JP2007118014A - Press-forming method and press-forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属板に絞り成形等を施すことにより所定形状の成形品をプレス成形する方法および装置に関し、特に成形後の弾性復元力(いわゆるスプリングバック)による成形品の寸法精度不良を抑制するために局部加熱処理を併用したプレス成形方法とプレス成形装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for press-molding a molded product having a predetermined shape by subjecting a metal plate to drawing molding, and in particular, suppresses a dimensional accuracy defect of the molded product due to an elastic restoring force (so-called springback) after molding. Therefore, the present invention relates to a press molding method and a press molding apparatus that use local heat treatment together.
絞り成形等のプレス成形後の成形品に生じる開き、反り、キャンバー(稜線の反り)、ねじれ等の寸法精度不良は、塑性変形した成形品が弾性復元することで発生するもので、その度合いは成形品内に残留している応力の分布状態に依存する。そのため、原因となる部位の応力を制御することによって寸法精度不良を抑制する技術が種々提案されており、その一つとして局部加熱処理を併用したプレス成形技術が例えば特許文献1に記載されている。
Dimensional accuracy defects such as opening, warping, camber (ridge warping), and twisting that occur in a molded product after press molding such as drawing are caused by the elastic restoration of the plastically deformed molded product. It depends on the distribution of the stress remaining in the molded product. For this reason, various techniques for suppressing dimensional accuracy defects by controlling the stress of the causative part have been proposed. As one of the techniques, for example,
この特許文献1に記載の技術では、下型としてのポンチとこれに対して上下動可能な上型としてのダイとを備えたプレス金型において、プレス成形時にいわゆるスプリングバックを生じることになる成形品の稜線部に対応する金型側のパンチ肩部とダイスの凹状溝コーナー部に、それぞれスプリングを介して弾性支持される複数の加熱用電極を埋設し、ダイスが下死点に達する直前に成形品の稜線部に沿って加熱用電極に通電して加熱するようにしている。
このような従来の技術では、いわゆる一枚板の状態のままで通電加熱することから、限定された部位を安定した温度で加熱することが困難であり、所期の目的を十分に達成することができないばかりでなく、熱的影響部の制御が不安定になりがちで成形品全体の強度低下をもたらすおそれがある。 In such a conventional technique, it is difficult to heat a limited part at a stable temperature because it is energized and heated in a so-called single sheet state, and the intended purpose can be sufficiently achieved. Not only cannot be performed, but the control of the heat affected zone tends to become unstable, which may lead to a decrease in strength of the entire molded product.
また、隣り合う電極間を直線的に結んだ経路部分が加熱されることになるため、複雑形状の成形品への対応が困難であるほか、弾性支持された一対の電極を金属板の片側から押し付ける故に金属板たる成形品に歪みが発生しやすいばかりでなく、電極の接触状態が不安定になりやすく、特に電極接触部に隙間が発生すると火花がが発生することとなって好ましくない。 In addition, since the path portion that linearly connects the adjacent electrodes is heated, it is difficult to cope with a molded product having a complicated shape, and a pair of elastically supported electrodes are attached from one side of the metal plate. Because of the pressing, not only the molded product that is a metal plate is likely to be distorted but also the contact state of the electrode is likely to be unstable. In particular, if a gap occurs in the electrode contact portion, sparks are generated, which is not preferable.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ安定した局部加熱処理を施すことができるようにしたプレス成形方法とプレス成形装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a press molding method and a press molding apparatus that can perform a particularly stable local heat treatment.
請求項1に記載の発明は、金属板を上下型からなる金型にて加圧拘束して所定形状の成形品をプレス成形する方法であって、金型の加圧拘束力が付与されている成形品の特定の部位に対して、成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態でその重合方向に通電することにより局部加熱処理を施して、上記特定の部位での応力を調整することを特徴とする。
The invention according to
この場合において、請求項2に記載のように、金属板を上下型からなる金型にて加圧拘束して所定形状の成形品をプレス成形する一次成形工程と、その一次成形後の成形品に形状凍結性を付与するべくその成形品を金型の加圧拘束力をもって矯正する二次成形工程とを含んでいる場合には、この二次成形工程において上記と同様の局部加熱処理を施すものとする。
In this case, as described in
また、上記一次成形工程での成形は、請求項3に記載のように冷間にて行うものとする。
Further, the molding in the primary molding step is performed cold as described in
加熱のための通電は、請求項4に記載のように、重ね合わせた二枚の金属板をはさんでその重合方向で正対する一対の電極をもって行うものとし、また、請求項5に記載のように、上記特定の部位は、金型の加圧拘束力を解除したときに弾性復元力により成形品を変形させるような残留応力が発生する部位とする。
As described in claim 4, the energization for heating is performed with a pair of electrodes facing each other in the polymerization direction between the two stacked metal plates, and according to
なお、請求項6に記載のように、いずれか一方の電極に、成形品と重ね合わされることになる補助金属板を予め付帯させてあることが望ましい。
In addition, as described in
請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の技術をプレス成形装置として捉えたものであって、金型の加圧拘束力が付与されている成形品の特定の部位に対して成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態でその重合方向に通電することにより局部加熱処理を施して上記特定の部位での応力を調整する通電加熱処理手段を備えていることを特徴とする。
The invention described in claim 8 captures the technique described in
したがって、少なくとも請求項1,8に記載の発明では、いわゆるスポット溶接と同様の原理によるジュール熱をもって成形品の特定の部位が加熱されて、金型の加圧拘束力を解除したときに弾性復元力により成形品を変形させるような残留応力が著しく小さいものとなる。
Therefore, in at least the inventions described in
請求項1,8に記載の発明によれば、成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態で通電・加熱するようにしたことにより、安定した局部加熱処理、ひいては加熱部位の安定した応力調整が可能となる。すなわち、二枚の金属板同士を重ね合わせた状態で通電・加熱する故に、金属板同士の境界部分というきわめて限定的で且つ明確な部分を局部的に加熱でき、しかも熱的影響部分も限定されることから、加熱部位の制御がきわめて容易で、加熱による安定した応力調整を行える。 According to the first and eighth aspects of the invention, since the two metal plates including the molded product itself are energized and heated in a state of being overlapped, stable local heat treatment, and consequently, the heating part Stable stress adjustment is possible. In other words, since the two metal plates are energized and heated in a state where the two metal plates are overlapped with each other, a very limited and clear portion such as a boundary portion between the metal plates can be locally heated, and the thermally affected portion is also limited. For this reason, it is very easy to control the heated part, and stable stress adjustment by heating can be performed.
また、先に述べたように二枚の金属板同士を重ね合わせた状態で通電・加熱する方式であるため、火花の発生を未然に防止できるほか、特に電極を用いて通電する場合にその電極形状を成形品の加熱部位形状に合わせることで、局面部等の複雑な形状部位での局部加熱による応力調整も可能となる。 In addition, as described above, since it is a method of energizing and heating in a state where two metal plates are overlapped, it is possible to prevent the occurrence of sparks, and in particular when the electrode is used to energize the electrode By adjusting the shape to the shape of the heated part of the molded product, it is possible to adjust the stress by local heating in a complicatedly shaped part such as a phase part.
図1以下の図面は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、成形対象となるパネル部品として例えば図1に示すようないわゆるハット型断面形状の自動車のセンターピラー(以下、これを「成形品」と言う)Wを絞り成形する場合の例を示している。 FIG. 1 and the following drawings show a more specific embodiment of the present invention. As a panel component to be molded, for example, a center pillar of a so-called hat-shaped cross section as shown in FIG. This is referred to as a “molded product”).
このような成形品Wは、図2に示すように、金型による成形終了時(プレス下死点時)に頂壁部Tに引張応力が、側壁部Sの両側のフランジ部Fに圧縮応力がそれぞれはたらくことになる一方、金型の拘束から解かれた時には上記のそれぞれの応力が開放されることから、それによってフランジ部Fを含む左右の側壁部Sが互いに離間する方向に跳ね上がるいわゆるキャンバーと称される寸法精度不良が発生する。そこで、残留応力である上記の引張応力および圧縮応力を積極的に制御することで寸法精度不良を抑制しようとするものである。 As shown in FIG. 2, such a molded product W has a tensile stress on the top wall T at the end of molding by the mold (at the bottom dead center of the press) and a compressive stress on the flanges F on both sides of the side wall S. The above-mentioned stresses are released when the molds are released from the constraint of the mold, so that the left and right side wall parts S including the flange part F jump up in a direction away from each other. Dimensional accuracy defects called as occur. In view of this, the above-described tensile stress and compressive stress, which are residual stresses, are actively controlled to prevent defective dimensional accuracy.
成形品Wは、図3に示すように、大きく分けて一次成形工程であるドロー工程(絞り成形工程)S1、二次成形工程である応力制御工程S2およびトリム・ピアス工程S3を経て成形される。 As shown in FIG. 3, the molded product W is roughly formed through a draw process (drawing process) S1 which is a primary molding process, a stress control process S2 which is a secondary molding process, and a trim and piercing process S3. .
ドロー工程S1では、図4に示すように、所定サイズの金属板(鋼板)である平板状のブランク材Bを用意しておき、ブランクホルダ3と共に下型を構成することになるポンチ1と上型として機能するダイ2とからなる金型を用いて例えばトランスファープレスのシングルアクション成形により冷間にてハット型断面形状に絞り成形して一次成形品W1とする。
In the draw step S1, as shown in FIG. 4, a flat blank B, which is a metal plate (steel plate) of a predetermined size, is prepared, and the
次に、通常のプレス成形の場合、比較的大きな寸法精度不良が現れる一次成形品W1では、二次成形として、寸法精度不良として変形した量を予め見込んだ上で一次成形品W1を金型により再度加圧矯正するいわゆるリストライク加工を施すことになるが、本実施の形態では応力制御工程S2にて局部加熱処理による応力制御を行うものとする。 Next, in the case of normal press molding, in the primary molded product W1 in which a relatively large dimensional accuracy defect appears, as a secondary molding, the primary molded product W1 is used by a mold after allowing for an amount of deformation as a dimensional accuracy defect. In this embodiment, stress control by local heating processing is performed in the stress control step S2.
図5は二次成形工程である応力制御工程S2を示しており、先に述べたトランスファープレスにおける他の工程での成形サイクル(上型の下降→成形→上型の上昇)と同調して加工が行われるように、本工程でも上下型からなる金型をもって一次成形品W1の特定部位の応力制御を行うものとする。すなわち、トランスファープレスにおける他の工程と同じタイミングでボルスタ4上にある下型としての下パッド5に対しスライド6に固定された上型としての上パッド7が下降および上昇する間に、後述するように一次成形品W1の特定部位に対し通電による局部加熱処理を施すものである。
FIG. 5 shows the stress control step S2 which is a secondary forming step, which is processed in synchronization with the forming cycle (upper die lowering → molding → upper die raising) in other steps in the transfer press described above. In this process, stress control of a specific part of the primary molded product W1 is performed using a mold composed of upper and lower molds. That is, while the
より詳しくは、図5に示すように、従来のリストライク加工と同様に下パッド5と上パッド7とで一次成形品W1を加圧拘束して成形品W自体の形状凍結性を付与するべく矯正するものであるが、従来のように加圧拘束力によるしごきをもって矯正するのではなく、上パッド7および下パッド5のうち成形品Wの頂壁部Tおよびフランジ部Fに相当する部分に予め例えば円柱状の電極8a,8bおよび9a,9bを埋設しておき、プレス下死点付近からそれらの頂壁部Tおよびフランジ部Fを挟んで上下から加圧拘束しつつ通電することで、いわゆるスポット溶接と同様の原理により頂壁部Tおよびフランジ部Fに局部加熱処理を施し、もって頂壁部Tおよびフランジ部Fの内部応力である引張応力および圧縮応力を著しく小さいものとし、望ましくはそれらの応力を除去もしくは消失させるものとする。
More specifically, as shown in FIG. 5, the primary molded product W <b> 1 is pressure-constrained with the
したがって、金型を構成することになる下パッド5および上パッド7としては、絞り成形後のいわゆるスプリングバック(弾性復元力)にて変形して正規形状となっていない一次成形品W1を正規形状となるように拘束・保持するだけの、つまり弾性域の変形を押さえ付けるだけのいわゆるパッドとしての機能があれば足り、いわゆる簡易的な構造物で構成される。
Therefore, as the
最終工程であるトリム・ピアス工程では、図6に示すようにトランスファープレスにおける他の工程と同じタイミングで下型であるポンチ10に対し上型としての上ホルダ11が下降および上昇する間に、その上ホルダ11側のスクラップカッタ12とポンチ10との噛み合いに基づいて、一次成形品W1のフランジ部Fに付帯している非製品部領域をスクラップScとして切断除去するとともに、必要に応じてポンチ10や上ホルダ11に予め付帯させてある図示外のピアスポンチとボタンダイとの噛み合いをもってピアス穴加工を施すことになる。
In the trim and piercing process as the final process, as shown in FIG. 6, while the
図7,8は図5に示した応力制御工程における金型のD部の詳細を示しており、図5のほか図7,8に示すように、下パッド5および上パッド7のうち一次成形品W1の頂壁部Tおよびフランジ部Fを挟んでその上下両側にはその上下で対をなす加熱用の電極8a,8bおよび9a,9bが正対するようにそれぞれに対向配置してあり、各電極8a,8bおよび9a,9bは図示しない電源の二次側に接続されている。
7 and 8 show details of the D part of the mold in the stress control step shown in FIG. 5. As shown in FIGS. 7 and 8 in addition to FIG. 5, primary molding of the
そして、これら複数組の電極8a,8bおよび9a,9bのうち下側の各電極8a,8bは電極ホルダ13に上下動可能に弾性支持されていて、いわゆる無負荷状態ではその先端面が下パッド5の上面と面一もしくはそれよりもわずかに突出するように設定されてはいても、下パッド5と上パッド7とで一成形品W1を加圧拘束した時には下側の各電極8a,8bの先端面が一次成形品W1の下面、すなわち頂壁部Tおよびフランジ部Fの下面と面一状態となってその一次成形品W1の下面に圧接するようになっている。
Of these plural sets of
他方、これら複数組の電極8a,8bおよび9a,9bのうち上側の各電極9a,9bは電極ホルダ14に上下動可能に弾性支持されていて、いわゆる無負荷状態ではその先端面が上パッド7の下面と面一もしくはそれよりもわずかに引っ込むように設定されてはいても、上パッド5と下パッド7とで一成形品W1を加圧拘束した時には上側の各電極9a,9bの先端面が後述する補助金属板である補助電極板15の上面と面一状態となって、上側の各電極9a,9bが補助電極板15を介して一次成形品W1の上面、すなわち頂壁部Tおよびフランジ部Fの上面に圧接するようになっている。
On the other hand, of the plurality of sets of
より詳しくは、図7,8に示すように、上側の各電極9a,9bの下側には補助金属板として一次成形品W1の板厚と同等の板厚を有し且つ導電性を有する補助電極板15を水平状態にて配置してあり、この補助電極板15はそれぞれの電極ホルダ14に圧縮コイルスプリング等の弾性手段16を介して上下動可能に弾性支持させてある。なお、補助電極板15はその名の通り電極の一部として機能するものであって且つ繰り返し使用するものであるから、一次成形品W1である鋼板と接合しにくく且つ高温環境下での使用に耐え得る耐久性に優れた材料で形成してあることが望ましい。
More specifically, as shown in FIGS. 7 and 8, an auxiliary metal plate having a plate thickness equivalent to the plate thickness of the primary molded product W1 as an auxiliary metal plate below each of the
以上の説明から明らかなように、上下の各電極8a,8bおよび9a,9bと補助電極板15とで局部加熱処理のための通電加熱処理手段を形成している。そして、上下で対をなす電極8a,9a同士および8b,9b同士の組み合わせを一組として、このような組み合わせの電極を図1に示した成形品Wの長手方向に沿って所定のピッチで多数並設してある。
As is clear from the above description, the upper and
したがって、このような金型構造を備えた応力制御工程S2では、図5に示すように前工程であるドロー工程にて成形された一次成形品W1を下パッド5上に投入して位置決めしたならば、上パッド7を下降させて上下のパッド5,7にてその一次成形品W1を加圧拘束する。つまり、ドロー成形後の一次成形品W1の頂壁部Tおよびフランジ部Fでの弾性復元力による変形を矯正して、正規形状に拘束・保持する。
Therefore, in the stress control step S2 having such a mold structure, as shown in FIG. 5, if the primary molded product W1 formed in the previous drawing step is placed on the
下パッド7が下死点位置に達するのと相前後して下側の各電極8a,8bが一次成形品W1に下面に圧接するとともに、上側の各電極9a,9bもまた補助電極板15を介して一次成形品W1の上面に圧接するかたちとなる。より具体的には、上下で対をなす電極8a,9a同士および8b,9b同士は一次成形品W1の頂壁部Tおよびフランジ部Fと補助電極板15とが互いに密着するようにそれらを加圧挟持することから、その状態で上下の各電極8a,9a間および8b,9b間に通電して、いわゆる抵抗溶接もしくはスポット溶接の原理により一次成形品W1の頂壁部Tおよびフランジ部Fに局部加熱処理を施す。この場合、上下の電極8a,9a同士および8b,9b同士の加圧部位において補助電極板15と一次成形品W1とをいわゆる二枚重ね状態としてその重合方向に通電することにより、一次成形品W1と補助電極板15との接合面での電流が絞られ通電面積が小さく且つ電流密度が高くなるにより、一枚板だけの場合と比べていわゆるジュール発熱によるは発熱量が大きくなって、特に一次成形品W1と補助電極板15との接合面を中心として効率の良い局部加熱処理を施すことができる。また、先に述べたようにいわゆる二枚重ねの状態で通電を行うことで、両者の間に隙間が発生しにくいばかりでなく火花が発生することもない。
At the same time as the
なお、電極8a,9a間および8b,9b間の電圧や溶接電流等の加熱条件は、局部加熱部位において、成形品W1を形成している素材の再結晶温度以上で融点以下の温度となるように予め調整されている。特に、本実施の形態では、先に述べたようにトランスファープレスでの加工を前提としていることから、上下の電極8a,9a同士および8b,9b同士による加圧拘束時間および通電時間はプレスの上下動のサイクル内に収まるように予め設定し、その時間内で十分に目的とする加熱温度が得られるように先に述べたように電圧、電流等を予め調整してある。その結果、一般的なスポット溶接のようにスパッタが飛散することもない。
Note that the heating conditions such as the voltage between the
こうして一次成形品W1に局部加熱処理を施すと、その局部加熱部位である一次成形品W1の頂壁部Tおよびフランジ部Fでの残留応力が著しく小さくなり、いわゆる成形品Wの形状凍結性が付与されて、以降に金型の加圧拘束力を解除したとしても弾性復元力による変形(いわゆるスプリングバック)が大幅に抑制されることになる。 Thus, when the primary molded product W1 is subjected to the local heating treatment, the residual stress at the top wall portion T and the flange portion F of the primary molded product W1, which is the local heating portion, is remarkably reduced, and the shape freezing property of the so-called molded product W is reduced. Even if the pressure restraining force of the mold is subsequently released, deformation due to the elastic restoring force (so-called spring back) is greatly suppressed.
このように本実施の形態によれば、成形品Wのうち局部的きわめて限られた位置に安定した加熱処理を施すことができ、それによって成形品Wに残される残留応力が著しく小さくなって、成形品Wの弾性復元力による変形を大幅に抑制することができるようになる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform a stable heat treatment at a locally extremely limited position in the molded product W, thereby significantly reducing the residual stress remaining in the molded product W. The deformation due to the elastic restoring force of the molded product W can be significantly suppressed.
また、成形品Wの曲面部等に局部的に加熱処理を施す場合には、電極8a,8bおよび9a,9bとしてその曲面形状に応じたものを使用することできわめて容易に対応することができるようになる。
Further, when the heat treatment is locally applied to the curved surface portion or the like of the molded product W, it can be very easily handled by using the
1…ポンチ(下型)
2…ダイ(上型)
3…ブランクホルダ(下型)
5…下パッド(下型)
7…上パッド(上型)
8a,8b…電極(通電加熱処理手段)
9a,9b…電極(通電加熱処理手段)
15…補助金属板としての補助電極板(通電加熱処理手段)
16…圧縮コイルスプリング(弾性手段)
B…ブランク材(鋼板)
F…フランジ部
S…側壁部
S1…ドロー工程
S2…応力制御工程
S3…トリム・ピアス工程
T…頂壁部
W…成形品(センターピラー)
W1…一次成形品
1 ... Punch (lower mold)
2. Die (upper die)
3. Blank holder (lower mold)
5 ... Lower pad (lower mold)
7… Upper pad (upper mold)
8a, 8b ... Electrodes (electric heating treatment means)
9a, 9b ... Electrode (energization heat treatment means)
15 ... Auxiliary electrode plate as an auxiliary metal plate (electric heating treatment means)
16: Compression coil spring (elastic means)
B ... Blank material (steel plate)
F ... Flange part S ... Side wall part S1 ... Draw process S2 ... Stress control process S3 ... Trim and piercing process T ... Top wall part W ... Molded article (center pillar)
W1 ... Primary molded product
Claims (12)
金型の加圧拘束力が付与されている成形品の特定の部位に対して、成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態でその重合方向に通電することにより局部加熱処理を施して、上記特定の部位での応力を調整することを特徴とするプレス成形方法。 A method of press-molding a molded product of a predetermined shape by pressurizing and restraining a metal plate with a mold composed of upper and lower molds,
Local heat treatment by energizing the specific direction of the molded product to which the pressure restraining force of the mold is applied, in the direction of polymerization in a state where two metal plates including the molded product itself are overlapped with each other Is applied to adjust the stress at the specific part.
その一次成形後の成形品に形状凍結性を付与するべくその成形品を金型の加圧拘束力をもって矯正する二次成形工程と、
を含んでいて、
上記二次成形工程において、金型の加圧拘束力が付与されている成形品の特定の部位に対して、成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態でその重合方向に通電することにより局部加熱処理を施して、上記特定の部位での応力を調整することを特徴とする請求項1に記載のプレス成形方法。 A primary molding step in which a metal plate is press-restrained with a mold composed of upper and lower molds and a molded product of a predetermined shape is press-molded,
A secondary molding step of correcting the molded product with the pressure restraint force of the mold in order to impart shape freezing property to the molded product after the primary molding;
Including
In the secondary forming step, with respect to a specific part of the molded product to which the pressure restraining force of the mold is applied, the two metal plates including the molded product itself are overlapped in the polymerization direction. The press molding method according to claim 1, wherein a local heat treatment is performed by energization to adjust a stress at the specific part.
金型の加圧拘束力が付与されている成形品の特定の部位に対して成形品自体を含む二枚の金属板同士を重ね合わせた状態でその重合方向に通電することにより局部加熱処理を施して上記特定の部位での応力を調整する通電加熱処理手段を備えていることを特徴とするプレス成形装置。 An apparatus for press-molding a molded product having a predetermined shape by pressurizing and restraining a metal plate with a mold composed of upper and lower molds,
Local heating treatment is performed by energizing in the polymerization direction in a state where two metal plates including the molded product itself are superimposed on a specific part of the molded product to which the pressure restraining force of the mold is applied. A press molding apparatus, comprising: an electric heating processing means for adjusting the stress at the specific portion.
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