JP2007038255A

JP2007038255A - プレス成形品の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2007038255A
Application number: JP2005224470A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健司鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】一つの金型内にて局所的な加工を可能とし、かつインバース形状の加工が可能なプレス成形品の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】長手方向に連続した断面がＴ字形状である凸部３を有する成形品１を、超塑性金属材料を用いて製造することを特徴とするプレス成形品の製造方法および製造装置である。
【選択図】図６

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法および製造装置に関する。

ブレス加工は、自動車、電気産業等の工業製品に多用されている。金属材料の複雑な形状の成形方法としては、超塑性材料を使用した熱間成形もしくは鍛造などの加工方法があり、超塑性成形においては、ガスを使用したブロ一成形が主流である（特許文献１参照）。

しかしながら、ブロ一成形方法による超塑性加工では複雑な加工が可能ではあるが、１つの金型内にて局所的な加工を行うことが難しく、何段階かに分けた成形が必要であり、またインバース形状の加工においては、成形部材が型から取り出せなくなるという問題が生じる。
特開平６−５４５号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、一つの金型内にて局所的な加工を可能とし、かつインバース形状の加工が可能なプレス成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るプレス成形品の製造方法は、長手方向に連続した断面がＴ字形状である凸部を有する成形品を、超塑性金属材料を用いて製造することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係るプレス成形品の製造装置は、長手方向に伸延する両端にフランジ部が設けられた超塑性金属材料である被加工部材のフランジ部を挟む一対の抑え型と、前記抑え型の一方側から前記被加工部材のフランジ面に垂直方向に進退動可能な第１可動型と、前記抑え型の他方側から前記被加工部材のフランジ面に垂直方向に進退動可能な第２可動型と、前記被加工部材のフランジ面と垂直方向および、フランジ面に沿う方向であって被加工部材の伸延方向と交差する方向に移動することが可能であり、前記第１可動型または第２可動型に隔てられて位置する一対の移動型と、前記被加工部材を加熱することが可能な加熱手段と、を有することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係るプレス成形品の製造方法は、超塑性金属材料を用いるため、一つの金型内にて局所的な加工を可能とし、かつインバース形状の加工良好に製造することができる。

上記のように構成した本発明に係るプレス成形品の製造装置は、２方向に移動可能な移動型が設けられているため、超塑性金属材料からなる被加工部材を一つの金型内にて局所的な加工が可能となり、かつインバース形状の加工を良好に行うことができる。

本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施形態におけるプレス成形品を示す部分斜視図、図２は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置を示す断面図である。

図１は、本発明を適用して成形されるプレス成形品１であり、例えば自動車用のピラーのインナ部品などに使用される。

ブレス成形品１は長尺な部材であり、長手方向に連続する２つの凹部２Ａ，２Ｂと、この凹部２Ａ，２Ｂの間に断面がＴ字形状の凸部３と、を有している。

プレス成形品１を作製するための被加工部材４は、超塑性金属材料を用いた長尺な板材である。超塑性金属材料は、例えばアルミニウム、チタン、鉄、またはマグネシウムのいずれか１つを基材とした合金であり、５０％以上の伸びを有する塑性加工温度および塑性歪速度において、超塑性変形がなされる。本実施形態では、例えば２相ステンレス系の材料で引っ張り強度５９０Ｍｐａ程度を有し、板厚が２ｍｍのものを使用するが、これに限定されるものではない。

本発明に係るプレス成形品の製造装置について説明する。

プレス成形品の製造装置１０は、一対の抑え型２０を構成する上型３０および下型４０と、を有している。

上型３０は、長尺な板形状である被加工部材４の長手方向両端部に形成されるフランジ部５Ａ，５Ｂを挟持する上型抑え部３１Ａ，３１Ｂと、上方から第１可動型５０が挿通される長尺な上型溝部３２とを有している。

下型４０は、上型３０の上型抑え部３１Ａ，３１Ｂと対向して下型抑え部４１Ａ，４１Ｂが形成されており、上型抑え部３１Ａ，３１Ｂと下型抑え部４１Ａ，４１Ｂにより被加工部材４のフランジ部５Ａ，５Ｂが挟持可能となっている。また、下型４０には、下型抑え部４１Ａ，４１Ｂの間に下型溝部４２が形成されており、この下型溝部４２の中央部には、第２可動型６０が下方から挿通されている。

上型３０の上型内壁３３と第１可動型５０の側壁５１の間には、一対の移動型７０Ａ，７０Ｂが設けられている。それぞれの移動型７０Ａ，７０Ｂは、下方で第１可動型５０に沿う移動型押出部７１Ａ，７１Ｂと、上方で上型内壁３３に沿う連結部７２Ａ，７２Ｂとが形成されている。連結部７２Ａ，７２Ｂは、上型３０と連結されており、移動型７０Ａ，７０Ｂが被加工部材４のフランジ面と垂直方向（図中の上下方向）および、フランジ面に沿う方向であって被加工部材４の伸延方向と交差する方向（図中の左右方向）に移動可能となっている。移動型７０Ａ，７０Ｂによる応力は、１００から５００Ｍｐａの範囲であり、本案施形態においては１００Ｍｐａにおいて成形を行う。

上型３０、下型４０、および移動型７０Ａ，７０Ｂの表面近傍には、長手方向に伸延する加熱手段８０が埋め込まれており、被加工部材４を加熱可能になっている。加熱手段８０には、本実施形態ではカートリッジ式のヒータを用いている。

次に、上述のプレス成形品の製造装置を用いた製造方法について説明する。

図３は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の第２可動型による加工を説明するための製造装置の断面図、図４は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型による加工を説明するための製造装置の断面図、図５は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型による加工を説明するための製造装置の断面図、図６は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の第１可動型による加工を説明するための製造装置の断面図、図７は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型の離間を説明するための製造装置の断面図、図８は本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型の離間を説明するための製造装置の断面図、図９は本実施形態の被加工部材の第２可動型による加工後の形状を示す断面図である。

初めに、図２に示すように、上型３０と下型４０により被加工部材４のフランジ部５Ａ，５Ｂを抑える。この後、図３に示すように、第２可動型６０を被加工部材４に押し込み、第１可動型５０にて受けることによって、被加工部材４をハット形状に成形する。この場合に、上型抑え部３１Ａ，３１Ｂおよび下型抑え部４１Ａ，４１に、材料の流入を制御するためのビードをあらかじめ施しても良い。

また、この成形を行う場合は、型の温度は制御をせず、冷間（常温）で加工を施す。冷間加工とした理由は、単純ハット形状において超塑性伸びに起因する均一伸び成形を行うと、フランジ面とポンチ底（第１可動型５０と第２可動型６０により形成される面）との距離（深さ）が深い場合には、次の工程の超塑性加工における必要板厚が十分確保できなくなる可能性があるためである。なお、被加工部材４のハット形状は、図９（Ａ）に示すような平面のみで構成される必要はなく、図９（Ｂ）に示すような曲面としても同様の加工が可能である。このように基本形状を冷間加工することにより加工時間を大幅に短縮できる。

さらには、冷間加工の工程を別工程にし、冷間加工した後、炉により超塑性加工温度以上に加熱した被加工部材４を本実施形態の次工程に投入することも可能であり、この場合、工程内での加熱時間を無くすことで工程時間を短縮することが可能である。

次に、成形されハット形状の被加工部材４を上型３０および下型４０により抑えた状態を維持したまま、上型３０、下型４０、および移動型７０Ａ，７０Ｂに設けられた加熱手段８０により所定の超塑性加工温度に加熱する。超塑性加熱温度は、超塑性金属材料の変態温度もしくは再結晶化温度から、これらの温度から３００℃を減じた温度までの範囲の任意の温度であり、本実施形態においては、７５０℃にて被加工部材４の温度を保持している。

次に、図４に示すように、２つの移動型７０Ａ，７０Ｂを下方に移動させ、移動型押出部７１Ａ，７１Ｂにより被加工部材４を下型溝部４２へ押し込む。２つの移動型７０Ａ，７０Ｂによる被加工部材４の超塑性変形時の歪速度は、１０^−５〜１０Ｓ^−１の範囲とし、部品の必要形状精度により変化させ、より精度が必要な場合は加工速度を遅くする方向とし、本実施形態では１０^−４Ｓ^−１としている。

なお、前述した歪速度の範囲外では、遅い側では成形に時間が掛かりすぎ常識的な範囲を越えてしまい、早い側では超塑性伸びが発現せず成形時に割れが発生し、好ましくない。

次に、図５に示すように、２つの移動型７０Ａ，７０Ｂを、第２可動型６０を両側から挟み込むように移動させて被加工部材４に突出部６を成形する。

次に、図６に示すように、第２可動型６０を下方向に移動させつつ、第１可動型５０を下方向に移動させて、被加工部材４の突出部６の先端を潰してインバ一ス形状部を形成することによりＴ字形状の凸部３を形成させる。

この後、図７に示すように、移動型７０Ａ，７０Ｂを互いに離間する方向に移動させ、さらに図８に示すように上方向に移動させる。これにより、移動型７０Ａ，７０Ｂを被加工部材４と干渉することなく引き上げることができ、従来のインバース形状の成形よりも簡便な部材の取り出しが可能となる。

上述のように、本実施形態では、長手方向に連続した断面がＴ字形状である凸部３を有する成形品１を、超塑性金属材料を用いて製造することにより、これまで何段回もの成形工程により形成した形状を１つの型で造ることが可能となり、生産性の向上と型数の削減によりツーリングコストを低く抑えることが可能となる。

また、このような断面がＴ字形状の部材を成形できることにより、成形品の稜線が増え、同強度、同板厚の材料との比較においても捻りモ―メントを向上させることができる。

また、部材形状を成形するにあたり、冷間によるフォ―ム成形によりハット型もしくは両端にフランジ部を有した他の形状のプレス加工を実施した後に、被加工部材４を超塑性加工温度に加熱保持し、移動型７０Ａ，７０Ｂにより超塑性変形部位を加えることにより、全ての加工を超塑性加工にて実施する場合に比べて、総加工時間を短縮することができる。また、冷間加工により大まかな形状を成形することにより、超塑性加工により形成される最終部位に所定の板厚を確保することが可能となり、薄くなり過ぎて破断することを回避することが可能である。

また、移動型７０Ａ，７０Ｂが被加工部材４のフランジ面と垂直方向および、フランジ面に沿う方向であって被加工部材４の伸延方向と交差する方向の２方向に移動可能であるため、連続した凸部３と凹部２Ａ，２Ｂを有する部材形状を形成させるうえで、２方向の超塑性加工を１つの移動型で行うことができ、また一つの金型内にて局所的な加工も可能となり、加工工程数を削減できる。

また、凸部３が２つの移動型７０Ａ，７０Ｂにより挟み込まれることにより形成され、かつ２つの移動型７０Ａ，７０Ｂを離間する方向に対して垂直方向から第１可動型５０により突出部６を潰すことにより凸部３をＴ字形状に成形することで、従来複数の工程および型にて成形していたインバース形状を１工程で成形することが可能となる。

また、断面がＴ字形状を有する部品成形後、凸部３を形成した２つの移動型７０Ａ，７０Ｂが、形成されたＴ字形状の凸部３に接触することのない位置に移動し、成形品１を型から取り出すことで、これまでインバ―ス形状の成形のように、成形後に型を分割し部材を取り出だす必要がなくなり、高価な分割型を使用する必要がなく、また、工程中での型分割および取り出しの時間を削減できるために生産効率を上げることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本実施形態では加熱手段は上型３０、下型４０、および移動型７０Ａ，７０Ｂに設けられているが、例えば第１可動型５０および第２可動型６０にも設けることができる。また、Ｔ字形状の凸部３の断面形状が長手方向に一様ではなく、連続的に変化しても良い。

本実施形態におけるプレス成形品を示す部分斜視図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置を示す断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の第２可動型による加工を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型による加工を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型による加工を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の第１可動型による加工を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型の離間を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態に係るプレス成形品の製造装置の移動型の離間を説明するための製造装置の断面図である。本実施形態の被加工部材の第２可動型による加工後の形状を示す断面図である。

符号の説明

１プレス成形品、
２Ａ，２Ｂ凹部、
３凸部、
４被加工部材、
５Ａ，５Ｂフランジ部、
６突出部、
１０製造装置、
２０抑え型、
３０上型、
４０下型、
５０第１可動型、
６０第２可動型、
７０Ａ，７０Ｂ移動型、
８０加熱手段。

Claims

長手方向に連続した断面がＴ字形状である凸部を有する成形品を、超塑性金属材料を用いて製造することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
板形状の被加工部材を、冷間成形により両端にフランジを有する形状にプレス加工した後、超塑性加工温度に加熱した状態で保持し、移動型により被加工部材に超塑性変形部位を形成させることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
前記移動型は、前記被加工部材のフランジ面と垂直方向および、フランジ面に沿う方向であって被加工部材の伸延方向と交差する方向に移動することができることを特徴とする請求項２に記載のプレス成形品の製造方法。
２つの移動型により前記被加工部材を挟んで突出部を形成し、当該突出部の先端方向から他の可動型により突出部の先端を押圧して潰すことにより、Ｔ字形状の凸部を形成させることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形品の製造方法。
前記Ｔ字形状の凸部を形成させた後、前記移動型を、成形品の取り出しの際に当該成形品と接しない位置まで移動させ、成形品を型から取り出すことを特徴とする請求項４に記載のプレス成形品の製造方法。
前記超塑性金属材料は、アルミニウム、チタン、鉄、またはマグネシウムのいずれか１つを基材とした合金であり、５０％以上の伸びを有する塑性加工温度および塑性歪速度において、超塑性変形がなされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
２つの移動型による被加工部材の超塑性変形時の歪速度を１０^−５〜１０Ｓ^−１の範囲とし、この際の被加工部材を、超塑性金属材料の変態温度もしくは再結晶化温度から、これらの温度から３００℃を減じた温度までの範囲の任意の温度に加熱することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
長手方向に伸延する両端にフランジ部が設けられた超塑性金属材料である被加工部材のフランジ部を挟む一対の抑え型と、
前記抑え型の一方側から前記被加工部材のフランジ面に垂直方向に進退動可能な第１可動型と、
前記抑え型の他方側から前記被加工部材のフランジ面に垂直方向に進退動可能な第２可動型と、
前記被加工部材のフランジ面と垂直方向および、フランジ面に沿う方向であって被加工部材の伸延方向と交差する方向に移動することが可能であり、前記第１可動型または第２可動型に隔てられて位置する一対の移動型と、
前記被加工部材を加熱することが可能な加熱手段と、
を有することを特徴とするプレス成形品の製造装置。
前記超塑性金属材料は、アルミニウム、チタン、鉄、またはマグネシウムのいずれか１つを基材とした合金であり、５０％以上の伸びを有する塑性加工温度および塑性歪速度において、超塑性変形がなされることを特徴とする請求項８に記載のプレス成形品の製造装置。
２つの移動型による被加工部材の超塑性変形時の歪速度は１０^−５〜１０Ｓ^−１の範囲であることを特徴とする請求項８または９に記載のプレス成形品の製造装置。
前記加熱手段は、被加工部材である超塑性金属材料の変態温度もしくは再結晶化温度から、これらの温度から３００℃を減じた温度までの範囲の任意の温度に加熱することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造装置。