JP2004181502A - 形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便で、高精度な断面ハット形状の部品を得ることができる形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具を提供する。
【解決手段】始めに金属板１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用い、断面ハット形状の壁部となる金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施す。
【選択図】 図１
【解決手段】始めに金属板１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用い、断面ハット形状の壁部となる金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施す。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属板を断面ハット形状に成形する形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車車体重量の軽減を図るため、素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの素材は、プレス加工によって様々な部品に成形されるが、従来材に比べて強度が大きいか、またはヤング率（縦弾性係数）が小さい性質を有するため、所定の目標形状を得難い場合がある。
【０００３】
例えば、金属板１から図７（ａ）に示すような断面形状がハット形の部品をプレス成形によって得る場合、図７（ｂ）に示す通り、目標とする二点鎖線の形状であるべきところ、ポンチ外形から外れた実線に示すような形状を呈する。これがプレス加工において発生する形状凍結不良である。壁部Ａとそれに続くフランジ部Ｂを有するような断面ハット形状の部品をプレス加工によって得る場合には、壁部Ａとハット頭部Ｃ間の曲げ部Ｄおよび壁部Ａとフランジ部Ｂ間の曲げ部Ｅが形成され、形状凍結不良は、ポンチの頭部に位置する曲げ部Ｄでのスプリングバックと、壁部Ａでの反りに起因して生じることが知られている。
【０００４】
断面ハット形状の金属板部品は、図８（ａ）、（ｂ）に示すようにポンチ５とダイス３としわ押さえ４を備えた加工工具を用い、断面ハット形状を得るためのポンチ５の外形に沿うように金属板１を曲げることによって成形されるのが一般的であり、工具で拘束された離型前の状態がそのまま凍結されれば問題とならない。しかし、実際にはプレス加工によって付与された曲げモーメントのために、断面ハット形状に成形された成形体を工具から取り外すと、曲げモーメントがゼロになるように成形体が弾性変形する。このプレス加工によって付与された曲げモーメントが形状凍結不良の原因であって、素材の強度が大きいほど曲げモーメントが大きく、また曲げモーメントによって生じる弾性変形量はヤング率が小さいほど大きく、さらに素材板厚が薄いほど弾性変形量が大きくなるから、曲げモーメントを小さくすることが形状凍結性を向上させるうえで重要である。
【０００５】
ところで、ポンチの頭部に位置する曲げ部Ｄでのスプリングバックに関しては、プレス加工における成形ストロークの最終工程において、曲げ加工を受けた金属板１の凸面側の少なくともその一部に所定深さの凹部を付与することにより十分小さくすることができることが知られている（特許文献１）。また、曲げ部Ｄでのスプリングバックがそれほど大きくない場合には、スプリングバック後に所定の断面ハット形状になるように予め断面ハット形状を得るためのポンチ等の加工工具に見込みを入れておくことによりほぼ解決できる。
【０００６】
一方、壁部Ａの反りに関しては、その解消が難しいという問題があった。例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、所定のハット断面形状を得るためのポンチ５を用い、金属板１の幅方向両端部にしわ押さえ力を付加して、金属板１に絞り曲げ加工を施すと、金属板１は張力が付与された状態でダイス３の肩部３Ａにより曲げ、曲げ戻されて、ポンチ５の外形に沿うように成形されるが、成形体内に生じている曲げモーメントにより、成形体を工具から取り外すと口開きとなるように壁部Ａに大きい反りが発生してしまうのである。この壁部Ａの反りは、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合には特に大きくなるので、予め加工工具に見込みを入れておくことで解決するのは困難であった。
【０００７】
このような断面ハット形状部品の壁部Ａの反りを抑制する技術として、特開平６−２４６３５５号公報（特許文献２）や特開２０００−４２６３５号公報（特許文献３）が開示されている。特開平６−２４６３５５号公報に開示されたプレス加工方法は、横方向にスライドするダイを用い、ポンチの肩部を支点として、金属板の壁部となる部分に反りの方向と逆方向に曲げを起こす予備曲げ加工により、金属板をハット形断面形状に成形する方法である。
【０００８】
特開２０００−４２６３５号公報に開示されたプレス加工方法は、例えば、肩半径が５ｍｍ程度の部品に応じた所定の断面ハット形状のポンチを用い、ダイの肩部の半径が金属板素材板厚の１．０ 〜２．５ 倍で、ポンチとダイ間のクリアランスが金属板素材板厚の１．０ 〜１．４ 倍である加工工具を用い、しわ押さえ力を材料流入幅当たり所定範囲内とし、そのうえ、壁部の反りの曲率ρが小さくなるようにしわ押さえ力を付加しつつ、ポンチの工程が成形開始後下死点の直前までの間は、ポンチ頭部で金属板にたわみを付与し、下死点でたわみを解消して金属板をハット形断面形状に成形する方法である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１７４０７４号公報
【特許文献２】
特開平６−２４６３５５号公報
【特許文献３】
特開２０００−４２６３５号公報
【００１０】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２４６３５５号公報に記載のプレス加工方法は、ダイを横方向にスライドさせる必要があるために、プレス加工装置が複雑になる欠点があった。
特開２０００−４２６３５号公報に記載のプレス加工方法は、たわみ量が小さく、パンチ肩部のスプリングバック制御には効果があるが、壁部への影響はなく壁反りを抑制する効果はなかった。また、金属板１のハット頭部となる部分に付与できる曲げひずみが少なく、曲げひずみをより増やして、部品の強度をより向上させたいという要求があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するにあたり、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも簡便な方法で、特に壁部の反りを小さくすることにより高精度な断面ハット形状の部品を得ることができ、かつハット頭部の曲げひずみを増やすことにより断面ハット形状の部品の強度をより高めることができる形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
１． ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、ダイスとしわ押さえとにより前記金属板の幅方向両端部を挟んで挟圧した状態で、始めに前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、前記断面ハット形状の壁部となる前記金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに前記金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を前記金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施すことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。
２． 前記予備加工後の金属板に仕上げ加工を施すに当たり、頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチと、該ポンチの凹部に応じた凸部を有するハット頭部成形工具を前記ポンチと対向するダイス側の部位に設けた加工工具を用い、成形ストロークの下死点到達直前で前記金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形することを特徴とする上記１．に記載の形状凍結性に優れたプレス加工方法。
３． 請求項１または２に記載のプレス加工方法に用いるポンチであって、該ポンチは、その頭部が所定の断面ハット形状を得るように形成されていると共に、その頭部に金属板に向かって前進、後退可能な入子ポンチを内蔵し、この入子ポンチは、その頭部に前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を有し、この凸部が前記ポンチの頭部より突き出した状態で前記ポンチの頭部に装着され、かつ所定の押圧力により前記ポンチの頭部内に収納されるように構成されていることを特徴とする加工工具。
【００１３】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を用い、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法について説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、第１工程と第２工程の２工程で金属板のプレス加工を行う際の金属板１の形状を示す概略縦断面図である。
第１実施の形態に係るプレス加工方法は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように第１工程で、金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用いて予備加工を金属板１に施し、次いで予備加工後の金属板１に図１（ｃ）、（ｄ）に示すように第２工程で、所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２を用いて、仕上げ加工を施し、金属板１を目標のハット形断面に成形するプレス加工を行っている。ポンチ５１には、ダイス３１としわ押さえ４１が対応する加工工具として用いられる。またポンチ５２には、ダイス３２としわ押さえ４２が対応する加工工具として用いられる。
【００１４】
第１工程では、ダイス３１としわ押さえ４１により金属板１の幅方向両端部を挟んで挟圧し、ポンチ５１を用いて予備加工を行い、第２工程では、ダイス３２としわ押さえ４２により予備加工後の金属板１の幅方向両端部を挟んで挟圧し、ポンチ５２を用いて仕上げ加工を行っている。
なお、第１工程をポンチ５１とダイス３１としわ押さえ４１を備えた成形工程で、第２工程をポンチ５２とダイス３２としわ押さえ４２を備えたリストライク工程で行うことにより、金属板１を成形工程に続いてリストライク工程に通過させ、従来のリストライク工程を持つプレス加工工程で金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を能率良く実施することができる。しわ押さえ４１、４２は、ロッドを介して図示しない油圧シリンダーに接続することによって金属板１を所定の押さえ力で挟圧可能である。押さえ力は、油圧シリンダー内の油圧の圧力を調整するレリーフバルブにより所定値に設定することができる。図１中、符号３２Ａ は、ダイス３２の肩部で、部品の曲げ部Ｅ（図７（ａ）参照）に応じた所定の肩半径に形成されている。
【００１５】
ここで、第２工程の仕上げ加工に用いるポンチ５２は、得るべき部品に応じた所定の断面ハット形状を得るためのポンチである。所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２の肩部の肩半径は、部品の曲げ部Ｄに応じて決定される。ポンチ５２のポンチ幅は、金属板１にしごき加工を付加せずに仕上げ曲げ加工を施すことができるようにポンチ５２とダイス３間のクリアランスを成形ストロークの下死点で見て、金属板素材の板厚の１．０ 〜１．５ 倍とするのが好ましい。なお、ポンチ５２、ダイス３２、およびしわ押さえ４２は、図８に示した加工工具であるポンチ５、ダイス３およびしわ押さえ４と概略同じ形状のものを用いればよい。
【００１６】
一方、第１工程の予備加工に用いるポンチ５１は、金属板５１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチである。ポンチ５１の凸部の半径はｒ１ であり、図１（ａ）、（ｂ）に示されたポンチ５１と、図１（ｃ）、（ｄ）に示されたポンチ５２を比較して明らかなように、ポンチ５１の凸部の半径ｒ１ は、所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２の肩部の肩半径より大きく、かつ図１（ｂ）に示した成形体上の点Ｐがポンチ５１の凸部と接触する大きさとされている。ここで点Ｐは、図１（ｄ）に示すように金属板１の壁部となる部分に含まれる成形体上の部位である。
【００１７】
このような断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用い、目標形状に到達する前の途中形状に成形する予備曲げ加工を金属板に施し、金属板１の仕上げ加工後のハット形状の壁部となる部分にポンチ５１の凸部を接触させると共に、金属板１のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に金属板１を成形している。このために、途中形状に成形された成形体の壁部には、予備加工により、仕上げ加工後の成形体の壁部に生じる反りと、反りに対して逆向きの曲げ加工を成形体に付与することができるようになり、この結果、仕上げ加工後の成形体の壁部に生じる反りを小さくすることができるのである。
【００１８】
本発明に係るプレス加工方法によれば、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合であっても主に壁部の反りを小さくすることにより寸法精度を向上させることができる。
ここで、上述した予備加工に用いるポンチ５１の頭部半径ｒ１ は、成形体に生じる壁部の反りをできるだけ０に近づけることがきるように、使用する金属板素材の板厚、強度およびヤング率、断面寸法などにより決めるのが好ましい。その際、ポンチ５１のポンチ幅２×ｒ１ は、ポンチ５２の幅と同じもしくは小さくなるように決定するのが好ましい。予備加工に用いるポンチ５１のポンチ幅が仕上げ曲げ加工に用いるポンチ５２の幅以上であると、第２工程で成形部材が、ダイス内におさまらないもしくは、クリアランスが過少で型かじりが発生するような不具合が発生するからであるである。
【００１９】
説明するまでもなくポンチ５１を用いた予備加工においては、ダイス３１としわ押さえ４１により挟まれた金属板１の幅方向端部分、すなわち、金属板１のフランジ部となる部分、金属板１の壁部となる部分および金属板１のハット頭部となる部分をそれぞれ途中形状に成形している。第１工程で使用する凸型の断面半円形状ポンチは、金属板をポンチ外側に凸になるように曲げ加工を施すことができればよく、壁反り量を低減するという本発明の効果はポンチ先端の凸部の形状・曲率の大きさなどにより制限されない。予備加工を金属板に付与する範囲については、仕上げ加工後のハット断面壁部となる金属板の部位に第１成形工程でポンチの凸部が接触し曲げ加工歪みが付与されていれば、凸部が接触した部位の壁反り量は、低減されることになり本発明の効果を得ることができる。
【００２０】
製品の形状、金属板の板厚・材質などに応じて、壁部の反り量を適切に抑制するためのポンチ凸部の形状、曲率、予備加工を金属板に付与する範囲などは変化するため、製品に許容される寸法誤差、使用する金属板の材料特性などを考慮し、予め予備実験などによる検証を行い実験的に最適な値を選定すればよい。
また、第１実施の形態に係るプレス加工方法では、金属板１のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形された後、曲げ戻されて平坦となっている。このために、金属板１のハット頭部となる部分に従来より大きい曲げひずみを導入することができ、金属板１のハット頭部となる部分に加工硬化を生じさせて部品の強度を高めることができる。
【００２１】
ところで予備加工により成形体に付与した曲げ歪みは、部品の壁部の反りを抑制するように作用する一方で金属板部品のハット頭部に反りを生じさせる原因になり、問題となる場合がある。そこで、第２工程において、図２に示すような頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチ６と、ポンチ６の凹部に応じた凸部を有するハット頭部成形工具３Ｂをポンチ６と対向するダイス側の部位に設けた加工工具を用い、予備加工後の金属板１に仕上げ加工を施し、第１工程でハット頭部に付与される曲げ歪みと逆方向の曲げ加工を付与することによりハット頭部の反りを小さくするのが好ましい。
【００２２】
このような加工工具を用いたプレス加工方法では、頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチ６を用い、成形ストロークの下死点到達直前でポンチ６の凹部とハット頭部成形工具３Ｂの凸部間で金属板１を曲げて金属板１のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形することにより、導入される曲げひずみをより一層増やすことができる。この結果、金属板の加工硬化による強度向上効果をより高くすることができる利点がある。
【００２３】
また、本発明に係るプレス加工方法は、以下に説明するように１工程で金属板のプレス加工を行うこともできる。本発明に係る第２実施の形態に係るプレス加工方法は、図３に示すようなポンチ７を用いて行うのが好適である。
上記のポンチ７は、その頭部が所定の断面ハット頭部形状を得るように形成されていると共にその頭部に金属板１に向かって前進、後退可能な入子ポンチ８を内蔵している。この入子ポンチ８は、その頭部に金属板１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を有し、この凸部がポンチ７の頭部より突き出した状態でポンチ７の頭部に装着され、かつ所定の押圧力によりポンチ７の頭部内に収納されるように構成されている。入子ポンチ８が第１実施の形態に用いたポンチ５１に相当する機能を有し、ポンチ７が第１実施の形態に用いたポンチ５２に相当する機能を有する。
【００２４】
したがって、このようなポンチ７を用いたプレス加工方法によれば、図３（ａ）→（ｂ）に示すように入子ポンチ８の凸部をポンチ７の頭部より突き出した状態で目標形状に到達する前の途中形状に成形する予備加工を金属板１に施すことができ、引き続いて、予備加工後の金属板１に図３（ｂ）→（ｃ）にように入子ポンチ８を収納しつつ、ポンチ７により仕上げ加工を施すことができるために１工程で金属板１を断面ハット形状に成形することができる。
【００２５】
金属板１を介してハット頭部成形工具３Ｂ’の頂点から所定の押圧力が付加されると、図３（ｃ）に示すように入子ポンチ８がポンチ７の頭部内に収納され、入子ポンチ８に代わりポンチ７により仕上げ加工を予備加工後の金属板１に施すことが可能な構造としては、バネに代表される弾性体に入子ポンチ８を支持させる構造とすることができる。例えばバネを用いる場合には、バネ定数の適切なものを選定することが重要である。なお、ポンチ７としては、その頭部に凹部を有する所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用いており、成形ストロークの下死点到達直前で金属板１のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形している。図３（ｃ）に示す成形ストロークのエンドから、ダイス３およびしわ押さえ４を上昇させ、成形体を取り出して金属板１を断面ハット形状に成形する１ストロークが終了する。このように第２実施の形態に係るプレス加工方法は、一工程で断面ハット形状の金属板部品を成形する方法である。勿論、ポンチ７の頭部に油圧室を設けて入子ポンチ８のストロークを制御しても同様な作用、効果を発揮させることができる。なお、ここでは、１工程で金属板のプレス加工を行う場合について、ハット頭部を内側に向かって凸形状に成形する場合を例をあげて説明したが、この形状に限定されるものではなく、同様の機構は内側に向って凸形状を有さない場合等、所定の断面ハット形状を得るためのポンチに適用することができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１） ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、プレス加工により壁部とフランジ部を有する断面ハット形状の部品を製造し、部品の寸法精度を調べ、その結果を従来例の場合と比較して図４に示した。
金属板素材としては、引張強さが２７０ ＭＰａ 、５９０ ＭＰａ 、９８０ ＭＰａ で、板厚が１．２ｍｍ の鋼板と、板厚が１．２ｍｍ の５０００系のアルミニウム合金板（ヤング率：７０ＧＰａ ）の４種類を用いた。いずれの場合においても成形高さは５５ｍｍとし、部品の寸法精度は、工具から成形体を取り出した後、壁部間の高さ方向、ハット頭部から４５ｍｍ部位での間隔を測定し、ポンチ幅に対する誤差で評価した。しわ押さえ力は、２０ｋＮとした。
【００２７】
発明例１は、図１（ａ）〜（ｄ）のようにして初めに、断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用いて成形工程で予備加工を金属板に施し、次いで予備加工後の金属板にリストライク工程で所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２を用いて仕上げ加工を施し、２工程でプレス加工を行った場合であり、発明例２は、発明例１におけるポンチ５２に代わり、図２（ａ）、（ｂ）のように頭部に凹部を有する所定の断面ハット形状のポンチ６を用いて仕上げ加工を予備加工後の金属板に施した場合である。また発明例３は、図３のように断面半円形状の凸部を頭部に有する入子ポンチ８を内蔵した所定の断面ハット形状を得るためのポンチ７を用い、予備加工および仕上げ加工を１工程としてプレス加工を行った場合である。従来例の場合は、予備加工を行わずに図８のように所定の断面ハット形状のポンチ５を用いて、１工程でプレス加工を行った場合である。
【００２８】
断面ハット形状を得るためのポンチ５、５２、６の幅は５０ｍｍ、ポンチ５、５２、６の肩部の半径は５ｍｍとした。また、ポンチ６の凹部の曲率半径は５０ｍｍとし、対応するハット頭部成形工具３Ｂの凸部の曲率半径は５０ｍｍとした。但し、予備加工に用いたポンチ５１の頭部半径ｒ１ は２５ｍｍ、ポンチ幅は５０ｍｍとし、同様に予備加工に用いた入子ポンチ８の凸部の半径ｒ１ は２０ｍｍ、入子ポンチ８のポンチ幅は４０ｍｍとした。入子ポンチ８を内蔵するポンチ７のポンチ幅は５０ｍｍ、ポンチ７の肩部の半径は５ｍｍとした。なお、ポンチ７の入子ポンチ８は、バネにより支持する構造とした。また、ダイス３、３１、３２、３３の内壁間の間隔は５３ｍｍとし、ダイスの肩部の半径は５ｍｍとした。しわ押さえ４、４１、４２、４３の寸法、材質は同じものとした。
【００２９】
図４に示す部品の寸法誤差の結果から、頭部形状の特殊なポンチを用いて予備曲げ加工を行わず、所定の断面ハット形状のポンチ５を用いて金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行った従来例の場合には部品の寸法誤差が大きいが、発明例１、２および３の場合には、頭部形状の特殊なポンチを用いて予備曲げ加工を金属板に施したので、部品の寸法精度が良好であることがわかる。また、発明例２および３の場合には、頭部に凹部を有する断面ハット形状のポンチを用いて成形ストロークの下死点到達直前で金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形したので、一段と部品の寸法精度が良好であることがわかる。
（実施例２）ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、プレス加工により壁部とフランジ部を有する断面ハット形状の金属板部品を製造し、部品の寸法精度および組み立てた場合の耐衝撃特性を調べた。なお、加工工具は、実施例１と同じものを用い、ダイス内壁間のみ、板厚に応じ５４ｍｍとした。しわ押さえ力は、２０ｋＮとした。
【００３０】
金属板素材としては、引張強さが４４０ＭＰａで、板厚が１．６ｍｍ の一般の熱延鋼板（非ＢＨ鋼板）と、引張強さが４４０ＭＰａで、板厚が１．６ｍｍ の塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板（ＢＨ鋼板）を用いた。なお、ここで用いたＢＨ鋼板は１０％予歪後、１７０ ℃×２０分の熱処理を施すことによる降伏応力上昇量（ΔＹＳ）が８０ ＭＰａであり、引張強度上昇量（ΔＴＳ）が６０ ＭＰａとなるものであり、非ＢＨ鋼板はΔＹＳが１０ＭＰａ程度、ΔＴＳが５ ＭＰａ以下であった。
【００３１】
部品の寸法精度は、実施例１と同様にして調べ、その結果を図５に示した。
また耐衝撃特性は、プレス加工により得られた部品を切断して長手方向長さを２００ｍｍ とし、それぞれの部品のフランジ部に部品に用いたと同じ種類の金属板素材をあて板としてスポット溶接し、断面が閉じた閉断面構造部材を組み立ててから塗装時の熱処理と同じ条件である１７０ ℃×２０分の熱処理を施し、その後熱処理を施した閉断面構造部材の長手方向から時速５０ｋｍの速さで錘を衝突させる衝突圧潰試験を行って、得た最大荷重比率で評価した。最大荷重比率は、衝突圧潰試験の衝突時に発生する荷重をロードセルにより測定し、従来方法の場合における最大荷重を１とした比率である。最大荷重比率が１より大きいほど耐衝撃特性が良好であり、部品の強度がより高いと判断した。最大荷重比率の結果を図６に示した。
【００３２】
図５に示す部品の寸法誤差の結果から、非ＢＨ熱延鋼板および塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板（ＢＨ鋼板）のどちらでも実施例１に用いた金属板素材と同様な結果が得られている。
また、図６に示す最大荷重比率の結果から、発明例１、２および３の場合には従来例の場合より耐衝撃特性が良好であることがわかる。また発明例２、３の場合には、頭部に凹部を有する断面ハット形状のポンチを用いて成形ストロークの下死点到達直前で金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形したので、さらに耐衝撃特性が良好である。これはプレス加工によりハット頭部の曲げひずみを増やしたことにより、部品の強度をより高めることができたためである。またさらに、発明例１、２、３の場合には、塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板を素材として用いることにより、耐衝撃特性向上効果を一層発揮できることがわかる。この塗装焼付硬化型鋼板（いわゆるＢＨ鋼板）は、プレス加工後に施す塗装時の熱処理により、プレス加工によりひずみが導入された部分において金属板の降伏応力（ＹＳ）または引張強度（ＴＳ）が上昇するという特性を有するからである。
【００３３】
以上の説明では、図７（ａ）に示したようにフランジ部Ｂに対して略垂直な壁部Ａを有する断面ハット形状に金属板１を成形するとしているが、本発明のプレス加工方法によれば、仕上げ加工を施すに当たり、所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用いることにより、図９（ａ）に示すような斜め壁部Ａを有する形状に金属板１を成形することもできるし、図９（ｂ）、（ｃ）に示すような傾斜したハット頭部を有する形状やハット頭部に段差を有する形状など、種々の断面ハット形状に金属板１を成形することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも簡便な方法で、特に壁部の反りを小さくすることにより高精度な断面ハット形状の部品を得ることができ、かつハット頭部の曲げひずみを増やすことにより断面ハット形状の部品の強度をより高めることができる。この結果、組み立てが容易に行え、かつ耐衝撃特性に優れた自動車用部品とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法の説明図であって、（ａ）、（ｂ）は第１加工工程での金属板形状を示す概略縦断面図、図１（ｃ）、（ｄ）は第２加工工程での金属板形状を示す概略縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法の第２加工工程で用いて好適な工具形状を示す概略縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施の形態に係るプレス加工方法における金属板形状を示す概略縦断面図である。
【図４】図４は、本発明のプレス加工方法により製造した金属板部品の寸法精度を従来と比較して示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のプレス加工方法により製造した、非ＢＨ鋼板部品とＢＨ鋼板部品の寸法精度を従来法と比較して示すグラフである。
【図６】図６は、図５に示した非ＢＨ鋼板部品とＢＨ鋼板部品の熱処理後の耐衝撃特性を従来法と比較したグラフである。
【図７】図７は、金属板部品の形状を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図８は、従来のプレス加工方法の説明図である。
【図９】図９は、ハット状部品の他の形状を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 金属板
Ａ 壁部
Ｂ フランジ部
Ｃ ハット頭部
Ｄ 壁部とハット頭部間の曲げ部
Ｅ 壁部とフランジ部間の曲げ部
５、５１、５２、６、７ ポンチ
３、３１、３２、３３ ダイス
３Ａ、３１Ａ 、３２Ａ 、３３Ａ ダイスの肩部
３Ｂ、３Ｂ’ ハット頭部成形工具
４、４１、４２、４３ しわ押さえ
８ 入子ポンチ
ｒ１ 半径
【産業上の利用分野】
本発明は、金属板を断面ハット形状に成形する形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車車体重量の軽減を図るため、素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの素材は、プレス加工によって様々な部品に成形されるが、従来材に比べて強度が大きいか、またはヤング率（縦弾性係数）が小さい性質を有するため、所定の目標形状を得難い場合がある。
【０００３】
例えば、金属板１から図７（ａ）に示すような断面形状がハット形の部品をプレス成形によって得る場合、図７（ｂ）に示す通り、目標とする二点鎖線の形状であるべきところ、ポンチ外形から外れた実線に示すような形状を呈する。これがプレス加工において発生する形状凍結不良である。壁部Ａとそれに続くフランジ部Ｂを有するような断面ハット形状の部品をプレス加工によって得る場合には、壁部Ａとハット頭部Ｃ間の曲げ部Ｄおよび壁部Ａとフランジ部Ｂ間の曲げ部Ｅが形成され、形状凍結不良は、ポンチの頭部に位置する曲げ部Ｄでのスプリングバックと、壁部Ａでの反りに起因して生じることが知られている。
【０００４】
断面ハット形状の金属板部品は、図８（ａ）、（ｂ）に示すようにポンチ５とダイス３としわ押さえ４を備えた加工工具を用い、断面ハット形状を得るためのポンチ５の外形に沿うように金属板１を曲げることによって成形されるのが一般的であり、工具で拘束された離型前の状態がそのまま凍結されれば問題とならない。しかし、実際にはプレス加工によって付与された曲げモーメントのために、断面ハット形状に成形された成形体を工具から取り外すと、曲げモーメントがゼロになるように成形体が弾性変形する。このプレス加工によって付与された曲げモーメントが形状凍結不良の原因であって、素材の強度が大きいほど曲げモーメントが大きく、また曲げモーメントによって生じる弾性変形量はヤング率が小さいほど大きく、さらに素材板厚が薄いほど弾性変形量が大きくなるから、曲げモーメントを小さくすることが形状凍結性を向上させるうえで重要である。
【０００５】
ところで、ポンチの頭部に位置する曲げ部Ｄでのスプリングバックに関しては、プレス加工における成形ストロークの最終工程において、曲げ加工を受けた金属板１の凸面側の少なくともその一部に所定深さの凹部を付与することにより十分小さくすることができることが知られている（特許文献１）。また、曲げ部Ｄでのスプリングバックがそれほど大きくない場合には、スプリングバック後に所定の断面ハット形状になるように予め断面ハット形状を得るためのポンチ等の加工工具に見込みを入れておくことによりほぼ解決できる。
【０００６】
一方、壁部Ａの反りに関しては、その解消が難しいという問題があった。例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、所定のハット断面形状を得るためのポンチ５を用い、金属板１の幅方向両端部にしわ押さえ力を付加して、金属板１に絞り曲げ加工を施すと、金属板１は張力が付与された状態でダイス３の肩部３Ａにより曲げ、曲げ戻されて、ポンチ５の外形に沿うように成形されるが、成形体内に生じている曲げモーメントにより、成形体を工具から取り外すと口開きとなるように壁部Ａに大きい反りが発生してしまうのである。この壁部Ａの反りは、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合には特に大きくなるので、予め加工工具に見込みを入れておくことで解決するのは困難であった。
【０００７】
このような断面ハット形状部品の壁部Ａの反りを抑制する技術として、特開平６−２４６３５５号公報（特許文献２）や特開２０００−４２６３５号公報（特許文献３）が開示されている。特開平６−２４６３５５号公報に開示されたプレス加工方法は、横方向にスライドするダイを用い、ポンチの肩部を支点として、金属板の壁部となる部分に反りの方向と逆方向に曲げを起こす予備曲げ加工により、金属板をハット形断面形状に成形する方法である。
【０００８】
特開２０００−４２６３５号公報に開示されたプレス加工方法は、例えば、肩半径が５ｍｍ程度の部品に応じた所定の断面ハット形状のポンチを用い、ダイの肩部の半径が金属板素材板厚の１．０ 〜２．５ 倍で、ポンチとダイ間のクリアランスが金属板素材板厚の１．０ 〜１．４ 倍である加工工具を用い、しわ押さえ力を材料流入幅当たり所定範囲内とし、そのうえ、壁部の反りの曲率ρが小さくなるようにしわ押さえ力を付加しつつ、ポンチの工程が成形開始後下死点の直前までの間は、ポンチ頭部で金属板にたわみを付与し、下死点でたわみを解消して金属板をハット形断面形状に成形する方法である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１７４０７４号公報
【特許文献２】
特開平６−２４６３５５号公報
【特許文献３】
特開２０００−４２６３５号公報
【００１０】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２４６３５５号公報に記載のプレス加工方法は、ダイを横方向にスライドさせる必要があるために、プレス加工装置が複雑になる欠点があった。
特開２０００−４２６３５号公報に記載のプレス加工方法は、たわみ量が小さく、パンチ肩部のスプリングバック制御には効果があるが、壁部への影響はなく壁反りを抑制する効果はなかった。また、金属板１のハット頭部となる部分に付与できる曲げひずみが少なく、曲げひずみをより増やして、部品の強度をより向上させたいという要求があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するにあたり、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも簡便な方法で、特に壁部の反りを小さくすることにより高精度な断面ハット形状の部品を得ることができ、かつハット頭部の曲げひずみを増やすことにより断面ハット形状の部品の強度をより高めることができる形状凍結性に優れたプレス加工方法およびそれに用いる加工工具を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
１． ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、ダイスとしわ押さえとにより前記金属板の幅方向両端部を挟んで挟圧した状態で、始めに前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、前記断面ハット形状の壁部となる前記金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに前記金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を前記金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施すことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。
２． 前記予備加工後の金属板に仕上げ加工を施すに当たり、頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチと、該ポンチの凹部に応じた凸部を有するハット頭部成形工具を前記ポンチと対向するダイス側の部位に設けた加工工具を用い、成形ストロークの下死点到達直前で前記金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形することを特徴とする上記１．に記載の形状凍結性に優れたプレス加工方法。
３． 請求項１または２に記載のプレス加工方法に用いるポンチであって、該ポンチは、その頭部が所定の断面ハット形状を得るように形成されていると共に、その頭部に金属板に向かって前進、後退可能な入子ポンチを内蔵し、この入子ポンチは、その頭部に前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を有し、この凸部が前記ポンチの頭部より突き出した状態で前記ポンチの頭部に装着され、かつ所定の押圧力により前記ポンチの頭部内に収納されるように構成されていることを特徴とする加工工具。
【００１３】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を用い、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法について説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、第１工程と第２工程の２工程で金属板のプレス加工を行う際の金属板１の形状を示す概略縦断面図である。
第１実施の形態に係るプレス加工方法は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように第１工程で、金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用いて予備加工を金属板１に施し、次いで予備加工後の金属板１に図１（ｃ）、（ｄ）に示すように第２工程で、所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２を用いて、仕上げ加工を施し、金属板１を目標のハット形断面に成形するプレス加工を行っている。ポンチ５１には、ダイス３１としわ押さえ４１が対応する加工工具として用いられる。またポンチ５２には、ダイス３２としわ押さえ４２が対応する加工工具として用いられる。
【００１４】
第１工程では、ダイス３１としわ押さえ４１により金属板１の幅方向両端部を挟んで挟圧し、ポンチ５１を用いて予備加工を行い、第２工程では、ダイス３２としわ押さえ４２により予備加工後の金属板１の幅方向両端部を挟んで挟圧し、ポンチ５２を用いて仕上げ加工を行っている。
なお、第１工程をポンチ５１とダイス３１としわ押さえ４１を備えた成形工程で、第２工程をポンチ５２とダイス３２としわ押さえ４２を備えたリストライク工程で行うことにより、金属板１を成形工程に続いてリストライク工程に通過させ、従来のリストライク工程を持つプレス加工工程で金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を能率良く実施することができる。しわ押さえ４１、４２は、ロッドを介して図示しない油圧シリンダーに接続することによって金属板１を所定の押さえ力で挟圧可能である。押さえ力は、油圧シリンダー内の油圧の圧力を調整するレリーフバルブにより所定値に設定することができる。図１中、符号３２Ａ は、ダイス３２の肩部で、部品の曲げ部Ｅ（図７（ａ）参照）に応じた所定の肩半径に形成されている。
【００１５】
ここで、第２工程の仕上げ加工に用いるポンチ５２は、得るべき部品に応じた所定の断面ハット形状を得るためのポンチである。所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２の肩部の肩半径は、部品の曲げ部Ｄに応じて決定される。ポンチ５２のポンチ幅は、金属板１にしごき加工を付加せずに仕上げ曲げ加工を施すことができるようにポンチ５２とダイス３間のクリアランスを成形ストロークの下死点で見て、金属板素材の板厚の１．０ 〜１．５ 倍とするのが好ましい。なお、ポンチ５２、ダイス３２、およびしわ押さえ４２は、図８に示した加工工具であるポンチ５、ダイス３およびしわ押さえ４と概略同じ形状のものを用いればよい。
【００１６】
一方、第１工程の予備加工に用いるポンチ５１は、金属板５１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチである。ポンチ５１の凸部の半径はｒ１ であり、図１（ａ）、（ｂ）に示されたポンチ５１と、図１（ｃ）、（ｄ）に示されたポンチ５２を比較して明らかなように、ポンチ５１の凸部の半径ｒ１ は、所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２の肩部の肩半径より大きく、かつ図１（ｂ）に示した成形体上の点Ｐがポンチ５１の凸部と接触する大きさとされている。ここで点Ｐは、図１（ｄ）に示すように金属板１の壁部となる部分に含まれる成形体上の部位である。
【００１７】
このような断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用い、目標形状に到達する前の途中形状に成形する予備曲げ加工を金属板に施し、金属板１の仕上げ加工後のハット形状の壁部となる部分にポンチ５１の凸部を接触させると共に、金属板１のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に金属板１を成形している。このために、途中形状に成形された成形体の壁部には、予備加工により、仕上げ加工後の成形体の壁部に生じる反りと、反りに対して逆向きの曲げ加工を成形体に付与することができるようになり、この結果、仕上げ加工後の成形体の壁部に生じる反りを小さくすることができるのである。
【００１８】
本発明に係るプレス加工方法によれば、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合であっても主に壁部の反りを小さくすることにより寸法精度を向上させることができる。
ここで、上述した予備加工に用いるポンチ５１の頭部半径ｒ１ は、成形体に生じる壁部の反りをできるだけ０に近づけることがきるように、使用する金属板素材の板厚、強度およびヤング率、断面寸法などにより決めるのが好ましい。その際、ポンチ５１のポンチ幅２×ｒ１ は、ポンチ５２の幅と同じもしくは小さくなるように決定するのが好ましい。予備加工に用いるポンチ５１のポンチ幅が仕上げ曲げ加工に用いるポンチ５２の幅以上であると、第２工程で成形部材が、ダイス内におさまらないもしくは、クリアランスが過少で型かじりが発生するような不具合が発生するからであるである。
【００１９】
説明するまでもなくポンチ５１を用いた予備加工においては、ダイス３１としわ押さえ４１により挟まれた金属板１の幅方向端部分、すなわち、金属板１のフランジ部となる部分、金属板１の壁部となる部分および金属板１のハット頭部となる部分をそれぞれ途中形状に成形している。第１工程で使用する凸型の断面半円形状ポンチは、金属板をポンチ外側に凸になるように曲げ加工を施すことができればよく、壁反り量を低減するという本発明の効果はポンチ先端の凸部の形状・曲率の大きさなどにより制限されない。予備加工を金属板に付与する範囲については、仕上げ加工後のハット断面壁部となる金属板の部位に第１成形工程でポンチの凸部が接触し曲げ加工歪みが付与されていれば、凸部が接触した部位の壁反り量は、低減されることになり本発明の効果を得ることができる。
【００２０】
製品の形状、金属板の板厚・材質などに応じて、壁部の反り量を適切に抑制するためのポンチ凸部の形状、曲率、予備加工を金属板に付与する範囲などは変化するため、製品に許容される寸法誤差、使用する金属板の材料特性などを考慮し、予め予備実験などによる検証を行い実験的に最適な値を選定すればよい。
また、第１実施の形態に係るプレス加工方法では、金属板１のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形された後、曲げ戻されて平坦となっている。このために、金属板１のハット頭部となる部分に従来より大きい曲げひずみを導入することができ、金属板１のハット頭部となる部分に加工硬化を生じさせて部品の強度を高めることができる。
【００２１】
ところで予備加工により成形体に付与した曲げ歪みは、部品の壁部の反りを抑制するように作用する一方で金属板部品のハット頭部に反りを生じさせる原因になり、問題となる場合がある。そこで、第２工程において、図２に示すような頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチ６と、ポンチ６の凹部に応じた凸部を有するハット頭部成形工具３Ｂをポンチ６と対向するダイス側の部位に設けた加工工具を用い、予備加工後の金属板１に仕上げ加工を施し、第１工程でハット頭部に付与される曲げ歪みと逆方向の曲げ加工を付与することによりハット頭部の反りを小さくするのが好ましい。
【００２２】
このような加工工具を用いたプレス加工方法では、頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチ６を用い、成形ストロークの下死点到達直前でポンチ６の凹部とハット頭部成形工具３Ｂの凸部間で金属板１を曲げて金属板１のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形することにより、導入される曲げひずみをより一層増やすことができる。この結果、金属板の加工硬化による強度向上効果をより高くすることができる利点がある。
【００２３】
また、本発明に係るプレス加工方法は、以下に説明するように１工程で金属板のプレス加工を行うこともできる。本発明に係る第２実施の形態に係るプレス加工方法は、図３に示すようなポンチ７を用いて行うのが好適である。
上記のポンチ７は、その頭部が所定の断面ハット頭部形状を得るように形成されていると共にその頭部に金属板１に向かって前進、後退可能な入子ポンチ８を内蔵している。この入子ポンチ８は、その頭部に金属板１に向かって凸となる断面半円形状の凸部を有し、この凸部がポンチ７の頭部より突き出した状態でポンチ７の頭部に装着され、かつ所定の押圧力によりポンチ７の頭部内に収納されるように構成されている。入子ポンチ８が第１実施の形態に用いたポンチ５１に相当する機能を有し、ポンチ７が第１実施の形態に用いたポンチ５２に相当する機能を有する。
【００２４】
したがって、このようなポンチ７を用いたプレス加工方法によれば、図３（ａ）→（ｂ）に示すように入子ポンチ８の凸部をポンチ７の頭部より突き出した状態で目標形状に到達する前の途中形状に成形する予備加工を金属板１に施すことができ、引き続いて、予備加工後の金属板１に図３（ｂ）→（ｃ）にように入子ポンチ８を収納しつつ、ポンチ７により仕上げ加工を施すことができるために１工程で金属板１を断面ハット形状に成形することができる。
【００２５】
金属板１を介してハット頭部成形工具３Ｂ’の頂点から所定の押圧力が付加されると、図３（ｃ）に示すように入子ポンチ８がポンチ７の頭部内に収納され、入子ポンチ８に代わりポンチ７により仕上げ加工を予備加工後の金属板１に施すことが可能な構造としては、バネに代表される弾性体に入子ポンチ８を支持させる構造とすることができる。例えばバネを用いる場合には、バネ定数の適切なものを選定することが重要である。なお、ポンチ７としては、その頭部に凹部を有する所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用いており、成形ストロークの下死点到達直前で金属板１のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形している。図３（ｃ）に示す成形ストロークのエンドから、ダイス３およびしわ押さえ４を上昇させ、成形体を取り出して金属板１を断面ハット形状に成形する１ストロークが終了する。このように第２実施の形態に係るプレス加工方法は、一工程で断面ハット形状の金属板部品を成形する方法である。勿論、ポンチ７の頭部に油圧室を設けて入子ポンチ８のストロークを制御しても同様な作用、効果を発揮させることができる。なお、ここでは、１工程で金属板のプレス加工を行う場合について、ハット頭部を内側に向かって凸形状に成形する場合を例をあげて説明したが、この形状に限定されるものではなく、同様の機構は内側に向って凸形状を有さない場合等、所定の断面ハット形状を得るためのポンチに適用することができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１） ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、プレス加工により壁部とフランジ部を有する断面ハット形状の部品を製造し、部品の寸法精度を調べ、その結果を従来例の場合と比較して図４に示した。
金属板素材としては、引張強さが２７０ ＭＰａ 、５９０ ＭＰａ 、９８０ ＭＰａ で、板厚が１．２ｍｍ の鋼板と、板厚が１．２ｍｍ の５０００系のアルミニウム合金板（ヤング率：７０ＧＰａ ）の４種類を用いた。いずれの場合においても成形高さは５５ｍｍとし、部品の寸法精度は、工具から成形体を取り出した後、壁部間の高さ方向、ハット頭部から４５ｍｍ部位での間隔を測定し、ポンチ幅に対する誤差で評価した。しわ押さえ力は、２０ｋＮとした。
【００２７】
発明例１は、図１（ａ）〜（ｄ）のようにして初めに、断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチ５１を用いて成形工程で予備加工を金属板に施し、次いで予備加工後の金属板にリストライク工程で所定の断面ハット形状を得るためのポンチ５２を用いて仕上げ加工を施し、２工程でプレス加工を行った場合であり、発明例２は、発明例１におけるポンチ５２に代わり、図２（ａ）、（ｂ）のように頭部に凹部を有する所定の断面ハット形状のポンチ６を用いて仕上げ加工を予備加工後の金属板に施した場合である。また発明例３は、図３のように断面半円形状の凸部を頭部に有する入子ポンチ８を内蔵した所定の断面ハット形状を得るためのポンチ７を用い、予備加工および仕上げ加工を１工程としてプレス加工を行った場合である。従来例の場合は、予備加工を行わずに図８のように所定の断面ハット形状のポンチ５を用いて、１工程でプレス加工を行った場合である。
【００２８】
断面ハット形状を得るためのポンチ５、５２、６の幅は５０ｍｍ、ポンチ５、５２、６の肩部の半径は５ｍｍとした。また、ポンチ６の凹部の曲率半径は５０ｍｍとし、対応するハット頭部成形工具３Ｂの凸部の曲率半径は５０ｍｍとした。但し、予備加工に用いたポンチ５１の頭部半径ｒ１ は２５ｍｍ、ポンチ幅は５０ｍｍとし、同様に予備加工に用いた入子ポンチ８の凸部の半径ｒ１ は２０ｍｍ、入子ポンチ８のポンチ幅は４０ｍｍとした。入子ポンチ８を内蔵するポンチ７のポンチ幅は５０ｍｍ、ポンチ７の肩部の半径は５ｍｍとした。なお、ポンチ７の入子ポンチ８は、バネにより支持する構造とした。また、ダイス３、３１、３２、３３の内壁間の間隔は５３ｍｍとし、ダイスの肩部の半径は５ｍｍとした。しわ押さえ４、４１、４２、４３の寸法、材質は同じものとした。
【００２９】
図４に示す部品の寸法誤差の結果から、頭部形状の特殊なポンチを用いて予備曲げ加工を行わず、所定の断面ハット形状のポンチ５を用いて金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行った従来例の場合には部品の寸法誤差が大きいが、発明例１、２および３の場合には、頭部形状の特殊なポンチを用いて予備曲げ加工を金属板に施したので、部品の寸法精度が良好であることがわかる。また、発明例２および３の場合には、頭部に凹部を有する断面ハット形状のポンチを用いて成形ストロークの下死点到達直前で金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形したので、一段と部品の寸法精度が良好であることがわかる。
（実施例２）ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、プレス加工により壁部とフランジ部を有する断面ハット形状の金属板部品を製造し、部品の寸法精度および組み立てた場合の耐衝撃特性を調べた。なお、加工工具は、実施例１と同じものを用い、ダイス内壁間のみ、板厚に応じ５４ｍｍとした。しわ押さえ力は、２０ｋＮとした。
【００３０】
金属板素材としては、引張強さが４４０ＭＰａで、板厚が１．６ｍｍ の一般の熱延鋼板（非ＢＨ鋼板）と、引張強さが４４０ＭＰａで、板厚が１．６ｍｍ の塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板（ＢＨ鋼板）を用いた。なお、ここで用いたＢＨ鋼板は１０％予歪後、１７０ ℃×２０分の熱処理を施すことによる降伏応力上昇量（ΔＹＳ）が８０ ＭＰａであり、引張強度上昇量（ΔＴＳ）が６０ ＭＰａとなるものであり、非ＢＨ鋼板はΔＹＳが１０ＭＰａ程度、ΔＴＳが５ ＭＰａ以下であった。
【００３１】
部品の寸法精度は、実施例１と同様にして調べ、その結果を図５に示した。
また耐衝撃特性は、プレス加工により得られた部品を切断して長手方向長さを２００ｍｍ とし、それぞれの部品のフランジ部に部品に用いたと同じ種類の金属板素材をあて板としてスポット溶接し、断面が閉じた閉断面構造部材を組み立ててから塗装時の熱処理と同じ条件である１７０ ℃×２０分の熱処理を施し、その後熱処理を施した閉断面構造部材の長手方向から時速５０ｋｍの速さで錘を衝突させる衝突圧潰試験を行って、得た最大荷重比率で評価した。最大荷重比率は、衝突圧潰試験の衝突時に発生する荷重をロードセルにより測定し、従来方法の場合における最大荷重を１とした比率である。最大荷重比率が１より大きいほど耐衝撃特性が良好であり、部品の強度がより高いと判断した。最大荷重比率の結果を図６に示した。
【００３２】
図５に示す部品の寸法誤差の結果から、非ＢＨ熱延鋼板および塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板（ＢＨ鋼板）のどちらでも実施例１に用いた金属板素材と同様な結果が得られている。
また、図６に示す最大荷重比率の結果から、発明例１、２および３の場合には従来例の場合より耐衝撃特性が良好であることがわかる。また発明例２、３の場合には、頭部に凹部を有する断面ハット形状のポンチを用いて成形ストロークの下死点到達直前で金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形したので、さらに耐衝撃特性が良好である。これはプレス加工によりハット頭部の曲げひずみを増やしたことにより、部品の強度をより高めることができたためである。またさらに、発明例１、２、３の場合には、塗装焼付硬化型高強度熱延鋼板を素材として用いることにより、耐衝撃特性向上効果を一層発揮できることがわかる。この塗装焼付硬化型鋼板（いわゆるＢＨ鋼板）は、プレス加工後に施す塗装時の熱処理により、プレス加工によりひずみが導入された部分において金属板の降伏応力（ＹＳ）または引張強度（ＴＳ）が上昇するという特性を有するからである。
【００３３】
以上の説明では、図７（ａ）に示したようにフランジ部Ｂに対して略垂直な壁部Ａを有する断面ハット形状に金属板１を成形するとしているが、本発明のプレス加工方法によれば、仕上げ加工を施すに当たり、所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用いることにより、図９（ａ）に示すような斜め壁部Ａを有する形状に金属板１を成形することもできるし、図９（ｂ）、（ｃ）に示すような傾斜したハット頭部を有する形状やハット頭部に段差を有する形状など、種々の断面ハット形状に金属板１を成形することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも簡便な方法で、特に壁部の反りを小さくすることにより高精度な断面ハット形状の部品を得ることができ、かつハット頭部の曲げひずみを増やすことにより断面ハット形状の部品の強度をより高めることができる。この結果、組み立てが容易に行え、かつ耐衝撃特性に優れた自動車用部品とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法の説明図であって、（ａ）、（ｂ）は第１加工工程での金属板形状を示す概略縦断面図、図１（ｃ）、（ｄ）は第２加工工程での金属板形状を示す概略縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施の形態に係るプレス加工方法の第２加工工程で用いて好適な工具形状を示す概略縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施の形態に係るプレス加工方法における金属板形状を示す概略縦断面図である。
【図４】図４は、本発明のプレス加工方法により製造した金属板部品の寸法精度を従来と比較して示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のプレス加工方法により製造した、非ＢＨ鋼板部品とＢＨ鋼板部品の寸法精度を従来法と比較して示すグラフである。
【図６】図６は、図５に示した非ＢＨ鋼板部品とＢＨ鋼板部品の熱処理後の耐衝撃特性を従来法と比較したグラフである。
【図７】図７は、金属板部品の形状を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図８は、従来のプレス加工方法の説明図である。
【図９】図９は、ハット状部品の他の形状を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 金属板
Ａ 壁部
Ｂ フランジ部
Ｃ ハット頭部
Ｄ 壁部とハット頭部間の曲げ部
Ｅ 壁部とフランジ部間の曲げ部
５、５１、５２、６、７ ポンチ
３、３１、３２、３３ ダイス
３Ａ、３１Ａ 、３２Ａ 、３３Ａ ダイスの肩部
３Ｂ、３Ｂ’ ハット頭部成形工具
４、４１、４２、４３ しわ押さえ
８ 入子ポンチ
ｒ１ 半径
Claims (3)
- ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、ダイスとしわ押さえとにより前記金属板の幅方向両端部を挟んで挟圧した状態で、
始めに前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、前記断面ハット形状の壁部となる前記金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに前記金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を前記金属板に施し、
次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施すことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。 - 前記予備加工後の金属板に仕上げ加工を施すに当たり、頭部に凹部を設けた所定の断面ハット形状を得るためのポンチと、該ポンチの凹部に応じた凸部を有するハット頭部成形工具を前記ポンチと対向するダイス側の部位に設けた加工工具を用い、成形ストロークの下死点到達直前で前記金属板のハット頭部となる部分を内側に向かって凸形状に成形することを特徴とする請求項１に記載の形状凍結性に優れたプレス加工方法。
- 請求項１または２に記載のプレス加工方法に用いるポンチであって、該ポンチは、その頭部が所定の断面ハット形状を得るように形成されていると共に、その頭部に金属板に向かって前進、後退可能な入子ポンチを内蔵し、この入子ポンチは、その頭部に前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を有し、この凸部が前記ポンチの頭部より突き出した状態で前記ポンチの頭部に装着され、かつ所定の押圧力により前記ポンチの頭部内に収納されるように構成されていることを特徴とする加工工具。
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