JP2006255747A - 湾曲状チャンネル部材の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 湾曲状ハット形チャンネル部材の絞り成形や曲げ成形、湾曲状Ｕ形チャンネル部材の曲げ成形に際し、成形荷重が小さく、ねじれの生じ難い成形方法を提供する。
【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

本発明は、自動車などの各種輸送機の車体構造部材等として用いられる湾曲状チャンネル部材の成形方法に係り、成形型から離型した後に生じる部材のねじれを抑制する方法に関する。

近年、燃費の向上、環境への配慮、安全性の向上などを企図して、自動車の車体や部品の強化と軽量化が推し進められており、その手段の一つとして車体構造部材（フレーム部材、メンバー部材）やパネル類（外板、内板）などに対して鋼板の高強度化（ハイテン化）やアルミニウム合金板等の軽量材への転換が進められている。

前記構造部材の代表的断面形状としては、図１(1) に示すように、平坦壁部（ウェブ）１１と、前記平坦壁部１１の両端部に屈曲形成された縦壁部１２と、各縦壁部２２の末端部に外側へ屈曲形成されたフランジ部１３を備えたハット形チャンネル部材や、図１(2) に示すように、前記ハット形チャンネル部材に対してフランジ部１３を有しないＵ形チャンネル部材がある。図例では、前記縦壁部１２は平坦壁部１１に対して垂直に屈曲形成されているが、傾斜状に形成される場合もある。本発明で前記ハット形チャンネル部材及びＵ形チャンネル部材をまとめてチャンネル部材という。
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。

前記ハット形チャンネル部材は、通常、絞り成形（ドロー成形）あるいは曲げ成形（フォーム成形）によって、またＵ形チャンネル部材は曲げ成形によって成形される。
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。

チャンネル部材の断面中心線（各垂直断面の中心を連ねた線）が直線状の場合、ハット形チャンネル部材では、絞り成形、曲げ成形のいずれの成形においても、その縦壁部１２が曲げ曲げ戻し変形を受けるため、縦壁部１２の表裏面に引張、圧縮の応力分布が生じ、離型後、この応力が解放されて弾性回復（スプリングバック）により、図５に示すように、縦壁部１２の外側が凹んだ壁反りが生じる。なお、絞り成形は曲げ成形に比して曲げ曲げ戻し変形が大きいため、反りも大きく、成形荷重も曲げ成形に比して大きくなる。一方、Ｕ形チャンネル部材では、縦壁部には応力分布が生じないため、縦壁部に反りは生じない。

このように直線状のハット形チャンネルチャンネル部材には、縦壁部１２に反りが生じるが、これを抑制する壁反り抑制手段としては、例えば下記の技術が知られている。
(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 特開２００１−８７８１６公報 特開２００４−３３７９８０公報

ところが、断面中心線が湾曲状のチャンネル部材の場合、ハット形チャンネル部材は勿論、Ｕ形チャンネル部材の場合も縦壁部に反りが生じるだけでなく、部材にねじれ（ひねり）が生じるようになる。
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。

前記湾曲状チャンネル部材の成形において、ねじれが生じる原因として、縦壁部の板厚表裏の応力差により生じる縦壁部の反りが主原因とする説（井上ほか、第５３回塑性加工連合講演会論文集、（２００２）、２７１）やフランジ部、縦壁部の面内応力（伸び縮み）が主原因とする説（薄鋼板成形技術研究会編、プレス成形難易ハンドブック、（１９８７）、１７７、日刊工業新聞社発行）があるが、ねじれ発生の原因は必ずしも明確になっていない。
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。

本発明者は、湾曲状チャンネル部材の成形における変形挙動をコンピュータにより解析した結果、縦壁部がある程度の高さになると縦壁部の反りが大きくなり、正のねじれ変形が生じることを確認した。さらに、解析を進めて、湾曲状チャンネル部材の湾曲の周方向のどの部分の縦壁部の反りを抑制すれば効果的に部材のねじれを軽減、抑制することができるかを調べた。これらの調査から得られた知見を基に本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の湾曲状チャンネル部材の成形方法は、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、あるいは前記１／４の部位から両端部までの縦壁部の反りを抑制するものである。
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。

また、本発明の他の成形方法は、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、例えば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、あるいはさらに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、又は前記１／４の部位から両端部までの縦壁部の反りを抑制するものである。
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。

また、本発明の他の湾曲状チャンネル部材の成形方法は、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ものである。
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。

本発明の成形方法によれば、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に際し、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、あるいは前記１／４の部位から両端部までの縦壁部の反りを抑制するので、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ことができ、小さい成形荷重で効率よく正方向のねじれを軽減、抑制することができる。

まず、湾曲状チャンネル部材の成形について簡単に説明する。
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。

本発明者は、湾曲状チャンネル部材の成形の際にねじれが生じる原因を追及するため、まず、湾曲状チャンネル部材の成形に際し、チャンネル部材の高さ（成形高さ）Ｈとねじれ角θとの関係を、実際の成形をシミュレートすることによって数値計算した。
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。

以上のようにして計算した湾曲状チャンネル部材の高さＨとねじれ角θとの関係を図８に示す。図８より、ハット形チャンネル部材ではＨ＝２０mm程度未満、Ｕ形チャンネル部材ではＨ＝４０mm程度未満で、ねじれは負方向に生じ、それ以上で正方向に転換することがわかる。

次に、成形高さＨを変化させた際の前記ねじれの転換現象の原因について調べた。具体的には、前記寸法形状の湾曲状ハット形チャンネル部材を絞り成形した場合に作用する応力状態を近似し、その応力状態にて発生するねじれ角θを簡単な数値計算により求めた。縦壁部に働く応力（壁反りの発生原因）及びフランジ部に働く応力（面内の伸び縮み）によって発生するねじれ角θを計算した結果をそれぞれ図９(1) 、(2) に示す。

図９(1) は、縦壁部に働く応力状態を近似して計算した場合の高さＨとねじれ角θとの関係を示す図であり、高さの増加に伴い、ねじれ角は線形に増加し、正方向のねじれを生じさせていることが分かる。一方、図９(2) は、フランジ部に働く応力状態を近似して計算した場合の高さＨとねじれ角θとの関係を示す図であり、成形高さが低い場合は、負方向に大きなねじれが生じ、成形高さの増加に伴い、断面形状の剛性の影響でねじれは反比例的に減少し、成形高さがある程度大きくなると、フランジ部の伸び・縮みによる影響を無視してもよいことが分かる。
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。

図８及び図９の関係から、ねじれ発生のメカニズムは以下のように考えられる。
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。

湾曲状ハット形チャンネル部材は、通常、その高さが２０mm程度以上のものが多いため、正方向のねじれが生じていたが、このような正方向のねじれを抑制、防止するには、上記調査から縦壁部１２に反りが生じないようにすればよい。しかし、部材の縦壁部１２の全体に壁反り防止手段を施すことは、成形荷重の増大を招き、プレス装置の耐久性に問題が生じ、大型化が必要になる。このような問題を回避しつつ、湾曲状チャンネル部材の正方向のねじれを有効に防止するため、ねじれ防止に効果のある部位を以下の手法により調べた。

板厚１．２mm、強度５９０ＭＰａの冷延鋼板をブランクとし、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、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmのハット形チャンネル部材を絞り成形するものとし、成形の際に、図１３に示すように、湾曲状ハット形チャンネル部材１に対して両端部、中央部及び端部から湾曲長さ（あるいはθｃ）の１／４の部位（図中、部位１〜６）の縦壁部１２に壁反りが生じないように、周方向に幅４０mmの拘束を与えて、成形後のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。計算によって得られた、ねじれ角と拘束を与えた部位との関係を整理したグラフを図１４に示す。なお、図１４は、湾曲状ハット形チャンネル部材の絞り成形についての調査結果であるが、湾曲状ハット形チャンネル部材を曲げ成形する場合についても同様の結果が得られた。
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。

上記調査結果から以下のことが明らかになった。図１５に示すように、湾曲状チャンネル部材１の成形の際に、湾曲状部材の周方向において、両端部から湾曲中心線に沿った部材長さ（あるいはθｃ）の１／４の部位（以下、単に「１／４部位」という。図中、破線部Ｐ１）に、あるいは両端部から前記１／４部位に渡る領域（以下、単に「１／４領域」という。図中、二点鎖線部Ｐ２）にねじれ防止対策、すなわち縦壁部１２の壁反り抑制手段を講じることにより、部材に生じる正方向のねじれを効果的に抑制することができる。
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。

例えば、成形終期においてＢＨＦを上昇制御する場合は、ブランクホルダーを分割制御するようにし、前記１／４部位あるいは１／４領域に対して下死点近傍でその部分のＢＨＦを上げるようにＢＨＦを制御すればよい。
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。

また、形状凍結ビードの形成については、前記１／４部位あるいは１／４領域に、縦壁部の剛性を高めるために、縦壁部に対して適宜の凹状、凸状の形状凍結ビードを形成することにより、部材のねじれを効果的に抑制、軽減することができる。部材の１／４領域において、図１６に示すように、高さ、幅を本体部２１よりも一回り大きくした拡大部２２を形成するようにしてもよい。この拡大部２２は、湾曲状部材を成形した後、仕上工程として成形すればよい。

以上、全体が湾曲した湾曲状チャンネル部材の成形方法の実施形態について説明したが、次に、断面中心線が湾曲した湾曲チャンネル部と直線状の直線チャンネル部とが連成された湾曲状チャンネル部材（特に湾曲チャンネル部のみで形成された湾曲状チャンネル部材と区別するため、このような部材を「複合湾曲状チャンネル部材」という場合がある。）の成形方法について説明する。
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。

図１４に示した調査結果から明らかなように、湾曲状チャンネル部材の端部では中央部に比して縦壁部の壁反りが大きく現れるため、この部位の反りを抑制することがねじれ抑制に効果的である。図１７のように、湾曲チャンネル部１Ａの両側に直線チャンネル部２Ａ，２Ｂが連成された場合、直線チャンネル部２Ａ，２Ｂの壁反りが湾曲チャンネル部１Ａの端部の壁反りを助長するように作用するため、ねじれが大きく現れる。一方、直線チャンネル部２Ａ，２Ｂの壁反りを抑制すれば、湾曲チャンネル部１Ａの端部の壁反りをも抑制することができる。このため、図１７に示す複合湾曲状チャンネル部材のねじれを効果的に抑制するには、成形過程で前記直線チャンネル部１Ａに壁反り防止手段を講じることが有効である。直線チャンネル部２Ａ，２Ｂが長い場合は、湾曲チャンネル部１Ａに近い部分（少なくとも湾曲チャンネル部の湾曲中心長さの１／４程度）に壁反り防止手段を講じることが有効である。さらに、湾曲チャンネル部１Ａの１／４領域に対しても壁反り防止手段を講じることが好ましい。

図１７に示す複合湾曲状チャンネル部材の絞り成形において、上記部位の縦壁部に壁反りが生じないように拘束した場合のねじれ角をＦＥＭを用いて計算した。計算対象とした複合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したものであり、湾曲チャンネル部１Ａ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＝１４．４°、部材高さＨ＝８１．２mm、部材幅Ｗ＝１００mm、フランジ部の幅Ｌｆ＝２６．２mm、曲げ部の半径ｒｐ＝ｒｄ＝５mmであり、直線チャンネル部２Ａ，２Ｂの長さは各々２００mmである（図１，図１７参照）。
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。

図１８の複合湾曲状チャンネル部材は、形状がより複雑であるが、図１７と同様に、直線チャンネル部２Ａ，２Ｂと湾曲チャンネル部１Ａ，１Ｂとを分けて、成形過程で、直線チャンネル部２Ａ，２Ｂに壁反り抑制手段を講じ、あるいはさらに湾曲チャンネル部の両側の１／４領域に同手段を講じることで、同部材のねじれを効果的に抑制することができる。

上記のとおり、複合湾曲状チャンネル部材の成形に際して、直線チャンネル部に壁反り抑制手段を講じることがねじれ防止に有効である。同様に、湾曲チャンネル部に対して直線チャンネル部に壁反りが生じにくい成形方法を採ることで、部材のねじれを軽減することができる。例えば、図１７の部材の場合、両直線チャンネル部２Ａ，２Ｂを曲げ成形し、湾曲チャンネル部１Ａを絞り成形することで、ねじれを軽減することができる。ＦＥＭによりねじれ角を計算すると、両側の直線チャンネル部２Ａ，２Ｂを曲げ成形により、湾曲チャンネル部１Ａを絞り成形により成形した場合、ねじれ角は４．７°であった。一方、両直線チャンネル部２Ａ，２Ｂ及び湾曲チャンネル部１Ａを全て曲げ成形した場合、ねじれ角は４．３°であるが、圧縮作用が最も大きい湾曲チャンネル部１Ａの外側中央部の縦壁部にしわが発生した。この点、前記した湾曲チャンネル部１Ａのみを絞り成形する成形方法では、湾曲チャンネル部１Ａは絞り成形されるため、しわが発生し難く、ねじれの低減としわの発生防止とを両立することができる。

ハット形及びＵ形チャンネル部材の横断面図である。 ハット形チャンネル部材の絞り成形説明図である。 ハット形チャンネル部材の曲げ成形説明図である。 Ｕ形チャンネル部材の曲げ成形説明図である。 直線状ハット形チャンネル部材の成形後の壁反り状態を示す斜視図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の成形後のねじれ状態を示す(1) 平面図及び(2) Ａ−Ａ線断面図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の成形前後の状態を示す平面図である。 各種湾曲状チャンネル部材の高さ（成形高さ）とねじれ角θとの関係を示すグラフ図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の(1) 縦壁部の壁反りの影響による部材高さ（成形高さ）とねじれ角との関係図および(2) フランジ部の伸び・縮みの影響による部材高さ（成形高さ）とねじれ角との関係図を示す。 湾曲状ハット形チャンネル部材の部材高さが低い場合のフランジ部に生じる面内応力を示す説明図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の部材高さが高い場合の縦壁部に生じる板厚内応力を示す説明図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材を成形した後、平坦壁部を拘束し、その他の拘束を解放した場合の部材の横断面図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の縦壁部の拘束部位を示す平面図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の絞り成形における拘束部位とねじれ角との関係を示すグラフである。 湾曲状ハット形チャンネル部材の成形に際し、壁反り抑制手段を講じるべき縦壁部の部位、領域を示す平面図である。 湾曲状ハット形チャンネル部材の成形に際し、周方向の端部の剛性を高めるための構造例を示す斜視図である。 湾曲チャンネル部の両側に直線チャンネル部が連成された複合湾曲状チャンネル部材の平面図である。 複数の湾曲チャンネル部及び直線チャンネル部が連成された複合湾曲状チャンネル部材の平面図である。

符号の説明

１ 湾曲状ハット形チャンネル部材
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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