JP2006035245A - プレス加工品のスプリングバック制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型に手を加えることなく、且つ、プレストライを要することなく、スプリングバックを抑制してプレス加工品に高い寸法精度を確保することができるプレス加工品のスプリングバック制御方法を提供すること。
【解決手段】金属板素材１に凹凸状の微小形状２を予め付加して予形状素材３とし、該予形状素材３のプレス成形時に前記微小形状２を潰すことによって、プレス加工品４内の残留応力を調整して該プレス加工品４のスプリングバックを制御する。又、前記微小形状２をエンボス形状、多角錐形状、十字形状又は星型形状とし、その凹と凸を横及び／又は縦方向或は斜め方向に交互に繰り返すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板素材に予め付加した凹凸状の微小形状をプレス成形時に潰すことによってプレス加工品のスプリングバックを制御するようにしたプレス加工品のスプリングバック制御方法に関するものである。

金属板素材をプレス加工した後、プレス加工品を金型から取り出すと、プレス加工品内に発生していた残留応力が解放されるために該プレス加工品にスプリングバック等の形状変化が発生し、プレス加工品の寸法精度が悪化することは良く知られている。ここで、金属板素材に曲げ加工を施した場合にスプリングバックが発生する原理を図８（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。

即ち、図８（ａ）に示すように、金属板素材１０１に矢印方向の荷重を加えて該金属板素材１０１を円弧状に曲げ加工すると、同図（ｂ）に示すように、曲げ加工品の外周側には引張応力が発生し、内周側には圧縮応力が発生する。そして、その後に曲げ加工品１０４から拘束力を解放すると、図８（ｃ）に示すように、曲げ加工品１０４にはそれぞれの応力に対して戻ろうとする力（即ち、外周側には圧縮力、内周側には引張力）が作用するため、同図（ｄ）に示すように曲げ加工品１０４はスプリングバックによって破線にて示す形状から実線にて示す曲率の小さな形状へと戻り、その寸法精度が悪化する。

このようなスプリングバックによるプレス加工品の寸法精度の悪化の問題を解決するため、従来はスプリングバックによる形状変化量を予測し、その予測量を金型形状に折り込む方法や、プレス加工品の成形後の形状変化量に基づいて機械加工によって金型の形状を繰り返し修正する方法、製品形状を変更する方法等が採用されてきた。又、最近では成形シミュレーションを活用し、予めスプリングバックを予測する試みもなされている。

他方、高い寸法精度を有するプレス加工品の製造法として、複数のエンボスピンを成形型のパンチ及びダイスに設置し、そのエンボスピンの設置密度及び設置高さを変更してエンボス加工及びプレス成形（プレストライ工程）を１回又は２回行うことによって、プレス加工品の寸法精度が目標値の許容公差範囲内に入るようエンボスピンの設置密度及び設置高さを決定する方法が提案されている（特許文献１）。

又、金属板素材に複数の浅絞り部を絞り成形した後、これらの浅絞り部を潰して伸ばしながら所定形状に絞り成形する方法も提案されている（特許文献２）。

更に、伸びの悪い金属板素材であっても、予備成形工程を省略して簡単に低コストで最終成形することができるプレス成形方法として、多数の凹凸状のエンボス部を張り出し成形して成るブランク材をプレス成形し、エンボス部を潰すことによって材料補給して割れの発生を防ぐ方法も提案されている（特許文献３）。

特開２００４−０２５２７３号公報 特許第２５４１３６７号公報 特開２０００−０５１９５９号公報

しかしながら、プリングバックの予測量を金型形状に折り込む方法や、プレス加工品の成形後の形状変化量に基づいて機械加工によって金型の形状を繰り返し修正する方法では、機械加工による金型の修正を複数回繰り返す必要があり、その作業に多大な時間と熟練を要するという問題がある。

又、製品形状を変更する方法では、製品の短納期化という現在の流れに逆行するものであり、実現には困難を伴う。

更に、成形シミュレーションによって予めスプリングバックを予測する方法では正確な予測は困難であり、正確な見込み量を設定するには多数回の成形トライを要し、金型のコストアップや玉成期間の長期化等を招くという問題がある。

又、特許文献１〜３記載の成形方法には以下のような問題がある。

即ち、特許文献１記載の方法では、成形型にエンボスピンと凹部を設ける必要がある他、複数回のトライでエンボスピンの設置密度及び設置高さの適正な設定が必要となり、その作業に多大な時間と労力を要し、金型のコストアップを招く等の問題がある。

又、特許文献２及び３記載の方法では、所望の形状に絞り成形し、或は伸びの悪い素材であっても、これに割れ等を発生させることなくプレス成形することができるものの、成形後のスプリングバックを制御することはできないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、金型に手を加えることなく、且つ、プレストライを要することなく、スプリングバックを抑制してプレス加工品に高い寸法精度を確保することができるプレス加工品のスプリングバック制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、金属板素材に凹凸状の微小形状を予め付加して予形状素材とし、該予形状素材のプレス成形時に前記微小形状を潰すことによって、プレス加工品内の残留応力を調整して該プレス加工品のスプリングバックを制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記微小形状をエンボス形状、多角錐形状、十字形状又は星型形状とすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記微小形状の凹と凸を横及び／又は縦方向或は斜め方向に交互に繰り返すことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記微小形状の凹凸の深さ及び高さを前記金属板素材の板厚の２倍以下とすることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記微小形状をプレス加工又はロール成形によって前記金属板素材に予め付加することを特徴とする。

請求項１〜３記載の発明によれば、例えばエンボス形状、多角錐形状等の凹凸状の微小形状が予め付加された予形状素材をプレス成形すると、微小形状が潰れることによって材料に塑性変形が加わってプレス加工品内の残留応力分布が変化する。特に、微小形状の凹と凸が交互に繰り返されている場合には、この微小形状が潰れることによってプレス加工品の板の表裏に引張と圧縮の残留応力が交互に分布するため、これらの引張と圧縮の残留応力が相互に相殺し合い、スプリングバックの発生が制御されてプレス加工品に高い寸法精度が確保される。

請求項４記載の発明によれば、微小形状の凹凸の深さ及び高さを金属板素材の板厚の２倍以下に抑えるため、微小形状の付加に要する加工力が小さくて済む。

請求項５記載の発明によれば、プレス加工又はロール成形によって微小形状を金属板素材に予め付加して予形状素材を得ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明方法は、金属板素材（ブランク材）に凹凸状の微小形状を予め付加して予形状素材とし、該予形状素材のプレス成形時に前記微小形状を潰すことによって、プレス加工品内の残留応力を調整して該プレス加工品のスプリングバックを制御する（具体的には、スプリングバックを無くす）ものである。

以下、本発明方法を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。尚、図１（ａ）〜（ｃ）は本発明方法をその工程順に示す斜視図及び断面図、図２（ａ）は予形状素材の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＢ部拡大詳細図、図３（ａ）は金型が下死点前にあるときのプレス加工品内の応力分布を示す図、同図（ｂ）は金型が下死点に達したときのプレス加工品内の応力分布を示す図である。

本発明方法においては、先ず、図１（ａ）に示すようにコイル状に巻回された金属板素材（ブランク材）１に、プレス加工、ロール成形等によって微小形状２を予め付加し、その部分を切断することによって矩形板状の予形状素材３を得る。

ここで、予形状素材３の略全面に亘って形成された前記微小形状２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、大小円形の凹凸を成すエンボス形状であって、大径の凸部２ａと小径の凹部２ｂ（ハッチングを付して表示）を横及び縦方向に交互に繰り返して整然と配置することによって形成されている。この場合、凸部２ａと凹部２ｂは、それらのプロフィルが互いに重なることがないように配置され、図２（ｃ）に示す凸部２ａの高さｈと凹部２ｂの深さｄは、金属板素材１（予形状素材３）の板厚ｔの２倍以下（ｈ，ｄ≦２ｔ）に設定されている。尚、凸部２ａの高さｈと凹部２ｂの深さｄは、金属板素材１（予形状素材３）の板厚ｔの１／３以上（ｈ，ｄ≧（１／３）ｔ）であることが望ましい。

又、凸部２ａと凹部２ｂの配列ピッチＰは小さい程好ましいが、これらの凸部２ａと凹部２ｂの数が余り多くなると加工力が大きくなるため、配列ピッチＰはプレス機やロール成形機等の能力に応じて最適な値に設定すべきである。

而して、以上のようにして予形状素材３が得られると、この予形状素材３を図１（ｂ）に示すように金型のダイ１１とブランクホルダ１２との間にセットする。即ち、予形状素材３の周縁をダイ１１とブランクホルダ１２間で挟持した状態で、該予形状素材３をダイ１１とブランクホルダ１２との間にセットする。ここで、ダイ１２には製品（プレス加工品４（図１（ｃ）参照）の外形形状に沿った形状の凹部１１ａが形成され、ブランクホルダ１２内には、パンチ１３が上下に摺動可能に配置され、該パンチ１３の上端面１３ａにはダイ１１の凹部１１ａの形状に沿った凸曲面が形成されている。

図１（ｂ）に示すように予形状素材３がセットされた状態から、図１（ｃ）に示すように、パンチ１３をプレス機によって駆動してこれを油圧で上動させると、予形状素材３がダイ１１とパンチ１３によってプレス成形され、その中央部がダイ１１の凹部１１ａに沿った形状に絞られたプレス加工品４が得られる。

ここで、金型が下死点に到達する直前のプレス加工品４の内部の応力分布を図３（ａ）に示すが、この時点では、従来の成形と同様に曲げの外側では引張応力が作用し、曲げの内側では圧縮応力が作用していることが分かる。

そして、その後、金型が下死点に近付くと、予形状素材３に予め付加されていた微小形状２を構成する多数のエンボス状の凸部２ａと凹部２ｂが潰されるため、材料に塑性変形が加わり、結果としてプレス加工品４内の応力分布が変化する。具体的には、本実施の形態では、前述のように凸部２ａと凹部２ｂを横及び縦方向に交互に繰り返して配置したため（図２（ａ）参照）、これらの凸部２ａと凹部２ｂが潰れることによってプレス加工品４の板の表裏に、図３（ｂ）に示すように、引張と圧縮の残留応力が交互に分布する。そして、これらの引張と圧縮の残留応力が相互に相殺し合うため、プレス加工品４を金型から取り出しても、これにスプリングバックが発生せず、該プレス加工品４に高い寸法精度が確保される。

以上のように、本発明方法では、金属板素材１に凹凸状の微小形状２を予め付加して予形状素材３とし、この予形状素材３をプレス成形する際に微小形状２の凸部２ａと凹部２ｂを潰すことによってプレス加工品４内の残留応力を調整して該プレス加工品４のスプリングバックを制御する（実際には、スプリングバックの発生を防ぐ）ようにしたため、金型に一切手を加えることなく、正寸の金型を用いて、且つ、プレストライを要することなく、１回のプレス成形によってスプリングバックの無い高精度なプレス加工品４を安定的に得ることができる。

又、金属板素材１に付加される微小形状２の凸部２ａの高さｈと凹部２ｂの深さｄを金属板素材１（予形状素材３）の板厚ｔの２倍以下（ｈ，ｄ≦２ｔ）に設定したため、微小形状２の付加に要する加工力が小さくて済む。

ところで、金属板素材に微小形状を付加する方法は任意であって、プレス成形の他、例えばブランク型に凹凸形状を付けてブランク加工を行う際に凹凸状の微小形状を付加したり、圧延時のロールに凹凸形状を付けて圧延と同時に凹凸状の微小形状を付加する方法が考えられる。尚、実施の形態では、エンボス状の微小形状２を金属板素材１の全面に亘って付加したが、金属板素材１の一部に部分的に付加しても良く、この場合には、プレス加工によって発生する歪みが小さな領域（図１（ｃ）に示す例では領域Ｘ）に相当する部分に付加すべきである。

又、本実施の形態では、プレス加工として絞り成形を例として説明したが、本発明方法は、その成形の形態には適用が限定されず、曲げやフォーム成形等の他の任意の成形に対して適用可能である。

次に、金属板素材に予め付加する微小形状の他の形態を図４及び図５にそれぞれ示す。尚、図４（ａ）は別形態１に係る予形状素材の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図５（ａ）は別形態２に係る予形状素材の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

図４に示す予形状素材３’においては、凹凸状の四角錐形状によって微小形状２’が構成されており、四角錐状の凸部２ａ’と凹部２ｂ’（ハッチングを付して表示）が横及び縦方向に交互に繰り返されて整然と配置されている。

又、図５に示す予形状素材３”においては、凹凸状の十字形状によって微小形状２”が構成されており、十字形状の凸部２ａ”（斜線にて表示）と凹部２ｂ”（横線にて表示）が互いに直交する斜め２方向に交互に繰り返されて整然と配置されている。

而して、図４及び図５に示す予形状素材３’，３”においても、これらをプレス成形する際に微小形状２’，２”の凹部２ａ’，２ａ”と凸部２ｂ’，２ｂ”を潰すことによってプレス加工品内の残留応力を調整して該プレス加工品のスプリングバックを制御する（実際には、スプリングバックの発生を防ぐ）ことができるため、金型に一切手を加えることなく、正寸の金型を用いて、且つ、プレストライを要することなく、１回のプレス成形によってスプリングバックの無い高精度なプレス加工品を安定的に得ることができる。

尚、金属板素材に予め付加する微小形状としては、以上に挙げたものの他、三角錐形状、六角錐形状等の多角錐形状、星型形状等、他の任意の形状を採用することができる。

ところで、以上の実施の形態においては、微小形状の凸部と凹部を横及び縦方向或は斜め方向に交互に繰り返すことによって、プレス加工品にスプリングバックを発生させないようにしたが、図６（ａ）に示すように予形状素材３に凸部２ａのみから成る微小形状２を形成し、この凸部２ａをプレス成形時に潰すことによって、同図（ｂ）に示すように、プレス加工品４のスプリングバック量ΔＳｂ
を調整するようにしても良い。或は逆に、図７（ａ）に示すように予形状素材３に凹部２ｂのみから成る微小形状２を形成し、この凹部２ｂをプレス成形時に潰すことによって、同図（ｂ）に示すように、プレス加工品４のスプリングゴー量ΔＳｇ
を調整するようにしても良い。

本発明方法は、絞り、曲げ、フォーム成形等の任意のプレス成形によって得られるプレス加工品のスプリングバックの制御に対して適用可能である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明方法をその工程順に示す斜視図及び断面図である。 （ａ）は予形状素材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。 （ａ）は金型が下死点前にあるときのプレス加工品内の応力分布を示す図、（ｂ）は金型が下死点に達したときのプレス加工品内の応力分布を示す図である。 （ａ）は別形態１に係る予形状素材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）は別形態２に係る予形状素材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は凸部のみから成る微小形状が付加された予形状素材の断面図、（ｂ）はプレス加工品のスプリングバック量の調整を示す断面図である。 （ａ）は凹部のみから成る微小形状が付加された予形状素材の断面図、（ｂ）はプレス加工品のスプリングゴー量の調整を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はスプリングバックが発生する原理を説明する図である。

符号の説明

１ 金属板素材（ブランク材）
２，２’，２” 微小形状
２ａ，２ａ’，２ａ” 凸部
２ｂ，２ｂ’，２ｂ” 凹部
３，３’，３” 予形状素材
４ プレス加工品
１１ ダイ
１２ ブランクホルダ
１３ パンチ

Claims (5)

1. 金属板素材に凹凸状の微小形状を予め付加して予形状素材とし、該予形状素材のプレス成形時に前記微小形状を潰すことによって、プレス加工品内の残留応力を調整して該プレス加工品のスプリングバックを制御することを特徴とするプレス加工品のスプリングバック制御方法。
2. 前記微小形状をエンボス形状、多角錐形状、十字形状又は星型形状とすることを特徴とする請求項１記載のプレス加工品のスプリングバック制御方法。
3. 前記微小形状の凹と凸を横及び／又は縦方向或は斜め方向に交互に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２記載のプレス加工品のスプリングバック制御方法。
4. 前記微小形状の凹凸の深さ及び高さを前記金属板素材の板厚の２倍以下とすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプレス加工品のスプリングバック制御方法。
5. 前記微小形状をプレス加工又はロール成形によって前記金属板素材に予め付加することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のプレス加工品のスプリングバック制御方法。

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