JP2015096271A - 自動車用外板パネルのプレス成形方法およびプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャープなキャラクタラインを付与するのに適した自動車用外板パネルのプレス成形方法を提案する。
【解決手段】凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、を備えたプレス金型にて、前記素材板から自動車用外板パネルをプレス成形する自動車用外板パネルのプレス成形方法において、前記ダイの、少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設け、前記パンチが前記ダイおよび前記しわ押さえとの共働で、前記ダイに最も近接するパンチ下死点にて前記ライニング層を弾性変形させつつ前記素材板を変形させて前記自動車用外板パネルをプレス成形するものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車用外板パネルのプレス成形方法およびプレス成形装置に関し、特にはシャープなキャラクタラインを付与する場合であっても「線ずれ不良」の発生を抑制することができるプレス成形方法およびプレス成形装置に関するものである。

自動車のドアアウタ、フロントフェンダあるいはリアフェンダ等に使用される外板パネルには、自動車のデザイン性およびパネルの張り剛性を高める観点からその外表面にキャラクタラインが付される場合が多い。

上記キャラクタラインは、プレス金型のパンチに設けられた稜線部を素材板に押し当て、ダイの谷線部の相互間で挟持することによって付与するのが普通であり、とくに、近年では、自動車のデザイン性のさらなる向上を図るため、シャープな（即ち断面の曲率が大きい）キャラクタラインを付与することが求められるようになってきている。

ところで、この種のプレス成形では、パンチによる押圧過程において張力に不均衡が生じた場合に張力の大きい方向に素材板が滑り、パンチの稜線部が接触する部位の外側に線状模様が発生することがあり、このことが塗装後における外板パネルの「線ずれ不良」と呼ばれる外観不良を招く原因になっていた。

この「線ずれ不良」は、シャープなキャラクタラインを付与すべく、パンチの稜線部の先端を断面半径の小さな円弧にて構成してプレス成形を行う場合に特に顕著になることから、デザイン性向上の阻害要因となっている。

かかる「線ずれ不良」を回避する従来の対策技術として、「キャラクタラインの断面半径を大きくする」ことが知られているが、単に「線ずれ不良」を軽減するための手段であって、「線ずれ不良」を軽減すると同時にキャラクタラインのシャープ化を図ることについての提案はなされていない。

また、従来の対策技術として、非特許文献１には、「プレス方向の適正化を図る」、「余肉設定によるパンチ巻付タイミングを遅らせる」、「ダイエッジにおける材料の流入量をコントロールする」等が挙げられているが、全ての部材への適用は困難であり、しかも、材料の歩留り低下や、製造コストの上昇が避けられないという不都合がある。

ところで、プレス成形の際の面品質の改善にかかわる先行技術として特許文献１には、プレス金型を構成するダイスとパンチのうちパンチの表面に硬質ゴムのライニングを施してプレス成形する方法が提案されている。しかしながらこのプレス成形方法は、高強度で厚い板厚の金属板と低強度で薄い板厚の金属板とを溶接したテーラードブランク材を成形対象としたものであり、しかも、テーラードブランク材の溶接線近傍を該パンチによりダイス側へ押し上げることによって、溶接線近傍の低強度で薄い板厚の金属板側の外表面がパンチ側に落ち込む現象を回避するものであって、上記のような「線ずれ不良」の発生を抑制するものではない。

「薄鋼板成形難易ハンドブック」（第３版 第２４４頁、第３０９頁）

特許第５２０６２１０号公報

それゆえ本発明の課題は、自動車用外板パネルのプレス成形に際してシャープなキャラクタラインを付与する場合であっても「線ずれ不良」の発生を極力抑制することができるプレス成形方法およびプレス成形装置を提案するところにある。

上記課題を有利に解決する本発明の自動車用外板パネルのプレス成形方法は、
凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、
前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、
前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、
を備えたプレス金型にて、前記素材板から自動車用外板パネルをプレス成形する自動車用外板パネルのプレス成形方法において、
前記ダイの、少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設け、
前記パンチが前記ダイおよび前記しわ押さえとの共働で、前記ダイに最も近接するパンチ下死点にて前記ライニング層を弾性変形させつつ前記素材板を変形させて前記自動車用外板パネルをプレス成形すること、
を特徴とするものである。

また、上記課題を有利に解決する本発明の自動車用外板パネルのプレス成形装置は、
凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、
前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、
前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、
を備える自動車用外板パネルのプレス成形装置すなわちプレス金型において、
前記ダイの、少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設けたことを特徴とするものである。

上記の構成からなる本発明のプレス成形方法およびプレス成形装置では、
１）ライニング層を形成する弾性体が、ショア硬さで４５Ｈｓ〜１００Ｈｓの硬さを有する硬質ゴムからなること、
２）ライニング層を形成する弾性体の厚さは、１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍであること、
が本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

本発明者の研究によれば、線状模様による外観不良すなわち「線ずれ不良」は、キャラクタラインを付与するパンチ稜線部上を滑った素材板の部分とそうでない素材板の部分との境界付近（滑り境界部）の凹凸が大きいためであることが判明した。この凹凸は、素材板の一部分がパンチ稜線部上を通過する際にその部分に発生した曲面がパンチの下死点到達までにパンチに馴染まないために発生する弾性回復挙動に起因して生ずると推定される。従って、課題解決のポイントは下死点（除荷直前）での滑り境界部の曲げモーメントの分布（変化率）を小さくすることにある。

上記の構成からなる本発明のプレス成形方法およびプレス成形装置によれば、凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、を備えたプレス成形装置（プレス金型）にて、前記素材板から自動車用外板パネルをプレス成形するに当たって、前記ダイの少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設け、前記パンチが前記ダイおよび前記しわ押さえとの共働で、前記ダイに最も近接するパンチ下死点にて前記ライニング層を弾性変形させつつ前記素材板を変形させて前記自動車用外板パネルをプレス成形するようにしたため、素材板の滑り境界部は、ライニング層の弾性変形に追従して変形し、この時、その素材板の滑り境界部の表裏面には引張応力が作用することとなり、この引張応力により滑り境界部の曲げモーメントの変化率が緩和されるので、「線ずれ不良」の発生を緩和もしくは抑制することができる。

なお、上記の構成からなる本発明のプレス成形方法およびプレス成形装置において、ライニング層を形成する弾性体を、ショア硬さ４５Ｈｓ〜１００Ｈｓの硬質ゴムにて構成するようにすれば、充分な引張応力を素材板の滑り境界部の表裏面に与えることができる。

また、本発明のプレス成形方法およびプレス成形装置において、ライニング層を形成する弾性体の厚さ（凹状加工面からの突出代（出っ張り代）を、１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍとすれば、パンチが下死点に至る際に素材板に損傷を与えることなしにライニング層の充分な変形によって素材板の滑り境界部に確実に引張応力を与えることができる。

自動車用外板パネルのプレス成形に用いられるプレス金型の要部を模式的に示した図である。 自動車用外板パネルのプレス成形時における素材板の形状の変動状況を示したグラフである。 （ａ），（ｂ）は、プレス成形前後の素材板の断面形状を示した図である。 本発明のプレス成形装置の一実施形態のプレス金型を模式的に示した図である。 本発明のプレス成形装置の他の一実施形態のプレス金型を模式的に示した図である。 本発明のプレス成形方法の一実施形態により成形高さを２５ｍｍとしてプレス成形を行った場合における稜線部から線ずれ方向への高さと位置の関係、二次微係数と位置の関係を示したグラフである。 本発明のプレス成形方法の一実施形態により成形高さを３１ｍｍとしてプレス成形を行った場合における稜線部から線ずれ方向への高さと位置の関係、二次微係数と位置の関係を示したグラフである。 本発明のプレス成形方法の一実施形態により成形高さを２５ｍｍ、３１ｍｍとしてそれぞれプレス成形を行った場合における二次微係数の最大、最小の差を比較例と比較して示したグラフである。

図１は、自動車用外板パネル用素材板Ｓから自動車用外板パネルをプレス成形するのに用いられるプレス金型をその要部について模式的に示した図であり、図中の符号１はダイである。このダイ１は、凹状加工面の最も奥まった部分に谷線部１ａを有している。

また、２は、ダイ１の凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有するパンチである。パンチ２は、その凸状加工面において最も突き出した部分に稜線部２ａを有している。さらに、３はしわ押さえである。

上記の如きダイ１とパンチ２としわ押さえ３とを備えたプレス金型を用いてプレス成形を行う場合に従来発生するのが避けられなかった「線ずれ不良」の発生原因について本発明者が種々実験と検討を重ねた結果、上述のように、素材板Ｓの、稜線部２ａ上を滑った部分とそうでない部分の境界付近である滑り境界部において凹凸が大きくなり、パンチ２がダイ１に最も接近するパンチ下死点に至った場合であってもその凹凸、すなわち、パンチ２の稜線部２ａを通過する際に素材板Ｓの一部分に発生した曲面（凹凸）が、除荷後の素材板Ｓのスプリングバックにより平坦に戻らないことが原因であり、稜線部２ａの断面の曲率半径Ｒが小さくなる（曲率が大きくなる）ほど、その傾向が大きくなることが判明した。

図２は、半径Ｒが３ｍｍの円弧（Ｒ３）からなる稜線部２ａを有するパンチ２と、半径Ｒが１０ｍｍの円弧（Ｒ１０）からなる稜線部２ａを有するパンチ２とを用いて、厚さ０．７ｍｍの素材板Ｓ（鋼種：ＪＡＣ２７０Ｄ）に対し、図３に示す要領でプレス成形した場合（片側のしわ押さえ３には素材板Ｓの外側に図示しない当て板を入れて、左右のしわ押さえ３による素材板Ｓの張力の不均衡を再現）における素材板Ｓの断面の凹凸の変動状況をそれぞれ示した図である。

かかるプレス成形においては、図２より明らかな如く、パンチ２に設けられる稜線部２ａの半径の大小により素材板Ｓの形状に大きな差があり、とくに、シャープなキャラクタラインを付与するのに適したパンチ２（Ｒ３）を用いたプレス成形では、３０μｍ程度の凹凸が形成されるのが明らかである。

「線ずれ不良」の原因につながる凹凸を小さくするためには、パンチ下死点（除荷直前）での滑り境界部の曲げモーメントの分布（変化率）を小さくすることが有効であり、その具体的手段として本発明のプレス成形方法の一実施形態では、ダイ１の凹状加工面、とりわけ、谷線部１ａおよびその近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設けてプレス成形を行うようにしている。

図４は、上記実施形態のプレス成形方法に用いる、本発明のプレス成形装置の一実施形態のプレス金型を模式的に示した図である。ダイ１の、谷線部１ａおよびその両側の近傍域の外表面に、弾性体としての例えばニトリルブタジェンラバー（ＮＢＲ）板からなるライニング層４を設けてあり、このプレス金型で素材板Ｓのプレス成形を行うことにより、素材板Ｓの、滑り境界部に位置する部分は、パンチ下死点でライング層の弾性変形に追従して変形することとなり、素材板Ｓの表裏面に引張応力が作用し、滑り境界部の曲げモーメントの分布は小さくなる。

ライニング層４は、図４に示すように加工面に接着層を介してそのまま配置してもよいが、図５に示すように、ダイ１の加工面に凹部を形成し、その凹部内に下部を埋め込んで設けてもよい。ライニング層４は、素材板Ｓの滑り境界部に確実に引張応力を生じさせる観点から、少なくとも谷線部１ａに対し線ずれ発生側で素材板Ｓの滑り境界部を覆うように、例えば２０〜１００ｍｍに幅寸法を設定するのが好ましい。

本実施形態においては、ライニング層４を、ショア硬さが４５〜１００Ｈｓの硬質ゴムで構成し、その厚さを、１ｍｍ以上、より好ましくは２〜５ｍｍとするのが好ましい。その理由は、上記の条件を満たすことでライニング層４に損傷を与えることなしに素材板Ｓの滑り境界部の表裏側に確実に引張応力を生じさせることができるからである。

ここに、ライニング層４の厚さとは、ダイ１の凹状加工面からの突出代を意味しており、図５に示すように、ダイ１の凹状加工面に凹部を設け、この凹部内に下部を埋め込んでライニング層４を設けた場合においても、ダイ１の凹状加工面からの突出代を１ｍｍ以上、より好ましくは、２〜５ｍｍとする。

厚さが３ｍｍになるライニング層４（サイズ：厚さ３ｍｍ、縦１２０ｍｍ、横２０ｍｍ）を有するダイ１と、断面半径Ｒが３ｍｍの円弧からなる稜線部２ａを有するパンチ２と、通常のしわ押さえ３と、を備えたプレス金型（θ_１：１５０°、θ_２：１５０°、ｈ_１：１０ｍｍ、ｈ_２：３０ｍｍ、谷線部の半径Ｒ_２：３．７ｍｍ、図４参照）用い、しわ押さえの片側には張力を小さくするため、同板厚の当て板を入れて、しわ押さえ力３０トンとして、例えば厚さ０．７ｍｍの素材板Ｓ（鋼種：ＪＡＣ２７０Ｄで、幅８０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に対してプレス成形を行い（成形高さｈは２５ｍｍ、３１ｍｍの２種）、図３に示す如き断面形状に仕上げた場合（適合例すなわち実施例）について、素材板Ｓの形状（高さ方向）の変動状況（幅方向の中央部から７０ｍｍ程度までの範囲）と、その部位における二次微係数の変動状況を、通常のプレス金型（ライニング層を有しないもの）を用いて同一条件でプレス成形した場合（比較例）とともに調査した。

この調査の結果を図６〜８に示す。図６および図７は、図４に示す実施形態のプレス金型を用いた上記実施形態のプレス成形方法により成形高さを２５ｍｍ、３１ｍｍとしてそれぞれプレス成形を行った場合における高さと位置（幅方向）の関係、二次微係数と位置の関係を示したグラフであり、図８は、図４に示す実施形態のプレス金型を用いた上記実施形態のプレス成形方法により成形高さを２５ｍｍ、３１ｍｍとしてそれぞれプレス成形を行った場合における二次微係数の最大、最小の差を比較例と比較して示したグラフである。

ここにおける二次微係数の最大、最小差（Δ二次微係数、二次微係数差）は、素材板Ｓの断面プロファイルから計算によって求められ、微小な面ひずみの状態を精度よく表す指標（凹凸の曲率の最大最小差に等しい）として用いることができるものである。このΔ二次微係数あるいは二次微係数差が小さくなるほど、線ずれ不良と呼ばれる外観不良の程度が小さくなると考えられる。

上記図６〜８から明らかなように、本実施形態のプレス成形方法でプレス成形を行った場合には、成形高さを２５ｍｍとした場合および３１ｍｍとした場合の何れも、比較例と比較してΔ二次微係数あるいは二次微係数差が小さくなっているので、素材板Ｓに形成される凹凸が小さくなることが明らかであり、シャープなキャラクタラインを付与する場合であっても「線ずれ不良」が軽減されることが確認された。

以上、図示例に基づき説明したが、本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、素材板Ｓの板厚や材質、ダイニング層４の材質や板厚、パンチ２の稜線部２ａの断面半径Ｒ、プレス成形高さ等を所要に応じて適宜変更してもよい。また、上記例ではパンチ２の稜線部２ａは平面形状が直線状のものとしたが、平面形状が曲線状のものでもよい。

かくして本発明の自動車用外板パネルのプレス成形方法およびプレス成形装置によれば、自動車用外板パネルにシャープなキャラクタラインを付与する場合であっても「線ずれ不良」を軽減もしくは抑制することができる。

１ ダイ
１ａ 谷線部
２ パンチ
２ａ 稜線部
３ しわ押さえ
４ ライニング層

Claims (6)

1. 凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、
   前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、
   前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、
   を備えたプレス金型にて、前記素材板から自動車用外板パネルをプレス成形する自動車用外板パネルのプレス成形方法において、
   前記ダイの、少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設け、
   前記パンチが前記ダイおよび前記しわ押さえとの共働で、前記ダイに最も近接するパンチ下死点にて前記ライニング層を弾性変形させつつ前記素材板を変形させて前記自動車用外板パネルをプレス成形することを特徴とする自動車用外板パネルのプレス成形方法。
2. 前記ライニング層を形成する弾性体が、ショア硬さ４５Ｈｓ〜１００Ｈｓの硬質ゴムからなることを特徴とする請求項１記載の自動車用外板パネルのプレス成形方法。
3. 前記ライニング層を形成する弾性体は、その厚さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の自動車用外板パネルのプレス成形方法。
4. 凹状加工面を有しその凹状加工面の最も奥まった部分を谷線部とするダイと、
   前記凹状加工面に適合可能な凸状加工面を有し、その凸状加工面の最も突き出した部分を稜線部とするパンチと、
   前記ダイおよび前記パンチの間に素材板を保持するしわ押さえと、
   を備える自動車用外板パネルのプレス成形装置において、
   前記ダイの、少なくとも前記谷線部に対し線ずれ発生側の近傍域の外表面に弾性体よりなるライニング層を設けたことを特徴とする自動車用外板パネルのプレス成形装置。
5. 前記ライニング層を形成する弾性体が、ショア硬さ４５Ｈｓ〜１００Ｈｓの硬質ゴムからなることを特徴とする請求項４記載の自動車用外板パネルのプレス成形装置。
6. 前記ライニング層を形成する弾性体は、その厚さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４または５記載の自動車用外板パネルのプレス成形装置。

Images