JP2016002560A - 冷間プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を、980MPa級以上の超ハイテン材を用いた場合においてもワレやシワを発生させることなく製造できる冷間プレス成形方法を得る。【解決手段】本発明に係る冷間プレス成形方法は、絞り成形により、長手方向に10〜30mm断面深さで、かつ長手方向直交断面においてハット断面部を有する第１成形部品をプレス成形する第１プレス成形工程と、第１成形部品をトリミングしてトリミング部品を得るトリミング工程と、トリミング部品のハット断面部における天板部の一部をパッドで押え、かつハット断面部を有する製品形状部と、前記連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側に連続するステップ形状部と、該ステップ形状部の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部とを有する第２成形部品をフォーム成形により成形する第２プレス成形工程とを有するものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を製造する冷間プレス成形方法に関する。

衝突安全性向上と車体軽量化を両立するために、従来にない強度の高強度鋼板が車体に適用されるようになってきた。引張り強度で440MPa〜590MPa級の高強度鋼板の適用は一般的になり、最近では、車体の側面衝突時の衝突特性に重要となるセンターピラー部品へ、強度レベルが980MPa級以上の高強度鋼板（超ハイテン材）の適用が検討されている。
このような超ハイテン材は強度が高い一方で素材の延性が小さくなるためプレス成形時にワレやシワなど成形不良が発生しやすい。そのため、ワレやシワのない製品を製造するために各種のプレス成形技術が検討されてきた。

代表的なプレス成形方法として、絞り成形がある。絞り成形は、ダイとシワ押さえ板により、素材を拘束しながらパンチとダイで成形する方法である。延性の高い590MPa級の鋼板ではワレやシワを発生させることなく自動車部品の絞り成形が可能であるが、延性の小さい超ハイテン材では、シワ押さえ板によって材料を拘束するとワレが発生しやすい。また、シワ押さえ圧を下げて材料の拘束を緩めるとワレを回避できるが、材料あまりによるシワの発生が問題になる（例えば、図９参照）。
また、絞り成形の場合、材料の変形が大きい分、大きなプレス加工力が必要となる。量産で用いられている大型プレス機の加工力は最大500tonf程度であり、超ハイテン材を適用した場合に、プレス加工力不足から製造が難しいという問題もある。

他の代表的なプレス成形の方法として、フォーム成形（曲げ成形）がある。フォーム成形は上金型と下金型で材料を曲げながら成形する方法である。フォーム成形は、材料に付与する変形を最小限に抑えることができるため、延性の小さい超ハイテン材のプレス成形に多く使われている。また、プレス加工力低減にも有効なプレス方法である。
しかしながら、対応できる製品の形状に制約があり、ロッカー部品など長手方向に単純な断面形状を有する部品には適用可能であるが、本発明が対象としている長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品に対しては適用が難しい。

さらに第３の方法として、ワレが発生しない程度に絞り成形を行い、続いてフォーム成形するという２工程のプレス成形によってワレとシワの両方の発生を回避するという方法も考えられる。
しかしながら、一般的なセンターピラー部品は長手方向に断面が変化しながら湾曲しており、フォーム成形でこの部品を成形した場合、大きく湾曲するフランジ部に大きなシワが発生してしまう（例えば、図１０参照）。

なお、超ハイテン材を用いたセンターピラー部品の製造方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１では、熱間プレス成形において、センターピラー部品の湾曲部フランジに発生するシワを低減させるプレス成形方法が提案されている。
この方法は、シワが発生しやすい湾曲部のみブランク形状を大きくしてシワ押さえ板で材料を拘束させながら成形を行い、他の部分はフォーム成形を行う方法であり、シワ押さえで湾曲部の材料を拘束させながら絞り成形するため、シワが低減される効果がある。

特許第５１５１７８４号公報

しかしながら特許文献１の方法は、熱間プレス成形であって成形時に高温にすることにより材料強度を低くして成形するため、冷間プレス成形を対象とする本発明の超ハイテン材のプレス加工への適用は難しい。
また、絞り成形領域とフォーム成形領域をひとつの金型で実現させる必要があるため、金型構造が複雑になり、金型製作費用が高くなるという問題もある。
さらに、絞り成形部とフォーム成形部の境界部は材料が複雑な変形をするため、本発明が対象とする延性の小さい超ハイテン材の冷間プレス成形ではワレ、シワの発生を十分防ぐことができないという問題もある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を、980MPa級以上の超ハイテン材を用いた場合においてもワレやシワを発生させることなく製造できる冷間プレス成形方法を得ることを目的とする。

（１）本発明に係る冷間プレス成形方法は、長手方向両端部において２つのＴ字の縦辺を対向させて連結した形状（連結Ｔ字形状）を有し、かつ長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を製造する冷間プレス成形方法であって、
長手方向両端部において連結Ｔ字形状を有し、長手方向に10〜30mmの断面深さで、かつ長手方向直交断面においてハット断面部を有する第１成形部品を、絞り成形によりプレス成形する第１プレス成形工程と、
前記第１成形部品における連結Ｔ字形状のＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部の左右両側部をトリミングしてトリミング部品を得るトリミング工程と、
前記トリミング部品のハット断面部における天板部の一部をパッドで押え、かつ天板部と縦壁部とフランジ部からなるハット断面部を有する製品形状部と、前記連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側に連続するステップ形状部と、該ステップ形状部の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部とをフォーム成形により成形する第２プレス成形工程とを有することを特徴とするものである。

本発明においては、絞り成形により、長手方向両端部において連結Ｔ字形状を有し、長手方向に10〜30mmの断面深さで、かつ長手方向直交断面においてハット断面部を有する第１成形部品をプレス成形する第１プレス成形工程と、第１成形部品をトリミングしてトリミング部品を得るトリミング工程と、製品形状部とステップ形状部と傾斜面部とをフォーム成形により成形する第２プレス成形工程とを有することにより、長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を、980MPa級以上の超ハイテン材を用いた場合においても製品形状となる部分（ハット断面部）にワレやシワを発生させることなく、冷間プレス成形をすることができる。

本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法で用いる第１金型及び第２金型の斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法の成形対象であるセンターピラー部品の斜視図、Ｂ−Ｂ矢視断面図及び側面図である。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法の第１プレス成形工程で成形した第１成形部品の斜視図及びＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法のトリミング工程で得られたトリミング部品の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法の第２プレス成形工程で成形した第２成形部品の斜視図及びＤ−Ｄ矢視断面図である。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法の説明図である（その２）。 比較のために行ったプレス成形方法により成形されたセンターピラー部品の斜視図である（その１）。 比較のために行ったプレス成形方法により成形されたセンターピラー部品の斜視図である（その２）。

本発明の一実施の形態に係る冷間プレス成形方法は、センターピラー部品１（図３参照）を冷間プレス成形により製造する冷間プレス成形方法であって、絞り成形により、長手方向に10〜30mmの断面深さで、かつ長手方向直交断面においてハット断面部８を有する第１成形部品７（図４参照）をプレス成形する第１プレス成形工程と、前記第１成形部品における連結Ｔ字形状のＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部の左右両側部をトリミングしてトリミング部品４（図５参照）を得るトリミング工程と、トリミング部品４のハット断面部８における天板部８ａの一部をパッド２３（図１（ｂ）参照）で押え、かつ天板部１０ａと縦壁部１０ｂとフランジ部１０ｃからなるハット断面部１０を有する製品形状部１２と、トリミング部品４の連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側に連続するステップ形状部３１と、ステップ形状部３１の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部３３とを有する第２成形部品９（図６参照）をフォーム成形により成形する第２プレス成形工程とを有している。
まず、センターピラー部品１について説明し、その後、各工程を説明する。

＜センターピラー部品＞
センターピラー部品１は、図３に示すように、長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部５を有している。
また、長手方向両端部において２つのＴ字の縦辺を対向させて連結した形状（連結Ｔ字形状）を有しており、Ｔ字の縦辺に相当する部位は長手方向直交断面がハット形状になっている。以下の説明において当該部位をハット断面部３と言う。ハット断面部３は、天板部３ａと、天板部３ａの側部に形成された縦壁部３ｂと、縦壁部３ｂの外側に連続して形成されたフランジ部３ｃを有している。天板部３ａと縦壁部３ｂの境界部分はＲ5〜10mmのＲ肩部になっている。
なお、センターピラー部品１の長手方向両端及びＴ字形状の横辺の両端には、縦壁部３ｂ及びフランジ部３ｃはない（図３（ａ）参照）。

本実施の形態では、上記のような形状を有するセンターピラー部品１を、強度レベル980MPa級以上の超ハイテン材をブランク材に用い、冷間プレス成形により製造される。

次に、各工程について、各工程で用いる金型及び各工程で成形される成形部品と共に説明する。

＜第１プレス成形工程＞
第１プレス成形工程は、第１金型１１（図１（ａ）参照）を用いて、絞り成形により長手方向に10〜30mmの断面深さで第１成形部品７（図４参照）をプレス成形する工程である。

≪第１金型≫
第１金型１１は、第１プレス成形工程で使用されてブランク材から第１成形部品７を成形するための金型であり、図１（ａ）に示すように第１上金型１３と第１下金型１５を有している。
第１金型１１は、10〜30mmの断面深さで成形するようになっている。第１金型１１の深さの下限値を10mmに設定したのは、センターピラー部品１のＲ肩部がＲ5〜10mmとなっていることから、Ｒ肩部が最大の場合でも第１プレス成形工程で成形できるようにするためである。また、第１金型１１の深さの上限値を30mmに設定したのは、第１金型１１の深さが30mmを超えると980MPa級以上の超ハイテン材をブランク材に用いた場合にワレが発生する危険があるからである。

≪第１成形部品≫
第１成形部品７は、第１金型１１によってプレス成形される中間部品である。
第１成形部品７は、図４に示すように、長手方向両端部において連結Ｔ字形状を有し、長手方向に一定範囲の断面深さで、かつ長手方向直交断面において天板部８ａと縦壁部８ｂとフランジ部８ｃからなるハット断面部８を有している。なお、図４において、製品形状であるセンターピラー部品１（図３参照）と同様のものについては同じ添え字を付している。

以上のように、第１プレス成形工程においては、成形深さを10〜30mmにしており、980MPa級以上の超ハイテン材をブランク材に用いて絞り成形を行っても、ワレの発生を回避することができる。

＜トリミング工程＞
トリミング工程は、第１成形部品７における、連結Ｔ字形状のＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部８ｃの左右両側部をトリミングしてトリミング部品４（図５参照）を得る工程である。なお、図５において、第１成形部品７と同様のものには同様の符号を付しており、トリミングした部分を斜線で示している。
このようにトリミングするのは、次工程である第２プレス成形工程を容易にするためである。

＜第２プレス成形工程＞
第２プレス成形工程は、第２金型１７（図１（ｂ）参照）を用いて、第１成形部品７をトリミングしたトリミング部品４について、ハット断面部８における天板部８ａの一部をパッド２３で押え、かつ天板部１０ａと縦壁部１０ｂとフランジ部１０ｃからなるハット断面部１０を有する製品形状部１２と、トリミング部品４の連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側に連続するステップ形状部３１と、ステップ形状部３１の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部３３とを有する第２成形部品９（図６参照）をフォーム成形により成形する工程である。

≪第２金型≫
第２金型１７は、第１成形部品７をトリミングしたトリミング部品４から第２成形部品９を成形するための金型であり、図１（ｂ）に示すように第２上金型１９と第２下金型２１とパッド２３を有している。
第２金型１７は、図２に示すように、第２成形部品９（図６参照）の製品形状部１２を成形する製品成形部（製品成形部２５Ｕ、製品成形部２５Ｌ）と、ステップ形状部３１（図６参照）を成形するステップ形状部成形部（ステップ形状部成形部２７Ｕ、ステップ形状部成形部２７Ｌ）と、傾斜面部３３（図６参照）を成形する傾斜面部成形部（傾斜面部成形部２９Ｕ、傾斜面部成形部２９Ｌ）とを有している。
図１（ｂ）では、パッドで押さえる範囲を天板部８ａの略Ｔ字形状とした例を示しており、これによりシワの発生が問題になる部位を押さえることができる。なお、天板部８ａのさらに広い範囲を押さえるようにしてもよい。

≪第２成形部品≫
第２成形部品９は、第２金型１７によってトリミング部品４をプレス成形することによって製造される中間部品である。
第２成形部品９は、図６に示すように、天板部１０ａと縦壁部１０ｂとフランジ部１０ｃからなるハット断面部１０を有する製品形状部１２と、トリミング部品４の連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位におけるハット断面部１０のフランジ部１０ｃの外側に連続するステップ形状部３１と、ステップ形状部３１の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部３３とを有している。
なお、図６において、製品形状であるセンターピラー部品１（図３参照）と同様のものについては同様の添え字を付している。
第２成形部品９は、ステップ形状部３１や傾斜面部３３等をトリミングすることで最終的な製品形状であるセンターピラー部品１（図３参照）になる。

次に、図７及び図８に基づいて、第２プレス成形工程において第２成形部品９が成形される過程を詳細に説明する。
図７及び図８は、トリミング部品４から第２成形部品９へのプレス成形途中の部品６の状態を説明する図であり、シワの状態を説明する平面図と、平面図におけるＥ−Ｅ矢視断面図を併せて図示したものである。
第２プレス成形工程における下死点までの距離が、図７（ａ）は30mmの状態、図７（ｂ）は20mmの状態、図７（ｃ）は10mmの状態、図８（ｄ）は5mmの状態、図８（ｅ）は2mmの状態をそれぞれ示している。
図７及び図８それぞれの左側の平面図においては、シワ５５に色付けをして示している。
本例では第２上金型１９を第２下金型２１側に移動させる場合を例に挙げて説明する。なお、金型の移動方向は第２上金型１９と第２下金型２１が近づく方向であればよい。

まず、第２下金型２１にトリミング部品４を載置する。
この状態から第２上金型１９を下動させると、図７（ａ）、図７（ｂ）の断面図に示すように、ステップ形状部成形部２７Ｕがトリミング部品４のプレス成形途中の部品６に当接し（図７（ａ）点線丸４１を参照）、また、傾斜面部成形部２９Ｌの傾斜面の頂上部がプレス成形途中の部品６に当接する（図７（ｂ）点線丸４３を参照）。
また、製品成形部２５Ｌにおける肩部がプレス成形途中の部品６に当接する（図７（ｂ）点線丸４５を参照）。

第２上金型１９をさらに移動させると、図７（ｃ）の断面図に示すように、プレス成形途中の部品６とステップ形状部成形部２７Ｕ、傾斜面部成形部２９Ｌとは次第に強く当接して（点線丸４１、点線丸４３を参照）摩擦力が大きくなり、プレス成形途中の部品６の連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側部には、外側に向かう引張力が作用する。このことにより、製品形状となる部分におけるシワの発生が抑制される。
図８（ｄ）、図８（ｅ）の断面図に示すように、第２上金型１９をさらに移動させると、プレス成形途中の部品６の変形がさらに大きくなるのに伴って摩擦力が大きくなるため、上述した外側に向かう引張力が強くなり、さらなるシワの抑制効果が高くなる。
そのため、図８（ｅ）の平面図に示すように、余肉部３７にはシワ５５が発生しているものの、製品形状となる部分３５にはシワが発生していない。
以上のように、第２プレス成形工程において第２成形部品９のフランジ部１０ｃのシワ（図１０参照）の発生が抑えられる。
プレス成形後、第２成形部品９（図６参照）はステップ形状部３１や傾斜面部３３等がトリミングされてセンターピラー部品１（図３参照）になる。図６に示すハット断面部１０は図３に示すハット断面部３に相当する。

次に、本実施の形態に係る冷間プレス成形方法の効果について、比較のために行ったプレス成形（図９及び図１０参照）と共に説明する。

センターピラー部品１（図３参照）と同形のセンターピラー部品の成形を目標として、深絞り成形１工程によって成形したものを図９に示す。
また、本実施の形態の第１プレス成形工程と同様の絞り成形を行った後に、連結Ｔ字形状のＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部の左右両側部をトリミングし、本実施の形態の第２金型１７（図１（ｂ）参照）における製品成形部のみで形成される金型、すなわち図２に示すステップ形状部成形部（ステップ形状部成形部２７Ｕ、ステップ形状部成形部２７Ｌ）や傾斜面部成形部（傾斜面部成形部２９Ｕ、傾斜面部成形部２９Ｌ）を有していない金型を用いてフォーム成形するという２工程によって成形したものを図１０に示す。

まず、深絞り成形１工程によって成形されたセンターピラー部品５１は、図９に示すように、シワ押さえによる材料拘束により、Ｒ肩部、特に天板部の略Ｔ字形状周辺においてワレ５３が発生した。このようなワレ５３はシワ押さえ圧を低減させることで回避できるが、そうした場合には天板部にシワ５５が発生した。

この点、本実施の形態に係る冷間プレス成形方法の場合、ワレが発生しないように、第１プレス成形工程において、長手方向に10〜30mmの断面深さで浅く絞り成形するため、シワ押さえ圧を低減させなくともＲ肩部にワレが発生することがない。

次に、本実施の形態の第１プレス成形工程と同様の絞り成形を行った後に、Ｔ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部の左右両側部をトリミングし、本実施の形態の第２金型１７における製品成形部のみで形成される金型を用いてプレス成形した比較例では、絞り成形後にフォーム成形をすることで成形されたセンターピラー部品５７は、図１０に示すように、ワレは回避できたが、フォーム成形の際にフランジ部に大きなシワ５５が発生した。これは湾曲しているセンターピラー部品１を成形する場合、フランジ部は縮みフランジとなるためである。

この点、本実施の形態に係る冷間プレス成形方法の場合、第１プレス成形工程において、長手方向に10〜30mmの断面深さで絞り成形してワレを防止し、トリミング工程においてＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部８ｃの左右両側部をトリミングし、その後、第２プレス成形工程において、天板部８ａをパッド２３で押さえるため天板部８ａにシワの発生が抑制され、かつ、ステップ形状部３１及び傾斜面部３３を成形することでプレス成形途中の部品６に対して外方に向かう引張力を付与しながら成形することで、フランジ部１０ｃでシワが発生することがない。

以上のように、本発明を適用することで、980MPa級以上の超ハイテン材をブランク材に用いた場合においても、製品形状であるセンターピラー部品１にワレやシワを発生させることなくプレス成形することができる。

１ センターピラー部品
３ ハット断面部
３ａ 天板部
３ｂ 縦壁部
３ｃ フランジ部
４ トリミング部品
５ 湾曲部
６ プレス成形途中の部品
７ 第１成形部品
８ ハット断面部
８ａ 天板部
８ｂ 縦壁部
８ｃ フランジ部
９ 第２成形部品
１０ ハット断面部
１０ａ 天板部
１０ｂ 縦壁部
１０ｃ フランジ部
１１ 第１金型
１２ 製品形状部
１３ 第１上金型
１５ 第１下金型
１７ 第２金型
１９ 第２上金型
２１ 第２下金型
２３ パッド
２５Ｕ 製品成形部（第２上金型）
２５Ｌ 製品成形部（第２下金型）
２７Ｕ ステップ形状部成形部（第２上金型）
２７Ｌ ステップ形状部成形部（第２下金型）
２９Ｕ 傾斜面部成形部（第２上金型）
２９Ｌ 傾斜面部成形部（第２下金型）
３１ ステップ形状部
３３ 傾斜面部
３５ 製品形状となる部分
３７ 余肉部
４１、４３、４５ 点線丸
５１ センターピラー部品（比較部品その１）
５３ ワレ
５５ シワ
５７ センターピラー部品（比較部品その２）

Claims (1)

1. 長手方向両端部において２つのＴ字の縦辺を対向させて連結した形状（連結Ｔ字形状）を有し、かつ長手方向に断面高さが変化しつつ湾曲する湾曲部を有するセンターピラー部品を製造する冷間プレス成形方法であって、
   長手方向両端部において連結Ｔ字形状を有し、長手方向に10〜30mmの断面深さで、かつ長手方向直交断面においてハット断面部を有する第１成形部品を、絞り成形によりプレス成形する第１プレス成形工程と、
   前記第１成形部品における連結Ｔ字形状のＴ字の横辺に相当する部位の左右両端、及び、フランジ部の左右両側部をトリミングしてトリミング部品を得るトリミング工程と、
   前記トリミング部品のハット断面部における天板部の一部をパッドで押え、かつ天板部と縦壁部とフランジ部からなるハット断面部を有する製品形状部と、前記連結Ｔ字形状におけるＴ字の縦辺に相当する部位の外側に連続するステップ形状部と、該ステップ形状部の外側に連続して斜め上方に立ち上がる傾斜面部とをフォーム成形により成形する第２プレス成形工程とを有することを特徴とする冷間プレス成形方法。