JP2006281312A - プレス加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高張力鋼板等の強度が高い金属板素材を使用した場合でも、縦壁部の反りを小さくすることができるプレス加工方法を提供する。
【解決手段】ダイとパンチを用いて、成形部分であるハット頭部１ａと、それに連なる縦壁部１ｂと、縦壁部に連なるフランジ部１ｃとを有する金属プレス部品１を絞り成形するプレス加工方法において、フランジ部を挟圧しながらパンチをダイ内に押し込んで縦壁部を成形する際に、フランジ部の長手方向に、縦壁部へ流れる材料の流入を拘束する拘束部分（ビード２を設けた部分）と、縦壁部へ流れる材料の流入を促進する非拘束部分（ビード２を設けない部分）とを区分して設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板をいわゆる断面ハット形状に絞り成形するプレス加工方法に関する。

例えば、自動車の車体材料には、部位によっては剛性が要求されることから、引っ張り強さが高い鋼板である高張力鋼板（ハイテン材）が使用されている。また、自動車部品には、この高張力鋼板をいわゆるハット絞り成形して断面ハット形状（両端にフランジ部を形成すると共に本体部の断面形状を略Ｕ字状に形成する形状）とした部品が多く用いられている。

この種の断面ハット形状の部品は、ハット頭部と、その両側に連なる縦壁部と、各縦壁部に連なるフランジ部とを有するもので、ダイとパンチを用いてプレス成形（ハット絞り成形）ているのが一般的であるが、高張力鋼板で断面ハット形状の部品をプレス成形すると、パンチ肩やフランジの開き、あるいは縦壁部の反り、といった材料の弾性回復現象（スプリングバック）による不良現象が発生しやすい。

そこで従来、この不良現象を解消する対策として、
（１）縦壁部に張力を与えながら成形する
（２）見込みにより矯正する
（３）絞りから曲げ成形に工法を変更する
などの方法が提案され実施されている。

この中で、特に縦壁部の反りを解消する方法としては、（１）の縦壁部に張力を付与する方法が最も効果があると考えられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特開２００４−１８８４７３号公報 プレス成形難易ハンドブック（Ｐ１７５〜１７８、Ｐ１８１〜１９８）、薄鋼板成形技術研究会 (編集)、日刊工業新聞社（出版社）

ところで、従来、絞り成形時に縦壁部に張力を与える方法としては、部品のフランジ部を挟圧してしわ押さえ荷重を増やす方法が主に採られているが、フランジ部の全長にわたって均一なしわ押さえ荷重を加えた場合、材料の変形状態が平面ひずみ変形状態となるために、材料の破断限界が最も低い値となってしまい、結果的に縦壁部の反り防止のための有効な張力を付与することができず、効果的な反り防止が図れないという問題があった。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材を使用した場合でも、縦壁部の反りを小さくすることができ、高精度な成形部品を得ることのできるプレス加工方法を提供することを目的とする。

本発明のプレス加工方法は、ダイとパンチを用いて、成形部分と、それに連なる縦壁部と、縦壁部に連なるフランジ部とを有する金属プレス部品を絞り成形するプレス加工方法である。

このプレス加工方法において、フランジ部を挟圧しながらパンチをダイ内に押し込んで前記縦壁部を成形する際に、前記フランジ部の長手方向に、縦壁部へ流れる材料の流入を拘束する拘束部分と、縦壁部へ流れる材料の流入を促進する非拘束部分とを区分して設けることを特徴としている。

本発明のプレス加工方法によれば、フランジ部の長手方向に、縦壁部へ流れる材料の流入を拘束する拘束部分と、縦壁部へ流れる材料の流入を促進する非拘束部分とを区分して設け、その区分した状態で、フランジ部を挟圧し、材料に引張力を付与しながら縦壁部を成形するので、拘束部分ではフランジ部側から縦壁部への材料の流入が抑制され、非拘束部分ではフランジ部側から縦壁部への材料の流入が促進することになる。つまり、縦壁部へ材料が流入する部分と流入しない部分とを、フランジ部の長手方向に分布させることができる（ここで、材料が流入するとは、成形方向に材料が引っ張られて、縦壁部に材料が流れていくことをいう）。

従って、縦壁部を成形する際の変形状態を、従来のフランジ部の全長全体に渡って拘束した状態で成形した場合の平面ひずみ変形状態から、単軸引張変形状態に移行させることができ、それにより、材料の最大伸び限界（破断限界）までの成形余裕度を増すことができ、その結果、材料の割れ（破断）を抑制しつつ、従来よりも大きな引張力を縦壁部に付与することができて、縦壁部の反りの問題を解消することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本発明に係るプレス加工方法により製造する部品１は、成形部分であるハット頭部１ａと、それに連なる縦壁部１ｂ、１ｂと、縦壁部１ｂ、１ｂに連なるフランジ部１ｃ、１ｃとを有する、いわゆる断面ハット形状のものである。

この部品１をプレス機械で加工する（ハット絞り成形加工する）場合には、図２に示すように、ダイ１１と、パンチ１２と、しわ押え部材１３とを備えた加工工具（金型）を用い、まず、金属板素材（被加工物）を、その幅方向中央部がパンチ１２の頭部に位置するように配置し、その状態でフランジ部１ｃ（厳密には最終的にフランジ部となる部分）をダイ１１としわ押さえ部材１３で挟圧しながら、パンチ１２をダイ１１内に押し込んで、ハット頭部１ａ及び縦壁部１ｂ、１ｂを成形する。

その際、本実施の形態の加工方法では、予めフランジ部１ｃに、図１に示すように、その長手方向に沿って適当な間隔で適当な長さのビード（突条）２を設けておく。このようにビード２を設けた状態でフランジ部１ｃをダイ１１としわ押さえ部材１３で挟圧することにより、ビード２のある部分では、当該ビード２が障壁となって縦壁部１ｂへ流れる材料の流入を抑制し、ビード２のない部分では、縦壁部１ｂへ流れる材料の流入が促進される。つまり、ビード２のある部分が材料の流入を抑制する拘束部分となり、ビード２のない部分が材料の流入を促進させる非拘束部分になる。

ここでは、ビード２を設けた拘束部分と、ビード２を設けない非拘束部分は、フランジ部１ｃの長手方向に沿って交互に複数配置してあり、フランジ部１ｃの全長Ｌに対して、ビード２を設けた部分（拘束部分）の合計長Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ＋・・・Ｌ１ｎの割合が、４０〜６０％となるように設定してある。数式で表すと、次式のようになる。

（Ｌｂ１＋Ｌｂ２＋・・・＋Ｌｂｎ）／Ｌ＝０．４〜０．６
また、フランジ部１ｃの長手方向の両端部にビード２のない部分（非拘束部分）がくるように、ビード２を設ける位置が設定されている。

このように、フランジ部１ｃの長手方向に間欠的にビード２を設けることにより、前記した拘束部分と非拘束部分とを明確に区分して交互に設けることができる。そして、そのように区分した状態でフランジ部１ｃを挟圧し、材料に引張力を付与しながら縦壁部１ｂを成形することにより、ビード２のある部分（拘束部分）では、当該ビード２が障壁となってフランジ部１ｃ側から縦壁部１ｂへの材料の流入が抑制され、ビード２のない部分（非拘束部分）では、フランジ部１ｃ側から縦壁部１ｂへの材料の流入が促進する。

つまり、縦壁部１ｂへ材料が流入する部分と流入しない部分とを、フランジ部１ｃの長手方向に適当な割合で分布させることができる。従って、縦壁部１ｂを成形する際の変形状態を、従来のフランジ部の全長を拘束した状態で成形した場合の平面ひずみ変形状態から、単軸引張変形状態に移行させることができる。

この点を図４の特性図を参照しながら説明する。

図４の（Ａ）はフランジ部１ｃを全長全体に渡って拘束した場合の例（比較例）、（Ｂ）はフランジ部１ｃを所定の割合で部分的に拘束した場合の例（本発明の加工方法による例）を示している。この特性図は、材料が成形方向及びそれと直交する方向にどれだけ伸びたかを示す図であり、縦軸は、図１（Ａ）に示すように成形方向Ｆに沿ったＳ方向のひずみε（Major Strain）、横軸は、それと直交するＴ方向のひずみ（Minor Strain）を表している。単位は％である。

特性図中に示す破断限界は材料に固有の値で、この線以上の範囲の伸びを示す場合は破断することになる。ここで使用する材料（高張力鋼板）の場合は、Ｓ方向のひずみ（Major Strain）０．１％、Ｔ方向のひずみ（Minor Strain）０％となるような引っ張りを行うと、破断することがわかる。一般的にどのような鋼材も、Ｔ方向のひずみ（Minor Strain）０％のとき、破断限界の下限となる。

（Ａ）の例は、フランジ部１ｃを全長全体に渡って一定の力で拘束して、Ｔ方向のひずみ（Minor Strain）が０％となるように成形した平面ひずみ変形の場合を想定している。この場合は、上記した破断限界の下限値が破断点となる。このため、縦壁部１ｂに対して大きな張力を与えることはできず、よって張力付与不足によりスプリングバック（反り）が発生する可能性が高い。

本実施の形態の加工方法の場合は、フランジ部１ｃに間欠的にビード２が存在することにより、Ｔ方向（Minor Strainの方向）にも若干の力が加わるようになるため（ひずむため）、（Ｂ）のような単軸引張変形になる。この場合の破断限界はε1uとなり、平面ひずみ変形の際の破断限界ε1pよりも大きくなる。このため、材料の伸び限界（破断限界）までの成形余裕度が増し、材料の割れ（破断）を抑制しつつ、従来よりも大きな引張力を縦壁部１ｂに付与することができて、縦壁部１ｂの反りの問題を解消することができる。

つまり、図３（Ａ）に示すように従来生じていた縦壁部１ｂの反りの問題を解消することができ、（Ｂ）に示すように反りのない高精度のハット形状の部品１を製作することができる。

特に本実施の形態では、フランジ部１ｃの全長に対するビード２の合計長の割合を４０〜６０％に設定したので、大きな引張力を成形方向に付与することができ、縦壁部の反りを有効に防止することができる。また、フランジ部１ｃの長手方向の両端部にはビード２を設けないので、長手方向の両端部における縦壁部１ｂ側への材料の流れをよくすることができ、品質の安定を図ることができる。

また、通常のプレス成形で使用しているしわ押さえ部材１３を用いて、反り防止のための引張力を材料に付与するので、実施が簡単にできる。

因みに、図５に示す比較例のように、ダイ１１とパンチ１２に段形状のステップ１５を設け、（Ａ）の成形初期は材料の破断限界を超えないように成形し、（Ｂ）の成形完了付近で材料に張力を付与する、という方法によっても縦壁部１ｂの反り防止を図ることはできるが、この方法の場合、金型構造が複雑になることや、段形状を成形するために余分な材料が必要となりコストが増加する等の問題がある。

それに対し、本実施の形態の加工方法は、フランジ部１ｃにビード２を設け、しわ押さえ荷重を増すだけで反り防止を図れるので、金型の複雑化やコスト増を招かずにすむという効果もある。

なお、ビード２の形状は任意であり、例えば、図６（Ａ）に示すようにストレートに設定してもよいし、（Ｂ）に示すように斜めに設定してもよいし、（Ｃ）に示すように曲線上に変形した形に設定してもよい。

また、上記実施の形態では、ビード２をフランジ部１ｃに形成する場合を示したが、フランジ部１ｃを挟圧する側の部材、つまり、ダイ１１やしわ押さえ部材１３のフランジ挟持面にビードを設けても、同様の効果を得ることができる。

また、図７に示すように、フランジ部１ｃ（または該フランジ部１ｃを挟圧する部材、即ち、ダイ１１やしわ押さえ部材１３）に、フランジ部１ｃの長手方向に沿って部分的に挟圧の逃がし部２２を設けることで、「フランジ部に対する挟圧を解放する非拘束部分」を形成し、挟圧の逃がし部を設けない部分２１で、「フランジ部を強く挟圧する拘束部分」を形成することもできる。その場合、逃がし部２２は、挟圧を弱めたり回避したりするための凹部をダイ１１やしわ押え部材１３に形成することで構成する。

このように構成した場合、逃がし部のない部分２１ではフランジ部１ｃを強く挟圧することができ、逃がし部２２のある部分ではフランジ部１ｃに対する挟圧を解放することができる。従って、逃がし部のない部分２１では、強い挟圧によって材料が拘束されるために材料の流入はほとんどなくなり、逃がし部２２のある部分では、材料の拘束が解除されるために、材料の流入が促進されることになる。このように、逃がし部２２を部分的に設けるだけで、拘束部分と非拘束部分を簡単に区分して設けることができる。従って、前記実施の形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の実施の形態のプレス加工方法により製造する断面ハット形状の部品の構成を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 前記部品を、ダイ、パンチ、しわ押さえ部材を用いて成形した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態の効果説明用の図であり、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は本発明の実施の形態により得られる部品の斜視図である。 本発明の実施の形態の効果説明用の特性図であり、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は本発明の実施の形態による例を示す図である。 比較例として提示する加工方法の説明図である。 本発明の実施の形態におけるビードの種類（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を示す図である。 本発明の他の実施の形態の説明に用いる部品の斜視図である。

符号の説明

１…断面ハット形状の部品
１ａ…ハット頭部（成形部分）
１ｂ…縦壁部
１ｃ フランジ部
２…ビード
１１…ダイ
１２…パンチ
１３…しわ押さえ部材
２１…逃がし部を設けない部分（拘束部分）
２２…逃がし部（非拘束部分）

Claims (6)

1. ダイとパンチを用いて、成形部分と、それに連なる縦壁部と、縦壁部に連なるフランジ部とを有する金属プレス部品を絞り成形するプレス加工方法において、
   前記フランジ部を挟圧しながら前記パンチをダイ内に押し込んで前記縦壁部を成形する際に、
   前記フランジ部の長手方向に、前記縦壁部へ流れる材料の流入を拘束する拘束部分と、前記縦壁部へ流れる材料の流入を促進する非拘束部分とを区分して設ける
   ことを特徴とするプレス加工方法。
2. 請求項１に記載のプレス加工方法であって、
   前記フランジ部または該フランジ部を挟圧する部材に、フランジ部の長手方向に沿って部分的にビードを設けることで前記拘束部分を形成し、ビードを設けない残りの部分で前記非拘束部分を形成した
   ことを特徴とするプレス加工方法。
3. 請求項１に記載のプレス加工方法であって、
   前記フランジ部または該フランジ部を挟圧する部材に、フランジ部の長手方向に沿って部分的に該フランジ部を挟圧しない逃がし部を設けることで、前記フランジ部に対する挟圧を解放する非拘束部分を形成し、挟圧の逃がし部を設けない部分で、前記フランジ部を強く挟圧する拘束部分を形成した
   ことを特徴とするプレス加工方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のプレス加工方法であって、
   前記拘束部分と非拘束部分とを前記フランジ部の長手方向に沿って交互に複数設け、前記フランジ部の全長に対しての前記拘束部分の合計長の割合を４０〜６０％に設定した
   ことを特徴とするプレス加工方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプレス加工方法であって、
   前記フランジ部の長手方向の両端部に前記非拘束部分を設けた
   ことを特徴とするプレス加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のプレス加工方法であって、
   前記フランジ部を、前記ダイとしわ押さえ部材とで挟圧する
   ことを特徴とするプレス加工方法。

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