JP2015139783A

JP2015139783A - プレス成形方法

Info

Publication number: JP2015139783A
Application number: JP2014012314A
Authority: JP
Inventors: 栄治飯塚; Eiji Iizuka; 雄司山▲崎▼; Yuji Yamazaki
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-08-03

Abstract

【課題】面外に曲げてフランジを形成する際に予想される、面外への伸びフランジ割れの位置に応じて適切に当該フランジ割れの防止を行う。【解決手段】フランジを有する目的の成形形状に成形されるプレス成形方法であって、上記成形形状にプレス成形することで、予め設定した以上の伸び変形をするフランジ部の位置を最大伸びフランジ変形部として特定する工程と、上記特定した最大伸びフランジ変形部の両側若しくは片側に対し板厚方向に変形した予成形部Ｙを形成する予成形工程２と、を備え、上記予成形部Ｙを形成後に、フランジ形成加工を施す。【選択図】図１

Description

本発明は、フランジを有する成形品に金属板をプレス成形する技術に係り、特に、フランジを面外に曲げて形成することによる、面外に伸びフランジ変形する部位での板縁の割れを回避するための技術に関する。

プレス成形において、割れによる成形不良は重要な問題である。近年、シミュレーション解析の精度向上により、絞り変形部や張出し変形部での割れは減少しているが、板縁によるプレス割れはその分、顕在化している。
ここで、特許文献１には伸びフランジ割れ予測技術が開示されている。また特許文献２には板縁の加工方法について記載されている。特許文献３には、プレス成形時の曲げタイミングが記載されている。上記特許文献のうち特許文献３には、プレス成形時の伸びフランジ割れ回避技術が記載されている。
特に特許文献３では、内側に凹んだ凹状外周縁に形成される凸状フランジ部の中央部下端に生じる伸びフランジ割れを防止するために、凸状フランジ部となるブランク部の輪郭形状を、滑らかに結ばれた輪郭形状とすることが提案されている。

特許４９３５７１３号公報特許４６３８７４６号公報特開２００９−１６０６５５号公報

特許文献３に記載の伸びフランジ割れ防止では、凹状外周縁の輪郭の中央部の円弧を中心として滑らかに結ばれた輪郭形状としているが、伸びフランジ割れは、必ずしも凸状フランジ部の中央部下端に発生するとは限らず、伸びフランジ割れの発生箇所の位置に対して必ずしも自由に対処できないおそれがある。
特に、フランジアップ加工によってフランジを形成する場合には、板の板縁部を内側若しくは外側に曲げてフランジを形成する。この際に、フランジの板縁に沿ったフランジの曲げ線のうちの凸若しくは凹の曲率が大きい位置では、凹状外周縁でなくても伸びフランジ成形に沿って割れが発生する可能性があるが、特許文献３の技術では対応することが出来ない。

本発明は、面外に曲げてフランジを形成する際に予想される面外への伸びフランジ割れの位置に応じて適切に当該フランジ割れの防止を行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様であるプレス成形方法は、フランジを有する目的の成形形状に成形されるプレス成形方法であって、上記成形形状にプレス成形することで発生する、伸び変形するフランジ部における最大伸びフランジ変形部の位置を特定する工程と、上記特定した最大伸びフランジ変形部の両側若しくは片側に対し板厚方向に変形した予成形部を形成する予成形工程と、を備え、上記予成形部を形成後に、上記フランジを形成するフランジ形成加工を施すことを特徴とする。

フランジ形成加工は、例えば折り曲げ加工等によるフランジアップ加工（面外への曲げ加工）で実施される。
ここで、上記予成形部は、上記最大の伸びフランジ変形部でのプレス成形による変形量の７割の変形量以下の位置に設定すると良い。
また、上記予成形工程で形成する予成形部を成形することによる、フランジの板縁に沿った断面線長増加量を、成形品での断面線長増加量以下に設定すると良い。
なお、上記予成形工程で予成形部を形成する際に、フランジを曲げる曲げ線に沿って屈曲が付くように加工しても良い。

本発明によれば、予成形を行うことで伸びフランジ位置の板縁長が稼げるため、フランジを形成する際に、予想される伸びフランジ割れの位置に応じて適切に当該フランジ割れを防止することが出来る。

本発明に基づく実施形態に係る処理を説明する図である。成形形状の一例を示す図である。曲げによる伸びフランジ割れの例を示す図であって、（ａ）は内側にフランジを曲げるときの伸びフランジ割れの例を示す図であり、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は外側にフランジを曲げるときの伸びフランジ割れの例を示す図である。予成形工程の一例を示す図である。実施例でのブランクを示す平面図である。実施例で採用する金型を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
一般に、プレス成形を行う際には多段階の成形によって目的の成形形状とすることにより成形性が向上することが知られている。これは、一度に最終形状まで成形を行う場合と比較して、多段階で成形した場合の方が、ひずみが一箇所に集中しづらく全体に分散するためである。
しかし、プレスの最終段階より前の、予成形段階での金型形状については技術者の経験に頼る部分が大きく、形状の決定方法は確立されていない。

発明者らは、内側若しくは外側に、つまり面外に曲げ加工をしてフランジを形成する際における、面外への伸びフランジ割れを回避することを目的として、効果的に予成形を行うための調査研究を行い、予成形段階で、最終形状と同程度の断面線長を与えることができれば、最終成形時に予成形時と類似のひずみ分布で最終形状を得ることが可能となることを知見した。この知見に基づき種々検討を行って、本発明のプレス成形方法に到った。
本実施形態のプレス成形方法は、図１に示すように、最大伸びフランジ特定工程１、予成形工程２、最終成形工程３を備える。

「最大伸びフランジ特定工程」
最大伸びフランジ特定工程１は、面外への曲げ加工等のフランジ形成加工によってフランジが形成されて目的の成形形状にプレス成形される際における、面外に伸びフランジ変形するフランジ部における最大伸びフランジ変形部の位置を特定する。
最大伸びフランジ特定工程１は、試験品を作成したりＣＡＥによるシミュレーションによって板厚減少率の分布や歪み分布を調べて、最大の伸び変形部（以下、単に最大変形部と呼ぶ場合もある）を特定する。

「予成形工程」
予成形工程２は、上記特定した最大伸びフランジ変形部の両側若しくは片側に対し板厚方向に変形した予成形部Ｙを形成する。予成形部Ｙを形成することで、フランジの板縁に沿った線長合わせを予め実施する。
本実施形態では、上記予成形部Ｙは、上記最大の伸び変形部でのプレス成形による変形量の７割の変形量以下の位置まで上設最大の伸び変形部から離して設定する。好ましくは、上記最大の伸び変形部でのプレス成形による変形量の５割の変形量以下の位置まで上設最大の伸び変形部から離隔して設定することが好ましい。

本実施形態では、最大の伸び変形の両側に予成形部Ｙを成形する場合を例示するが、最大の伸び変形の片側にだけ予成形部Ｙを形成しても良い。また、片側に形成する予成形部Ｙは一個だけ形成しても良いし２個以上形成しても良い。
上記予成形部Ｙの形状は、板厚方向にコブ状あるいは波状に形成される。
予成形工程２で形成する予成形部Ｙを成形することによる、上記板縁に沿ったフランジの断面線長増加量を、成形品での断面線長増加量以下に設定する。断面線長増加量は大きいほど割れに対して有効であるが、しわ発生を抑える為に、成形品での断面線長増加量以下に設定する。

「最終成形工程３」
最終成形工程３は、予成形部Ｙを形成後に、上記成形部品の形状に１段若しくは多段でプレス成形して、最終形状に成形する。

（本実施形態の処理例）
平坦な金属板を図２に示すような成形形状に成形する場合、例えば、曲げ線の曲率が大きい部分で、伸びフランジ変形が発生する。図２の成形形状では、曲げ線に沿って下側に曲げられることでフランジＦが形成される場合の例である。この場合、例えば位置Ｐが最大伸び変形量の位置となる。図３にフランジを曲げ加工することによる伸びフランジ割れの種々の例を示す。このうち、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、立ち上げるように曲げ加工する部分でも、フランジを曲げ加工する際に、伸びフランジ変形が発生する。なお、図３の○で示した位置が伸びフランジ割れの一例を示している。
そこで、本実施形態では、まず最大伸びフランジ特定工程１で、最大の伸びフランジ位置Ｐを特定する。

次に、予成形工程２で、図４に示すように、上記特定した最大の伸びフランジ位置Ｐの両側に予成形部Ｙを形成する。最大の伸びフランジ位置Ｐの片側に予成形部Ｙを形成しても良い。
予成形部Ｙで断面線長を稼ぐので、図４のように、予成形部Ｙは、曲げ線から板縁に向かう程、板厚方向の変形を大きくするようにする。板縁側の方が伸び量が大きいためである。
上記予成形部Ｙを形成して断面線長を増加して稼いだ後に、目的の成形形状に金型を使用してプレス成形して、図２の形状とする。尚、この成形によって予成形は目的の成形形状に変形させられる。

このように、本実施形態では、割れが発生する可能性がある最大伸び位置の近傍に、予め予成形部Ｙを形成する処理をすることで、伸びの分散が発生して伸びフランジでの割れを防止することが出来る。
本発明は、自動車部品に限らず板材をプレス成形する加工全てに対して適用することが可能である。また、プレス成形の素材は鉄鋼に限らずステンレス等の鉄合金、さらには非鉄材料に対しても適用可能である。

図５示すような形状のブランク材を用意する。このブランク材は、冷延鋼板であって、板厚が０．６５ｍｍである。このブランク材は、図５（ａ）のように、正方形の板材の中心部を矩形に打ち抜いた形状となっており、その打ち抜き部のコーナー部のアールがＲ５に設定されている。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）の４分の１の状態を示す。そして、図６に示す金型を使用して、ブランク材の矩形の打ち抜き部を広げる加工を行った。符号２０はダイを、符号２１はパンチを、符号２３はしわ押えを示す。
上記成形形状への成形についてＣＡＥで解析したところ、他からの影響が無いため、凹部の中央位置Ａが最大の伸びフランジ位置となることを確認した。

そこで、図６に示すように、予成形部Ｙを形成する位置の候補としてＡ，Ｂ，Ｃを設定し、予成形を行わない場合、各位置に予成形部Ｙを形成した場合について、その後、上記金型で最終形状にプレス成形を行った。
なお候補ＢとＣは最大伸び変形部Ｐの位置Ａでの板厚減少率の６割の位置に設定している。

評価結果についても表１に併せて示す。
表１において、成形限界高さとは、伸びフランジ割れが発生した時点での成形高さである。
表１から分かるように、最大伸び変形位置に予成形部Ｙを形成した場合には、逆に予成形しない場合よりも悪化している。一方、本発明に基づいた位置に予成形部Ｙを形成した場合には、成形限界高さが大きくなっていることが分かる。特に片側よりも両側に設けた方が、予成形による効果が高いことが分かる。

１最大伸びフランジ特定工程
２予成形工程
３最終成形工程
Ｐ最大伸び変形部
Ｙ予成形部

Claims

フランジを有する目的の成形形状に成形されるプレス成形方法であって、
上記成形形状にプレス成形することで発生する、伸び変形するフランジ部における最大伸びフランジ変形部の位置を特定する工程と、
上記特定した最大伸びフランジ変形部の両側若しくは片側に対し板厚方向に変形した予成形部を形成する予成形工程と、を備え、
上記予成形部を形成後に、上記フランジを形成するフランジ形成加工を施すことを特徴とするプレス成形方法。
上記予成形部は、上記最大の伸びフランジ変形部でのプレス成形による変形量の７割の変形量以下の位置に設定することを特徴とする請求項１に記載したプレス成形方法。
上記予成形工程で形成する予成形部を成形することによる、フランジの板縁に沿った断面線長増加量を、成形品での断面線長増加量以下に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したプレス成形方法。