JP2008238240A - アルミニウム合金板のプレス成形方法およびプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルパンなどの自動車部品やメンバー部品など、成形が難しい形状の大型パネルであっても、成形を可能とする、アルミニウム合金板のプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上部の平面的な成形面（パンチ部位１２、１３）同士の断面高さが急変する段差部（パンチ部位１４）を有する成形品パネルに、アルミニウム合金板３０をプレス成形する方法であって、第一のパンチ１１の断面高さが低い側のパンチ部位１３の一部を、第二のパンチ１５に分割して弾性的に支持し、成形開始時には、第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５の相対的な位置を予めダイス２２側に変位させて、第二のパンチ１５を板３０における断面高さが低い側の成形面部位３３と接触させる一方、成形の進行につれて、第二のパンチ１５を弾性的に下降させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルパンなどの成形が難しい大型形状の自動車メンバー部材（パネル）を成形可能とする、アルミニウム合金板のプレス成形方法およびプレス成形装置に関する。以下、アルミニウムをＡｌとも言う。

オイルパンなどの自動車部品や車体の骨格を形成するメンバー部品等には、周知の通り、鋼製（鋼板）パネルに代わり、アルミニウム合金製パネルも使用されている。これらアルミニウム合金製パネルは、鋼板と同様に、アルミニウム合金板 (ブランク、パネル成形用素材板) を金型によりプレス成形した、パネル成形品 (プレス成形品：以下、単にパネルとも言う) が使用されている。

こうした自動車部品、例えばオイルパンは、近年の自動車設計の多様化にもより、特にプレス成形が難しくなっている。この理由は、鋼板に比してアルミニウム合金板の成形性が劣ることと、これらオイルパンの形状自身に起因する。

図４に、オイルパンの代表的な形状例を斜視図で示す。図４のように、オイルパン１ａは、パネル上部に平面的な成形面２、３を有し、これら成形面２、３同士の断面高さが急変する段差部（縦壁部）４を有するような成形品パネルである。５、６、７は、平面的な成形面２、３を囲む周囲の縦壁部で、５は側壁、６は後壁、７は前壁である。また、周囲を囲む平面的な成形面８はフランジ乃至余肉部である。

また、図５に、他の自動車メンバー部品１ｂの代表的な形状例を斜視図で示す。図５のように、自動車メンバー部品１ｂは、パネル上部に平面的な成形面２、３を有し、図５のオイルパンと同様に、これら成形面２、３同士の断面高さが急変する段差部（縦壁部）４を有する。なお、ここで、自動車メンバー部品１ｂはＨＡＴ型断面形状を有し、６、７は空間であり（あるいは後壁、前壁の場合もある）、両側の８、８はフランジ乃至余肉部である。

このようなパネル上部に平面的な成形面２、３を有し、かつ、これら成形面２、３の断面高さが急変するような段差部４を有する自動車部品、自動車メンバー部品を、アルミニウム合金板からプレス成形する場合、成形品パネルの成形面表面にしわが生じやすい。具体的には、前記図４や図５で示すように、断面高さが低い側の成形面（上面）３に９ａとして、また、その側壁５の面（側面）に９ｂとして、各々しわが生じやすい。

このようなしわの発生は、平面的な成形面２、３同士の断面高さが急変するような段差部（縦壁部）４を有する、オイルパン１ａ乃至自動車メンバー部品１ｂを、アルミニウム合金板にて成形する場合に特有の問題である。

断面高さが低い側の成形面３に生じるしわ９ａは、素材板相当部分が下死点近傍までパンチと接触せずに自由に変形するために生じる。また、側壁面（側面）５に生じるしわ９ｂは、段差部４の前後で側壁高さが異なるために、成形に伴う材料流入量にも差が生じ、この材料流入量の差を解消するために生じるしわである。このような成形面（上面）３や側壁面（側面）５の両方に、しわ９ａ、９ｂが発生する問題は、非接触部位を有する前記成形品パネル特有の問題である。即ち、このような段差部４の無いパネル成形品では、このような上面や側面の両方にしわが発生するような問題は生じにくい。

このようなオイルパン１ａをプレス装置によりプレス成形する場合の、通常の方法を、プレス中の板およびプレス装置の状態を示す図８で説明する。図８はプレス途中におけるアルミニウム合金板の変形状態を表す断面図である。通常では、ダイス２２とブランクホルダー（しわ押さえ部材）２０とによって、アルミニウム合金板３０の周縁部３１（フランジ乃至余肉相当部分８）を挟持した上で、ボルスタ（基台）２１上に固定されたパンチ１１に向けて、ダイス２２を相対的に移動（下降）させ、アルミニウム合金板３０を成形する。

この際、成形中のアルミニウム合金板３０において、オイルパン１ａのパネル上部の平面的な成形面２相当部分は３２、成形面３相当部分は３３、これら成形面２、３同士の断面高さが急変する段差部（縦壁部）４相当部分は３４である。また、後壁６相当部分は３６、前壁７相当部分は３７、側壁５相当部分は３８（パンチ相当部分１７ｃ）、フランジ乃至余肉部８相当部分は周縁部３１である。

図８に示すように、成形途上のアルミニウム合金板の、断面高さが低い側のパネル成形面３に相当する部分３３では、ダイス２２あるいはパンチ１１に接触しない部分の長さ（距離）は比較的長くなる。即ち、この板部分３３の、ダイス２２あるいはパンチ１１に接触しない部分の長さは、ダイス２２側の成形面２５、２６の肩Ｒ部に当接するＢポイントから、パンチ１１側の成形面１３の肩Ｒ部に当接するＣポイントまでと、比較的長くなる。これは、成形パネルにおける段差４（相当部分３４）の存在、即ち、段差４の断面高さが高く、かつ急変するために、これに相当するダイス２２の成形面２５あるいはパンチ１１の成形面１４の高さが高く、かつこれらの高さが急変することによる。

このような場合、このＢポイントからＣポイントまでの板部分３３（成形面３相当部分）は、下死点近傍までパンチ１１乃至ダイス２２と接触せずに自由に変形する。このため、ＢポイントからＣポイントまでの板部分３３（成形面３相当部分）は、成形中に作用する避けられない不均一な張力により、容易にしわを生じてしまう。この結果、前記図４や図５で示すように、板部分３３が成形された、断面高さが低い側の成形面３の面に９ａとしてしわが生じやすくなる。また、図８に見られるように、段差部４の前後で、成形面２、３の成形高さが異なる（成形高さの差が生じる）ために、成型時にはフランジ部からパンチ部へ向かう材料流入にも差が生じる。したがって、この材料流入量の差を解消するために、その側壁５の面にも９ｂとして、しわが生じやすくなる。

これに対する対策としては、図１１にプレス装置の断面を部分的に示すように、ブランクホルダー２０上に、ドロービード６１、６２を設けて、板３０に対し張力を作用させる方法が一般的である。即ち、板３０の周辺部に、このドロービード６１、６２を設けることで、プレス成形の早い段階から、板３０に張力を加えることにより前記しわ発生を防止する方法が汎用されている。

また、この他、大きな折り曲げ部分を端部に有するようなアルミニウム合金フードアウタパネルをプレス成形する場合に、しわ押さえ開始前もしくはしわ押さえ開始時に、しわの原因となる凹部の発生が予想される、板の成形面中心部を予め成形することも提案されている（例えば、特許文献１参照) 。この方法では、板成形開始前またはしわ押え開始時に、パンチのパネル（製品）成形面の高さを、しわ押さえ部材の上面よりも所定寸法だけ高くして、板の成形面中心部を予め成形する。

更に、大きな折り曲げ部分を有し、この折り曲げ部分とパネル本体部分とを結ぶ輪郭線がパネル本体前方に向かって湾曲した形状を持つ自動車フードアウタパネルに、アルミニウム合金板をプレス成形する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照) 。即ち、この方法は、板端部の前記折り曲げ部分に相当する部分の内、プレス成形時のしわ押さえ面に相当する部分が、プレス成形時のしわ押さえ部材面形状に適応する形状になるように、前記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、この曲げ部のしわ押さえ面に相当する部分を含めてしわ押さえしながら、プレス成形する方法である。そして、前記アルミニウム合金板端部を予め曲げ加工を、パネル本体の成形のためのパンチ部分とは独立して動く、分割されたパンチによって行うことも提案されている。
特開2001-58218号公報 (全文) 特開2004-188445 号公報 (全文)

前記図１１のような、素材板の周辺に形成されたドロービードを成形して張力を加える、汎用的なしわ発生防止方法では、本発明が対象とするオイルパンのような、成形深さが深く、上部の平面的な成形面同士の断面高さが急変する段差部を有する成形品では、板素材が成形中に破断する問題が生じやすい。このために、パネルのしわ抑止効果を十分に発揮できない。

即ち、素材板の周辺にドロービードを成形することで、素材板に張力を加え、成形面３に生じるしわ９ａ、側壁５に生じるしわ９ｂを低減させることができる。しかし、十分に、これらのしわを消せるだけの張力を加えると、本発明が対象とするオイルパンなどのような、成形深さが深く、断面高さが変化するような成形品に対しては、前記図８の成形品の角部、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇなどに、板厚減少や板の破断を招き、十分なしわ抑制効果が発揮されない。特に、しわ発生につながる前記ＢポイントからＣポイントまでのアルミニウム合金板の３３（成形面３相当部分）や側壁段差部分における、しわの防止と、破断の防止の両立は難しい。

以下、前記ＢポイントからＣポイントまでのアルミニウム合金板の３３（成形面３相当部分）を非接触部位（前記パネルの下死点近傍まで第一のパンチ１１と接触しない部位）３３とも言う。

このように、本発明が対象とするオイルパンなどの自動車部品やメンバー部品では、しわを防止するために必要なドロービードを設けると、この板厚減少の傾向が無視できないほどに大きくなる。この結果、素材板のパンチ肩部Ａ、Ｃ、Ｆや、ダイスの肩部Ｂ、Ｄ、Ｇ等での割れが生じやすくなる。したがって、素材板の周辺に形成されたドロービードを成形する汎用的なしわ発生防止方法では、しわ発生防止と割れ発生防止とを両立させることができない。

また、特許文献1 の方法は、本発明が対象とするような、オイルパンなどの自動車部品やメンバー部品に対して、やはり、しわ発生につながる前記ＢポイントからＣポイントまでのアルミニウム合金板の非接触部位（前記パネルの下死点近傍まで第一のパンチ１１と接触しない部位）３３（成形面３相当部分）の自由な変形を拘束できない。このため、しわ発生防止効果が薄い。

更に、特許文献２の方法は、パネル稜線部を、分割パンチにより、板の前後方向（車体長手方向）への曲げ加工により形成する点がユニークである。しかし、この板の前後方向の曲げ加工条件や分割パンチの設計条件の設定が難しく、この点で実用的ではない問題がある。

一方、これらの成形上の問題が依然ある中で、ベークハード性やリサイクル性に優れ、耐力が高いＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）などのアルミニウム合金板の自動車車体アウタパネルへの適用のニーズは、地球環境保護のための自動車の軽量化やエネルギー吸収性による車体安全性強化の必要性のために、益々高まっている。

本発明はこのような事情に着目して、オイルパンなどの自動車部品や、自動車メンバー部品であって、成形が難しい形状の大型パネルを成形可能とする、アルミニウム合金板のプレス成形方法およびプレス成形装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するための、本発明アルミニウム合金板のプレス成形方法の要旨は、上部の平面的な成形面同士の断面高さが急変する段差部を有する成形品パネルに、アルミニウム合金板をプレス成形する方法であって、パネルを成形する第一のパンチの前記平面的な成形面のうちの断面高さが低い側の成形面に相当するパンチ部位の一部を、第二のパンチに分割して、この第二のパンチを第一のパンチに対して別個に変位できるように弾性的に支持し、ダイス外周に設けられたしわ押さえ面と、それに相対して設けられたブランクホルダーにより、アルミニウム合金板の外周部を挟持した上で、第一のパンチとダイスとを相対的に移動させて、アルミニウム合金板をプレス成形するに際し、プレス成形開始時には、第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置を、プレス下死点での第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置に比べて、予めダイス側に変位させて、第二のパンチをアルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位と接触させる一方、第一のパンチによる成形が進むにつれて、第一のパンチとダイスとの相対的な接近によるダイスの圧縮力を作用させて、第二のパンチを弾性的に下降させることである。本発明が対象とする成形品パネルは、自動車のメンバー部品であることが好ましい。また、この自動車のメンバー部品はオイルパンであることが好ましい。

また、上記目的を達成するための、本発明アルミニウム合金板のプレス成形装置の要旨は、上記要旨あるいは後述する好ましい態様のいずれかのアルミニウム合金板のプレス成形方法に用いるプレス成形装置であって、ダイス外周に設けられたしわ押さえ面と、それに相対して設けられたブランクホルダーにより板の外周部を挟持した上で、パンチとダイスとを相対的に移動させて板をプレス成形するものであり、第一のパンチの前記平面的な成形面のうちの断面高さが低い側の成形面に相当するパンチ部位の一部を、第二のパンチに分割して、この第二のパンチを第一のパンチに対して別個に変位できるように弾性的に支持したことである。

本発明では、上記要旨のように、前記パネルの中央部を成形する第一のパンチに対して、これと別個に変位できる第二のパンチを少なくとも一つ以上用いて、前記図８における、アルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位、即ち、非接触部位（前記パネルの下死点近傍まで第一のパンチ１１と接触しない部位）と接触させる。

これによって、この非接触部位に張力を発生させ、しわ発生につながる前記ＢポイントからＣポイントまでの板部位３３（成形面３相当部分）の自由な変形を拘束するとともに張力を加え、この板非接触部位３３におけるしわ９ａ発生を防止することを特徴とする。また、第二のパンチの作用により、側壁にも上下方向の張力が新たに加わり、それによって、側壁部のしわ９ｂを防止することも可能となる。

即ち、本発明では、先ず、プレス成形装置において、前記パネルを成形する第一のパンチの前記平面的な成形面のうちの、断面高さが低い側の成形面に相当するパンチ部位の一部を、第二のパンチに分割し、この第二のパンチは第一のパンチに対して別個に変位できるように弾性的に支持されるように構成する。

以上のプレス成形装置構成を前提として、本発明では、第一のパンチが、ダイスとの協働でアルミニウム合金板を成形する際に、プレス成形開始時に、第一のパンチに対する第二のパンチの相対的位置を、プレス下死点での相対的位置に比べて予めダイス側に変位させる。言い換えると、プレス成形開始時には、第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置が、プレス下死点での第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置に比べて、ダイス側に変位しているように、これらパンチ同士を連動させる。

これによって、プレス成形開始時には、前記図８における、アルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位、即ち板非接触部位３３と弾性的に接触させる一方、第一のパンチによる成形が進むにつれて、第二のパンチを弾性的に下降させる。

したがって、第一のパンチがダイスとの協働でアルミニウム合金板を成形する際に、第二のパンチが、プレス成形開始時には（成形の早い段階には）、前記図８における、アルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位（板非接触部位）３３と接触あるいは更に進んでこの部位を成形する。これによって、アルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位３３および側壁部３８に与える張力を作用（付与、制御）させるとともに、しわを防止することが可能となる。

この結果、本発明が対象とするオイルパンなどをアルミニウム合金板からプレス成形する場合でも、前記自由変形部位あるいは側壁部３８に張力を作用させ、しわを防止することができる。即ち、前記図４、５などのように、パネル上部に平面的な成形面２、３を有し、かつ、これら成形面２、３の断面高さが急変するような段差部４を有する自動車部品や自動車メンバー部品をアルミニウム合金板からプレス成形する場合でも、しわを防止することができる。

このため、成形の比較的初期から発生するしわに対しても、抑制効果を発揮でき、前記した図４、５などで示した、成形面３の面のしわ９ａ、また、側壁５の面のしわ９ｂの発生を各々防止できる。

そして、本発明では、以上説明したしわ抑制の作用効果（第二のパンチによる素材板の拘束と張力付与の機能）の他に、第二のパンチによる、製品（成形パネル）の破断を防止できる効果も有している。即ち、第二のパンチは、第一のパンチによる成形工程の早い段階から、素材板の板非接触部位３３と弾性的に接触するので、パンチから素材板に加わる成形力の一部を、第二のパンチより伝えることができる。

従来の成形方法では、成形の前半ではパンチから素材板に加わる成形力は、第一のパンチの成形面１２のみから伝えられる。このため、図８のＡ、Ｆなどの部位に高い応力集中が生じ、場合によっては、これらの部位に破断が生じる。一方、本発明では、図１に見られるように、第二のパンチと素材板とは、パンチ上面の成形面１６でも接触するために、金型から素材板に成形力を伝える範囲が広くなり、これらのＡ、Ｆなどの部位でも応力集中を低減できる。

言い換えると、本発明では、成形初期において素材板と接する、パンチの面積を大きくでき、パンチから素材板への荷重伝達（成形力伝達）がより広い範囲でなされ、成形途中の割れを防止できる。

この結果、成形工程中のしわ発生を防止するとともに、成形初期においては、パンチ肩部などでの破断を防止できる。また、張力レベルを一定値以下に制御できることで、下死点近くにおいて、材料が極端に板厚減少し、破断することを防止できる。

以上のように、本発明では、前記難成形におけるしわ発生防止と割れ発生防止とを両立させることができ、オイルパンや自動車メンバー部品のアルミニウム合金製パネルであって、成形が難しい形状の大型パネルであっても、成形が可能となる。

以下に本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

（プレス装置の基本構成）
先ず、本発明プレス装置を図１〜３を用いて説明する。図１、２は、上型であるダイス２２と、下型である第一の本体パンチ１１、第二のパンチ１５、１８、およびブランクホルダー（しわ押さえ部材）２０とを組み合わせた態様を示している。

図１、２において、第二のパンチ１５、１８を除く、これらプレス装置の基本動作は従来と同じである。即ち、ダイス２２とブランクホルダー（しわ押さえ部材）２０とによって、アルミニウム合金板３０の周縁部３１（フランジ乃至余肉相当部分８）を挟持した上で、ボルスタ（基台）２１上に固定されたパンチ１１に向けて、ダイス２２を相対的に移動（下降）させ、アルミニウム合金板３０をオイルパンなど自動車部品やメンバー部品のアルミニウム合金製パネルに成形する。

なお、プレス装置は、前提として、下側のパンチ１１は、ボルスタ２１に固定されて動かず、成形は、上側のダイス２２の方が下降して行なうものである。この点、下側のパンチ１１側を上昇させるようにしても良く、要は、パンチ１１とダイス２２とが相対的に移動するものであれば良い。

ここで、第一のパンチ１１は、本体パンチとして、アルミニウム合金板３０の各相当部分、オイルパンのパネル上部の平面的な成形面２の相当部分３２、成形面３の相当部分３３、これら成形面２、３同士の断面高さが急変する段差部（縦壁部）４の相当部分３４、後壁６の相当部分３６、前壁７の相当部分３７、側壁５の相当部分３８を各々成形する。

このため、第一のパンチ１１は、上記アルミニウム合金板３０の各相当部分に接触する成形面を有する。具体的には、平面状の成形面１２（板３２部分に接触）、平面状の成形面１３（板３３部分に接触）、段差状（縦壁状）の成形面１４（板３４部分に接触）、縦壁状の成形面１７ａ（板３６部分に接触）、縦壁状の成形面１７ｂ（板３７部分に接触）、縦壁状の側壁成形面１７ｃ（板３８部分に接触）などを有する。

（分割パンチ構成）
図１において、第一のパンチ１１から分割された第二のパンチ１５は、パネルを成形する第一の本体パンチ１１の、成形パネルにおける前記平面的な成形面２、３のうちの、断面高さが低い側の成形面３に相当するパンチ部位１３の一部を分割して形成されている。この第二のパンチ１５は、第一のパンチ１１に対して別個に（独立して）変位できるように、バネ４０などの弾性体（弾性支持機構）によって弾性的に支持されるように構成する。

図２は、第二のパンチを１５と１８の２個を順に並べて設けた以外は、図１のプレス装置と同じ構成である。これら第二のパンチ１５、１８は、各々バネ４０などの弾性体（弾性支持機構）によって弾性的に支持される。

前記図４、５で示した、パネル上部に平面的な成形面２、３を有し、かつ、これら成形面２、３の断面高さが急変するような段差部４を有する自動車部品やメンバー部品では、成形途上のアルミニウム合金板の、ダイス２２あるいはパンチ１１に接触しない部分の長さが比較的長くなる。

即ち、図８に示す通常の（従来の）単一のパンチを用いた成形方法では、成形途上のアルミニウム合金板の、断面高さが低い側のパネル成形面３に相当する板非接触部位３３では、ダイス２２あるいはパンチ１１に接触しない部分の長さが比較的長くなる。図８において、この板非接触部位３３の、ダイス２２あるいはパンチ１１に接触しない部分の長さは、ダイス２２側の成形面２５、２６の肩Ｒ部に当接するＢポイントから、パンチ１１側の成形面１３の肩Ｒ部に当接するＣポイントまでである。

従来において、このＢポイントからＣポイントまでの板非接触部位３３（成形面３相当部分）が、下死点近傍までパンチ１１乃至ダイス２２と接触せずに自由に変形する場合には、この板非接触部位３３は、前記した通り、不均一に引張られることによる肉余りが生じやすくなる。この結果、前記図４や図５で示すように、板非接触部位３３が成形された、断面高さが低い側の成形面３の面（上面）にしわ９ａが生じる。また、その側壁５の面（側面）にも、平面的な成形面２、３の高さが大きく異なることから、材料流入の大きさも急変し、この流入差を解消するためのしわ９ｂが生じる。

（分割パンチの機能）
これに対して、図１、２における、第二のパンチ１５および／または１８は、第一のパンチに対する相対的位置として、プレス下死点での相対的位置に比べて、成形開始時には、ダイス２２側に予め変位させるように、弾性的に支持させている。

このような第二のパンチの構成によって、図１、２における、第二のパンチ１５および／または１８は、プレス成形前半、特にプレス成形開始時に、上記ＢポイントからＣポイントまでの板非接触部位３３（成形面３相当部分）と弾性的に接触をもつ。具体的には、この板非接触部位３３は、パンチ１１本体側の肩Ｒ部Ａ、ダイス２２側の成形面２５、２６の肩Ｒ部に当接するＢポイント、第二のパンチ１５の肩Ｒ部のＥポイント（Ｅ１、Ｅ２のポイント）、第一のパンチ１１側の成形面１３の肩Ｒ部に当接するＣポイント、ダイアール部のＤポイントＤで、金型との接触をもつ。

この結果、前記上記ＢポイントからＣポイントまでの板非接触部位３３（成形面３相当部分）が、下死点近傍まで金型と接触しない長さは、大幅に短くなる。また、上記ＢポイントからＣポイントまでの板非接触部位３３を含めて、プレス成形前半の成形中の板に対して、右上がりに傾いた斜めの矢印で示す方向に、適当な張力が付与される。

このため、上記板非接触部位３３（成形面３相当部分）の自由変形は抑制され、成形中に、この板非接触部位３３が、不均一に引張られたり、かつ、材料流入による肉余りが生じたりすることが抑制される。この効果は、断面高さが低い側の成形面３の面側（上面側）にも、その側壁５の面側（側面側）にも両方発揮される。この結果、前記図４や図５で示したような、断面高さが低い側の成形面３の面（上面）に９ａとして、その側壁５の面（側面）にも９ｂとして、各々発生するしわが抑制される。

（分割パンチの態様）
以上の機能（効果）を発揮するために、第二のパンチ１５は、図１、２のように、パネルを成形する第一の本体パンチ１１の断面高さが低い側の成形面３に相当するパンチ部位１３の面内（上記板非接触部位３３に対応する面内）の一部を分割する形で、第一のパンチ１１から分割する必要がある。

分割パンチの他の態様を示す、図３のように、パンチ部位１３の面内であれば、第二のパンチ１５を、必ずしも段差形成面１４の近傍に設ける必要はなく、段差形成面１４から、ある程度離れたパンチ部位１３の部位を分割しても良い。

これに対して、例えば、図９のように、第一の本体パンチ１１の断面高さが高い側の成形面２に相当するパンチ部位１２の一部を分割して、バネ５１により支持した分割パンチ５０とした場合には、特に上記板非接触部位３３から位置的に外れている。このため、上記板非接触部位３３部分に、第二のパンチ５０が接触せず、この部分の自由変形を防止できない。この結果、後述する実施例の通り、上記分割パンチの機能（効果）が発揮されず、断面高さが低い側の成形面３の面側（上面側）にも、その側壁５の面側（側面側）にも両方、しわ９ａ、９ｂが各々発生しやすくなる。

また、分割パンチ１５の代わりに、図１０のように、ダイス２２側の成形面を分割して、分割ダイス５２とした場合、後述する実施例の通り、上記分割パンチの効果は、断面高さが低い側の成形面３の面側（上面側）には発揮されるものの、その側壁５の面側（側面側）には発揮されず、これら両方に効果を発揮することができない。この結果、この成形面３の面側（上面側）のしわ９ａの発生は抑制されるものの、断面高さが低い側の成形面３の側壁５の面（側面）のしわ９ｂの発生は抑制されない。

なお、この図１０では、ダイス２２側の成形面２４（断面高さが低い側のパネル成形面３に相当する成形面）を分割して、分割ダイス５２とし、バネ５３により弾性的に支持している。

設ける第二のパンチ１５の数や間隔、成形面の大きさなどは、断面高さが低い側のパネル成形面３や、これに相当するパンチ成形面１３の大きさや形状に応じて、上記した機能（効果）が発揮できるように適宜設計する。例えば、図２のパンチ成形面１３が図１よりも大きい乃至長さが長い場合に、図１と同等の張力を成形中の板（特に上記ＢポイントからＣポイントまでの板非接触部位３３）に付与したい場合に、図２のように、設ける第二のパンチ１５の数を増す。また、図２のパンチ成形面１３は図１と同じ大きさ乃至長さだが、パネル形状精度の要求が、図１の場合よりも厳しいなどの場合に、より細かく張力をかけて制御するために、図２のように、設ける第二のパンチ１５の数を増す。

（分割パンチの支持機構）
これら第二のパンチ１５、１８の支持は、各々バネ４０などの弾性体（弾性支持機構）によって、弾性的に行う。このバネ４０による弾性的支持によって、第二のパンチ１５、１８を、第一のパンチ１１に対して別個に変位できるようにすることができる。即ち、成形前半、特に成形開始時の、第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５、１８の相対的な位置を、プレス下死点での第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５、１８の相対的な位置に比べて、ダイス側に予め変位させることができる。この結果、第二のパンチ１５、１８をアルミニウム合金板における断面高さが低い側の成形面部位３３と、弾性的に接触させることができる。

一方、バネ４０による弾性的支持によって、第一のパンチ１１による成形が進むにつれ、第一のパンチ１１とダイス２２との相対的な接近に応じて、第二のパンチ１５、１８に、ダイス２２によって上方から圧縮力を作用させ、第二のパンチ１５、１８を弾性的に下降させる（下方に沈み込ませる）ことができる。このため、プレス下死点では、第二のパンチ１５、１８のダイスに対する相対位置が、プレス成形中に比べて、第一のパンチ１１側の方に移動する。これによって、所定の成形面の高さの差を有する製品形状が得られる。

バネ４０による第二のパンチ１５、１８の弾性的支持によって、成形が進行するにつれて、第二のパンチのダイスに向かう移動を停止させ、ダイスとの間に板を挟持した状態を維持しながら成形することができる。

また、このような弾性的支持の態様は、第二のパンチとバネやダイクッションなどの弾性支持機構（手段）とを組み合わせることで可能であり、比較的単純な金型構成で達成可能であり、設備上好ましい。これに対して、第一のパンチに対して、第二のパンチの変位を独立的に制御するような機構を設けた場合、プレス装置は設備的に複雑になる。

（プレス装置の具体的な態様）
図１、２において、パンチ１１は、ボルスタ上に剛体的に取り付けられる。一方第二のパンチ１５、１８は、前記したバネ４０や、あるいはガススプリングなどの弾性体を介して、ボルスタ２１に結合されており、第二のパンチ１５、１８に上方から圧縮力が作用すれば下方に沈み込む構造となっている。別の態様として、第二のパンチ１５を、前記した通り、複数個設け、各々別個の油圧などの駆動装置を介して、上型に対して、各々別個に進退可能（昇降可能）なように構成しても良い。

上型のダイス２２は、昇降装置に連結されたスライド( 図示しない) に取り付けられている。ダイス２２は、成形品中央の成形面２、３や段差４に各々相当する、２４、２６（成形面２、３に相当）、２５（段差４に相当）などの成形面を各々有している。

また、ダイス２２の最外周部には、下型のブランクホルダー（しわ押さえ部材）２０のしわ押さえ面（上面）２０ａ、２０ａと各々対向する位置に、外枠状のしわ押さえ面（成形品周縁部のフランジ８に相当）２７、２７が形成されている。ブランクホルダー２０は、クッションピン２３により保持されており、プレス装置の下部の油圧機構で発生する上向きの力が、クッションピン２３を介して、ブランクホルダー２０に伝えられ、しわ押さえ力としてブランクを保持するのに使われる。

（成形の具体的な態様）
図１、２を用いて、本発明アルミニウム合金板のプレス成形の具体的な態様を説明する。

図１、２のプレス装置にアルミニウム合金板３０をセットした成形開始前の状態では、板３０の最周縁部３１が、ダイス２２の周辺部に位置するしわ押さえ面２７、２７と、ブランクホルダー２０、２０のしわ押さえ面２０ａ、２０ａとによって、適当なしわ押さえ力で挟持される。このしわ押さえ力は、通常のアルミニウム合金板のプレス成形で用いられる範囲で良い。ここで、ブランクホルダー２０は、アルミニウム合金板３０がセットされる前は、各々クッションピン２３により、上限位置に保持されている。

（成形前半：第二のパンチの作用）
図１、２のように、例えば、ダイス２２が成形の下死点位置より上方６５mmの位置まで下降した状態では、このダイス２２の下降にあわせて、ブランクホルダー２０、２０は、その一部であるしわ押さえ面２０ａ、２０ａと、ダイス２２の周辺に位置するしわ押さえ面２７、２７との協働により、アルミニウム合金板３０を挟持した状態のまま、沈み込む動きをする。

この状態で、第一のパンチ１１の成形開始に引き続き、第二のパンチ１５が前記板非接触部位３３との接触、あるいは成形を開始する。このために、第二のパンチ１５、１８を、できるだけ早いタイミングで、板非接触部位３３への接触あるいは成形を開始すべく、予めダイス２２側に向けて変位させた状態としている。即ち、第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５の相対的な位置を、プレス下死点での第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５の相対的な位置に比べて、ダイス２２側に予め変位させている。

ここで、前記非接触部位を解消して、素材板に与える張力を制御できるとともに、素材板のしわ変形を防止する効果を発揮さえできれば、第二のパンチ１５、１８を、板非接触部位３３へ、単に接触させるか、あるいは積極的にこの部位を成形するかは、適宜選択される。但し、通常のプレス成形条件では、前記非接触部位（前記パネルの下死点近傍まで第一のパンチと接触しない部位）と単に接触するだけではなく、更に進んでこの部位を成形する方が好ましい。この部位を成形する方が、前記非接触部位を解消して、素材板に与える張力を制御するとともに、素材板端部のしわ変形を防止できる効果を発揮しやすいからである。

（第一パンチによる板の成形）
ダイス２２は第一のパンチ１１に向かって引き続き下降し、第一のパンチ１１による板３０の成形が進行する。即ち、第一のパンチ１１の製品形成面１２、１３、１４などが、ダイスの製品形成面２４、２５、２６などとの協働で、板を前記パネル部位２、３、４に成形する。

この際、前記した通り、既に板非接触部位３３と接触乃至板非接触部位３３の成形を開始している第二のパンチ１５、１８によって、第一のパンチ１１により成形される板３０は、パンチ１１本体側の肩Ｒ部Ａ、ダイス２２側の成形面２５、２６の肩Ｒ部に当接するＢポイント、第二のパンチ１５、１８側の成形面１６、１９の肩Ｒ部に当接するＥ１、Ｅ２ポイント、パンチ１１側の成形面１３の肩Ｒ部に当接するＣポイント、ダイアール部のＤポイントで、金型との接触をもち、拘束される。

これによって、第一のパンチ１１が、ダイス２２との協働で、アルミニウム合金板３０を成形する際に、板非接触部位３３に対し、金型から張力を与えて拘束しながら成形することが可能となる。このため、本発明が対象とするオイルパンなど、前記した図４、５などのように、パネル上部に平面的な成形面２、３を有し、かつ、これら成形面２、３の断面高さが急変するような段差部４を有する自動車部品やメンバー部品をアルミニウム合金板からプレス成形する場合でも、前記自由変形部位を解消して、この板（成形中のパネル）の領域全般に亙って、張力を作用させることができる。

この結果、成形の比較的初期から発生するしわに対しても、抑制効果を発揮でき、前記した図４、５などで示した、成形面３の面のしわ９ａ、また、側壁５の面のしわ９ｂの発生を各々防止できる。また、パンチから素材板に加わる成形荷重は、第一のパンチ１１の成形面１２に加えて、第二のパンチ１５、１８側の成形面１６、１９からも伝わり、金型の肩部Ａ、Ｆなどでの板部位の応力集中が緩和され、破断を防止できる。

（成形後半：成形下死点近傍）
上記した状態以降で、引き続き、ダイス２２が第一パンチ１１に向かって、成形下死点から３２ｍｍ上方の位置まで移動（下降）した場合を説明する。この状態では、第二のパンチ１５、１８によるしわ抑制作用、即ち、第二パンチ１５、１８による板非接触部位３３への接触あるいは成形の機能は、接触あるいは成形の進行とともに増大する。そして、ダイス２２の成形面２６と、第二のパンチ１５、１８の成形面１６、１９とが、板非接触部位３３を隙間なく挟持する位置で最大となる。

しかし、この機能は、これ以降の成形工程で、さらに増大させる必要は無く、それ以降はほぼ同程度で良い。即ち、上記第一のパンチ１１が、ダイス２２に向かって３２ｍｍまで相対的に移動（上昇）した状態より以降は、同程度の張力を与えるだけでよい。前記した通り、成形面３の上面のしわ９ａ、また、側壁５の側面のしわ９ｂが発生するか否かは、第一のパンチ１１による上記成形工程の前半で決まる。

（第二のパンチの下降）
一方、本発明では、この成形工程の後半では、成形品製品の最終形状を得るために、成形が進行してダイス２２が下死点に近づくにつれて、第二のパンチ１５、１８を弾性的に下降させる。この弾性的な下降自体は、第一のパンチ１１とダイス２２との相対的な接近に応じて、ダイス２２によって、第二のパンチ１５、１８に上方から圧縮力を作用させれば可能である。即ち、第二のパンチ１５、１８を支持するバネ４０が、ダイス２２の上方からの圧縮力によって縮み、第二のパンチ１５、１８を弾性的に下降させる（下方に沈み込ませる）ことができる。

第二のパンチ１５、１８の弾性的な下降によって、プレス下死点では、第二のパンチ１５、１８のダイスに対する相対位置が、プレス成形中に比べて、第一のパンチ１１側の方に移動する。最終的には、第二のパンチ１５、１８は、下方へ降下しきった位置で停止し、製品形状と同じ段差を形成しつつ、パネルへの成形を終了させる。これによって、第二のパンチの作用により、プレス成形中の成形金型の形状が、最終製品形状と違っているにもかかわらず、最終製品形状パネルを精度よくプレス成形できる。

以上のように成形されたパネル成形品は、部分的な成形や、トリミング加工されるなどして、オイルパンなどの自動車部品やメンバー部品パネルに仕上げられる。

本発明では、以上説明したように、パネル成形時のしわ発生防止と割れ発生防止とを両立させることができる。この結果、本発明によれば、オイルパンなどの自動車部品やメンバー部品など、成形が難しい形状の大型パネルであっても、成形が可能となる。

（アルミニウム合金）
本発明で用いるアルミニウム合金は、剛性、強度、成形性、耐食性など、パネル用途の要求特性に応じた、ＡＡ乃至ＪＩＳ規格に規定される乃至含まれる、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系などから選択されるアルミニウム合金材料が適宜選択される。

以下に、本発明の実施例を説明する。ＡＡ５１８２−Ｏ材のアルミニウム合金板を、図４に示した形状のオイルパン１ａに絞り成形した。そして、成形品のしわ発生状況を調査した。

このアルミニウム合金板の０．２％耐力は１３０ＭＰａ、引張強さは２５０ＭＰａ、伸びは３０％、板厚は１．０ｍｍとした。また、成形した、オイルパン１ａの各部の形状、寸法は図６（ａ）、（ｂ）に示す通りとした。図６で表示している数値の単位はｍｍである。

発明例で使用したプレス装置はパンチを分割したプレス装置１０（単動型メカニカルプレス機）を用い、発明例１は図１、発明例２は図３のプレス装置を各々用いた。また、比較例１は図８の従来の一体パンチによるプレス装置を用いた。比較例２は図１０のプレス装置を用いた。比較例３は図９のプレス装置を用いた。材料と金型間の潤滑には、市販の洗浄防錆油（粘度３．９ｃＳｔ）を用い、成形速度は５ｓｐｍとし、しわ押さえ力は２００ｋＮとした。

発明例の成形方法は、前記した段落００６７〜００７９の具体的な態様とした。ここで、第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５の相対的な位置を、プレス下死点での第一のパンチ１１に対する第二のパンチ１５の相対的な位置に比べて、ダイス２２側に予め７０ｍｍだけ変位させた。これによって、第一のパンチ１１による素材板の成形に引き続き、第二のパンチ１５を、板非接触部位３３への接触あるいは成形を開始すべく、予め浮かせた状態とした。

成形品のしわ発生の評価は、成形面３の上面のしわ９ａ、また、側壁５の側面のしわ９ｂの両方に対して、発生状況を各々目視にて評点し、各成形試験５回の平均評点数が高いものを良品とした。上面のしわ９ａの評点は、重なりしわが複数発生の場合を１点、重なりしわが１本発生のみの場合を３点、重なりしわが発生していない場合を５点とした。側面のしわ９ｂの評点は、重なりしわが１本でも発生の場合を１点、深さ５ｍｍ以上のしわが発生の場合を２点、深さ５ｍｍ以下、３ｍｍｍを超えるしわが発生の場合を３点、深さ３ｍｍ以下のしわが発生の場合を４点、いずれのしわも無い場合を５点とした。

図７に示す通り、発明例１、２では、上面のしわ９ａの評点が５であり、しわが発生しておらず、側面のしわ９ｂも評点が３であり、しわが深さ５ｍｍ以下に抑制されている。

これに対して、比較例３は上面のしわ９ａの評点が３であり、重なりしわが発生している。比較例１は上面のしわ９ａ、側面のしわ９ｂともに、評点が１であり、この両方の面にしわが発生している。比較例２は上面のしわ９ａの評点が１であり、特に側面のしわ９ｂが発生している。

なお、成形品の割れも各々目視にて評価した結果、発明例、比較例ともに割れは発生していなかった。これらの実施例から、本発明成形方法の、難成形パネルを成形するに際してのしわを抑制する効果が裏付けられる。

本発明によれば、以上説明したように、パネル成形時のしわ発生防止と割れ発生防止とを両立させることができる。この結果、オイルパンなどの自動車部品やメンバー部品など、成形が難しい形状の大型パネルであっても、成形が可能となる。このため、自動車部品やメンバー部品用途に、成形素材としてのアルミニウム合金板の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。

本発明の一態様を示すプレス装置の断面図である。 本発明の他の態様を示すプレス装置の断面図である。 本発明のパンチ分割の他の態様を示すパンチの断面図である。 オイルパンの一態様を示す斜視図である。 他の自動車部品の一態様を示す斜視図である。 成形試験したオイルパンの形状を示す斜視図である。 成形試験した各オイルパン例のしわ発生の評点を示す斜視図である。 従来の成形方法の一態様を示すプレス装置の断面図である。 パンチ分割の他の態様である比較例を示すパンチの断面図である。 パンチ分割の他の態様である比較例を示すパンチの断面図である。 従来の成形方法を示すプレス装置の部分断面図である。

符号の説明

１：オイルパン、２、３：成形面上面、４：段差部、
５、６、７：側壁（縦壁）、８：フランジ、９：しわ、１０：プレス装置、
１１：第一のパンチ、１２、１３、１４、１７：パンチ成形面、
１５、１８、５０、５２：第二のパンチ、１６、１９：第二のパンチ成形面、
４０、５１、５３：バネ、２０：ブランクホルダー、２１：ボルスタ、
２２：ダイス、２３：クッションピン、２４、２５、２６：ダイス成形面、
３０：板、３１：板の最周縁部、３２〜３７：板の成形面、

Claims (4)

1. 上部の平面的な成形面同士の断面高さが急変する段差部を有する成形品パネルに、アルミニウム合金板をプレス成形する方法であって、パネルを成形する第一のパンチの前記平面的な成形面のうちの断面高さが低い側の成形面に相当するパンチ部位の一部を、第二のパンチに分割して、この第二のパンチを第一のパンチに対して別個に変位できるように弾性的に支持し、ダイス外周に設けられたしわ押さえ面と、それに相対して設けられたブランクホルダーにより、アルミニウム合金板の外周部を挟持した上で、第一のパンチとダイスとを相対的に移動させて、アルミニウム合金板をプレス成形するに際し、プレス成形開始時には、第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置を、プレス下死点での第一のパンチに対する第二のパンチの相対的な位置に比べて、予めダイス側に変位させて、第二のパンチをアルミニウム合金板における前記断面高さが低い側の成形面部位と接触させる一方、第一のパンチによる成形が進むにつれて、第一のパンチとダイスとの相対的な接近によるダイスの圧縮力を作用させて、第二のパンチを弾性的に下降させることを特徴とするアルミニウム合金板のプレス成形方法。
2. 前記成形品パネルが自動車のメンバー部品である請求項１に記載のアルミニウム合金板のプレス成形方法。
3. 前記自動車のメンバー部品がオイルパンである請求項２に記載のアルミニウム合金板のプレス成形方法。
4. 請求項１から３のいずれかのアルミニウム合金板のプレス成形方法に用いるプレス成形装置であって、ダイス外周に設けられたしわ押さえ面と、それに相対して設けられたブランクホルダーにより板の外周部を挟持した上で、パンチとダイスとを相対的に移動させて板をプレス成形するものであり、第一のパンチの前記平面的な成形面のうちの断面高さが低い側の成形面に相当するパンチ部位の一部を、第二のパンチに分割して、この第二のパンチを第一のパンチに対して別個に変位できるように弾性的に支持したことを特徴とするアルミニウム合金板のプレス成形装置。

Images