JP2008200709A - プレス成形品の製造装置、プレス成形品の製造方法、およびプレス成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】スプリングバックによる形状変化を低減し得るプレス成形品の製造装置、プレス成形品の製造方法、およびプレス成形品を提供する。
【解決手段】プレス成形品の製造装置２０は、ブランク材１１をプレス成形品にプレス成形する加工面３１、４１を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型３０、４０と、少なくとも１つのプレス型に加工面からブランク材に向けて突出するように可動自在に設けられ、ブランク材に凸部１２を形成するピン部５０と、ピン部によって形成された凸部１２が潰されるようにピン部を加工面から退避させる作動部６０と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレス成形品の製造装置、プレス成形品の製造方法、およびプレス成形品に関する。

ブランク材をプレス成形した際に問題になるものの一つとして、得られたプレス成形品の寸法精度不良を挙げることができる。高強度鋼板からなるブランク材の場合には、寸法精度不良が顕著に現れる。材料強度が高くなるにつれて、プレス成形品をプレス型から取り出したときの形状変化（スプリングバック）が大きくなるためである。

スプリングバックによるプレス成形品の寸法精度を調整するために、プレス成形品に複数のエンボスを成形する手法が提案されている（特許文献１を参照）
特開２００４−２５２７３号

しかしながら、エンボスを成形してもその部分には引張応力が残留したままであるので、スプリングバックによるプレス成形品の寸法精度の調整のためには、エンボスの設置密度や設置高さを適正に設定しなければならず、設定作業が煩雑である。

本発明は、プレス成形品に残留する応力に着目してなされたものであり、スプリングバックによる形状変化を低減し得るプレス成形品の製造装置、プレス成形品の製造方法、およびプレス成形品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ブランク材をプレス成形品にプレス成形する加工面を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型と、
少なくとも１つの前記プレス型に前記加工面から前記ブランク材に向けて突出するように可動自在に設けられ、前記ブランク材に凸部を形成するピン部と、
前記ピン部によって形成された前記凸部が潰されるように前記ピン部を前記加工面から退避させる作動部と、を有するプレス成形品の製造装置である。

また、請求項４に記載の発明は、ブランク材をプレス成形品にプレス成形する加工面を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型によってプレス成形品を製造する、プレス成形品の製造方法において、
少なくとも１つの前記プレス型に前記加工面から前記ブランク材に向けて突出するように可動自在に設けられたピン部によって、前記ブランク材に凸部を形成する工程と、
前記ピン部を前記加工面から退避させることによって、前記ピン部によって形成された前記凸部を潰す工程と、を有するプレス成形品の製造方法である。

また、請求項７に記載の発明は、ブランク材をプレス成形することによって製造されるプレス成形品であって、
湾曲形状を有する板部と、
前記板部に形成した凸部を潰すことによって前記板部に残留する引張応力を圧縮応力に変換した応力変換部と、を有しているプレス成形品である。

本発明に係るプレス成形品の製造装置およびプレス成形品の製造方法によれば、凸部を潰すことによって、その部分に付与される応力状態を、引張応力状態から圧縮応力状態に変化させることができる。この結果、キャンバの原因であるスプリングバックの駆動力を低減することができ、スプリングバックによる形状変化を低減したプレス成形品を得ることができる。

本発明に係るプレス成形品によれば、応力変換部によって、板部に残留する引張応力が圧縮応力に変換されているので、キャンバの原因であるスプリングバックの駆動力を低減することができ、スプリングバックによる形状変化を低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）は、プレス成形品１０の製造装置２０の要部を示す断面図、図１（Ｂ）は、ピン部５０が設けられたポンチ３３を示す斜視図、図２（Ａ）は、ピン部５０によってブランク材１１に凸部１２が形成された状態を示す断面図、図２（Ｂ）は、ピン部５０によって形成された凸部１２が潰された状態を示す断面図、図３（Ａ）（Ｂ）は、凸部１２を形成しない部位における成形状態を示す断面図、図４（Ａ）（Ｂ）は、プレス成形品１０の一例を示す平面図、正面図、図５は、ピン部５０によって凸部１２が形成された成形途中のブランク材１１を示す斜視図である。

本実施形態のプレス成形品１０の製造装置２０は、概説すれば、ブランク材１１をプレス成形品１０にプレス成形する加工面３１、４１を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型３０、４０と、少なくとも１つのプレス型３０、４０に加工面３１、４１からブランク材１１に向けて突出するように可動自在に設けられ、ブランク材１１に凸部１２を形成するピン部５０と、ピン部５０によって形成された凸部１２が潰されるようにピン部５０を加工面３１、４１から退避させる作動部６０と、を有している。凸部１２は、エンボスとも指称される。以下、詳述する。

図４を参照して、プレス成形品１０として、車両ボディの構成部品であるセンターピラー部品を挙げることができる。このセンターピラー部品において、スプリングバックによる形状変化として、キャンバと言う跳ね上がり（図４（Ｂ）の破線１３を参照）や、ネジレなどがある。

図１〜図３を参照して、前記対をなすプレス型３０、４０は、下型３０と、下型３０に対して接近離反移動自在に設けられた上型４０とを有している。下型３０は、ブランクホルダ３２と、ブランクホルダ３２の間に配置されたポンチ３３と、を有している。上型４０は、ブランクホルダ３２との間でブランク材１１の周囲を挟持するダイ４２を有している。ブランクホルダ３２は、ダイ４２の下降に伴って、ブランク材１１の周囲を挟持したまま下降する。下型３０および上型４０のそれぞれには、ブランク材１１をプレス成形品１０にプレス成形する加工面３１、４１が備えられている。

前記ピン部５０は、少なくとも１つのプレス型３０、４０、具体的には、下型３０のポンチ３３に、その加工面３１からブランク材１１に向けて上方に突出するように可動自在に設けられている。図示例では、８本のピン部５０がポンチ３３に設けられている。ピン部５０は、交換自在に構成され、加工面３１から突出する初期の高さ、設置本数を調整することが可能となっている。これにより、凸部１２の成形高さ、面積、形状を微調整することができる。図示例では、８本のピン部５０により、１個の比較的大きな面積を有する凸部１２をブランク材１１に形成している（図２（Ａ）、図５参照）。凸部１２を形成することにより、板部１４には、引張応力が付与される。

ピン部５０の加工面３１、４１からの突出寸法は適宜設定できるが、数ｍｍ程度、例えば、５ｍｍ程度である。また、ピン部５０の先端形状は、凸部１２の形成時に局部的に応力がかからない形状が望ましい。プレス成形品１０に亀裂などが発生しないようにするためには、ピン部５０の先端形状を、球形状や円筒形状とすることが有効である。

前記作動部６０は、対をなすプレス型３０、４０が少なくとも最接近したときには、ピン部５０を、加工面３１、４１から突出した位置（「突出位置」とも言う。図１（Ａ）、図２（Ａ）参照）から、加工面３１、４１から退避した位置（「退避位置」とも言う。図２（Ｂ）参照）に移動させる。ピン部５０が加工面３１、４１から退避することにより、凸部１２は、対をなすプレス型３０、４０の加圧力によって、ダイ４２とポンチ３３との間に挟まれて潰され、平坦形状になる。凸部１２を圧縮して潰すことによって、凸部１２であった部分の周長が変化する。この周長の変化により、板部１４に付与される応力状態を、引張応力状態から圧縮応力状態に変化させることができる。この結果、キャンバの原因であるスプリングバックの駆動力を低減することができる。

作動部６０は、突出位置と退避位置との間でピン部５０を可動自在に保持し得る限りにおいて適宜の構成を採用することができる。ピン部５０の基端側に設置する作動部６０として、例えば、強力なバネ、ガス圧シリンダ、油圧シリンダなど圧力源を採用することができる。複数のピン部５０のそれぞれに圧力源を配置してもよいし、何本かのピン部５０を一まとめにして１つの圧力源によって保持してもよい。

本実施形態では、弾性的な手段によって、より具体的には、ポンチ３３内部に設置した圧力源の圧力によって、ピン部５０を上下に可動自在に保持している。この場合において、圧力の大きさは次のように設定されている。すなわち、圧力は、凸部１２を形成するときには成形反力に抗してピン部５０を加工面３１、４１から突出した位置に保持する一方、凸部１２を潰すときには対をなすプレス型３０、４０の加圧力によってピン部５０を加工面３１、４１から退避した位置に移動させる大きさに設定されている。このように弾性的な手段によってピン部５０を可動自在に保持することによって、複雑な駆動源や、電気的信号などを必要とせず、作動部６０の構造を簡素にすることができる。

圧力源のコントロール（位置制御や、タイミング制御など）は特に必要がいらない。成形が終了した後、ダイ４２が上昇するとともに、ピン部５０も上昇してくるが、成形完了したパネルも同時に浮き上がるため、ピン部５０の戻りによる局部的変形は生じない。

ピン部５０は交換式であるので、凸部１２の成形高さ、面積、形状を変化させることができる。その結果、ブランク材１１の内部に発生する応力が変化するために、スプリングバック量を簡単に微調整することができる。したがって、材料強度のバラツキなどよって、スプリングバック量が変化した場合であっても、所望の寸法精度のプレス成形品１０を取得することができる。

次に、上述した製造装置２０を用いてプレス成形品１０を製造する方法を説明する。

プレス成形品１０の製造方法は、概説すれば、少なくとも１つのプレス型３０、４０に加工面３１、４１からブランク材１１に向けて突出するように可動自在に設けられたピン部５０によって、ブランク材１１に凸部１２を形成する工程（「凸部１２の形成工程」と言う。図２（Ａ）参照）と、ピン部５０を加工面３１、４１から退避させることによって、ピン部５０によって形成された凸部１２を潰す工程（「凸部１２の潰し工程」と言う。図２（Ｂ）参照）と、を有している。以下、詳述する。

まず、下型３０および上型４０を開いた状態で、下型３０の上にブランク材１１を搬入する（図１（Ａ）参照）。ピン部５０は、突出位置に移動している。

上型４０のダイ４２を下型３０に向けて下降し、ブランクホルダ３２との間でブランク材１１の周囲を挟持する。ダイ４２をさらに下降すると、ピン部５０によって、ブランク材１１に凸部１２が形成される（図２（Ａ）参照）。作動部６０の圧力は、凸部１２を形成するときには成形反力に抗してピン部５０を突出位置に保持する大きさに設定されており、凸部１２が確実に形成される。ピン部５０が存在しない部位では、凸部１２が形成されることなく通常の成形が進行する（図３（Ａ）参照）。

作動部６０の圧力は、凸部１２を潰すときには対をなすプレス型３０、４０の加圧力によってピン部５０を退避位置に移動させる大きさに設定されている。したがって、ダイ４２をさらに下降すると、ダイ４２からの加圧力によって、ピン部５０は押されて下降をはじめる。対をなすプレス型３０、４０が最接近したときには、ピン部５０は退避位置に移動する。ピン部５０が加工面３１、４１から退避することにより、ピン部５０によって形成された凸部１２は、対をなすプレス型３０、４０の加圧力によって圧縮され、平坦な形状まで潰される（図２（Ｂ）参照）。ピン部５０が存在しない部位では、通常の成形が進行する（図３（Ｂ）参照）。

このようにしてブランク材１１をプレス成形することによって製造されたプレス成形品１０は、図４に示すように、湾曲形状を有する板部１４と、板部１４に形成した凸部１２を潰すことによって板部１４に残留する引張応力を圧縮応力に変換した応力変換部１５と、を有している。プレス成形品１０はさらに、板部１４における向かい合った側縁のそれぞれから伸びる壁面部１６を有している。壁面部１６の端部には、他の部材との取り付け部をなすフランジ部１７が形成されている。

凸部１２の形成工程と、凸部１２の潰し工程とを経て製造されたプレス成形品１０にあっては、凸部１２を圧縮して潰すことによって、凸部１２であった部分の周長が変化し、板部１４に付与される応力状態が、引張応力状態から圧縮応力状態に変化する。この結果、キャンバの原因であるスプリングバックの駆動力が低減し、スプリングバックによる形状変化を低減したプレス成形品１０を得ることができる。

また、ピン部５０を可動式としたので、凸部１２の形成工程と、凸部１２の潰し工程とを、同じプレス型３０、４０において連続して実施できる。凸部１２を形成するための型と、凸部１２を潰すための型とを別個独立して設ける必要がなく、型数の削減を通して、プレス成形品１０の低コスト化に貢献できる。

図示例のプレス部品にあっては、板部１４は、曲率が異なる隣り合った領域１８ａ、１８ｂを有している。このような場合には、応力変換部１５は、隣り合った領域１８ａ、１８ｂの間の境界１８を含む位置に設けることが好ましい。この位置に応力変換部１５を設けることにより、スプリングバックの駆動力を好適に低減でき、スプリングバックによる形状変化をより低減することができるからである。

図６は、凸部の改変例を示す斜視図である。

凸部の個数、位置、形状などは、上述した実施形態における凸部１２に限定されるものではなく、板部１４に残留する引張応力を圧縮応力に変換する応力変換部１５を形成し得る限度において、適宜改変することができる。同様に、凸部の個数、位置、形状などの改変に対応して、ピン部５０の個数、位置、形状も適宜改変することができる。

例えば、図６に示すように、比較的小さな面積を有する凸部１９を複数個（図示例では８個）形成してもよい。複数の凸部１９を形成するためには、突出位置にあるピン部５０の先端が嵌まり込む穴部を上型４０のダイ４２に形成する一方、ピン部５０を退避位置まで押圧して戻すポンチを前記穴部に組み込めばよい。

また、凸部１２、１９は、板部１４の面に直交する方向の一方向にのみ突出している場合に限らず、板部１４の面に直交する方向に沿う両方向に突出させてもよい。例えば、図５においては、凸部１２は板部１４から上方に向けて突出しているが、下方に向けて突出するように形成することもできる。この場合には、上型４０のダイ４２にピン部５０を設ければよい。

さらに、板部１４に、上方に向けて突出する凸部１２と、下方に向けて突出する凸部との両方を形成することもできる。この場合には、対をなすプレス型３０、４０の両方にピン部５０を設ければよい。

次に、応力変換部１５を設けることによる効果を、シミュレーション結果、および実機において測定した寸法変化量（キャンバ量）に基づいて確認した。

プレス成形品はセンターピラー部品とし、比較的小さな面積を有する凸部を複数個形成した場合と、比較的大きな面積を有する凸部を１個形成した場合と、凸部を形成しない通常成形の場合とについてシミュレーションを行った。複数個の凸部または１個の凸部を形成する場合を区別するため、説明上、前者を小凸部と言い、後者を大凸部と言う。実機における寸法変化量は、小凸部の場合と、通常成形の場合とについて測定した。小凸部の場合のシミュレーション結果と、実機において測定した寸法変化量とに基づいて、大凸部の場合のシミュレーション結果を補正した。

図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、成形状態を示す図であり、それぞれ、通常成形したプレス成形品１０１を示す図（図７（Ａ））、小凸部１１１を付加した状態を示す図（図７（Ｂ））、小凸部１１１の潰し加工を行った後のプレス成形品１０２を示す図（図７（Ｃ））、大凸部１１２を付加した状態を示す図（図７（Ｄ））、大凸部１１２の潰し加工を行った後のプレス成形品１０３を示す図（図７（Ｅ））である。図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、応力状態の比較を示す図であり、それぞれ、対をなすプレス型によって拘束されている状態において、通常成形したときの応力状態を示す図（図８（Ａ））、小凸部１１１を付加したときの応力状態を示す図（図８（Ｂ））、小凸部１１１の潰し加工を行った後の応力状態を示す図（図８（Ｃ））、大凸部１１２を付加したときの応力状態を示す図（図８（Ｄ））、大凸部１１２の潰し加工を行った後の応力状態を示す図（図８（Ｅ））である。図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、寸法変化量（キャンバ量）の比較を示す図であり、それぞれ、通常成形したプレス成形品１０１における寸法変化量を示す図（図９（Ａ））、小凸部１１１の付加および潰し加工を行ったプレス成形品１０２における寸法変化量を示す図（図９（Ｂ））、大凸部１１２の付加および潰し加工を行ったプレス成形品１０３における寸法変化量を示す図（図９（Ｃ））である。

通常成形したプレス成形品１０１の板部１４における応力状態は、引張応力である（図７（Ａ）、図８（Ａ））。一方、小凸部１１１の付加および潰し加工を行うことによって、プレス成形品１０２の板部１４における応力状態は、引張応力から圧縮応力へと変化する（図７（Ｂ）（Ｃ）、図８（Ｂ）（Ｃ））。同様に、大凸部１１２の付加および潰し加工を行うことによっても、プレス成形品１０３の板部１４における応力状態は、引張応力から圧縮応力へと変化する（図７（Ｄ）（Ｅ）、図８（Ｄ）（Ｅ））。

図９に示すように、寸法変化量ｄ１、ｄ２、ｄ３は、それぞれのプレス成形品１０１、１０２、１０３の上部における値とした。図中の符号ｆは固定点を示している。通常成形したプレス成形品１０１の寸法変化量ｄ１（実機にて測定）を「１」とすると、小凸部１１１の場合におけるプレス成形品１０２の寸法変化量ｄ２（実機にて測定）は０．５９であり、大凸部１１２の場合におけるプレス成形品１０３の寸法変化量ｄ３（シミュレーション結果の補正値）は０．２８であった。

これにより、小凸部１１１または大凸部１１２の付加および潰し加工を行って応力変換部１５を設けることにより、通常成形する場合に比べて、寸法変化量（キャンバ量）を低減できることを確認した。さらに、小凸部１１１の場合と大凸部１１２の場合とでは、大凸部１１２の場合の方が、寸法変化量（キャンバ量）を低減する効果が高いことがわかった。

図１（Ａ）は、プレス成形品の製造装置の要部を示す断面図、図１（Ｂ）は、ピン部が設けられたポンチを示す斜視図である。 図２（Ａ）は、ピン部によってブランク材に凸部が形成された状態を示す断面図、図２（Ｂ）は、ピン部によって形成された凸部が潰された状態を示す断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）は、凸部を形成しない部位における成形状態を示す断面図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、プレス成形品の一例を示す平面図、正面図である。 ピン部によって凸部が形成された成形途中のブランク材を示す斜視図である。 凸部の改変例を示す斜視図である。 図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、成形状態を示す図であり、それぞれ、通常成形したプレス成形品を示す図（図７（Ａ））、小凸部を付加した状態を示す図（図７（Ｂ））、小凸部の潰し加工を行った後のプレス成形品を示す図（図７（Ｃ））、大凸部を付加した状態を示す図（図７（Ｄ））、大凸部の潰し加工を行った後のプレス成形品を示す図（図７（Ｅ））である。 図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、応力状態の比較を示す図であり、それぞれ、対をなすプレス型によって拘束されている状態において、通常成形したときの応力状態を示す図（図８（Ａ））、小凸部を付加したときの応力状態を示す図（図８（Ｂ））、小凸部の潰し加工を行った後の応力状態を示す図（図８（Ｃ））、大凸部を付加したときの応力状態を示す図（図８（Ｄ））、大凸部の潰し加工を行った後の応力状態を示す図（図８（Ｅ））である。 図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、寸法変化量（キャンバ量）の比較を示す図であり、それぞれ、通常成形したプレス成形品における寸法変化量を示す図（図９（Ａ））、小凸部の付加および潰し加工を行ったプレス成形品における寸法変化量を示す図（図９（Ｂ））、大凸部の付加および潰し加工を行ったプレス成形品における寸法変化量を示す図（図９（Ｃ））である。

符号の説明

１０ プレス成形品、
１１ ブランク材、
１２ 凸部、
１３ キャンバを示す破線、
１４ 板部、
１５ 応力変換部、
１６ 壁面部、
１７ フランジ部、
１８ 領域の間の境界、
１８ａ、１８ｂ 曲率が異なる隣り合った領域、
１９ 凸部、
２０ プレス成形品の製造装置、
３０ 下型（プレス型）、
３１ 加工面、
３２ ブランクホルダ、
３３ ポンチ、
４０ 上型（プレス型）、
４１ 加工面、
４２ ダイ、
５０ ピン部、
６０ 作動部、
１０１、１０２、１０３ プレス成形品、
１１１ 小凸部、
１１２ 大凸部。

Claims (9)

1. ブランク材をプレス成形品にプレス成形する加工面を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型と、
   少なくとも１つの前記プレス型に前記加工面から前記ブランク材に向けて突出するように可動自在に設けられ、前記ブランク材に凸部を形成するピン部と、
   前記ピン部によって形成された前記凸部が潰されるように前記ピン部を前記加工面から退避させる作動部と、を有するプレス成形品の製造装置。
2. 前記作動部は、対をなす前記プレス型が少なくとも最接近したときには、前記ピン部を、前記加工面から突出した位置から、前記加工面から退避した位置に移動させる請求項１に記載のプレス成形品の製造装置。
3. 前記作動部は、圧力によって前記ピン部を可動自在に保持し、前記圧力は、前記凸部を形成するときには成形反力に抗して前記ピン部を前記加工面から突出した位置に保持する一方、前記凸部を潰すときには対をなす前記プレス型の加圧力によって前記ピン部を前記加工面から退避した位置に移動させる大きさに設定されている請求項１または請求項２に記載のプレス成形品の製造装置。
4. ブランク材をプレス成形品にプレス成形する加工面を備え、相対的に接近離反移動自在に設けられた対をなすプレス型によってプレス成形品を製造する、プレス成形品の製造方法において、
   少なくとも１つの前記プレス型に前記加工面から前記ブランク材に向けて突出するように可動自在に設けられたピン部によって、前記ブランク材に凸部を形成する工程と、
   前記ピン部を前記加工面から退避させることによって、前記ピン部によって形成された前記凸部を潰す工程と、を有するプレス成形品の製造方法。
5. 対をなす前記プレス型が少なくとも最接近したときには、前記ピン部を、前記加工面から突出した位置から、前記加工面から退避した位置に移動させることによって、前記ピン部によって形成された前記凸部が潰される請求項４に記載のプレス成形品の製造方法。
6. 圧力によって前記ピン部を可動自在に保持し、前記圧力は、前記凸部を形成するときには成形反力に抗して前記ピン部を前記加工面から突出した位置に保持する一方、前記凸部を潰すときには対をなす前記プレス型の加圧力によって前記ピン部を前記加工面から退避した位置に移動させる大きさに設定されている請求項４または請求項５に記載のプレス成形品の製造方法。
7. ブランク材をプレス成形することによって製造されるプレス成形品であって、
   湾曲形状を有する板部と、
   前記板部に形成した凸部を潰すことによって前記板部に残留する引張応力を圧縮応力に変換した応力変換部と、を有しているプレス成形品。
8. 前記板部は、曲率が異なる隣り合った領域を有し、
   前記応力変換部は、前記隣り合った領域の間の境界を含む位置に設けられている請求項７に記載のプレス成形品。
9. 前記板部における向かい合った側縁のそれぞれから伸びる壁面部をさらに有している請求項７または請求項８に記載のプレス成形品。