JP2015042414A - 曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法およびその方法で製造した多角形閉断面構造部品 - Google Patents

曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法およびその方法で製造した多角形閉断面構造部品 Download PDF

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Abstract

【課題】曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品を1枚の金属板からプレス成型する技術を提供する。【解決手段】多角形閉断面構造部品が前記最内方に位置する稜線2dの位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線およびそれに沿って延在するフランジ部2eを有するように展開された断面形状で、前記部品の多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有し、各角部に対応する各稜線が前記部品の対応する稜線の曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つ樋状の前工程品をプレス成形し、次いで、前記前工程品をその複数本の稜線のうち何れか1本以上の位置で断面方向に内向きに変形するようにプレス成形して、前記最内方に位置する稜線2d同士および前記フランジ同士2eを突き合わせる。【選択図】図2

Description

本発明は、自動車や家庭用電気器具等に用いられる、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法およびその方法で製造した多角形閉断面構造部品に関するものである。
自動車や家庭用電気器具等の分野においては、2つの部品を別個に成形した後に、当該部品を接合して閉断面構造化した部品が知られている。また従来から、長手方向に沿った曲がり形状を有する閉断面構造部品を製造する方法として、ハイドロフォーミングやロールフォーミングが知られている。特許文献には、以下の方法が開示されている。
従来のハイドロフォーム技術では加工液を注入する前に全ての周縁部を溶接する必要があったが、特許文献1には、2枚以上の金属板の全ての周縁部を重ね合わせ溶接することなく、膨出加工におけるシール性に優れ、深絞り成形品を得ることができ、かつ複数部品を同時に成形できる生産効率に優れたハイドロフォーム加工装置、ハイドロフォーム加工方法およびハイドロフォーム加工製品が開示されている。
特許文献2には、帯板を多段の成形ローラで略閉断面に成形するロールフォーミング工程と、突き合わせ部をカシメ用ローラでカシメ接合する工程と、得られた閉断面長尺材を帯板の移動方向に沿って多数の曲げローラで湾曲化する工程とからなる閉断面湾曲長尺材の製造方法が開示されている。
特許文献3には、1枚の素材から、閉断面形状の途中にねじれを有するプレス成形品を得ることを可能とし、軽量かつ高剛性のねじれ部を有する高品質の閉断面プレス成形品を低コストで提供する技術が開示されている。
そして特許文献4には、曲がり形状を持つ折り目を付けた2枚の鋼板を両側端のフランジ部で互いに接合し、フランジ部同士を近づけるように変形させることで、長手方向に沿った曲がり形状を有する閉断面構造部品をプレス成形で製造する技術が開示されている。
特開2008−119723号公報 特開2000−263169号公報 特開2003−311329号公報 特開2011−062713号公報
しかしながら、特許文献1に示されたハイドロフォーミングによる成形方法や、特許文献2に示されたロールフォーミングによる成形方法は、プレス成形と比較して生産速度が遅く、設備コストが高いという問題がある。また、特許文献3に示されたプレス成形方法は、縦壁部に曲面を有する形状の部品の場合に、端面での突合せが困難になるという問題がある。そして、特許文献4に示された方法は、プレス成形した2枚の鋼板のフランジ部同士を溶接接合する必要があるため、軽量化に限界があるという問題がある。
上述したように、従来技術では低コスト化かつ成形品の軽量化に課題がある。それゆえ本発明は、前記従来技術の課題を有利に解決し、プレス成形のみで低コストでありかつ成形品の軽量化が可能である、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法およびその方法で製造した多角形閉断面構造部品を提供することを目的とする。
本発明者は、フランジ部の最小化による成形品の軽量化を図るため、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品を1枚の金属板から成形する方法を検討した結果、部品形状の多角形閉断面の各角部に対応する各稜線における、部品形状の長手方向に沿った曲がり形状の曲率半径と等しい曲率半径を持つ、長手方向に沿った曲がり形状の前工程品形状を設定し、その前工程品形状をプレス成形によって断面方向に縮小させて部品形状に成形しようとすると、前工程品形状の曲がり形状の半径方向内方に位置する稜線の線長よりも、部品形状の対応する稜線の線長が短くなるため、板材に余りが生じて部品形状に皺が発生するところ、部品形状と前工程品形状とにおいて各稜線の線長差が生じないか部品形状の方が各稜線の線長が長くなるように前工程品形状の長手方向に沿った曲がり形状の曲率半径を設定すれば、皺を発生させずに上記長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品をプレス成形で製造できるという知見を得た。
上述の点に鑑みて前記目的を達成する、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法は、
1枚の金属板から、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造の部品であって、前記多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有するとともに、それらの稜線のうち当該部品の長手方向に沿った曲がり形状の半径方向最内方に位置する稜線に沿ってその稜線を含む平面に平行に延在するフランジ部を有する部品を製造するに際し、
先ず、前記金属板から、前記部品が前記最内方に位置する稜線の位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線およびそれに沿って延在するフランジ部を有するように展開された断面形状で、前記部品の多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有し、各角部に対応する各稜線が前記部品の対応する稜線と同じかそれよりも短い長さを持つようにその対応する稜線の曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つ、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品をプレス成形し、
次いで、前記前工程品をその複数本の稜線のうち何れか1本以上の位置で断面方向に内向きに変形するようにプレス成形して、前記最内方に位置する稜線同士および前記フランジ部同士を突き合わせることを特徴とするものである。
なお、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法においては、前記前工程品の前記複数本の稜線のうち何れか1本以上にその稜線に沿って、前記前工程品がその稜線の位置で断面方向に内向きに変形し易いように溝形断面形状の折線をプレス成形するようにしてもよく、このようにすれば、前工程品がその稜線の位置で確実に断面方向に内向きに変形するので、前工程品から部品を高精度にプレス成形することができる。
そして、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品は、上述した本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法によって製造することを特徴とするものである。
本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法にあっては、1枚の金属板から、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造の部品であって、前記多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有するとともに、それらの稜線のうち当該部品の長手方向に沿った曲がり形状の半径方向最内方に位置する稜線に沿ってその稜線を含む平面に平行に延在するフランジ部を有する部品を製造するに際し、先ず、その金属板から、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品をプレス成形し、この前工程品は、前記部品が前記最内方に位置する稜線の位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線およびそれに沿って延在するフランジ部を有するように展開された断面形状で、前記部品の多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有し、各角部に対応する各稜線が前記部品の対応する稜線と同じかそれよりも短い長さを持つようにその対応する稜線の曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つものとする。次いで、その前工程品をその複数本の稜線のうち何れか1本以上の位置で断面方向に内向きに変形するようにプレス成形して、最内方に位置する稜線同士およびそれらの稜線に沿って延在するフランジ同士を突き合わせる。
従って、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法および、その方法で製造した本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品によれば、1枚の金属板からプレス成形で形成することができるので低コストであり、また、フランジ部が部品の曲がり形状の内側だけで済むので部品の軽量化に寄与することができ、しかも前工程品から部品をプレス成型する際に各稜線の線長差が生じないか部品形状の方が各稜線の線長が長くなるようにするので、部品形状への皺の発生を防止することができる。
(a),(b)は、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法の一実施形態において製造する閉断面構造部品を示す側面図および、その側面図中のA−A線に沿う断面図である。 (a),(b)は、上記実施形態の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品を示す側面図および、その側面図中のB−B線に沿う断面図である。 図2に示す前工程品を拡大して示す断面図である。 (a),(b)は、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法の他の一実施形態において製造する前工程品およびその前工程品から製造した閉断面構造部品を示す斜視図である。 (a),(b)は、上記実施形態の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品およびその前工程品から閉断面構造部品を製造するプレス型を示す斜視図である。 (a),(b)は、比較例の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品およびその前工程品から製造した閉断面構造部品を示す斜視図である。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1(a)は、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法の一実施形態において製造する閉断面構造部品を示す側面図、そして図1(b)は、その側面図中のA−A線に沿う断面図であり、また図2(a)は、上記実施形態の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品を示す側面図、そして図2(b)は、その側面図中のB−B線に沿う断面図である。
この実施形態の方法では、1枚の鋼板から、図1(a),(b)に示す如き、四角形閉断面構造の角筒状の部品1を製造する。この部品1は、その部品1の長手方向に沿った曲がり形状を有し、その四角形閉断面の角部に対応する位置で部品1の長手方向に沿って延在する4本の稜線1a,1b,1c,1dを有するとともに、それらの稜線1a〜1dのうち部品1の四角形閉断面の、部品1の長手方向に沿った曲がり形状の半径方向最内方(図1では最も上の位置)に位置する稜線1dに沿ってその稜線1dを含む平面(図1(a)では紙面に平行な平面)上で延在する上記半径方向内方に突出したフランジ部1eを有している。また、この部品1の曲がり形状は、四角形閉断面構造部分についての上記半径方向最内方部分すなわち稜線1dの位置で、その稜線1dを含む平面上に中心が位置する曲率半径R1となっている。
この部品1を製造するに際し、この実施形態の製造方法では、あらかじめ所定の輪郭形状にトリム加工された1枚の鋼板から、先ず、図2(a),(b)に示す如き、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品2を、例えば曲げおよび絞り成形金型を用いてプレス成形する。この前工程品2は、部品1が上記最内方に位置する稜線1dの位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線1dおよびそれに沿って延在するフランジ部1eを有するように展開された、図2(b)に示す如き開断面形状で、部品1の多角形閉断面の角部に対応する4本の稜線から上記切断により1本増えた5本の稜線2a〜2dを有するとともに、半径方向最内方(図2では最も上の位置)に位置する2本の稜線2dに沿ってそれぞれ延在する2枚のフランジ部2eを有している。
ここで、各稜線2a〜2dは、部品1の対応する稜線1a〜1dと同じかそれよりも短い長さを持つように、その対応する稜線1a〜1dの曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つものとする。すなわち例えば、半径方向最内方(図2では最も上の位置)に位置する稜線2dについては曲率半径R2を、それに対応する部品1の稜線1dの曲率半径R1よりも小さいものとする。また上記プレス成形では、図3に拡大して示すように、前工程品2の各稜線2a〜2dの両側の辺で挟まれる内側の位置に、前工程品2が次工程においてその稜線の位置で断面方向に変形し易いように、それらの稜線2a〜2dに沿ってそれぞれ延在するU溝形断面形状の折線2fを形成している。
なお、この前工程品2での各稜線2a〜2dおよびフランジ部2eの曲がり形状は、稜線2a以外は図2(a)の紙面と平行なものでなく、各稜線2b〜2dが部品1の対応する稜線1b〜1dと同じ位置に移動するように前工程品2が変形されたときにそれらの稜線2b〜2dおよびフランジ部2eが図2(a)の紙面と平行な平面上でその平面に沿って延在するように設定されたものであり、上記曲率半径R2の中心も、図2(a)の紙面上でなく紙面から鉛直方向に離間した位置(例えばフランジ部2eを含む平面上)に位置している。
次工程ではこの前工程品2を、部品1の曲がり形状に対応する成形形状を持つ図示しない通常のカム型により、図2(b)では左右方向から、図2(b)中に実線で示す当初の断面形状から断面方向に内向きに変形するように押圧して、最内方に位置する稜線2d同士およびそれらの稜線2dに沿って延在するフランジ部2e同士を突き合わせ、図2(b)中に仮想線で示す、部品1の断面形状に対応する閉断面形状にプレス成形する。
このとき、前工程品2は各稜線2a〜2cの位置で内向きに折曲されると同時に各稜線2dの位置で外向きに折曲され、その際、通常はその稜線の曲り形状に沿う折り曲げによって部品1の曲がり形状の半径方向内方に移動する部分の長さが短縮されるところ、上記カム型で、各稜線2a〜2dの曲率半径が部品1の対応する各稜線1a〜1dに等しくなるように曲率半径の拡大を許容しながら前工程品2を変形させることで、各稜線2a〜2dの線長が維持もしくは伸長されて部品1の各稜線1a〜1dの線長と一致し、フランジ部2eの長さも伸長されて部品1のフランジ部1eの長さと一致する。
このプレス成形後に、前工程品2の突き合わせたフランジ部2e同士を例えばスポット溶接やレーザー溶接等の溶接あるいは接着剤等によって接合することで、閉断面構造の部品1を製造することができる。
従って、この実施形態の製造方法およびその製造方法で製造したこの実施形態の曲がり形状を有する四角形閉断面構造の部品1によれば、1枚の金属板からプレス成形で部品1を形成することができるので低コストであり、また、フランジ部1eが部品1の曲がり形状の内側だけで済むので部品1の軽量化に寄与することができ、しかも前工程品2から部品1をプレス成型する際に各稜線の線長差が生じないか部品形状の方が各稜線の線長が長くなるようにするので、部品1への皺の発生を防止することができる。
しかも、この実施形態の製造方法によれば、前工程品2の各稜線2a〜2dに折線2fをプレス成形することから、前工程品2が次工程においてその稜線2a〜2dの位置で確実に断面方向に内向きに変形するので、前工程品2から部品1を高精度にプレス成形することができる。
図4(a),(b)は、本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法の他の一実施形態において製造する前工程品およびその前工程品から製造した閉断面構造部品を示す斜視図、また図5(a),(b)は、その実施形態の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品およびその前工程品から閉断面構造部品を製造するプレス型を示す斜視図である。
この実施形態の製造方法は、図4(b)に示す如き、自動車車体用のフロントピラー部品3を製造するものであり、このフロントピラー部品3は、比較的大きな曲率半径の全体的な曲がり形状と中間部の比較的小さな曲率半径の曲がり形状とを有するとともに、端面から明らかなように角部に対応する4本の稜線3a〜3dを有する略台形の閉断面構造を有し、さらに、その曲がり形状の内側に位置するフランジ部3eを有している。
このフロントピラー部品3をプレス成形で製造するに際し、この実施形態の製造方法では、あらかじめ所定の輪郭形状にトリム加工された1枚の鋼板から、先ず、図4(a)に示すように、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品4を、例えば曲げおよび絞り成形金型を用いてプレス成形する。この前工程品4は、部品3が曲げ形状の半径方向最内方(図4では最も下の位置)に位置する稜線3dの位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線3dおよびそれに沿って延在するフランジ部3eを有するように展開された開断面形状で、部品3の多角形閉断面の角部に対応する4本の稜線から上記切断により1本増えた5本の稜線4a〜4dを有するとともに、上記半径方向最内方に位置する2本の稜線4dに沿ってそれぞれ延在する2枚のフランジ部4eを有している。
ここで、各稜線4a〜4dは、部品3の対応する稜線3a〜3dと同じかそれよりも短い線長を持つように、その対応する稜線3a〜3dの曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つものとする。すなわち例えば、半径方向最内方(図4では最も下の位置)に位置する稜線4dについては曲率半径を、それに対応する部品3の稜線3dの曲率半径よりも小さいものとする。
次工程ではこの前工程品4を、図5(a),(b)に示すように、部品3の曲がり形状に対応する曲がり形状の成形面5a,5bを持つ通常のカム型5により、図5(b)中に矢印で示すように、その前工程品4の両側方から断面方向に内向きに変形するように押圧して、最内方に位置する稜線4d同士およびそれらの稜線4dに沿って延在するフランジ部4e同士を突き合わせ、部品3の断面形状に対応する閉断面形状にプレス成形する。
このとき、前工程品4は各稜線4a〜4cの位置で内向きに折曲されると同時に各稜線4dの位置で外向きに折曲され、その際、通常はその稜線の曲り形状に沿う折り曲げによって部品3の曲がり形状の半径方向内方に移動する部分の長さが短縮されるところ、上記カム型5で、各稜線4a〜4dの曲率半径が部品3の対応する各稜線3a〜3dに等しくなるように曲率半径の拡大を許容しながら前工程品4を変形させることで、各稜線4a〜4dの線長が維持もしくは伸長されて部品3の各稜線3a〜3dの線長と一致し、フランジ部4eの長さも伸長されて部品3のフランジ部3eの長さと一致する。
このプレス成形後に、前工程品4の突き合わせたフランジ部4e同士を例えばスポット溶接やレーザー溶接等の溶接あるいは接着剤等によって接合することで、閉断面構造の部品3を製造することができる。
従って、この実施形態の製造方法およびその製造方法で製造したこの実施形態の曲がり形状を有する略台形閉断面構造の部品3によれば、先の実施形態におけると同様、1枚の金属板からプレス成形で部品3を形成することができるので低コストであり、また、フランジ部3eが部品3の曲がり形状の内側だけで済むので部品3の軽量化に寄与することができ、しかも前工程品4から部品3をプレス成型する際に各稜線の線長差が生じないか部品形状の方が各稜線の線長が長くなるようにするので、部品3への皺の発生を防止することができる。
図6(a),(b)は、比較例の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法において製造する前工程品およびその前工程品から製造した閉断面構造部品を示す斜視図であり、この比較例の製造方法は、図6(b)に示す如き、自動車車体用のフロントピラー部品6を製造するものである。このフロントピラー部品6は、先の実施形態で製造するフロントピラー部品3と同様、比較的大きな曲率半径の全体的な曲がり形状と中間部の比較的小さな曲率半径の曲がり形状とを有するとともに、端面から明らかなように角部に対応する4本の稜線6a〜6dを有する略台形の閉断面構造を有し、さらに、その曲がり形状の内側に位置するフランジ部6eを有している。
このフロントピラー部品3をプレス成形で製造するに際し、比較例の製造方法では、あらかじめ所定の輪郭形状にトリム加工された1枚の鋼板から、先ず、図6(a)に示すように、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品7を、例えば曲げおよび絞り成形金型を用いてプレス成形する。この前工程品7は、部品6が曲げ形状の半径方向最内方(図6では最も下の位置)に位置する稜線6dの位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線6dおよびそれに沿って延在するフランジ部6eを有するように展開された開断面形状で、部品6の多角形閉断面の角部に対応する4本の稜線から上記切断により1本増えた5本の稜線7a〜7dを有するとともに、上記半径方向最内方に位置する2本の稜線7dに沿ってそれぞれ延在する2枚のフランジ部7eを有している。ここで、各稜線7a〜7dは、それぞれ部品6の対応する稜線6a〜6dと同じ線長を持つように、その対応する稜線6a〜6dの曲率半径と同じ曲率半径を持つものとする。
次工程ではこの前工程品7を、部品6の曲がり形状に対応する曲がり形状の成形面を持つ図示しない通常のカム型により、その前工程品6の両側方から断面方向に内向きに変形するように押圧して、最内方に位置する稜線6d同士およびそれらの稜線6dに沿って延在するフランジ部6e同士を突き合わせ、部品6の断面形状に対応する閉断面形状にプレス成形する。
このとき、前工程品7は各稜線7a〜7cの位置で内向きに折曲されると同時に各稜線7dの位置で外向きに折曲され、その際、それら稜線の曲り形状に沿う折り曲げによって部品6の曲がり形状の半径方向内方に移動する部分の長さが短縮され、部品6の長手方向に板材の余りが生ずる。従って、この比較例の製造方法によれば、上記実施形態の製造方法と異なり、図6(b)に示すように、部品6の曲がり形状部分の側面に縦皺6fが発生してしまう。
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば部品の稜線の数は4本以外でもよく、また折線はV溝形断面形状のものあるいは反対側に突条を生じないようにしたものでもよい。
かくして本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法および、その方法で製造した本発明の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品によれば、1枚の金属板からプレス成形で形成することができるので低コストであり、また、フランジ部が部品の曲がり形状の内側だけで済むので部品の軽量化に寄与することができ、しかも前工程品から部品をプレス成型する際に各稜線の線長差が生じないか部品形状の方が各稜線の線長が長くなるようにするので、部品形状への皺の発生を防止することができる。
1,3,6 部品
1a,1b,1c,1d,3a,3b,3c,3d,6a,6b,6c,6d 稜線
1e,3e,6e フランジ部
2,4,7 前工程品
2a,2b,2c,2d,4a,4b,4c,4d,7a,7b,7c,7d 稜線
2e,4e,7e フランジ部
5 カム型
5a,5b 成形面
6f 縦皺

Claims (3)

  1. 1枚の金属板から、長手方向に沿った曲がり形状を有する多角形閉断面構造の部品であって、前記多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有するとともに、それらの稜線のうち当該部品の長手方向に沿った曲がり形状の半径方向最内方に位置する稜線に沿ってその稜線を含む平面に平行に延在する2枚のフランジ部を有する部品を製造するに際し、
    先ず、前記金属板から、前記部品が前記最内方に位置する稜線の位置で切断されてそれぞれの端部がその稜線およびそれに沿って延在するフランジ部を有するように展開された断面形状で、前記部品の多角形閉断面の角部に対応する複数本の稜線を有し、各角部に対応する各稜線が前記部品の対応する稜線と同じかそれよりも短い長さを持つようにその対応する稜線の曲率半径と同じかそれよりも小さい曲率半径を持つ、長手方向に沿った曲がり形状を有する樋状の前工程品をプレス成形し、
    次いで、前記前工程品をその複数本の稜線のうち何れか1本以上の位置で断面方向に内向きに変形するようにプレス成形して、前記最内方に位置する稜線同士および前記フランジ同士を突き合わせることを特徴とする、曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法。
  2. 前記前工程品の前記複数本の稜線のうち何れか1本以上にその稜線に沿って、前記前工程品がその稜線の位置で断面方向に内向きに変形し易いように溝形断面形状の折線をプレス成形することを特徴とする、請求項1記載の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法。
  3. 請求項1または2記載の曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品の製造方法によって製造することを特徴とする、曲がり形状を有する多角形閉断面構造部品。
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