JP2006255747A - 湾曲状チャンネル部材の成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の成形方法は、平坦壁部11の両側に縦壁部12,12が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲状ハット形チャンネル部材1を絞り成形あるいは曲げ成形するに際し、成形過程において、前記湾曲状ハット形チャンネル部材1の両端部から湾曲の周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さの1/4の部位(破線部P1)の縦壁部12の反り、あるいは前記1/4の部位から両端部までの領域(二点鎖線部P2)の縦壁部12の反りを抑制する。
【選択図】 図15
Description
前記ハット形チャンネル部材の横断面形状は、幅(縦壁部の内幅)W、高さ(フランジ部の下面から平坦壁部の上面までの高さ)H、フランジ部の幅Lf(フランジ部の先端から縦壁部の内面までの長さ)、平坦壁部及びフランジ部の曲げ部の半径rp,rdによって特定される。U形チャンネル部材の場合は、フランジ部13を除き、同様に特定される。
図2は、前記ハット形チャンネル部材の絞り成形の説明図であり、パンチ31の上平坦部に載置されたブランク(素板)Bは、パッド32によってパンチ31の上平坦部に位置がずれないように保持され、ダイ33の下平坦部とブランクホルダー34との間に挟持される。そして、ダイ33をブランクホルダー34の押圧力に抗して下方に移動させることにより、パンチ31とダイ33との協働によってブランクBはハット形チャンネルに成形される。
図3は、前記ハット形チャンネル部材の曲げ成形の説明図であり、パンチ31の上平坦部に載置されたブランクBは、パッド32によってパンチ31の上平坦部に位置がずれないように保持され、ダイ33を下方に移動させ、パンチ31とダイ33との協働によって、縦壁部を成形し、成形終了時点(下死点)でダイ33の下平坦部とフランジ成形部35との間にブランクBを挟持してフランジ部を成形することにより、ハット形チャンネルに成形される。
また、図4は、前記U形チャンネル部材の曲げ成形の説明図であり、パンチ31の上平坦部に載置されたブランクBは、パッド32によってパンチ31の上平坦部に位置がずれないように保持され、ダイ33を下方に移動させることにより、パンチ31とダイ33との協働によってU形チャンネルに成形される。
前記図2から図4の成形型は、プレス上死点において、パンチ31がダイ33の下方に配置され、成形過程でダイ33をパンチ31側へ移動させることでブランクを成形したが、これとは上下逆に、パンチ31をダイ33の上方に配置し、成形過程でダイをパンチ側へ上昇させて成形する場合もある。また、図例では、パンチを固定側とし、ダイを移動側としたが、これとは逆に、ダイを固定側とし、パンチを移動側とする場合もある。
(1) 凍結ビードの形成(非特許文献1:第54回塑性加工連合講演会109T、講演集p17−18)
縦壁部の剛性を高めるために形状凍結ビード(縦方向にリブのある凹凸)を形成することによって壁反りを軽減抑制する。
(2) 成形終期におけるBHF(Blank Holding Force、ブランクホルダーの押圧力)の制御
成形終期に縦壁部の張力を制御する方法であって、成形終期から終了時にかけてBHFを高めて縦壁部に張力を付与し、縦壁部の板厚裏面の応力差を無くすようにする。
(3) コイニングビードの形成(特許文献1:特開2001−87816公報)
縦壁部に生じる圧縮力を減殺するため、成形と共に、あるいは仕上工程で縦壁部にコイニングビード(線状凹部)を加圧形成(コイニング)して板厚方向の応力差を軽減、解消する。
(4) 縦壁部の逆曲げ成形(非特許文献2:第54回塑性加工連合講演会108T、講演集p15−16)
成形の際に、ダイ肩部近傍、すなわち縦壁部のフランジ部側端部を内側へ変形させる。このような変形は、パンチの頂部より下側の外径を小径、好ましくは(頂部の外径−板厚×2)以下に形成し、逆曲げを誘発するスペースを確保することによって生じさせることができる。
(5) ステップ形状の形成(特許文献2:特開2004−337980公報)
成形の際に縦壁部からフランジ部に沿ってのアール部にステップ形状部(段部)を形成することで壁反りを防止する。
第54回塑性加工連合講演会109T、講演集p17−18 第54回塑性加工連合講演会108T、講演集p15−16
図6は、湾曲状ハット形チャンネル部材1の成形後のねじれ状態を示す。図6(1) は平坦壁部11をフランジ部13に対して上側に配置した部材の平面図を、図6(2) は図6(1) のA−A線断面図を示し、実線は成形後の部材形状を、二点鎖線は目標形状を示す。図6は、湾曲状ハット形チャンネル部材1の湾曲の周方向の各端部において、平坦壁部11の湾曲の径方向の両端を同一平面(水平面)上で拘束した4点支持状態における、部材のねじれ状態を示しており、図中の丸印は拘束点を示す。以下、部材のねじれについて説明する場合、前記4点支持状態を前提とする。
ここで、ねじれの方向を以下のように定義する。図例のように、湾曲の径方向の外側のフランジ部(「縮みフランジ部(PF)」という。これに対して内側のフランジ部を「伸びフランジ部(TF)」という。)が平坦壁部11側に傾く場合のねじれの方向を「正」、その逆の場合を「負」と定義し、成形後の平坦壁部11が目標形状の平坦壁部11に対してなす角θを「ねじれ角」というものとする。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、小さい成形荷重で、部材のねじれを軽減、抑制することができる湾曲状チャンネル部材の成形方法を提供することを目的とする。
この成形方法によると、ねじれの抑制に効果のある部位に対して縦壁部の反りを集中的に抑制するので、成形荷重を過度に増大させることなく、少ない成形荷重で効率よく正方向のねじれを防止することができる。
この成形方法によると、断面中心線が直線と湾曲とが複合した複雑な形状の湾曲状チャンネル部材であっても、ねじれの抑制に効果のある部位に対して縦壁部の反りを集中的に抑制するので、小さい成形荷重で効率よく正方向のねじれを防止することができる。
湾曲チャンネル部を曲げ成形すると、絞り成形に対して成形荷重が小さくて済むという利点があるものの、中央部の径方向外側の縦壁部にしわが生じやすいという欠点がある。本発明の成形方法では、湾曲チャンネル部を絞り成形するのでしわが生じにくく、しかも直線部を絞り成形に対して壁反りが生じ難い曲げ成形によって成形するので、部材全体を絞り成形する場合に比して、成形荷重を軽減すると共にねじれを抑制することができる。
図7は、絞り成形後の湾曲状ハット形チャンネル部材1及びその成形前のブランク(破線で表示)Bを示し、部材の湾曲形状は、横断面の断面中心線(「湾曲中心線」という場合がある。)の曲率半径Rと、湾曲部(弧)を挟む、曲率中心まわりの中心角θcを用いて表される。
前記ブランクBは、ハット形チャンネル形状に成形されるに従って、破線の矢印で示すように、湾曲の径方向に沿って放射状に成形型に流入して、湾曲状チャンネル部材1に成形される。前記径方向の外側のフランジ部PFを縮みフランジ部、内側のフランジ部TFを伸びフランジ部というのは、ブランクBが成形型に流入して絞り成形される際、成形終了時点(下死点)では、湾曲の周方向に沿って、外側のフランジ部PFには圧縮応力が、内側のフランジ部TFには引張応力が生じることによる。曲げ成形の場合も同形状のブランクが用いられるが、絞り成形と同様、湾曲の周方向に沿って、径方向外側の縦壁部、フランジ部には圧縮応力が、径方向の内側の縦壁部、フランジ部には引張応力が発生する。
計算対象とした湾曲状チャンネル部材は、板厚1.2mm、強度590MPaの冷延鋼板をブランクとして絞り成形あるいは曲げ成形するものとし、その形状は、断面中心線の曲率半径R=1000mm、湾曲状部材の中心角θc=32°、部材高さH=40mm、部材幅W=60mm、フランジ部の幅Lf=35mm(ハット形チャンネル部材の場合)、曲げ部の半径rp=rd(ハット形チャンネル部材の場合)=5mmとした。また、絞り成形の際のブランクホルダーの押圧力を60tonとし、パッドの押圧力を30tonとした。曲げ成形の際のパッドの押圧力も同様に30tonとした。
前記数値計算は、FEM(有限要素法)を用いた汎用ソフトを用いて行った。ねじれ角の計算において、既述のとおり、部材は前記4点支持状態で4隅が拘束された状態で支持されていることが前提であり、後述するねじれ角の計算においても同様である。
そして、図8に示す高さHとねじれ角θとの関係は、縦壁部の反りの影響と、フランジ部の伸び・縮みの影響とが統合したものと考えることができ、成形高さが低い場合は負方向にねじれ、成形高さの増加に伴い、正方に反転するものと理解することができる。なお、ブランクの強度が変わっても、板厚内、あるいはフランジ部の面内方向の応力はその大きさが比例的に変化するだけなので、図8のねじれ反転位置は変化しない。
成形高さが低い場合、成形終了時点(下死点)において、縦壁部の板厚方向に生じる応力に比して、フランジ部の周方向に生じる応力が優勢であり、図10に示すように、縮み側フランジ部PFには周方向に圧縮応力が、伸びフランジ部TFには周方向に引張応力が生じている。離型すると、縮み側フランジ部PFは成形時に生じた圧縮応力が解放されて伸び、一方縮み伸びフランジ部TFは成形時に生じた引張応力が解放されて周方向に縮み、その結果として負方向のねじれが生じる。
一方、成形高さが高い場合、成形終了時点(下死点)において、フランジ部の周方向に生じる応力に比して、縦壁部の板厚方向に生じる応力が優勢であり、図11に示すように、縦壁部の表面側には引張応力が、裏面側には圧縮応力が生じている。この状態から平坦壁部11にねじれが生じないように(平坦壁部11が水平になるように)拘束して前記の簡易数値計算を実施した場合の湾曲状ハット形チャンネル部材の横断面を図12に示す。このような縦壁部12の変形は通常の壁反りとは異なっており、同図に示すように、PF側の縦壁部12には周方向に沿って、上部に圧縮応力(図中、「−」で示す。)が、下部に引張応力(図中、「+」で示す。)が生じている。他方、TF側の縦壁部12には周方向に沿って、上部に引張応力が、下部に圧縮応力が生じている。平坦壁部11の拘束を解放すると、前記縦壁部12の周方向に生じていた圧縮、引張の応力が解放されて、縦壁部12の上下で周方向に伸び、縮みが生じ、その結果として正方向のねじれが生じる。
図14より、1カ所の拘束を与える場合、部位1,5,2の順でねじれ抑制効果が大きいことがわかる。2カ所の拘束を与える場合、部位2及び5、1及び4の順で効果が大きく、部位2及び5に拘束を与えた場合、無拘束の場合に比してねじれが半分程度になり、部位1,2,4及び5に拘束を与えた場合ではねじれが1/4程度に軽減されることがわかる。
前記縦壁部の反りを抑制する手段としては、直線状ハット形チャンネル部材の成形において施される既述の壁反り抑制手段を適宜採ることができる。これらの手段は、湾曲状部材の成形過程のいずれかにおいて施せばよく、例えば、湾曲状部材の成形と同時に、あるいは湾曲状部材を成形した後、仕上工程として施してもよい。
図14の計算に用いた湾曲状ハット形チャンネル部材をBHF=60tonで絞り成形する場合、FEMを用いてねじれ角を計算すると、BHFを制御しない場合、ねじれ角は5.3°であり、成形荷重は120tonであった。部材の周方向の全体に対して下死点近傍でBHFを60tonから200tonに上昇させた場合、ねじれ角は0.2°であったが、成形荷重は300tonに増大した。一方、部材の1/4領域のみに対して、BHFを60tonから200tonに上昇させた場合、ねじれ角は1.1°に押さえられ、しかも成形荷重は200tonに止まった。ねじれ角が1°程度では、部材の組み立てに際して、ほとんど問題のないレベルである。なお、1/4部位の間の中央領域のみに対して、BHFを30tonから100tonに上昇させた場合、成形荷重は210tonに止まるものの、ねじれ角は4.0°であり、ねじれ抑制効果は小さかった。
複合湾曲状チャンネル部材としては、図17に示すように、湾曲チャンネル部1Aの両側に直線チャンネル部2A,2Bが連成されたものや、図18に示すように、第1直線チャンネル部2Aの一端に第1湾曲チャンネル部1Aが連成され、第1湾曲チャンネル部1Aの他端に曲率中心が反対側の第2湾曲チャンネル部1Bが連成され、第2湾曲状部1Bの他端に第2直線チャンネル部2Bが連成されたものを例示することができる。
その結果、両直線チャンネル部2A,2Bおよび湾曲チャンネル部1Aのいずれに対しても縦壁部を拘束しなかった場合、部材の周方向中央部でのねじれ角θは6.2°であった。一方、両側の直線チャンネル部2A,2Bのみに対して縦壁部を拘束した場合、ねじれ角は1.3°であり、さらに湾曲チャンネル部1Aの両側の1/4領域に対しても縦壁部を拘束した場合、ねじれ角は0.5°に抑制された。なお、湾曲チャンネル部1Aのみに対して縦壁部を拘束した場合、ねじれ角は4.9°であり、ねじれ抑制効果が小さい。これより、両直線チャンネル部2A,2B、あるいはさらに湾曲チャンネル部1Aの1/4領域に対して成形過程で壁反り防止手段を講じることがねじれ抑制に有効であることが確認できた。
1A、1B 湾曲チャンネル部
2A,2B 直線チャンネル部
11 平坦壁部
12 縦壁部
13 フランジ部
PF 縮みフランジ部
TF 伸びフランジ部
Claims (7)
- 平坦壁部の両側に縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲状チャンネル部材を絞り成形あるいは曲げ成形する湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、
成形過程において、前記湾曲状チャンネル部材の両端部から湾曲の周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さの1/4の部位の縦壁部の反りを抑制する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。 - 成形過程において、前記湾曲状チャンネル部材の両端部から湾曲の周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さの1/4の部位から両端部までの縦壁部の反りを抑制する、請求項1に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
- 平坦壁部の両側に縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部及び断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を絞り成形あるいは曲げ成形する湾曲状チャンネル部材の成形方法であって、
成形過程において、前記直線チャンネル部の縦壁部の反りを抑制する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。 - さらに、成形過程において、前記湾曲チャンネル部の両端部から湾曲の周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さの1/4の部位の縦壁部の反りを抑制する、請求項3に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
- さらに、成形過程において、前記湾曲チャンネル部の両端部から湾曲の周方向の中心側に向かって断面中心線に沿った部材長さの1/4の部位から両端部までの縦壁部の反りを抑制する、請求項3に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
- 平坦壁部の両側に縦壁部が形成され、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部及び断面中心線が直線である直線チャンネル部が連成された湾曲状チャンネル部材を成形する湾曲状チャンネル部材成形方法であって、
前記湾曲チャンネル部を絞り曲げ成形により成形し、前記直線チャンネル部を曲げ成形する、湾曲状チャンネル部材の成形方法。 - 前記湾曲状チャンネル部材は、湾曲チャンネル部の一端あるいは両端に直線チャンネル部が連成された、請求項3から6のいずれか1項に記載した湾曲状チャンネル部材の成形方法。
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