JP2007098443A

JP2007098443A - プレス成形方法及びプレス成形装置

Info

Publication number: JP2007098443A
Application number: JP2005292772A
Authority: JP
Inventors: Junichi Komatsu; 順一小松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-19
Also published as: EP1943034A1; CN1943900B; DE602006013337D1; EP1943034B1; KR20070038442A; CA2622770C; RU2006134590A; US7900492B2; US20090126448A1; ES2343277T3; RU2356672C2; BRPI0604234A; WO2007039817A1; CA2622770A1; KR100760410B1; CN1943900A

Abstract

【課題】アルミ材をプレス成形して形成されるパネル部品の意匠の自由度が拡大されるプレス成形方法及びプレス成形装置を提供する。
【解決手段】アルミ材１１の余肉部２０が、プレス成形金型７の絞り成形部１５によって当該アルミ材１１の絞り成形限界内で絞り成形されることで、アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれて、この状態で、アルミ材１１の製品形状部１９が張出し成形又は絞り成形される。したがって、製品形状部１９における断面変化（線長差）が均一且つ最小限になるため、平面寸法Ｌが大きく、且つ高い品質のアルミニウム合金製フェンダパネル１をプレス成形によって製造することが可能になり、アルミ材１１をプレス成形して形成されるパネル部品の意匠の自由度が拡大される。
【選択図】図６

Description

本発明は、プレス成形方法及びプレス成形装置に関して、特に、アルミニウム合金製パネル部品のプレス成形方法及び該プレス成形方法に用いられるプレス成形装置に関する。

従来から、自動車においては、軽量化のニーズが高まるなか、アルミニウム合金製パネル部品（フードパネル、フェンダパネル等）の利用拡大が期待されている。アルミニウム合金製パネル材（以下、単にアルミ材と称する。）は、耐力、引張強さに関しては一般的な軟鋼材と同程度の値を有するが、伸び、歪み値（ｒ値）に関しては軟鋼材よりも劣る。このため、アルミ材と軟鋼材とではプレス挙動に大きな差異があり、アルミ材をプレス成形する場合には注意が必要である。一般に、図９に示されるように、アルミ材１１をプレス成形してフェンダパネル１を形成する場合、当該フェンダパネル１のＰ１，Ｐ２，Ｐ３の３つの点を含む平面Ｑを基準に、成形時におけるプレス方向及びダイフェース面が決定される。この場合のアルミ材の絞り深さ限界は２００ｍｍ程度であって、その上、シワやワレの発生を防ぐために断面変化を制限する必要があることから、フェンダパネル１の意匠が著しく限定される。

ところで、フェンダパネル１においては、近年の車体のデザインの多様化によって、平面寸法が５００ｍｍ以上になるものが知られている。このように、アルミ材１１をプレス成形して平面寸法が大きいフェンダパネル１を形成する場合、最大絞り深さＳ１（図９参照）が当該アルミ材１１の絞り深さ限界を大幅に越えるため、ワレが発生する。また、アルミ材１１をプレス成形して平面寸法が大きいフェンダパネル１を形成する場合、アルミ材１１の絞りが最大深さになる部位の中央から成形が開始されるため、図１０に示されるように、成形量が偏倚して成形実長が均一にならず、さらに、ポンチ（下型）とアルミ材１１とが点接触になることから、製品にシワが発生する。そして、ダイフェース面及び余肉の配置、並びに成形時における材料流入量の調整等によってシワ及びワレをある程度防ぐことができるが、平面寸法が大きいフェンダパネル１のように、屈曲した部位の断面変化が大きい場合には、シワ及びワレの発生を回避することができない。

そこで、特許文献１には、アルミニウム合金板端部の折り曲げ部分に相当する部分のうち、プレス成形時のシワ押え面（ダイフェース面）に相当する部分が、プレス成形時のシワ押え部材面形状に適応する形状になるように、アルミニウム合金板端部を予め曲げ加工して曲げ部を形成した後、この曲げ部のシワ押え面に相当する部分を含めてシワ押えしながら、プレス成形するアルミニウム合金板のプレス成形方法の開示がある。しかしながら、この場合も、平面寸法が大きいフェンダパネル１のように、屈曲した部位の断面変化が大きい場合には、絞り深さ（成形実長）を均一にすることができないため、成形量が偏倚して製品にシワが発生する。そこで、超塑性成形（ブロー成形）を採用することで、平面寸法が大きく、且つ高品質のアルミニウム合金製フェンダパネル１を得ることができるが、超塑性成形用アルミ材はプレス成形用アルミ材と比較して材料費が高いため、製造コストが増大する。

さらに、超塑性成形では、プレス成形と比較してサイクルタイムが延びることから、生産性が著しく低下する（例えば、プレス成形によってあるアルミニウム合金製フェンダパネル１を製造する場合のサイクルタイムが７．５秒／枚であるのに対して、超塑性成形によって同等のアルミニウム合金製フェンダパネル１を製造する場合のサイクルタイムは５分／枚である。）。その他の工法として、分割してプレス成形された平面部と側面部とをろう付けして接合することでフェンダパネル１が得られるが、品質、生産性（３時間／枚）、コスト（複数種類の金型が必要になる）の点で問題がある。
特開２００４−１８８４４５号公報（段落番号００２７〜００３０、図１）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、アルミ材をプレス成形して形成されるパネル部品の意匠の自由度が拡大されるプレス成形方法を提供することにある。
また、第２の目的は、アルミ材をプレス成形して形成されるパネル部品の意匠の自由度が拡大されるプレス成形装置を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、屈曲部を有するパネル部品のプレス成形方法であって、パネル材をパネル部品の屈曲部に相対する部位で折り曲げて該パネル材をポンチの成形面に沿わせて、この状態で、パネル材の周縁に形成される被拘束部を拘束した後、該被拘束部の内側に形成されて製品形状部を囲繞するパネル材の余肉部をパネル材の絞り成形限界内の絞り成形量で絞り成形して該パネル材の製品形状部をポンチの成形面になつかせて、次に、パネル部品の製品形状部が張出し成形又は絞り成形されて該製品形状部に製品形状が形成されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプレス成形方法において、パネル材の被拘束部がポンチの成形面に接する面に平行なダイフェース面によって拘束されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプレス成形方法において、パネル材がポンチの頂部によって２つに折り曲げられることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、屈曲部を有するパネル部品が上型と下型とで構成されるプレス成形金型によって成形されるプレス成形装置であって、該プレス成形金型は、パネル材におけるパネル部品の屈曲部に相対する部位がポンチの頂部で折り曲げられた状態で、該パネル材の周縁に形成される被拘束部が拘束される拘束部と、該拘束部によってパネル材の被拘束部が拘束された状態で、該被拘束部の内側に形成されて製品形状部を囲繞するパネル材の余肉部がパネル材の絞り成形限界内の絞り成形量で絞り成形される絞り成形部と、該絞り成形部によってパネル材の余肉部が絞り成形されて該パネル材の製品形状部がポンチになついた状態で、パネル材の製品形状部が張出し成形又は絞り成形される製品成形部と、を具備することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプレス成形装置において、拘束部は、ポンチの成形面に接する面に平行なダイフェース面を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のプレス成形装置において、ポンチは、水平に延びる頂部によって分割される２つの成形面を備えて、一方の成形面に、パネル部品における屈曲部を介して連続する２つの面のうちの一方の面を成形する製品成形部が形成されて、他方の成形面に、パネル部品における屈曲部を介して連続する２つの面のうちの他方の面を成形する製品成形部が形成されることを特徴とする。

したがって、請求項１及び４に記載の発明では、パネル材におけるパネル部品の屈曲部に相対する部位がポンチの頂部で折り曲げられる。この状態で、パネル材の被拘束部が拘束されて、該パネル材の余肉部がパネル材の絞り成形限界内の絞り成形量で絞り成形される。これにより、パネル材の製品形状部をポンチの成形面になつかせる。次に、プレス成形金型の製品成形部によって、パネル材の製品形状部が張出し成形又は絞り成形されて当該製品形状部に製品形状が形成される。
請求項２及び５に記載の発明では、パネル材の被拘束部が拘束部によって拘束された時にパネル材が断面変化することがないため、被拘束部の拘束時にシワが発生することがない。
請求項３及び６に記載の発明では、屈曲部を介して連続する２つの面を有するパネル部品が形成される。

アルミ材をプレス成形して形成されるパネル部品の意匠の自由度が拡大されるプレス成形方法及びプレス成形装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、図１に示されるアルミニウム合金製フェンダパネル１（以下、単にフェンダパネル１と称する。）を成形するプレス成形装置を説明する。図１に示されるように、上記フェンダパネル１（パネル部品）は、屈曲部２を介して連続される平面部３と側面部４とを有して、平面寸法がＬ（本実施の形態では、Ｌ＝６３０ｍｍ。）に形成される。そして、本プレス成形装置は、上型５（図５参照）と下型６（図３参照）とによって構成されて、図２に示されるように、成形量が均一になるように（後述するアルミ材１１の製品形状部１９の絞り成形量が最小になるように）、プレス方向（図２における上下方向）に対してフェンダパネル１の向きが設定されたプレス成形金型７が設備される。図４に示されるように、上記下型６は、成形面８が賦設されたポンチ９と、枠状に形成されて上記ポンチ９を囲繞するように設けられるクッションリング１０と、を含んで構成される。上記ポンチ９は、アルミニウム合金製パネル材１１（以下、単にアルミ材１１と称する。）における上記フェンダパネル１の屈曲部２に相対する部位（屈曲部２に成形される部位）をＡ線（図２参照）を以て折り曲げて支持する頂部１２を有する。

また、図３に示されるように、上記ポンチ９は、上記成形面８のうち上記フェンダパネル１の平面部３（一方の面、図１参照）を成形する側の成形部８が設けられる第１の面１３（一方の成形面）と、上記成形面８のうち上記フェンダパネル１の側面部４（他方の面、図１参照）を成形する側の成形部８が設けられる第２の面１４（他方の成形面）とが、上記Ａ線の両側（図３における左右両側）に傾斜角度を有して配設される。さらに、上記ポンチ９の上部周縁には、所定幅の枠状に形成された余肉支持面２２が設けられる。また、図５に示されるように、上記プレス成形金型７は、アルミ材１１の被拘束部１６を拘束（把持）させる拘束部１８を有して、該拘束部１８には、上記ポンチ９に沿うようにして上記下型６に支持されたアルミ材１１の被拘束部１６が、当該拘束部１８（上型５の拘束面及びクッションリング１０のダイフェース面１７）によって拘束されるに際して、当該アルミ材１１が断面変化されないように、上記ポンチ９の第１の面１３及び第２の面１４と同一角度の傾斜が設けられる。これにより、図６に示されるように、後述する、アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれる状態で、アルミ材１１における製品形状部１９と被拘束部１６とが平行になる構造になっている。

そして、本プレス成形装置では、拘束部１８によってアルミ材１１の被拘束部１６が拘束された後、上記上型５が下降されることにより、該上型５によって上記クッションリング１０が押し下げられつつ、図６及び図８に示されるように、アルミ材１１における製品形状部１９（製品形状に成形される部分又は範囲）の周囲に設けられる余肉部２０が、上記プレス成形金型７の絞り成形部１５によって当該アルミ材１１の絞り成形限界内（本実施の形態では、２００ｍｍ以下。）の絞り成形量Ｓで絞り成形される。これにより、図６に示されるように、アルミ材１１がＡ線と余肉２０との間で伸ばされて引張られた状態になり、当該アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれる。そして、アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれた状態で、上記上型５と上記下型６とが衝合されてプレス成形金型７に製品成形部２１が形成されることにより、アルミ材１１の製品形状部１９が張出し成形又は最小限に絞り成形されて、図２及び図７に示されるように、当該アルミ材１１の製品形状部１９に製品形状（フェンダパネル１）が形成される構造になっている。

なお、本プレス成形装置では、アルミ材１１の成形後の線長Ｌ２（図７参照）が、成形前のアルミ材１１の線長Ｌ１（図５参照）の1.25倍以下に設定されており（Ｌ２≦Ｌ１×1.25）、これにより、成形時にアルミ材１１の製品形状部１９にワレが発生することが防止される構造になっている。

次に、本プレス成形装置の作用を説明する。予め、成形量が均一になるように（後述するアルミ材１１の製品形状部１９の絞り成形量が最小になるように）、プレス方向に対してフェンダパネル１（パネル部品）の向きが設定されたプレス成形金型７を当該プレス成形装置に設置しておく。まず、プレス成形金型７が型開きされた状態（上型が上昇端位置に位置する状態）で、アルミ材１１が、上型５と下型６との間に供給されて下型６上に水平に支持される。次に、上型５が下降されると、アルミ材１１がフェンダパネル１の屈曲部２に相対する位置（屈曲部２に成形される部位）で折り曲げられて、当該アルミ材１１が、ポンチ９の第１の面１３及び第２の面１４に沿わされる。そして、この状態で、図５に示されるように、アルミ材１１の被拘束部１６が、プレス成形金型７の拘束部１８（上型５の拘束面及びクッションリング１０のダイフェース面１７）によって拘束（把持）される。

次に、アルミ材１１の被拘束部１６が拘束された状態で、図６及び図８に示されるように、上型５によってクッションリング１０が下方へ押し下げられて、アルミ材１１の余肉部２０（余肉部２０のうちの外側部分、即ち余肉部２０のうちの被拘束部１６に隣接される部分）がプレス成形金型７の絞り成形部１５によって、当該アルミ材１１の絞り成形限界内（本実施の形態では、２００ｍｍ以下。）で絞り成形される。これにより、アルミ材１１がＡ線と余肉２０との間で伸ばされて引張られた状態になり、アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれる。なお、アルミ材１１の余肉部２０がプレス成形金型７の絞り成形部１５によって絞り成形されることにより、余肉部２０に材料の流動が生じて、余肉部２０（余肉部２０のうちの絞り成形されたＳの部分）にシワが発生することがあるが、当該アルミ材１１の製品形状部１９外の部分であるため、品質には問題がない。

そして、この状態で、図７に示されるように、プレス成形金型７の上型５と下型６とが衝合されてプレス成形金型７に製品成形部２１が形成されることにより、ポンチ９になつかせたアルミ材１１の製品形状部１９が張出し成形又は絞り成形されて、図２にも示されるように、当該製品形状部１９に製品形状（フェンダパネル１）が形成される。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本実施の形態では、成形量が均一になるように（アルミ材１１の製品形状部１９の絞り成形量が最小になるように）、プレス方向（図２における上下方向）に対してフェンダパネル１の向きを設定しておいて、アルミ材１１におけるフェンダパネル１の屈曲部２に相対する部位で当該アルミ材１１が折り曲げられてプレス成形金型７のポンチ９に沿わされて、該アルミ材１１の被拘束部１６がプレス成形金型７の拘束部１８によって拘束（把持）される。そして、アルミ材１１の余肉部２０（余肉部２０のうちの外側部分）が、プレス成形金型７の絞り成形部１５によって当該アルミ材１１の絞り成形限界内で絞り成形される。これにより、アルミ材１１がＡ線（図３参照）と余肉２０との間で伸ばされて引張られた状態になり、アルミ材１１の製品形状部１９がポンチ９の成形面８になつかれて、この状態で、プレス成形金型７の上型５と下型６とが衝合されてプレス成形金型７に製品成形部２１が形成されることにより、ポンチ９になつかせたアルミ材１１の製品形状部１９が張出し成形又は絞り成形されて、当該製品形状部１９にフェンダパネル１が形成される。

したがって、本実施の形態では、アルミ材１１の製品形状部１９が、ポンチ９の成形面８になつかれた状態で張出し成形又は絞り成形されるため、製品形状部１９における断面変化（線長差）が均一且つ最小限になるため、ワレやシワ等の不具合が発生することがなく、高い品質のフェンダパネル１（パネル部品）を得ることが可能になる。
また、本実施の形態では、拘束部１８（上型５の拘束面及びクッションリング１０のダイフェース面１７）にポンチ９の第１の面１３及び第２の面１４と同一角度の傾斜が設けられるため、アルミ材１１の被拘束部１６を当該拘束部１８によって拘束するに際して、当該アルミ材１１が断面変化することがなく、アルミ材１１に不用意なシワが発生することが防がれる。
また、本実施の形態では、アルミ材１１に、製品形状部１９を囲繞するように余肉部２０が設けられるため、当該製品形状部１９の断面変化による材料の流動が余肉部２０によって吸収される。これにより、製品形状部１９にワレやシワ等の不具合が発生することがなく、高い品質のフェンダパネル１（パネル部品）を得ることが可能になる。
また、本実施の形態では、アルミ材１１の余肉部２０がプレス成形金型７の絞り成形部１５によって絞り成形されるため、余肉部２０に材料の流動が生じて当該余肉部２０にシワが発生することがあっても製品形状部１９（フェンダパネル１）にシワが発生することがない。
また、本実施の形態では、成形時における余肉部２０の絞り成形量Ｓがアルミ材１１の絞り成形限度内であるため、当該余肉部２０が破断することがない。
また、本実施の形態では、アルミ材１１の成形後の線長Ｌ２が、成形前のアルミ材１１の線長Ｌ１の1.25倍以下に設定されているため、成形時に製品形状部１９にワレが発生することがない。

これにより、本実施の形態では、平面寸法Ｌが大きく、且つ高い品質のアルミニウム合金製フェンダパネル１をプレス成形によって製造することができる。このように、本プレス成形装置及びプレス成形方法によれば、従来の工法と比較して、パネル部品の意匠の自由度が拡大されると共に、当該パネル部品の生産性が大幅に高めらて、さらに製造コストを大幅に削減することが可能になる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、パネル部品としてフェンダパネル１を例示したが、屈曲部２を介して連続する２つの面（本実施の形態では、平面部３と側面部４。）が形成されたパネル部品であれば、例えば、ドアパネル等であってもよい。

本プレス成形装置によって成形されるフェンダパネル（パネル部品）の斜視図である。本プレス成形装置によってフェンダパネルが成形されたアルミ材を示す斜視図である。本プレス成形装置の下型の斜視図であって、特に、アルミ材が拘束される時の状態を示す図である。本プレス成形装置の下型の斜視図であって、特に、成形が完了した時の状態を示す図である。本プレス成形装置の説明図であって、特に、拘束部によってアルミ材の被拘束部が拘束された状態を示す図である。図５に示される状態から、絞り成形部によってアルミ材の余肉部が絞り成形される状態を示す図である。図６に示される状態から、上型と下型とが衝合されて形成された製品成形部によってアルミ材の製品形状部にフェンダパネルが成形された状態を示す図である。図６に示される状態のアルミ材の斜視図である。従来のパネル部品の成形方法の説明図である。従来のパネル部品の成形方法による断面変化の状態を示す図である。

符号の説明

１フェンダパネル（パネル部品）、２屈曲部、７プレス成形金型、９ポンチ、１２頂部、１５絞り成形部、１６被拘束部、１７ダイフェース面、１８拘束部、１９製品形状部、２０余肉部、２１製品成形部

Claims

屈曲部を有するパネル部品のプレス成形方法であって、パネル材を前記パネル部品の屈曲部に相対する部位で折り曲げて該パネル材をポンチの成形面に沿わせて、この状態で、前記パネル材の周縁に形成される被拘束部を拘束した後、該被拘束部の内側に形成されて製品形状部を囲繞する前記パネル材の余肉部を前記パネル材の絞り成形限界内の絞り成形量で絞り成形して該パネル材の製品形状部を前記ポンチの成形面になつかせて、次に、前記パネル部品の製品形状部が張出し成形又は絞り成形されて該製品形状部に製品形状が形成されることを特徴とするプレス成形方法。
前記パネル材の被拘束部が前記ポンチの成形面に接する面に平行なダイフェース面によって拘束されることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
前記パネル材が前記ポンチの頂部によって２つに折り曲げられることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形方法。
屈曲部を有するパネル部品が上型と下型とで構成されるプレス成形金型によって成形されるプレス成形装置であって、該プレス成形金型は、パネル材における前記パネル部品の屈曲部に相対する部位がポンチの頂部で折り曲げられた状態で、該パネル材の周縁に形成される被拘束部が拘束される拘束部と、該拘束部によって前記パネル材の被拘束部が拘束された状態で、該被拘束部の内側に形成されて製品形状部を囲繞する前記パネル材の余肉部が前記パネル材の絞り成形限界内の絞り成形量で絞り成形される絞り成形部と、該絞り成形部によって前記パネル材の余肉部が絞り成形されて該パネル材の製品形状部が前記ポンチになついた状態で、前記パネル材の製品形状部が張出し成形又は絞り成形される製品成形部と、を具備することを特徴とするプレス成形装置。
前記拘束部は、前記ポンチの成形面に接する面に平行なダイフェース面を備えることを特徴とする請求項４に記載のプレス成形装置。
前記ポンチは、水平に延びる前記頂部によって分割される２つの成形面を備えて、一方の成形面に、前記パネル部品における前記屈曲部を介して連続する２つの面のうちの一方の面を成形する前記製品成形部が形成されて、他方の成形面に、前記パネル部品における前記屈曲部を介して連続する２つの面のうちの他方の面を成形する前記製品成形部が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載のプレス成形装置。