JP2005296968A

JP2005296968A - 形状凍結性に優れたプレス金型及びプレス成形方法

Info

Publication number: JP2005296968A
Application number: JP2004113113A
Authority: JP
Inventors: Eiji Isogai; 栄志磯貝; Toru Yoshida; 亨吉田; Koji Hashimoto; 浩二橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP4436176B2

Abstract

【課題】形状凍結不良を低減するプレス成形加工法及びプレス金型を提供する。
【解決手段】しわ押さえ力をプレス成形時だけでなくパンチの離型時にも負荷することで、成形下死点において材料がダイ溝の内側へ変形するオーバーランをパンチの離型時に成形加工し、製品のスプリングバックを低減させる。また、成形下死点まで成形した後にパッド圧力でパンチを上方に押し戻すことでも材料をオーバーランさせることができるので、成形中のしわ押さえ力に関係なく、スプリングバック低減を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼板、アルミ板等金属製薄板の絞り加工に用いるプレス金型及びプレス成形法に関する。

地球温暖化問題と衝突安全基準の厳格化を受けて、自動車においては、燃費改善のための軽量化と衝突安全性能を両立するため、高張力鋼板の適用が拡大している。

一方、高張力鋼板の利用拡大を図る上では、成形性向上やプレス後の部品レベルでの強度特性など課題も多い。従来のパンチの形状は、図１に示すように、上側と下側で同一形状であった。このため、パンチが下死点まで到達した後、しわ押さえ、パンチの順に離型を行っていた（図１）。このため、スプリングバックと呼ばれる形状凍結不良が発生し、寸法精度がえられないことが問題となっている。この形状凍結不良は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、自動車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。

この対策技術としては、非特許文献１にダイ肩Ｒと板厚ｔの関係をＲ／ｔ≦１．１９に設定することで成形中の製品を終止内そり変形させる成形法や、成形下死点での板厚方向の決め押し荷重で残留応力を取り除く方法などが報告されているが、実プレスで利用されている例はあまり多くない。また従来では、パンチ底の形状凍結不良はあまり問題視されてなかったが，近年の材料の高強度化にともない、絞り成形時のパンチ底のたるみも問題となっており、それを防止するパッドが金型構造に配置されるようになっている。これにより、プレス成形のバリエーションも増え、形状凍結性を改善できる可能性を秘めている。

こうした対策技術が提案されるなかで、特許文献１では、成形初期のしわ押さえ力を小さくすることで製品の縦壁部に生じるひずみ量を小さくし、成形終期のしわ押さえ力を大きく変化させることで、縦壁部の残留応力を取り除く方法が開示されている。

しかしながら、このような成形法では成形中のしわ押さえ力を成形ストロークに応じて変化させなければならず、実プレスで実現するには設備的な改善が必要である。

また、非特許文献２では、パンチ、ダイ及びしわ押さえを有する金型のパンチ形状に特徴をもたせ、成形中のしわ押さえ力を小さく設定することで材料がダイ溝の内側に変形するオーバーランを誘発させ、離型時に逆曲げ成形する形状凍結性に優れたプレス成形法が報告されている。

しかし、材料のオーバーランを安定的に発生させるために成形中のしわ押さえ力は小さく設定しなければならず、複雑形状の部品では製品にしわを生じてしまう。また、金型構造にパットを配置していないため、パンチ底のたるみが問題となってしまう。
特開平１０-２２５７２３号公報鉄と鋼、１９８２年、１２３６ページ第５４回塑性加工連合講演会講演論文集、２００３年、１５ページ

本発明は、プレス成形において、製品の形状凍結性を改善する金型及びプレス成形方法を提供することを目的とする。

斯か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）パンチ、ダイ、しわ押さえ、パッドを有するプレス金型であって、前記パッドはダイ底部に配置され、成形下死点において上方に押し込み自在であり、前記パンチは、軸方向断面において、パンチ下側がパンチ上側より突出していることを特徴とする形状凍結性に優れたプレス金型。
（２）前記（１）記載のプレス金型を用いたプレス成形方法であって、しわ押さえ力をプレス成形時及びパンチの離型時に負荷し、かつ前記離型初期時にパッド圧力を負荷し、材料をダイ溝の内側にオーバーランさせながら、パンチを離型させ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。

本発明に係るプレス金型はパンチ上側を削った形状のプレス金型にすることで、成形中の材料のオーバーランを誘発させ、離型時に逆曲げ加工することで、形状凍結性を改善することができる。また、成形下死点のパッド圧によってパンチの押し込み量を設定することにより、材料のオーバーランを調整することができるので、成形中のしわ押さえ力に関係なく材料の形状凍結性を改善することができる。

前記課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いている。
（１）図２は本発明に係る金型を実線、従来の金型を点線にて示す。従来のパンチの形状は、上側と下側で同一形状であったが、本発明は、パンチの下側と上側の形状が異なっている点に特徴がある。
（２）本発明では、図３に示すように、パンチの離型時にもしわ押さえ力ＢＨＦを負荷し、成形下死点において、ダイ溝の内側に形成された材料のオーバーランをパンチの下側部によって成形加工する。本発明の目的は、ダイ溝の内側にオーバーランした材料をパンチの離型時にパンチの下側部によって成形加工することで、材料の板厚方向の残留応力を打ち消し、製品の形状凍結性を改善することにある。
（３）成形中のしわ押さえ力が小さい場合、安定的なオーバーランが誘発されるが、本発明ではしわ押さえ力が大きい場合にも、成形下死点まで成形した後にパッド圧力でパンチを押し戻すことで、縦壁部の材料をダイ溝の内側にオーバーランさせることができる。本発明では、成形中のしわ押さえ力に関係なく安定的なオーバーランを誘発させることができるので、製品の形状凍結性を大幅に改善することができる（図３）。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
離型時に成形加工を行うためには、成形下死点における材料のオーバーラン量が離型時の成形加工の程度を決定するが、本発明ではパッドの押し込み量によって離型前のオーバーランを調節することができる。よって、実験的な試行錯誤が可能になるので、最適な条件によって離型時の成形加工を行えば、スプリングバックを大幅に低減することができる。
ダイとパンチ下側部のクリアランスＬ２（図１）も重要となるが、板厚と同一寸法，もしくは板厚＋１ｍｍ以下に設定することが好ましい。板厚＋１ｍｍを超えて設定すると、離型時におけるパンチ肩のなじみ不足が発生するため、逆曲げ成形の効果が少なくなる場合があるからである。

図４に本発明の実施の様子を示すＦＥＭ解析結果を示す。成形条件は、成形中のしわ押さえ力が１００ｋＮ、パッド圧が１９８ｋＮである。材料強度は７８０ＭＰａ級材である。本発明の効果について、スプリングバックに及ぼすダイスの縦壁角度の影響について検討するため、ダイスの片側の縦壁角度を０°（垂直）とし、他方を５°上方に向かって傾斜させた。
離型時のしわ押さえ力付与とパンチ下側の形状によって、垂直壁側の材料はパンチの下側部に接触し、離型時にも成形加工されていることがわかる。さらに、成形下死点でパッド圧を付与してパンチを押し戻せば、材料のオーバーランを自由に与えることもできる。
図５に本発明と従来法によって成形された製品形状を示す。本発明を実施することで、垂直壁側の壁反りを低減することができた。
同一の条件で実施した実測値も計算値によく一致した。

従来のプレス成形加工を示す模式図である。本発明のプレス金型を示す模式図である。本発明のプレス成形加工を示す模式図である。本発明の成形加工によるＦＥＭ解析結果である。本発明と従来法で成形した場合の製品形状である。

符号の説明

１パンチ
２ダイ
３しわ押さえ
４パッド
５クッションピン
Ｒダイ肩半径
ｔ製品の板厚
Ｌ1 ダイ側のクリアランス
Ｌ2 パンチ側のクリアランス

Claims

パンチ、ダイ、しわ押さえ、パッドを有するプレス金型であって、前記パッドはダイ底部に配置され、成形下死点において上方に押し込み自在であり、前記パンチは、軸方向断面において、パンチ下側がパンチ上側より突出していることを特徴とする形状凍結性に優れたプレス金型。
請求項１記載のプレス金型を用いたプレス成形方法であって、しわ押さえ力をプレス成形時及びパンチの離型時に負荷し、かつ前記離型初期時にパッド圧力を負荷し、材料をダイ溝の内側にオーバーランさせながら、パンチを離型させ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。