JP2014039957A

JP2014039957A - フランジ付き成形部材のプレス加工方法及びそれに用いる曲げ工具

Info

Publication number: JP2014039957A
Application number: JP2013147241A
Authority: JP
Inventors: Katsunari Norita; 克哉乘田; Norimasa Miura; 教昌三浦; Kenta Funamoto; 健太船元
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2014-03-06
Also published as: WO2014017436A1

Abstract

【課題】凹側に湾曲した曲げ線に沿って曲げ加工してフランジ成形するフランジ付き成形部材のプレス加工において、フランジの湾曲部分に伸びフランジ変形に伴って起こる加工割れを抑制する。
【解決手段】フランジの湾曲部を成形するための部分に、フランジの直線部を成形するための部分よりもブランクへの押当方向に沿って後退された逃げ部が設けられている曲げ工具を用いてプレス加工することにより、曲げ加工中に湾曲部が曲げ工具と接触するタイミングを直線部よりも遅くして、湾曲部へひずみを蓄積させず分散させて伸びフランジ割れを防ぐ。
【選択図】図３

Description

本発明は、プレス加工機を用いた曲げ加工によりフランジ付き部材を成形する場合において、曲げ部を形成するための曲げ工具の一部であってフランジの湾曲部を成形する部分（Ｒ部）に逃げ部を設けた曲げ工具を用いることにより、フランジ付き成形部材のフランジの特に湾曲部に発生しがちな伸びフランジ割れを防止できるプレス加工方法を提供する。

プレス成形による曲げ加工によってフランジ付き部材を成形する場合において、曲げ線が直線であれば加工によるフランジ部の板厚減少が起こらないので、フランジ部が加工割れを起こすことは少ない。しかし、曲げ線が曲線である場合、曲げ線の形状によってフランジ部の変形状態が異なる。たとえば、曲げ線の湾曲が凹型である場合はフランジが引張変形を受ける、いわゆる「伸びフランジ変形」が起こる。一方で、曲げ線の湾曲が凸型である場合はフランジが圧縮変形を受ける、いわゆる「縮みフランジ変形」が起こる。そして、前者の場合は曲げ加工中にフランジに引張応力が作用することから、凹状に湾曲した曲げ線の中央部にあたるフランジは引張応力により板厚減少が起こる。板厚減少が著しい場合には、フランジ端に「伸びフランジ割れ」と呼ばれる加工割れが起きてしまうことがある。

このような伸びフランジ割れを防止するため、これまで加工速度や加工工具の形状の最適化等をはじめとする曲げ加工条件の工夫が多々行われてきた。加工前の素板の形状を工夫することも行われてきた。加工前の素板はブランクと呼ばれることもある。特許文献１は、ブランクの形状を工夫する技術の一例である。特許文献１の技術は、従来のプレス加工機を用いるが、曲げ加工後に曲げ線の湾曲部のフランジとなる部分のブランクの形状に工夫を加え、ブランクの外周縁の形状を所定の範囲内に形成するものである。すなわち、特許文献１には、ブランクの形状を工夫することで、引張の応力集中を分散させて伸びフランジ割れを抑制する発明が開示されている。

特開２００９−１６０６５５号公報

曲げ線が凹型に湾曲しているフランジを持つフランジ付き成形部材をプレス加工により製造する場合、曲げ加工中のフランジには、いわゆる「伸びフランジ変形」が起こる。板厚減少が著しい場合には、フランジ端に「伸びフランジ割れ」と呼ばれる加工割れが起きてしまうことがある。
特許文献１の発明は、曲げ線の湾曲部のＲが小さいときや、大きなフランジ高さＨが必要な場合に、実現可能な外周縁の幅△Ｈを導出できないなどの問題がある。そのため、特許文献１の発明は、曲げ線の湾曲部のＲが小さいときや、大きなフランジ高さＨが必要な場合に、伸びフランジ割れを解決することはできない。

本発明は、プレス加工機を用いながら、ブランクの形状についても特殊な形状のものを準備する必要がなく、曲げ加工に用いる工具の形状に工夫をすることにより伸びフランジ割れを防止できるフランジ付き成形部材の加工方法及び曲げ工具を提供する。

本発明に係るフランジ付き成形部材のプレス加工方法は、曲げ工具を用いて凹型に湾曲した曲げ線に沿ってブランクを曲げ加工して、直線部と湾曲部とを含むフランジを成形することを含むフランジ付き成形部材のプレス加工方法であって、前記曲げ工具は、前記湾曲部を成形するための部分に、前記直線部を成形するための部分よりも前記ブランクへの押当方向に沿って後退された逃げ部が設けられている。

また、本発明に係る曲げ工具は、凹型に湾曲した曲げ線に沿ってブランクを曲げ加工して、直線部と湾曲部とを含むフランジを成形するためのフランジ付き成形部材のプレス加工に用いる曲げ工具であって、前記湾曲部を成形するための部分に、前記直線部を成形するための部分よりも前記ブランクへの押当方向に沿って後退された逃げ部が設けられている。

逃げ部を設けた曲げ工具を用いることにより、フランジの湾曲部はフランジの直線部より遅れて曲げ工具と接触することになる。これにより、湾曲部に蓄積されるひずみが減少し、フランジの湾曲部が伸びフランジ割れを起こすことが抑制される。

パンチとダイの協動により曲げ加工を行う場合の一般的な工程の模式図である。曲げ加工前のブランクと、曲げ加工により伸びフランジを成形した部材の模式図である。本発明のフランジ付き成形部材の加工方法に用いるパンチの特徴を図示する模式図である。本発明の特徴を有したパンチの図面であり、実施例で実際に用いたパンチ形状である。曲げ加工前のブランクと、曲げ加工後における曲げ線と、フランジの湾曲部及び直線部とを説明する模式図である。同一形状のブランクから、従来のパンチと逃げ部を設けたパンチの条件で加工シミュレーションを行い、湾曲部のフランジにおける板厚減少率を予測した例である。最大板厚減少率とフランジ曲げ長さの関係を示したグラフであり、実施例の加工結果である。曲げ長さ１５ｍｍにおける加工部の実写真である。

本発明のフランジ付き成形部材の加工方法は、プレス加工機を用い、パンチとダイの協動によってブランクの外周部を曲げ線に沿って曲げる加工を行うことによりフランジを成形する点は、一般的な伸びフランジ加工と共通である。図１を用いて、パンチとダイの協動を説明する。なお、本発明の曲げ工具は、プレス加工機のパンチにより構成される。本発明の加工方法では、ブランク１をダイ２の平坦部の上に載置する。このとき、曲げ加工後に平坦部となる部分１ａをダイ２及び押え３で挟み込んで固定するとともに、曲げ加工後にフランジとなる部分１ｂをダイ２及び押え３からはみ出るように配置する（図１（ａ）参照）。続いて、パンチ４を下方に移動させて部分１ｂをダイ２に沿って曲げ加工することにより、フランジ５を成形する（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。

なお、ブランク１の部分１ａと部分１ｂとの境界線を曲げ線と呼ぶ。また、図１ではパンチ４を下方に移動させることによりフランジ５を成形するように示しているが、これとは逆にパンチ４を固定し、ダイ２、ブランク１及び押え３を一体として上方に移動させることによりフランジ５を成形しても構わない。

図２は、フランジ付き成形部材の平坦部７から見て曲げ線６が凹に湾曲している場合を示す。すなわち、曲げ線６は直線でない。この場合の変形は、曲げ加工中にフランジ５に引張応力が作用する「伸びフランジ変形」となるため、フランジ５に板厚減少が起こりやすい。その結果、もっともひずみが集中しやすい曲げ線の凹湾曲部のフランジ端に伸びフランジ割れ８が起こることが多い。

そこで本発明のフランジ付き成形部材の加工方法では、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、曲げ線６の凹湾曲部のフランジ５（湾曲部）を成形する部分（Ｒ部）に逃げ部９を設けたパンチ４（曲げ工具）を用いる。パンチ４の外形を図３及び図４により説明する。なお、パンチ４に設けた逃げ部９を見やすくするため、図３では、パンチ４の下面図（図３の上段）と、パンチ４の側面図（図３の下段）とを示している。また、図４では、パンチ４のＲ部の下面図と（図４の左側）と、線Ａ−Ａに沿うパンチ４の断面図（図４の右側）とを示している。

図３（ａ）及び図４（ａ）は、本発明の対象とならない、従来のパンチの外形を示している。従来のパンチ４は、パンチ４が下方に移動したとき、パンチ４とブランク１が最初に接触する先端部に、ある曲率Ｒｐを持つことが一般的である。通常のＲｐは、２〜１０ｍｍ程度である。

図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、本発明のフランジ付き成形部材の加工方法に用いるパンチ４の外形を示している。本発明のフランジ付き成形部材の加工方法に用いるパンチ４は、曲げ線６の凹湾曲部に対応するフランジ５の湾曲部５Ｗ（図５（ｂ）参照）を成形する部分（Ｒ部）に、逃げ部９が設けられていることを特徴としている。逃げ部９は、他の部分によりもブランク１への押当方向に沿って後退された窪み（凹部）である。この逃げ部９は、後に説明するようにフランジ５の直線部５Ｌ（図５（ｂ）参照）を形成する直線部１０がブランク１に押し当てられた後に、湾曲部５Ｗ（図５（ｂ）参照）を形成する部分（Ｒ部）がブランク１に押し当てられるようにするためのものである。すなわち、本発明の加工方法に用いるパンチ４は、フランジ５の直線部５Ｌ（図５（ｂ）参照）を成形するための直線部１０の高さと、フランジ５の湾曲部５Ｗ（図５（ｂ）参照）を成形するための部分の高さが異なる（具体的には、フランジ５の湾曲部５Ｗを成形するための部分の高さが、フランジ５の直線部５Ｌを成形するための直線部１０の高さより低くされている）。この逃げ部９は、逃げ部の幅Ｗと、逃げ部９の斜め角度θによって特徴づけられる。逃げ部９の両側には、直線部１０が続いている。また、斜め角度θを持つ逃げ部９の肩１１の上下には、従来のパンチ４と同様に、ある曲率Ｒｐ_１の部分、及びある曲率Ｒｐ_２の部分を持っていても差し支えない。また、パンチ４の厚さｔも、特別に配慮した厚さにする必要はなく従来のパンチ４と同様で差し支えない。

本発明のフランジ付き成形部材の加工方法は、プレス加工機と、前記した逃げ部９を設けたパンチ４を用い、パンチ４及びダイ２の協動によってブランク１の外周部を曲げ線に沿って曲げる加工を行うことによりフランジ５を成形する加工方法である。すなわち、本発明の加工方法では、図１において、逃げ部９を設けたパンチ４を用いるとともに、ブランク１をダイ２の平坦部の上に載置する。このとき、曲げ加工後に平坦部となる部分１ａをダイ２と押え３で挟み込んで固定するとともに、曲げ加工後にフランジとなる部分１ｂをダイ２と押え３からはみ出るように配置する。続いて、前記した逃げ部９を設けたパンチ４を下方に移動させて部分１ｂをダイ２に沿って曲げ加工することにより、フランジ５を成形する。

前記した逃げ部９を設けたパンチ４を用いることにより、曲げ線６の凹湾曲部のフランジ端に伸びフランジ割れが発生することを抑制できる理由を、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、曲げ加工前のブランク１を示しており、図５（ｂ）は、曲げ加工後によりフランジ５が成形された部材を示している。破線は曲げ線６を示しており、この曲げ線６は、フランジ付き成形部材の平坦部から見て凹型に湾曲している湾曲部６Ｗと、その両側に続いている直線部６Ｌに分割できる。このとき、曲げ線６の湾曲部６Ｗのダイ湾曲部幅をＷ_０と表記する。Ｗ_０は、湾曲部６Ｗの両端であって、湾曲部６Ｗと直線部６Ｌとの接点でもある２点の間を結ぶ線分の長さである。
そして、ブランク１の曲げ線６よりも外縁側の部分は、凹型に湾曲している湾曲部６Ｗとその両側に続いている直線部６Ｌとに対応して、フランジ５の湾曲部５Ｗ（図５（ｂ）参照）となる部分１ｂＷとフランジ５の直線部５Ｌ（図５（ｂ）参照）となる部分１ｂＬとに分割できる。

前記した逃げ部９を設けたパンチ４を図５（ａ）に示す曲げ加工前のブランク１に押し当ててブランク１を曲げ加工することにより、図５（ｂ）に示すように曲げ線６が凹型に湾曲したフランジ付き成形部材が成形される。このようにして成形されたフランジ５は、図５（ｂ）に示すように、湾曲部５Ｗと、その両側に続いている直線部５Ｌに分割できる。パンチ４をブランク５に押し当ててブランク５を曲げ加工する時には、まず、パンチ４の直線部１０がブランクの部分１ｂＬと接触して部分１ｂＬを曲げ加工する。しかし、そのときフランジ５の湾曲部５Ｗとなる部分１ｂＷは、まだ前記した逃げ部９を設けたパンチ４とは接触しない。これは、フランジ５の湾曲部５Ｗとなる部分１ｂＷに接触するパンチ４のＲ部に逃げ部９が設けてあるためである。さらにパンチ４が下降を続けて逃げ部９を通り越すと、フランジ５の湾曲部５Ｗとなる部分１ｂＷがパンチ４の縦壁部１２と接触して、部分１ｂＷも曲げ加工を受けることになる。

このように、本発明のフランジ付き成形部材の加工方法では、フランジ５の湾曲部５Ｗとなる部分１ｂＷは、フランジ５の直線部５Ｌとなる部分１ｂＬの曲げ加工が開始した時点ではパンチ４と接触していない。そのため、部分１ｂＬの曲げ加工に起因する引張応力が部分１ｂＷに及んでも、パンチ４が部分１ｂＷに接触していないので、部分１ｂＷにおいて自由に材料流動が起こり、ひずみが分散する。それにより、パンチ４が下降を続けて部分１ｂＷが縦壁部１２と接触するまでに蓄積されるひずみや板厚減少が小さくて済む。このため、曲げ加工が終わって湾曲部５Ｗが形成された時点で伸びフランジ割れ８に至ることが抑制される。

本発明のフランジ付き成形部材のプレス加工方法の有効性を検証するため、ブランク１の機械的特性や、パンチ４やダイ２の外形形状をもとにして加工シミュレーションを行った。
＜ブランクの条件＞
厚さ２．０ｍｍ、
引張強さ５２０Ｎ/ｍｍ^２のフェライト系ステンレス鋼板、
ブランクの湾曲部６Ｗのダイ湾曲部幅Ｗ_０２５．０ｍｍ、
＜逃げ部を持つパンチの条件＞
逃げ部の幅Ｗ３５ｍｍ
逃げ部の斜め角度θ ４５°
パンチの高さ（直線部）ｔ５０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ１６．０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ２２．０ｍｍ
＜従来パンチの条件＞
パンチの高さｔ５０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ６．０ｍｍ
＜曲げ加工条件＞
曲げ加工高さＨ２０ｍｍ

図５に、加工シミュレーションの結果の一例を示す。曲げ加工を行う工具として、従来の逃げ部９を持たないパンチ４を用いた場合（ｂ）は、最大板厚減少率が４５％を超える結果となった。一方、逃げ部９を設けたパンチ４を用いた場合（ｃ）は、３５％超えの板厚減少率にとどまった。このことから、本発明のフランジ付き成形部材のプレス加工方法は、伸びフランジ変形割れが懸念される部位の加工割れ抑制に有効であると考えられる。

また、図４に示す形状のパンチ４を用いて下記の条件にてプレス加工を実際に行った。
＜ブランクの条件＞
引張強さ５２０Ｎ/ｍｍ^２のフェライト系ステンレス鋼板
厚さ２．０ｍｍ、
ブランクの湾曲部６Ｗのダイ湾曲部幅Ｗ_０２５．０ｍｍ、
＜逃げ部を持つパンチの条件＞
逃げ部の幅Ｗ３５．０ｍｍ
逃げ部の斜め角度θ ４５°
逃げ部の高さｈ１２０ｍｍ
逃げ部の長さｈ２２０ｍｍ
パンチの高さ（直線部）ｔ５０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ１（逃げ部）３．０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ２（逃げ部）６．０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ３（直線部）６．０ｍｍ
＜従来パンチの条件＞
パンチの高さｔ５０ｍｍ
パンチ肩のＲｐ６．０ｍｍ
＜曲げ加工条件＞
曲げ加工高さＨ１０〜１７．５ｍｍ

図７及び図８に、プレス加工の結果を示す。曲げ加工を行う工具として、従来の逃げ部を持たないパンチを用いた場合は、フランジ曲げ長さが１２．５ｍｍよりも長くなると割れが発生した。一方、逃げ部９を設けたパンチ４を用いた場合は、フランジ曲げ長さ１７．５ｍｍで加工した場合でも３３％の板厚減少率にとどまった。このことから、本発明のフランジ付き成形部材のプレス加工方法は、板厚減少率を低減させることができ、伸びフランジ変形割れが懸念される部位の加工割れ抑制に有効であることが確認された。

本発明のフランジ付き成形部材のプレス加工方法は、曲げ線が凹型に湾曲している曲げ加工を行うと伸びフランジ変形によりフランジの湾曲部が伸びフランジ割れを起こしてしまう場合に、従来の曲げ工具に代えて、逃げ部９を設けた曲げ工具を用いるだけで伸びフランジ割れを抑制できる。そのため、通常のプレス加工機を用いながら、材料が難加工材であったり、加工難易度が高い形状の伸びフランジ変形であったりしても加工可能となる。

１ブランク
１ａブランクのうち曲げ加工後に平坦部となる部分
１ｂブランクのうち曲げ加工後にフランジとなる部分
１ｂＷ１ｂのうち曲げ加工後に湾曲部のフランジとなる部分
１ｂＬ１ｂのうち曲げ加工後に直線部のフランジとなる部分
２ダイ
３押え
４パンチ
５フランジ
６曲げ線
６Ｗ曲げ線のうち凹型に湾曲している部分
６Ｌ曲げ線のうち直線の部分
７フランジ付き成形部材の平坦部
８曲げ線の凹湾曲部に対応するフランジ端に発生した伸びフランジ割れ
９パンチの逃げ部
１０パンチの直線部
１１パンチの逃げ部の肩
１２パンチの縦壁部

Claims

曲げ工具を用いて凹型に湾曲した曲げ線に沿ってブランクを曲げ加工して、直線部と湾曲部とを含むフランジを成形することを含むフランジ付き成形部材のプレス加工方法であって、
前記曲げ工具は、
前記湾曲部を成形するための部分に、前記直線部を成形するための部分よりも前記ブランクへの押当方向に沿って後退された逃げ部が設けられている、
フランジ付き成形部材のプレス加工方法。
凹型に湾曲した曲げ線に沿ってブランクを曲げ加工して、直線部と湾曲部とを含むフランジを成形するためのフランジ付き成形部材のプレス加工に用いる曲げ工具であって、
前記湾曲部を成形するための部分に、前記直線部を成形するための部分よりも前記ブランクへの押当方向に沿って後退された逃げ部が設けられている、
フランジ付き成形部材のプレス加工に用いる曲げ工具。