JP2015178133A - 伸びフランジ成形部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る伸びフランジ成形部品の製法方法は、成形前の素板におけるフランジ部7が成形される部位よりも外方に、板厚方向に屈曲する屈曲形状部11を形成して屈曲形状部付きブランク材9を製造する第1工程と、屈曲形状部付きブランク材9における天板部3に相当する部位をパンチ15上に載置して、かつダイ17とシワ押え21で屈曲形状部付きブランク材9における屈曲形状部11よりも内方の部位を挟持して、縦壁部5とフランジ部7を絞り成形する第2工程と、該第2工程後にフランジ部7の外側の部位をトリミングして伸びフランジ成形部品を製造する第3工程とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】 図1
Description
絞り成形は、通常、パンチ、ダイ、およびブランクホルダー(シワ押さえ)からなる金型を用いて行われ、金属板の周囲全てをダイとブランクホルダーで押さえた状態でパンチとダイの間の距離を近づけて金属板に絞り加工を施す方法である。
図12、図13から分かるように、特にワレが発生しやすい部位は、湾曲部の伸びフランジ成形部である。この部位では、材料端面が周方向に伸ばされながら材料が流入する変形状態となる。
成形材料となるプレス成形前の素板は、通常、打ち抜き加工やレーザー加工で形成されるため、材料端面にはバリや微小なキズなどが残留しており、変形を加えたときに局所的な応力集中が発生しやすい状態になっている。そのため、材料端面には成形途中で伸びフランジワレと称する亀裂が発生し、超ハイテン材(強度レベルが980MPa級以上の高強度鋼板)の場合、その亀裂が急速に伝播して大きなワレが発生しやすい。
また、特許文献1においては、L字形状を有する部品をプレス成形するに際して、金属素材の一部を、ダイ金型における天板部に対応する部位上でスライドさせながら縦壁部及びフランジ部を成形するというものである。
しかしながら、特許文献1では、天板部の一部に相当する部位の金属素材をスライドさせるため、金属素材の端面には応力集中する箇所ができ、湾曲部の伸びフランジワレに加えて端面のワレが発生しやく、強度が高い鋼板への適用は難しいという問題がある。
成形前の素板における前記フランジ部が成形される部位よりも外方に、板厚方向に屈曲する屈曲形状部を形成して屈曲形状部付きブランク材を製造する第1工程と、
前記屈曲形状部付きブランク材における前記天板部に相当する部位をパンチ上に載置して、かつダイとしわ押えで前記屈曲形状部付きブランク材における前記屈曲形状部よりも内方の部位を挟持して、前記縦壁部と前記フランジ部を絞り成形する第2工程と、
該第2工程後に前記フランジ部の外側の部位をトリミングして前記伸びフランジ成形部品を製造する第3工程とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態に係る伸びフランジ成形部品の製造方法は、980MPa級以上の超ハイテン材をプレス成形前の素板として用いて、伸びフランジ成形部となる部位を有する伸びフランジ成形部品(例えばAピラー(図12参照)やセンターピラー(図13参照))の製造方法に関するものである。
第1工程は、プレス成形前の素板から、図3に示す屈曲形状部付きブランク材9を製造する工程である。
屈曲形状部付きブランク材9は、図3に示すように、端辺に板厚方向に屈曲する屈曲形状部11が形成されており、この屈曲形状部11は後述する第2工程後においてフランジ部7よりも外方に位置することになる(図6参照)。
屈曲形状部11の形成は、プレス成形によって行ってもよいし、他の方法によって行ってもよい。
なお、本実施の形態における屈曲形状部11は、図4に示すように段形状からなるものを例示しており、このような形状であればプレス成形によって成形することができる。
なお、本実施の形態の屈曲形状部11は、図3に示すように、平面視において凹状外周縁部3aに沿う形状を有しているが、必ずしもそのような形状である必要はない。
第2工程は、屈曲形状部付きブランク材9を、図6に示す中間部品14に絞り成形する工程である。なお、図6において図2と同一部分には同一の符号を付している。
屈曲形状部付きブランク材9を中間部品14に絞り成形するには、屈曲形状部付きブランク材9における天板部3(図2及び図6参照)に相当する部位をパンチ15とパッド19で挟み、かつ屈曲形状部付きブランク材9における屈曲形状部11よりも内方の部位をダイ17とシワ押え21で挟持し、その状態でダイ17とシワ押え21をパンチ15に沿って移動させる。
第2工程についてより詳細に説明する前に、第2工程で用いる第2工程用金型13について、図1に基づいて説明する。
第2工程用金型13は、図1に示すように、パンチ15と、ダイ17と、パンチ15と協働して被成形材(屈曲形状部付きブランク材9)における伸びフランジ成形部1の天板部3に相当する部位を挟圧するパッド19と、ダイ17と協働してブランク材を挟持するシワ押さえ21とを有している。
パンチ15の上面は、パッド19と協働して被成形材を挟圧する挟圧面になっている。
また、パンチ15の側面は、凹状外周縁部3aと同じ曲率の湾曲面が形成されており、伸びフランジ成形部1における縦壁部5を成形する形状になっている。なお、図1及び図5においては、その一部のみを図示している。
ダイ17は、そのシワ押さえ21に対向する面が平坦面となっており、シワ押さえ21と協働して屈曲形状部付きブランク材9を挟持する。また、ダイ17の側面は、パンチ15の側面と協働して縦壁部5を成形する湾曲面になっている。
なお、ダイ17の側面の上部には、パンチ15側に出っ張る段部17aを形成してもよい。
パッド19は、パンチ15側に対して離接可能に設けられており、屈曲形状部付きブランク材9における天板部3(図2及び図6参照)に相当する部位を、パンチ15の上面と協働して挟圧できるようになっている。
シワ押さえ21は、ダイ17と同様にプレス方向に移動可能に設けられ、ダイ17の押し圧力によってダイ17と共に移動するようになっている。こうすることで、プレス成形中にダイ17とシワ押さえ21が協働して屈曲形状部付きブランク材9を挟持して成形可能になっている。
本実施形態ではシワ押さえ21は、ダイ17の下面とで屈曲形状部付きブランク材9を挟持するシワ押さえ部21aと、シワ押さえ部21aよりも高さの低い屈曲形状部逃がし部21bとを有している。
シワ押さえ部21aと屈曲形状部逃がし部21bとの高低差は、屈曲形状部付きブランク材9の屈曲形状部11の高さよりも大きくなるように設定されている。このように設定することで、屈曲形状部付きブランク材9をシワ押さえ21とダイ17で挟持したときに、ダイ17と屈曲形状部逃がし部21bとによりできる空隙に屈曲形状部11が配置され、屈曲形状部11がプレス成形中に拘束されることがない。
プレス成形中に屈曲形状部11を含む部位が拘束されず自由に変形することで、特定の部位に応力集中することがなくなり、ワレの発生を防止できる。
なお、シワ押さえ21の形状としては、図1に示すシワ押さえ部21aの湾曲部のみとし、ダイ17と協働して屈曲形状部付きブランク材9を挟持した際に、屈曲形状部11がフリーな状態(拘束されない状態)になるようにしてもよい。
図5は、屈曲形状部付きブランク材9が成形途中の部品12の状態を経て、中間部品14へプレス成形されるまでを説明する図である。図5(a)〜図5(c)がプレス成形途中の状態、図5(d)がプレス成形下死点の状態をそれぞれ示している。
このとき、屈曲形状部付きブランク材9の屈曲形状部11とシワ押さえ部21aの周縁との間に十分な隙間が形成されるように、屈曲形状部付きブランク材9を配置する。このような隙間を形成するのは、成形途中の材料流入によって屈曲形状部11が縦壁部5側に移動したとしても、屈曲形状部11がシワ押さえ部21aに当接しないようにするためである。
また、パッド19は、伸びフランジ成形部1における天板部3に相当する部位の全面に配置するのではなく、パンチ15の湾曲する側面から内方に少しずれた位置に配置するとよい(図5(a)参照)。
さらに、本実施の形態の屈曲形状部11は、平面視において凹状外周縁部3aに沿った湾曲形状となっているので、屈曲形状部11に作用する引張応力をより均一化させることができる。
また、成形途中の部品12において、屈曲形状部11を含む部位は金型で拘束されていないため3次元的に自由に変形する(移動する又は逃げる)ことができ、この点でも成形途中の部品12の端面に集中して作用する引張応力を緩和することができる。
以上のようにして、ワレが発生することなく中間部品14(図6参照)が成形される。
第3工程は、中間部品14のフランジ部7の外側の部位をトリミングして伸びフランジ成形部1(図2参照)を含む伸びフランジ成形部品を製造する工程である。このトリミングされる部位には屈曲形状部11が含まれている。
なお、屈曲形状部付きブランク材9の屈曲形状部11の断面形状は図4に示すものに限らず、図7に示すように種々の態様とすることが可能である。
また、図7(u)、(v)に示すように、屈曲部形状部全体が湾曲するようなものであってもよい。
なお、図7において屈曲形状部11を複数の屈曲部から形成する例として、屈曲部が2つの例を示したが、本発明の屈曲形状部を形成する屈曲の数は特に限定されるものではない。
なお、上記実施の形態1では、第2工程用金型13がパッド19を有しており、第2工程でパッド19がパンチ15と屈曲形状部付きブランク材9の天板部3(図2及び図6参照)に相当する部位を挟持する例を挙げて説明したが、例えば屈曲形状部付きブランク材9におけるパンチを挟んで反対側の部位についてもダイとシワ押えで挟持して絞り成形する場合のように、屈曲形状部付きブランク材9の載置位置が絞り成形の際にずれ難い場合、パンチ15上にパッド19を設ける必要はない。
このような場合、例えば、図1に示すダイ17に替えて、図8に示すようにパンチ15に延び出す決め押部23aを有するダイ23を用いてもよい。ダイ23はダイ17の変形例であり、図8において図1と同様のものには同一の符号を付している。
上述した決め押部23aは、図9(d)に示すように、第2工程のプレス成形下死点において中間部品14の天板部3を、パンチ15と協働して決め押しをするものである。なお、図9において図5と同様のものには同一の符号を付している。
このようなダイ23を用いた場合においても、実施の形態1のダイ17を用いた場合と同様にワレが発生することなく中間部品14(図6参照)を成形することができる。
上記の実施の形態1、2においては、屈曲形状部付きブランク材に形成する屈曲形状部の例として、図3、図4、図7等に示す屈曲形状部11のように、最も内側の屈曲の方向が図中下側(縦壁が形成される方向と同じ方向)である例を示したが、本発明の屈曲形状部はこれに限られるものではなく、屈曲形状部における最も内側の屈曲方向は、上側(縦壁が形成される方向と逆方向)(図10参照)であってもよい。
実施の形態3の第2工程用金型24は、実施の形態1のものと比較して、ダイ25及びシワ押さえ26の形状が一部異なっているので、この点について以下説明する。
他方、シワ押さえ26の上面は平坦面となっている。
このように、ダイ25の下面に屈曲形状部逃し部25bを形成し、シワ押さえ26の上面を平坦面とすることで、屈曲形状部付きブランク材27をシワ押さえ26とダイ25で挟持したときに、シワ押さえ26と屈曲形状部逃がし部25bとの間にできる空隙に屈曲形状部28が配置され、屈曲形状部28がプレス成形中に拘束されることがない。
また、図11(u´)、(v´)に示すように、屈曲部形状部全体が湾曲するようなものであってもよい。
なお、図11において屈曲形状部28を複数の屈曲部から形成する例として、屈曲部が2つの例を示したが、本発明の屈曲形状部を形成する屈曲の数は特に限定されるものではない。
<比較実験1>
980MPa級冷延鋼板(板厚1.6mm)を用いて図12に示すAピラー31と同形状の部品を製造するに際して、本発明の実施の形態1で示した第1工程〜第3工程を経る方法(本発明例1)と、従来の一工程で絞り成形する方法(比較例1)の2つの方法を実施して製造された伸びフランジ部品を比較した。
その結果、本発明例1では全くワレが発生しなかったのに対して、比較例1では図12のC部で示す部位にワレが発生した。
これによって、Aピラーを製造するに際して、本発明例1の比較例1に対する優位性を明らかにできた。
1180MPa級冷延鋼板(板厚1.6mm)を用いて図13に示すセンターピラー35と同形状の部品を製造するに際して、本発明の実施の形態2で示した第1工程〜第3工程を経る方法(本発明例2)と、従来の一工程で絞り成形する方法(比較例2)の2つの方法を実施して製造された伸びフランジ成形部品を比較した。
その結果、本発明例2では全くワレが発生しなかったのに対して、比較例2では図13のD部で示す部位にワレが発生した。
これによって、センターピラーを製造するに際して、本発明例2の比較例2に対する優位性を明らかにできた。
3 天板部
3a 凹状外周縁部
5 縦壁部
7 フランジ部
9 屈曲形状部付きブランク材
11 屈曲形状部
12 成形途中の部品
13 第2工程用金型
14 中間部品
15 パンチ
17 ダイ
17a 段部
19 パッド
21 シワ押さえ
21a シワ押さえ部
21b 屈曲形状部逃がし部
23 ダイ
23a 決め押部
24 第2工程用金型
25 ダイ
25a 縦壁成形部の下端面
25b 屈曲形状部逃し部
26 シワ押さえ
27 屈曲形状部付きブランク材
28 屈曲形状部
31 Aピラー
33 ワレ
35 センターピラー
37 ワレ
Claims (2)
- 外周縁の一部が内方に凹むように湾曲した凹状外周縁部を有する天板部と、該天板部における凹状外周縁部に沿って成形された縦壁部と、該縦壁部に対して外方に屈曲するフランジ部を有し、伸びフランジ成形を伴って製造される伸びフランジ成形部品を製造する方法であって、
成形前の素板における前記フランジ部が成形される部位よりも外方に、板厚方向に屈曲する屈曲形状部を形成して屈曲形状部付きブランク材を製造する第1工程と、
前記屈曲形状部付きブランク材における前記天板部に相当する部位をパンチ上に載置して、かつダイとしわ押えで前記屈曲形状部付きブランク材における前記屈曲形状部よりも内方の部位を挟持して、前記縦壁部と前記フランジ部を絞り成形する第2工程と、
該第2工程後に前記フランジ部の外側の部位をトリミングして前記伸びフランジ成形部品を製造する第3工程とを備えたことを特徴とする伸びフランジ成形部品の製造方法。 - 前記段形状は、平面視において前記凹状外周縁部に沿う形状を有することを特徴とする請求項1記載の伸びフランジ成形部品の製造方法。
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