり易い。一方、特開昭61−82930号公報や特開2002−224753号公報で提案された方法は、しわ押え力を付加しない状態でパンチをダイに押込んで成形する、いわゆるフォームベンド成形するものであるため、ハット型断面の縦壁部に残存する不均一な応力は比較的少なく、ドローベンド成形法に比べて壁反り量は少ない。しかしながら、特開昭61−82930号公報で提案されている方法では、しわ押え力を加えていないので、しわやねじれなどの形状不良が発生しやすいという問題がある。また、特開2002−224753号公報で提案された方法の中で、工程短縮のためにビードを同一工程内で成形させる場合、しわやねじれ等の形状不良に対しても改善効果はあるものの、むやみに大きなビードを設けようとすれば、ビード張力が大きくなり過ぎて割れを引き起こすケースもありうる点で問題がある。
【0008】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、一般的な冷延鋼板に比べて壁反り量が大きくなる傾向がある高張力鋼板を素材としてハット型断面部品をプレス成形する際にも、特殊な金型を使用することなく、通常の機械プレス装置を用いても実施可能であり、かつ、しわ,ねじれによる形状不良を抑制しながら板厚精度の誤差に影響されずに壁反りを安定して小さい範囲に制御できるプレス成形する方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄鋼板のプレス成形方法は、その目的を達成するため、素材を固定ダイの凹形状開口部に可動パンチによって押込んでハット型断面形状に曲げ加工する際、素材の両端部にしわ押え力を付加することなく可動パンチを固定ダイに押込み、素材をU断面に曲げ加工するとともに、成形末期に、ハット型断面のフランジに上向きの押込みビードを形成することを特徴とする。
押込みビードの高さは0.8〜2.0mmに設定することが好ましい。
また、そのための金型装置は、可動パンチ、該可動パンチ側方に設けられたフランジ加圧面、および該フランジ加圧面に設けられたビード形成凸部を有する上金型と、開口部を備えた固定ダイ、該固定ダイ開口部内に上下動自在に設けられたクッションパット、前記固定ダイの両側上面に形成されたフランジ加圧面、および該フランジ加圧面に設けられたビード形成用窪みを有する下金型とを具備していることを特徴とする。
ビード形成凸部は、可動パンチのフランジ加圧面に形成したスリットと、該スリットに嵌め込まれたビード形成押込み治具に置換えてもよい。
さらに、クッションパッドは、下金型プレートに設けた貫通孔を貫通するスライドガイドポールを介してストッパープレートと一体化され、クッションピンを用いてダイクッション装置に支持されている構造とすることが好ましい。
【0010】
【実施の態様】
まず、本発明で用いる金型装置について、図4に基づいて説明する。
図4は、従来のパンチ,ダイおよびしわ押え工具で構成される金型を装着でき、かつ、プレス装置本体のボルスタ12が固定されたベッド13の内部にしわ押え力を発生させるためのダイクッション装置14を内蔵した汎用の絞り曲げ加工用機械プレス装置に、本発明の金型装置を装着させた状態を示す。この図1は、高張力鋼板を素材1とした成形行程の初期段階をも示している。金型装置は、ボルスタ12上に設置されるクッションパット26と固定ダイ21を備えた凹形状をなす下金型2と、スライド11の下面に取り付ける可動パンチ31およびパンチ側方にフランジ加圧面32を備えた下に凸形状をなす上金型3によって構成されている。
【0011】
図4に示すように、固定ダイ21は下金型プレート25上に載置されており、ハット型断面部品のフランジを加圧して形成するためのダイ側フランジ加圧面22には、ビード形成凸部33で素材1を局部的に押込むための窪み23を設けている。また、固定ダイ21の内側下面には凹形状の開口部24が形成されており、この開口部24にはクッションパット26が収容されている。このクッションパット26は下金型プレート25の貫通孔29を貫通するスライドガイドポール27を介してストッパープレート28と一体化され、プレス本体のダイクッション装置14を駆動源にして上下動自在な構造になっている。
一般的に、汎用な絞り曲げ成形用機械プレス装置は、空圧式または油圧式の駆動源をもつダイクッション装置14をボルスタ12が固定されたベッド13の内部に標準的に装備しているが、ピンプレート15およびクッションピン16を用いれば上記ダイクッション装置14が発生する加圧力を、本発明の金型装置のクッションパット26に伝達することができる。
【0012】
一方、上金型3は、下に凸の形状をなし、素材1をU断面に成形するためのパンチ31と、フランジを形成するための平坦なパンチ側フランジ加圧面32により構成されている。このパンチ側フランジ加圧面32には、プレス成形行程においてスライド11が下降して下死点に達する直前の成形末期に、素材1に張力を作用させるための押込みビードを形成するビード形成凸部33が設けられている。
【0013】
次に図4〜6に基づいて、本発明金型装置を使用して、薄鋼板を断面ハット型にプレス成形する手順を説明する。
まず、図4に示すように、素材1をクッションパット26の上に載せてプレス装置を起動させると、クッションパット26と可動パンチ31の間で素材1が固定される。さらに、スライド11の下降とともに可動パンチ31が下降すると、図5に示すように、固定ダイ肩R部30と可動パンチ肩R部34の間で、両工具間のクリアランス35内に素材1が進入させられるとともに、U形状に作り込む曲げ加工が行われる。
【0014】
さらに成形行程が進行してスライド11が下死点に達する直前の成形末期には、図6に示すように、可動パンチ31外周のパンチ側フランジ加圧面32に突設したビード形成凸部33が素材1の両端と接触し、さらに、ビード形成凸部33と対をなすダイ側フランジ加圧面22の窪み23の中に素材1の一部を押込み、ビードを形成して成形を完了する。
その後、スライド11が上昇し始めて上死点に達するまでの間に、固定ダイ21の開口部24内に取り残された成形品は、ノックアウト(図示せず)が作動してクッションパット26が上昇することで離型される。
【0015】
なお、フランジ部のビードは完成した部品には不要な突起物であるため、必要に応じて、次工程においてトリミングして取り除けばよい。
また、上記パンチ側フランジ加圧面32に設けたビード形成凸部33の代わりに、図7に示すように、パンチ側フランジ加圧面32にスリット36を設け、このスリット36に、各種高さを変えて取り揃えた交換可能なビード形成押込み治具37を装着し、留め金具38で固定する態様とすることもできる。この場合、素材の種類に応じてビードの高さを変更でき、素材に付与する張力を調整することができる。また、ビード形成凸部33の摩耗による上金型の交換をなくすことができるので、金型維持費の低減にも有効である。
【0016】
【作用・効果】
本発明は、素材の断面ハット型への曲げ加工を、しわ押え力を付加しない状態でパンチをダイに押込んで成形する、いわゆるフォームベンド成形するものである。このため、従来のドローベンド成形法のように、ダイ肩R部で一旦90度まで曲げた後、縦壁部で真っ直ぐに引き伸ばす曲げ戻しを行うといった大きな曲げではなく、工具肩部での曲げ変形量は小さい。したがって、ハット型断面の縦壁部に残存する不均一な応力は比較的少なく、壁反りは従来法に比べて小さい。
しかし、小さいながらもハット型断面縦壁部の外側表層には引張り応力が、内側表面には圧縮応力が残存している。
【0017】
そこで、成形末期に、ハット型断面のフランジに上向きの押込みビードを形成することにより、フランジの上面に圧縮応力を、下面に引張り応力を付加させ、ハット型断面縦壁部に残存する応力を低減して結果的に壁反りをさらに小さくした。
このように、本発明は、いわゆるフォームベンド成形法と押込みビードの形成の複合により、素材を曲げ加工してハット型断面部品を製造する際に発生しやすい壁反りを小さくすることができたものである。
そして成形の最終段階で、パンチ側フランジ加圧面32とダイ側フランジ加圧面22とで、素材1のフランジ部を押圧するので、フランジにしわやねじれ等の形状不良が発生することを防ぐことができる。
【0018】
なお、パンチと平坦なフランジ加圧面を有する上金型を上部スライドに装着し、フランジ加圧面を有する固定ダイとクッションパットを一体化した下金型をボルスタ上に載設し、クッションピンを介してダイクッション装置からの加圧力をクッションパットに伝達するように金型装置を構成すれば、従来の絞り加工や絞り曲げ加工用の金型を装着していた機械プレス装置の金型を単に入れ換えるだけで、本発明の薄鋼板のプレス成形方法を実施することができる。
すなわち、従来から絞りや絞り曲げ加工に使用されている汎用の機械プレス装置において、単に金型を入れ換えるだけで、従来のドローベンド成形法と本発明のフォームベンド成形と押込みビード形成の複合成形法を使い分けることが可能になる(図1および図4参照)。このため、成形法に合わせて異なる機械プレス装置をそれぞれ個別に設置する必要がなく、経済性にも優れる。
【0019】
【実施例】
本発明の金型装置を使用して曲げ加工を施した実施例を説明する。
この実施例では、表1にその特性を示す、板厚1.2mm×板幅30mm×圧延方向長さ200mmの高張力冷延鋼板に、プレス油を塗布し、パンチ幅39.2mm,パンチ肩半径3mm,ダイ肩半径3mm,パンチとダイ間のクリアランス1.4mmの工具で構成された、基本構成が図4と同一の曲げプレス金型装置を用いて、成形ストローク50mmとクッションパット背圧力1kNの成形条件で、成形するビード高さを変えてハット型断面部品の成形を行った。
【0020】
また成形方法の比較例として、ビード形成の代わりにしわ押え工具(しわ押え力3kN)を有する、図1に示す従来の金型装置を使用した成形の試験も実施した。さらに、通常の金型装置を使用した従来成形方法の試験では、一般冷延鋼板を使用したものを追加した。
評価は、図8に模式的に示すように、成形品断面の縦壁部の曲率半径を測定して求めた壁反り量(1/ρ)と、割れの有無の2項目を比較して行った。壁反り量の値が小さいほど壁反りが小さく、良好な形状であることを意味する。
成形条件と評価結果をまとめて表2に示す。
【0021】
【0022】
【0023】
980MPa級の高張力鋼板を素材とし、図4に示すような金型を使用してフォームベンド法で曲げ成形し、高さがそれぞれ1.0mm(試験番号2),2.0mm(試験番号3)になるようにビードを形成したものでは、割れは発生せず、しかも壁反り量(1/ρ)もそれぞれ4.35(試験番号2),2.89(試験番号3)と小さく、寸法精度にも十分満足できる成形品を得ることができた。特に試験番号3は良好な形状の製品が得られた。
これに対して、980MPa級の高張力鋼板を素材とし、図4に示すような金型を使用してフォームベンド法で曲げ成形しても、形成するビードの高さが所定値に満たない(試験番号1)と、割れは生じないものの、壁反り量(1/ρ)はやや大きく、若干の矯正作業を必要とした。これは、ビード形成により付与される張力が小さいために、残存する応力を低減できなかったためである。
逆に、形成するビードの高さが高すぎると(試験番号4)と、割れが発生して欠陥品となった。これは、ビード形成により付与される張力が鋼板の引張強さを上回ったためである。
また、高張力鋼板を、従来の金型装置を用いてドローベンド法で曲げ成形した(試験番号5)場合、割れは発生しないが、壁反り量(1/ρ)は9.85にもなり、一般冷延鋼板の場合の約3.6倍にもなっている。したがって、大幅な手直し矯正が必要になった。
なお、一般の冷延鋼板は、従来の金型装置を用いてドローベンド法で曲げ成形しても(試験番号6)、問題なく成形できる。
【0024】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明法により、ハット型断面部品をプレス成形法を成形する際に、素材として高張力鋼板を用いても、壁反りの少ない製品を得ることができるので、その後の矯正作業を必要とせず低コストで品質の高いハット型断面部品を製造することができる。
さらに、本発明プレス成形金型装置は、パンチと平坦なフランジ加圧面を有する上金型を上部スライドに装着し、フランジ加圧面を有する固定ダイとクッションパットを一体化した下金型をボルスタ上に載設し、クッションピンを介してダイクッション装置からの加圧力をクッションパットに伝達するように構成されているので、従来の機械プレス装置の金型と容易に置換えることができ、本発明法を実施するために専用のプレス装置を設置する必要がなく、この点からも品質の高いハット型断面部品を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハット型断面部品を成形するため従来の曲げプレス金型装置の概略を説明する正面図
【図2】曲げ・曲げ戻し変形を受けた素材縦壁部断面内の残留応力状態を説明する図
【図3】離型した成形品の壁反りの状態を示す図
【図4】ハット型断面部品を成形するための本発明金型装置の概略を説明する正面図で、曲げ成形行程の初期段階の状態を示す図
【図5】本発明法で素材板を成形するときの、成形行程途中の段階の状態を示す図
【図6】本発明法で素材板を成形するときの、成形行程末期に近い段階のビードを押圧成形した状態を示す図
【図7】本発明金型装置の他の態様の概略を説明する正面図
【図8】壁反り量の測定方法を模式的に説明する図
【符号の説明】
1:素材 2:下金型 3:上金型
11:スライド 12:ボルスタ 13:ヘッド
14:ダイクッション装置 15:ピンプレート 16:クッションピン
21:固定ダイ 22:ダイ側フランジ加圧面 23:ビード形成窪み
24:開口部 25:下金型プレート 26:クッションパット
27:スライドガイドポール 28:ストッパープレート 29:貫通孔
30:固定ダイ肩R部
31:可動パンチ 32:パンチ側フランジ加圧面 33:ビード形成凸部
34:可動パンチ肩R部 35:クリアランス 36:スリット
37:ビード形成押込み治具 38:留め金具
41:固定パンチ 42:可動ダイ 43:しわ押え工具
51:フラット部 52:縦壁部 53:フランジ部
T:引張り応力 C:圧縮応力
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a bending press forming method for forming a thin steel plate into a flanged U-shaped cross section (hat-shaped cross section) and a mold apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
An automobile body is generally formed of a large number of formed members formed by press-forming a thin steel plate, and a flanged U-shaped cross-section part (hereinafter, referred to as a "hat-shaped cross-section part") and the like are often used. As shown in FIG. 1, the hat-shaped cross-section parts are machined by a mechanical press equipped with a mold composed of a U-shaped punch 41, a movable die 42 and a wrinkle holding tool 43, as shown in FIG. In general, it is obtained by so-called hat bending, in which a thin steel plate of a material is drawn and bent once.
However, such a processing method has a drawback in that springback occurs due to elastic restoration and wall warpage occurs in the vertical wall portion. When assembling a vehicle body using the obtained processed product as a part, other parts are used. In some cases, spot welding was not successful, resulting in manufacturing problems.
[0003]
The so-called hat-type bending is a processing method in which a material is bent once when passing through a die shoulder R portion, and then stretched and then returned to bend to form a vertical wall. For this reason, a peculiar phenomenon, such as leaving a bending habit at the die shoulder, occurs. As shown in FIG. 2, the outer surface layer of the vertical wall portion 52 is once compressed when passing through the die shoulder portion, and is stretched after passing therethrough, so that a tensile stress T remains in the pressing direction. Since the inner surface of the portion 52 is once stretched when passing through the die shoulder and is compressed after passing, the compressive stress C remains, so that an uneven stress distribution occurs in the thickness direction. When the molded body is released from the mold while maintaining an uneven stress distribution, the vertical wall portion 52, which should be processed perpendicularly to the flat portion 51, is released from the constraint of the mold and elastically deformed. Recovery, so-called springback, causes a shape defect such as the vertical wall warping outward as shown in FIG.
The amount of wall warpage due to the springback greatly changes depending on the shape of the workpiece, the shape of punches, dies, and wrinkle holding tools used for press working, and the material characteristics. For example, when the material strength of the material is large or when the thickness of the material is small, the wall warpage tends to be larger.
[0004]
On the other hand, from the viewpoints of weight reduction and collision safety in recent years, high-tensile steel sheets, which are thinner than ordinary cold-rolled steel sheets, are increasingly used as materials for automobile bodies. In question.
Accordingly, various press forming methods have been proposed for suppressing wall warpage during hat bending and for bringing the shape close to a predetermined component shape.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-178831, the bending radius at the shoulder of the die is set to 1.0 to 2.5 times the plate thickness, and the clearance between the punch and the die is set to 1.0 to 1.4 times the plate thickness. It is proposed to set.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-290951, at the end of a punch forming process, a material is locally pressed between a die holding surface and a wrinkle holding tool holding surface to form a pushing bead on a flange. A bending straightening method has been proposed in which a tension is applied by forming the indentation bead until a uniform tensile deformation acts on the vertical wall to remove a bending habit of the vertical wall portion.
[0005]
Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-82930, when press-molding with a mold device consisting of a movable die attached to the lower surface of a slide of a press device and a punch mounted on a bolster of the press device, a large distance from a punch shoulder is required. By pressing and deforming the material part at a distant position, giving a bending habit in the opposite direction to the springback in advance, and then bending it to the specified bending angle between the punch and the movable die, the springback caused by this bending It has been proposed to perform bending with excellent dimensional accuracy by offsetting the bending habit.
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-224755, when a plate-shaped material is formed by using a die having a cavity and a punch having a flange protruding from the lower periphery, a movable punch is formed near the flange. And a fixed punch, and a flange portion protruding from a lower portion of the movable punch is made slightly larger than an outer dimension of the movable punch to prevent the material from being broken at the time of molding the material and to form the material. It has been proposed to eliminate the accumulation of strain that causes springback on the side wall of the product. Further, in this publication, after forming a flange on a material by the action of a flange portion provided at the lower portion of a movable punch, a belt-shaped convex-shaped bead is provided on the flange portion as a measure to increase the rigidity of the molded product in the flange longitudinal direction. In the case where a jiggle having a stepped shelf shape is provided so as not to cause an overlapping step at the end of the molded product, or a bead or a joggle can be formed at the same time in order to shorten the molding process. Variations of the mold have also been proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The method proposed in JP-A-56-117831 is intended to suppress wall warpage by controlling the reverse bending at the time of bending / unbending at the die shoulder to cancel the residual moment. However, the appropriate magnitude of reverse bending strongly depends on the thickness and strength of the material. Therefore, at the time of actual molding, there is a problem that the amount of wall warpage largely varies due to the accuracy of the plate thickness due to the narrow allowable control range, and the die cost is increased due to the necessity of securing sufficient accuracy in the radius of the die shoulder R portion. There are problems.
The method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-290951 discloses a method in which, when a material passes through a die shoulder R, a bending habit once generated is locally localized at a final stage of molding corresponding to a region of only 3 to 10% of the entire molding process. Since the tension is applied by the action of the tension applied when the bead is formed by pressing, it is not possible to apply tension enough to eliminate springback due to the risk of cracking. When a high-tensile steel having a tensile strength exceeding 690 MPa is used as a material, a sufficient straightening effect cannot be obtained. In addition, a special press device is required, and it is difficult to perform with a normal press device.
[0007]
In the above-described method, a hat-shaped cross-section part is formed by pressing a flange with a holder and pressing a punch into a die while applying a wrinkle holding force, which is called draw bending forming (hereinafter, referred to as “draw bend forming”). Therefore, even if various correction methods are applied, the uneven stress remaining on the hat-shaped vertical wall cannot be completely eliminated, and the wall warpage of the vertical wall cannot be completely suppressed, resulting in a defective shape. easy. On the other hand, the methods proposed in JP-A-61-82930 and JP-A-2002-224753 are so-called foam bend moldings in which a punch is pressed into a die in a state where no wrinkle holding force is applied and the punch is formed. Therefore, the non-uniform stress remaining on the vertical wall portion of the hat-shaped cross section is relatively small, and the wall warpage is small as compared with the draw bend forming method. However, in the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-82930, since a wrinkle holding force is not applied, there is a problem that shape defects such as wrinkles and twists are likely to occur. In the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-224753, when beads are formed in the same process in order to shorten the process, there is an effect of improving shape defects such as wrinkles and twists, If an excessively large bead is to be provided, there is a problem in that the bead tension may become too large to cause cracks.
[0008]
The present invention has been devised to solve such a problem, and a hat-shaped cross-section part is pressed by using a high-tensile steel sheet having a tendency to increase wall warpage as compared with a general cold-rolled steel sheet. When molding, it can be carried out using a normal mechanical press without using a special mold, and is affected by errors in plate thickness accuracy while suppressing shape defects due to wrinkles and twists. It is an object of the present invention to provide a method for press-forming in which wall warpage can be stably controlled to a small range without any wall warpage.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the press forming method of a thin steel sheet according to the present invention is such that when the material is pressed into a concave opening of a fixed die by a movable punch to bend into a hat-shaped cross-sectional shape, wrinkle holding is performed on both ends of the material. The method is characterized in that the movable punch is pushed into the fixed die without applying force, the material is bent into a U section, and an upward pushing bead is formed on the hat-shaped section flange at the end of molding.
The height of the indentation bead is preferably set to 0.8 to 2.0 mm.
Further, a mold apparatus for this includes a movable punch, an upper mold having a flange pressing surface provided on the side of the movable punch, and a bead forming projection provided on the flange pressing surface, and an opening. A lower die having a fixed die, a cushion pad provided vertically movable in the fixed die opening, a flange pressing surface formed on both upper surfaces of the fixed die, and a bead forming recess provided on the flange pressing surface. And a mold.
The bead forming protrusion may be replaced with a slit formed on the flange pressing surface of the movable punch and a bead forming pushing jig fitted into the slit.
Further, it is preferable that the cushion pad be integrated with the stopper plate through a slide guide pole that penetrates a through hole provided in the lower mold plate, and that the cushion pad be supported by the die cushion device using a cushion pin. .
[0010]
Embodiment
First, a mold apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows a die cushion for mounting a mold composed of a conventional punch, die and wrinkle holding tool, and for generating a wrinkle holding force inside a bed 13 to which a bolster 12 of a pressing device body is fixed. 1 shows a state in which the die apparatus of the present invention is mounted on a general-purpose mechanical press apparatus for drawing and bending that incorporates the apparatus 14. FIG. 1 also shows an initial stage of a forming process using a high-tensile steel plate as a raw material 1. The mold apparatus includes a concave lower mold 2 having a cushion pad 26 and a fixed die 21 installed on the bolster 12, a movable punch 31 attached to the lower surface of the slide 11, and a flange pressing surface 32 on the side of the punch. Is formed by an upper mold 3 having a downward convex shape.
[0011]
As shown in FIG. 4, the fixed die 21 is placed on the lower mold plate 25, and the die-side flange pressing surface 22 for pressing and forming the flange of the hat-shaped cross-section part has a bead forming protrusion. The recess 33 is provided at the portion 33 for locally pressing the material 1. In addition, a concave opening 24 is formed on the inner lower surface of the fixed die 21, and a cushion pad 26 is accommodated in the opening 24. The cushion pad 26 is integrated with the stopper plate 28 through a slide guide pole 27 that penetrates the through hole 29 of the lower mold plate 25, and has a structure that can be moved up and down by using the die cushion device 14 of the press body as a driving source. Has become.
In general, a general-purpose press machine for drawing and bending is equipped with a die cushion device 14 having a pneumatic or hydraulic drive source as a standard inside a bed 13 to which a bolster 12 is fixed. If the pin plate 15 and the cushion pin 16 are used, the pressing force generated by the die cushion device 14 can be transmitted to the cushion pad 26 of the mold device of the present invention.
[0012]
On the other hand, the upper mold 3 has a downwardly convex shape, and is constituted by a punch 31 for forming the material 1 into a U section and a flat punch-side flange pressing surface 32 for forming a flange. In the punch-side flange pressing surface 32, a bead forming protrusion 33 for forming a pushing bead for applying tension to the material 1 at the end of forming just before the slide 11 descends to reach the bottom dead center in the press forming process. Is provided.
[0013]
Next, a procedure for press-forming a thin steel sheet into a hat-shaped section using the mold apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4, when the material 1 is placed on the cushion pad 26 and the press device is started, the material 1 is fixed between the cushion pad 26 and the movable punch 31. Further, when the movable punch 31 descends as the slide 11 descends, as shown in FIG. 5, the material 1 enters the clearance 35 between the two tools between the fixed die shoulder R portion 30 and the movable punch shoulder R portion 34. At the same time, a bending process for forming a U shape is performed.
[0014]
Further, at the end of molding immediately before the slide 11 reaches the bottom dead center as the molding process proceeds, as shown in FIG. 6, a bead forming projection 33 projecting from the punch-side flange pressing surface 32 on the outer periphery of the movable punch 31 is formed. A part of the material 1 is pushed into the recess 23 of the die-side flange pressing surface 22 that is in contact with both ends of the material 1 and forms a pair with the bead forming protrusion 33, thereby forming a bead and completing the molding.
After that, the molded product left in the opening 24 of the fixed die 21 until the slide 11 starts rising and reaches the top dead center is knocked out (not shown) and the cushion pad 26 is raised. It is released by doing.
[0015]
In addition, since the bead of the flange portion is a projection unnecessary for a completed component, it may be trimmed and removed in the next step as necessary.
Further, as shown in FIG. 7, instead of the bead forming projections 33 provided on the punch-side flange pressing surface 32, a slit 36 is provided on the punch-side flange pressing surface 32, and the slit 36 has various heights. It is also possible to adopt a mode in which the exchangeable bead forming and pressing jigs 37 arranged in a lineup are mounted and fixed with the fasteners 38. In this case, the height of the bead can be changed according to the type of the material, and the tension applied to the material can be adjusted. In addition, since replacement of the upper mold due to abrasion of the bead forming projections 33 can be eliminated, it is effective to reduce mold maintenance costs.
[0016]
[Action / Effect]
The present invention relates to a so-called foam bend molding in which a material is bent into a hat-shaped cross section by pressing a punch into a die without applying a wrinkle pressing force. Therefore, unlike the conventional drawbend forming method, the bending deformation at the tool shoulder is not a large bending such as bending once to 90 degrees at the die shoulder R portion and then straightening and stretching back at the vertical wall portion. Is small. Therefore, uneven stress remaining on the vertical wall portion of the hat-shaped cross section is relatively small, and the wall warpage is smaller than that of the conventional method.
However, although small, tensile stress remains on the outer surface layer of the hat-shaped vertical wall portion and compressive stress remains on the inner surface.
[0017]
Therefore, at the end of molding, by forming an upward indentation bead on the hat-shaped cross-section flange, compressive stress is applied to the upper surface of the flange and tensile stress is applied to the lower surface, reducing the stress remaining on the hat-shaped cross-section vertical wall. As a result, the wall warpage was further reduced.
As described above, the present invention is capable of reducing wall warpage that is likely to occur when manufacturing a hat-shaped cross-section part by bending a material by a combination of a so-called foam bend forming method and the formation of a press bead. It is.
In the final stage of the molding, the flange portion of the raw material 1 is pressed by the punch-side flange pressing surface 32 and the die-side flange pressing surface 22, so that the flange can be prevented from having a shape defect such as wrinkling or twisting. it can.
[0018]
In addition, a punch and an upper mold having a flat flange pressing surface are mounted on the upper slide, and a lower mold in which a fixed die having a flange pressing surface and a cushion pad are integrated is placed on a bolster, and the cushion die is inserted through a cushion pin. If the mold device is configured to transmit the pressing force from the die cushion device to the cushion pad, simply replace the mold of the mechanical press device, which was equipped with the conventional drawing or drawing bending die. Only by this, the method for press-forming a thin steel sheet of the present invention can be performed.
In other words, in a general-purpose mechanical press machine conventionally used for drawing and drawing bending, simply changing the mold, the conventional draw bend forming method and the combined forming method of form bend forming and indentation bead forming of the present invention are used. It can be used properly (see FIGS. 1 and 4). For this reason, it is not necessary to separately install different mechanical presses in accordance with the molding method, and it is economical.
[0019]
【Example】
An embodiment in which bending is performed using the mold apparatus of the present invention will be described.
In this example, press oil was applied to a high-tensile cold-rolled steel sheet having a thickness of 1.2 mm, a width of 30 mm and a length of 200 mm in the rolling direction, the properties of which are shown in Table 1, and a punch width of 39.2 mm and a punch shoulder. Using a bending press mold apparatus having the same basic configuration as that shown in FIG. 4 and having a radius of 3 mm, a die shoulder radius of 3 mm, and a clearance of 1.4 mm between the punch and the die, a molding stroke of 50 mm and a cushion pad back pressure of 1 kN. Under the above molding conditions, the hat-shaped cross-sectional part was molded by changing the height of the bead to be molded.
[0020]
As a comparative example of the molding method, a molding test using a conventional mold apparatus shown in FIG. 1 and having a wrinkle holding tool (wrinkle holding force of 3 kN) instead of bead formation was also performed. Further, in a test of a conventional molding method using a normal mold apparatus, a test using a general cold-rolled steel sheet was added.
As shown schematically in FIG. 8, the evaluation is performed by comparing the wall warpage amount (1 / ρ) obtained by measuring the radius of curvature of the vertical wall portion of the cross section of the molded product with the presence or absence of cracks. Was. The smaller the value of the wall warpage amount is, the smaller the wall warpage is, which means that the shape is good.
Table 2 summarizes the molding conditions and evaluation results.
[0021]
[0022]
[0023]
A 980 MPa class high-tensile steel sheet was used as a material, and was bent and formed by a form bend method using a mold as shown in FIG. 4, and the heights were 1.0 mm (test number 2) and 2.0 mm (test number 3), respectively. )), No cracking occurred, and the wall warpage (1 / ρ) was as small as 4.35 (test number 2) and 2.89 (test number 3), respectively. It was possible to obtain a molded product with satisfactory accuracy. Particularly in Test No. 3, a product having a good shape was obtained.
On the other hand, even if a high-tensile steel sheet of 980 MPa class is used as a material and bent by the form bend method using a mold as shown in FIG. 4, the height of the formed bead is less than a predetermined value ( As in Test No. 1), although cracking did not occur, the amount of wall warpage (1 / ρ) was rather large and required some straightening work. This is because the residual stress could not be reduced because the tension applied by bead formation was small.
Conversely, if the height of the bead to be formed was too high (Test No. 4), cracks occurred and the product was defective. This is because the tension applied by bead formation exceeded the tensile strength of the steel sheet.
When a high-tensile steel sheet was bent by the draw bend method using a conventional mold apparatus (test number 5), no cracks occurred, but the wall warpage (1 / ρ) was 9.85, It is about 3.6 times that of ordinary cold rolled steel sheets. Therefore, significant rework was needed.
A general cold-rolled steel sheet can be formed without any problem even if it is bent and formed by a draw bend method using a conventional mold apparatus (test number 6).
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, when a hat-shaped cross-section part is formed by the press forming method, even if a high-tensile steel sheet is used as the material, it is possible to obtain a product with less wall warpage. A high-quality hat-shaped cross-section part can be manufactured at low cost without the need for straightening work.
Further, in the press molding die apparatus of the present invention, an upper die having a punch and a flat flange pressing surface is mounted on an upper slide, and a lower die in which a fixed die having a flange pressing surface and a cushion pad are integrated on a bolster. The present invention can be easily replaced with a mold of a conventional mechanical press device since the pressing force from the die cushion device is transmitted to the cushion pad via a cushion pin. There is no need to install a dedicated press device to carry out the method, and from this point of view, a high-quality hat-shaped cross-section part can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically illustrating a conventional bending press die apparatus for forming a hat-shaped cross-section part. FIG. 2 is a view illustrating a residual stress state in a cross section of a material vertical wall subjected to bending and unbending deformation. FIG. 3 is a view showing a state of a wall warpage of a molded product released from the mold. FIG. 4 is a front view schematically illustrating a mold apparatus of the present invention for molding a hat-shaped cross-section part, in a bending process. FIG. 5 is a diagram showing a state of an initial stage. FIG. 5 is a diagram showing a state in the middle of a forming process when forming a material plate by the method of the present invention. FIG. 7 is a view showing a state in which a bead at a stage near the end of the stroke is formed by pressing. FIG. 7 is a front view schematically illustrating another embodiment of the mold apparatus of the present invention. FIG. Figure to be explained
1: Material 2: Lower mold 3: Upper mold 11: Slide 12: Bolster 13: Head 14: Die cushion device 15: Pin plate 16: Cushion pin 21: Fixed die 22: Die side flange pressing surface 23: Bead formation Recess 24: Opening 25: Lower mold plate 26: Cushion pad 27: Slide guide pole 28: Stopper plate 29: Through hole 30: Fixed die shoulder R portion 31: Movable punch 32: Punch side flange pressing surface 33: Bead formation Convex portion 34: movable punch shoulder R portion 35: clearance 36: slit 37: bead forming and pressing jig 38: fastener 41: fixed punch 42: movable die 43: wrinkle holding tool 51: flat portion 52: vertical wall portion 53: Flange T: tensile stress C: compressive stress

Claims (4)

素材を固定ダイの凹形状開口部に可動パンチによって押込んでハット型断面形状に曲げ加工する際、素材の両端部にしわ押え力を付加することなく可動パンチを固定ダイに押込み、素材をU断面に曲げ加工するとともに、成形末期に、ハット型断面のフランジに上向きの押込みビードを形成させ、その押込みビード高さを0.8〜2.0mmに設定することを特徴とする薄鋼板のプレス成形方法。When the material is pressed into the concave opening of the fixed die with a movable punch and bent into a hat-shaped cross-section, the movable punch is pressed into the fixed die without applying wrinkle holding force to both ends of the material, and the material is U-shaped. Press forming of a thin steel plate at the end of forming, by forming an upward pushing bead on a hat-shaped cross-section flange and setting the pushing bead height to 0.8 to 2.0 mm. Method. 可動パンチ、該可動パンチ側方に設けられたフランジ加圧面、および該フランジ加圧面に設けられたビード形成凸部を有する上金型と、開口部を備えた固定ダイ、該固定ダイ開口部内に上下動自在に設けられたクッションパット、前記固定ダイの両側上面に形成されたフランジ加圧面、および該フランジ加圧面に設けられたビード形成用窪みを有する下金型とを具備していることを特徴とする薄鋼板のプレス成形用金型装置。A movable die, an upper die having a flange pressing surface provided on the side of the movable punch, and a bead forming projection provided on the flange pressing surface, a fixed die having an opening, and a fixed die having an opening. A lower mold having a cushion pad movably provided up and down, a flange pressing surface formed on both upper surfaces of the fixed die, and a bead forming recess provided on the flange pressing surface. Die equipment for press forming thin steel sheets. 可動パンチ、該可動パンチ側方に設けられたフランジ加圧面、該フランジ加圧面に形成したスリット、および該スリットに嵌め込まれたビード形成押込み治具を有する上金型と、開口部を備えた固定ダイ、該固定ダイ開口部内に上下動自在に設けられたクッションパット、前記固定ダイの両側上面に形成されたフランジ加圧面、および該フランジ加圧面に設けられたビード形成用窪みを有する下金型とを具備していることを特徴とする薄鋼板のプレス成形用金型装置。An upper die having a movable punch, a flange pressing surface provided on a side of the movable punch, a slit formed in the flange pressing surface, and a bead forming and pressing jig fitted in the slit, and a fixing having an opening A lower die having a die, a cushion pad provided vertically movable in the fixed die opening, a flange pressing surface formed on both upper surfaces of the fixed die, and a bead forming recess provided on the flange pressing surface. And a die apparatus for press-forming thin steel sheets. クッションパッドが、下金型プレートに設けた貫通孔を貫通するスライドガイドポールを介してストッパープレートと一体化され、クッションピンを用いてダイクッション装置に支持されている請求項2または3に記載の薄鋼板のプレス成形用金型装置。4. The cushion pad according to claim 2, wherein the cushion pad is integrated with the stopper plate via a slide guide pole that penetrates a through hole provided in the lower mold plate, and is supported by the die cushion device using a cushion pin. Die equipment for press forming thin steel sheets.
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