JP2016043402A

JP2016043402A - プレス成形用金型装置

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Publication number: JP2016043402A
Application number: JP2014171616A
Authority: JP
Inventors: 裕一時田; Yuichi Tokita; 智史澄川; Satoshi Sumikawa
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP6197766B2

Abstract

【課題】簡易的な構成でスプリングバック抑制やホットプレス成形における焼入れ性向上を図ることができるプレス成形用金型装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るプレス成形用金型装置１は、上金型と、該上金型と協働して鋼板をプレス成形する下金型とを有するプレス成形用金型装置１であって、上金型としてのダイ９、ダイ９と協働して鋼板３をプレス成形する下金型としての分割パンチ５とフランジ成形ダイ７と、ダイ９の成形時の荷重を受けて該荷重を、フランジ成形ダイ７を移動させる駆動力に変換する油圧式動力変換伝達機構１１とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、上金型と、該上金型と協働して鋼板をプレス成形する下金型とを有するプレス成形用金型装置に関する。

プレス成形金型は通常、スライドに設置された上金型と、ボルスターに設置された下金型と、クッションピンにより押し上げられるホルダーとを有している。そして、このようなプレス成形金型を用いたプレス成形は、クッションピンに上向きの力を付与し、スライドを下動させ、上金型とホルダーとで素材を挟み込み、下金型に押し込み成形することで行われる。スライド（上金型）は、クランク機構により１ストロークでプレス下死点から上死点までの移動を繰り返す。

近年、自動車業界では、地球温暖化防止の観点から車体軽量化が望まれており、且つ、衝突変形強度向上のために構造部材にハイテン材の適用やホットプレス材の適用が拡大している。
ハイテン材は、従来の軟鋼板に比べて素材強度が高いため、プレス成形時に変形しにくくて、通常のプレス成形用金型では、スプリングバックの発生が大きくなったり、ワレやしわの発生が顕著になったりする。
また、ホットプレス材においては、成形時に金型と接触させて焼入れを行うことがあるが、例えばハット断面形状の製品をプレス成形するような場合には、金型と接触しにくい縦壁部の焼入れが不足することがある。

そこで、ハイテン材のスプリングバック抑制やホットプレス材の焼入れ向上のために、成形途中で下金型の全部又は一部を移動させてブランクへの負荷をコントロールしたり、金型との接触度合いを向上させたりすることが考えられる。
この点、例えば特許文献１には、スプリングバックを抑制するため、雌型（上金型）とブランクホルダとを別々のアクチュエータによって駆動することで（特許文献１の段落［００１８］参照）、それぞれ別個に移動させるプレス成形金型が開示されている。

特開２０１０−９９７００号公報

しかし、特許文献１の雌型とブランクホルダは、それぞれ個別のアクチュエータによって駆動するため、各金型（雌型とブランクホルダ）の移動のタイミングやストロークの制御が必要であり、構成が複雑で設備コストがかかるという問題がある。

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、簡易的な構成により成形途中で下金型の全部又は一部を移動させてブランクへの負荷をコントロールしたり、金型との接触度合いを向上させたりすることができ、ハイテン材におけるスプリングバック抑制や焼入れ向上等に有効なプレス成形用金型装置を得ることを目的としている。

発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、上金型の成形時の荷重を利用して下金型（ブランクホルダを含む）を移動させるという知見を得た。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係るプレス成形用金型装置は、上金型と、該上金型と協働して鋼板をプレス成形する下金型とを有するプレス成形用金型装置であって、
前記下金型は、その全部又は一部が移動可能に構成されており、
前記上金型の成形時の荷重を受けて、該荷重を前記下金型の全部又は一部を上金型の移動方向とは異なる方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構を有することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記下金型が２分割されており、
前記動力変換伝達機構が、前記分割された下金型を各分割部同士が離れる方向に移動させることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、成形対象であるプレス成形品が、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続する縦壁部と、該縦壁部に連続するフランジ部とを備え、
前記下金型が、前記プレス成形品の前記天板部と前記縦壁部とを成形するパンチと前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイとを備え、
前記動力変換伝達機構が、前記フランジ成形用ダイを前記上金型に向けて移動させることを特徴とするものである。

（４）また、上記（２）又は（３）に記載のものにおいて、前記動力変換伝達機構が、下死点付近において前記上金型の成形時の荷重を受ける荷重受け部と、該荷重受け部によって受けた荷重を、前記下金型の全部又は一部を移動させる駆動力に変換する動力変換部と、該動力変換部で変換された動力を前記下金型の全部又は一部に伝達する駆動力伝達部を備えてなることを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記動力変換部が油圧式であることを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記動力変換部が機械式であることを特徴とするものである。

本発明においては、下金型の全部又は一部が移動可能に構成されており、上金型の成形時の荷重を受けて、該荷重を前記下金型の全部又は一部を上金型の移動方向とは異なる方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構を有することにより、簡易な構成で下金型の全部又は一部を移動させることができ、スプリングバック抑制やホットプレス成形における焼入れ性向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の構造を説明する立断面図である。本発明の一実施の形態に係る成形対象であるハット断面形状部材の説明図である。本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の動作説明図である。本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の他の態様の構造を説明する立断面図である。本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その１）。本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その２）。本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置の動力変換伝達機構の他の態様の説明図である（その３）。本発明の他の実施の形態に係るプレス成形用金型装置の構造を説明する立断面図である。本発明の他の実施の形態に係るプレス成形用金型装置の金型部分の斜視図である。本発明の他の実施の形態に係る成形対象であるハット断面形状部材の説明図である。本発明の他の実施の形態に係るプレス成形用金型装置の動作説明図である。本発明の他の実施の形態に係るプレス成形用金型装置の金型部分の他の態様の斜視図である。本発明の実施例１における実験結果の評価方法の説明図である。本発明の実施例１における実験結果を説明するグラフである（その１）。本発明の実施例１における実験結果を説明するグラフである（その２）。本発明の実施例２における成形対象であるハット断面形状部材の製品形状の説明図である（その１）。本発明の実施例２における成形対象であるハット断面形状部材の製品形状の説明図である（その２）。本発明の実施例２における従来のプレス成形金型の斜視図である。本発明の実施例２における従来のプレス成形方法の説明図である。本発明の実施例２におけるスプリングバック量の評価方法の説明図である。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係るプレス成形用金型装置１は、図１に示すように、上金型としてのダイ９、ダイ９と協働して鋼板３（図３参照）をプレス成形する下金型としての分割パンチ５とフランジ成形ダイ７と、ダイ９の成形時の荷重（以下、単に「成形荷重」という場合がある）を受けて該荷重を分割パンチ５を移動させる駆動力に変換する油圧式動力変換伝達機構１１とを有しており、予め加熱した鋼板３をハット断面形状部材１７（図２参照）に熱間プレス成形（ホットプレス成形）するためのものである。
なお、本実施の形態ではプレス成形用金型装置１とハット断面形状部材１７はともに左右対称であるため、図１及び図３においては右半分のみを図示している。また、図１においては点線の丸で囲んだ部分の拡大図を併記している。

〔ハット断面形状部材〕
熱間プレス成形するハット断面形状部材１７は、図２に示すように、天板部１８と、天板部１８の両側に連続するように形成された縦壁部１９と、各縦壁部１９の端部に形成されたフランジ部２０とを有している。

焼入れを行うためには、鋼板３に金型を十分に接触させることが必要である。
しかし、縦壁部１９においては、熱間プレス成形中に板厚が減少しやすく、下死点において金型に接触しにくい。
また、上金型の移動方向はハット断面形状部材１７の縦壁部１９における法線と略直交する方向であるために、成形荷重を増加させても、金型を縦壁部１９に強く接触させることが難しい。

このように、ハット断面形状部材１７を熱間プレス成形する場合、従来のプレス成形金型では、下死点において縦壁部１９に金型を接触させにくく急冷させることができない。
以上のことを踏まえた上で、本発明に係るプレス成形用金型装置１について以下に説明する。

〔プレス成形用金型装置〕
上述したプレス成形用金型装置１のダイ９、分割パンチ５、フランジ成形ダイ７及び油圧式動力変換伝達機構１１について詳細に説明する。

＜ダイ＞
ダイ９は、図１に示すように、分割パンチ５と協働して天板部１８を成形するダイ側天板成形面９ａと、分割パンチ５と協働して縦壁部１９を成形するダイ側縦壁成形面９ｂと、フランジ成形ダイ７と協働してフランジ部２０を成形するフランジ成形部９ｃと、フランジ成形部９ｃの外側に下に凸に設けられた凸部９ｄとを有している。
凸部９ｄの高さｈは、所定の高さに設定されている。

＜分割パンチ＞
分割パンチ５は、一体型のパンチを幅方向中央で縦に半割した形状からなり、天板部１８を成形する天板成形面５ａと、縦壁部１９を成形する縦壁成形面５ｂと、縦壁部１９及びフランジ部２０の境界のＲ部を成形する境界Ｒ成形面５ｃと、分割パンチの下面と分割パンチ５の幅方向内側面とに亘って形成された傾斜面５ｄ（図１中の拡大図を参照）とを有している。

分割パンチ５は、フランジ成形ダイ７上に幅方向（分割パンチ５同士が離れる方向）に移動可能に載置されている。分割パンチ５がプレス成形中にダイ９の移動方向とは異なって、幅方向に移動することで、縦壁成形面５ｂが該成形面に対向するダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動して鋼板３を押圧するようになっている。
傾斜面５ｄの傾斜角度は所定の角度に設定されている。

＜フランジ成形ダイ＞
フランジ成形ダイ７は、ダイ９と協働してフランジ部２０を成形するフランジ成形面７ａと、長手方向に沿って設けられた凹陥部７ｂとを有している。
凹陥部７ｂには分割パンチ５が載置されており、凹陥部７ｂに分割パンチ５を載置した状態で分割パンチ５の境界Ｒ成形面５ｃの下端が、フランジ成形ダイ７のフランジ成形面７ａと面一になっている。
凹陥部７ｂの幅は分割パンチ５の下部の幅よりも広くなっており、凹陥部７ｂの幅方向中央に分割パンチ５を載置した状態（分割パンチ５の幅方向内側面を凹陥部７ｂのほぼ中央に位置させた状態）で凹陥部７ｂの壁面と分割パンチ５とに隙間Ｓが形成される。そのため、分割パンチ５はこの隙間Ｓの分だけ幅方向外側に移動可能になっている。

プレス成形は、図１中に黒太矢印で示すように、ダイ９が分割パンチ５に近づく方向に移動することで行われる。ダイ９の移動方向、つまり、ダイ９の成形荷重方向は、ハット断面形状部材１７の縦壁部１９の法線Ｌ_Wと交差する方向（図１の例では、ダイ９の成形荷重方向と法線Ｌ_Wのなす角度は90度に近い）である。
そのため、ダイ９の成形荷重方向に直交する天板部１８やフランジ部２０は、下死点においてダイ９の押圧力によって金型に接触させることができるが、縦壁部１９は成形荷重を増しても金型に接触させることが難しい。
そこで、本発明では、油圧式動力変換伝達機構１１によって分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させ、縦壁部１９を金型（分割パンチ５の縦壁成形面５ｂ、ダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂ）に確実に接触させて十分に冷却することができるようにした。以下に、油圧式動力変換伝達機構１１について詳細に説明する。

＜油圧式動力変換伝達機構＞
油圧式動力変換伝達機構１１は、本発明の動力変換伝達機構の一態様であり、成形時におけるダイ９の成形荷重によって、分割パンチ５をダイ９の移動方向とは異なる幅方向に、すなわち分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向に移動させるものである。
油圧式動力変換伝達機構１１は、図１に示すように、下死点付近においてダイ９の成形荷重を受ける荷重受け部となる第１油圧ピストン１２と、作動油１３が充填された油圧配管１４と、油圧配管１４における第１油圧ピストン１２が設置された端部と反対側の端部に設置された第２油圧ピストン１５と、第２油圧ピストン１５から受ける荷重を分割パンチ５の傾斜面５ｄに伝達するカム１６を備えている。

第１油圧ピストン１２は油圧配管１４の一端に上下動可能に配置されており、成形下死点付近において凸部９ｄによって押し下げられる。
作動油１３は、第１油圧ピストン１２がダイ９の凸部９ｄから受けた荷重を、他端側に設置された第２油圧ピストン１５に伝達するための機能を有している。
油圧配管１４における第１油圧ピストン１２が設置されているシリンダ部の断面積は、第２油圧ピストン１５が設置されているシリンダ部の断面積よりも大きく設定されており、第１油圧ピストン１２の下動量よりも第２油圧ピストン１５（カム１６）の上動量が大きくなる。このように、第１油圧ピストン１２と第２油圧ピストン１５が設置されるシリンダ部の断面積に差を設けることで、第１油圧ピストン１２の下動量に対する第２油圧ピストン１５の上動量を調整でき、これによってカム１６の上動量ひいては分割パンチ５の幅方向移動量を調整できる。

カム１６は、長手方向直交断面が三角形状の棒状体からなり、該三角形の傾斜面（カム側傾斜面１６ａ、図１中の拡大図を参照）が分割パンチ５の傾斜面５ｄと摺接するようになっている。
カム１６は、フランジ成形ダイ７の長手方向に沿って、幅方向中央に上下動可能に設けられている。カム１６が上動すると、カム側傾斜面１６ａと分割パンチ５の傾斜面５ｄとが接触し、分割パンチ５が拡幅方向の力を受けて、フランジ成形ダイ７の凹陥部７ｂ上を拡幅方向へ移動する。

油圧式動力変換伝達機構１１は以上のような構成であるから、成形時におけるダイ９の成形荷重を、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂをダイ９のダイ側縦壁成形面９ｂに近づく方向（分割パンチ５同士が離れる方向）に移動させる駆動力に変換して、分割パンチ５の縦壁成形面５ｂを縦壁部１９に押付けることができる。

なお、上記から明らかなように、油圧式動力変換伝達機構１１の各構成のうち、第１油圧ピストン１２が本発明の荷重受け部に相当し、作動油１３及び油圧配管１４が動力変換部に相当し、第２油圧ピストン１５及びカム１６が駆動力伝達部に相当する。

プレス成形中においては、鋼板３における縦壁部１９に相当する部分の板厚は最大で25％減少することが想定されるので、縦壁成形面５ｂのダイ側縦壁成形面９ｂ側への移動量は、減少前板厚をｔmmとすると、少なくとも板厚減少量（0.25ｔmm）以上にすることが望ましい。
また、油圧配管１４の途中に流量調整用あるいは圧力調整用バルブを設けて縦壁成形面５ｂの移動量を調整することも可能である。

〔プレス成形用金型装置の動作説明〕
上記のように構成されたプレス成形用金型装置１の動作説明を図３に基づいて行う。
所定の形状にブランキングした鋼板３を、予め加熱炉や通電加熱装置などの加熱手段によって所定温度まで加熱しておく。
加熱後の鋼板３をプレス成形用金型装置１に搬送して、分割パンチ５の上面に載置する。
この状態でダイ９を下動させることで、ダイ９と分割パンチ５とで、鋼板３がハット断面形状に成形される。

プレス成形が進んでダイ９が下死点の数mm手前まで下動すると、ダイ９の凸部９ｄによって第１油圧ピストン１２の押し下げが開始される。第１油圧ピストン１２が下動すると、第２油圧ピストン１５（カム１６）が上動し、これに伴って分割パンチ５が幅方向に移動開始する（図３（ｂ）参照）。このようにして、図３（ｃ）に示すように、下死点において分割パンチ５の縦壁成形面５ｂ（符号は図３（ａ）を参照）が鋼板３の縦壁部１９に相当する部分に強く当接し、急冷されて焼きが入る
この状態で所定時間保持して鋼板３を冷却する（図３（ｃ）参照）。

このようにして、天板部１８やフランジ部２０はもとより、縦壁部１９のような従来のプレス成形金型では焼入れしにくい部分にも十分に焼入れをすることができる（符号は図２を参照）。
冷却後は離型して成形品を取り出す。

以上のように、本実施の形態においてはダイ９の成形荷重を利用して分割パンチ５を移動させることにより、下死点において分割パンチ５の縦壁成形面５ｂを縦壁部１９に当接させて急冷することが可能であり、簡易的な構成でありながら、焼入れ性を向上させることができる。

なお、上記ではダイ９が分割パンチ５とフランジ成形ダイ７に近づく方向に移動する例を挙げて説明したが、分割パンチ５とフランジ成形ダイ７がダイ９に近づくように移動させてもよい。

上記では、動力変換伝達機構として油圧を利用したものを例に挙げたが、動力変換伝達機構はこれに限られない。例えば、油圧の他に水圧や空圧を利用するようなものであってもよい。また、上記のような流体の圧力を利用するようなものではなく、例えば、ウォーム歯車（ウォームとウォームホイール）、かさ歯車や、ラックとピニオン等を用いてダイ９の成形荷重を、分割パンチ５の移動のための駆動力に変換するようなものであってもよい。

機械式の動力変換伝達機構の一例として、ウォーム歯車とかさ歯車を用いた機械式動力変換伝達機構２３について図４及び図５に基づいて説明する。図４は、機械式動力変換伝達機構２３を用いたプレス成形用金型装置２１を図示したものである。なお、図４において、図１のプレス成形用金型装置１と同様のものには同一の符号を付しており、その説明を省略する。また、図４においては機械式動力変換伝達機構２３の一部を簡略化して図示おり、図５においてこの部分を詳細に図示している。

機械式動力変換伝達機構２３は、図４及び図５に示すように、上下動可能に立設し下端に入力側ウォーム２５ａを有する入力軸２５と、入力側ウォーム２５ａに対応する入力側かさ歯車付きウォームホイール２７と、一端に入力側かさ歯車付きウォームホイール２７に対応する入力側伝達かさ歯車２９ａ及び他端に出力側伝達ウォーム２９ｂを有する伝達軸２９と、出力側伝達ウォーム２９ｂに対応する出力側ウォームホイール３１と、上下動可能に立設し下端に出力側ウォームホイール３１に対応する出力側ウォーム３３ａを有する出力軸３３と、カム１６（図１、図４参照）とを備えている。なお、図５においてカム１６の図示は省略している。
入力軸２５の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は出力軸３３の上端に取り付けられている。その他の構成は上述したプレス成形用金型装置１と同様である。

なお、機械式動力変換伝達機構２３の各構成のうち、入力軸２５が本発明の荷重受け部に相当し、入力側ウォーム２５ａと入力側かさ歯車付きウォームホイール２７と入力側伝達かさ歯車２９ａと伝達軸２９と出力側伝達ウォーム２９ｂと出力側ウォームホイール３１と出力側ウォーム３３ａとが動力変換部に相当し、出力軸３３とカム１６が駆動力伝達部に相当する。

成形下死点近傍において入力軸２５がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、入力側ウォーム２５ａによって入力側かさ歯車付きウォームホイール２７が回転し、これに伴って入力側伝達かさ歯車２９ａ、伝達軸２９及び出力側伝達ウォーム２９ｂが回転し、さらに出力側ウォームホイール３１が回転することで、出力側ウォーム３３ａによって出力軸３３が上動するようになっている。
このようにして、ダイ９による成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、入力軸２５の下動量に対する出力軸３３の上動量は、例えば、出力側ウォームホイール３１と入力側かさ歯車付きウォームホイール２７との径を異なるようにすることで調整することができる。

機械式の動力変換伝達機構の他の例として、ラックとピニオンを用いた機械式動力変換伝達機構４１を図６に示す。
機械式動力変換伝達機構４１は、上下方向にスライド可能に立設された入力側ラック４３と、入力側ラック４３のスライドによって回転する入力側ピニオン４５と、入力側ピニオン４５の回転によってスライドする伝達ラック４７と、伝達ラック４７のスライドによって回転する出力側ピニオン４９と、出力側ピニオン４９の回転によって上下方向にスライドする出力側ラック５１と、カム１６（図１、図４参照）とを備えている。なお、図６においてカム１６の図示は省略している。
入力側ラック４３の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は出力側ラック５１の上端に取り付けられている。

なお、機械式動力変換伝達機構４１の各構成のうち、入力側ラック４３が本発明の荷重受け部に相当し、入力側ラック４３（荷重受け部を兼ねている）と入力側ピニオン４５と伝達ラック４７と出力側ピニオン４９とが動力変換部に相当し、出力側ラック５１とカム１６が駆動力伝達部に相当する。

成形下死点近傍において入力側ラック４３がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、入力側ピニオン４５が回転して伝達ラック４７がスライドし、さらに出力側ピニオン４９が回転することで、出力側ラック５１が上動するようになっている。
このようにして、ダイ９の成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、入力側ラック４３の押し下げ量に対する分割パンチ５の移動量は、例えば、出力側ピニオン４９と入力側ピニオン４５との径を異なるようにすることで調整することができる。

機械式の動力変換伝達機構のさらに他の例として、テコを用いた機械式動力変換伝達機構５５について図７に基づいて説明する。図７は、機械式動力変換伝達機構５５を有するプレス成形用金型装置５３を図示したものである。なお、図７において、図１のプレス成形用金型装置１や図４のプレス成形用金型装置２１と同様のものには同一の符号を付しており、その説明を省略する。

機械式動力変換伝達機構５５は、図７に示すように、上下動可能に立設した作動側リンク部材５７と、棒状からなり支点５９ａを中心に回動可能に設けられ一端が作動側リンク部材５７の下端と当接する回動部材５９と、上下動可能に立設し下端が回動部材５９の他端と当接する従動側リンク部材６１と、カム１６とを有している。
作動側リンク部材５７の上端はダイ９の凸部９ｄによって押し下げ可能なように配置されており、カム１６は従動側リンク部材６１の上端に取り付けられている。その他の構成は上述したプレス成形用金型装置１及びプレス成形用金型装置２１と同様である。

なお、機械式動力変換伝達機構５５の各構成のうち、作動側リンク部材５７が本発明の荷重受け部に相当し、作動側リンク部材５７と回動部材５９（支点５９ａ）とが動力変換部に相当し、従動側リンク部材６１とカム１６とが駆動力伝達部に相当する。

成形下死点近傍において作動側リンク部材５７がダイ９の凸部９ｄによって押し下げられると、回動部材５９が支点５９ａを中心に回動し従動側リンク部材６１が上動するようになっている。このようにして、ダイ９の成形荷重がカム１６を介して分割パンチ５に伝達される。
なお、分割パンチ５の移動量は、例えば回動部材５９の支点５９ａの位置を変更することで調整することができる。

なお上記では、分割パンチ５が幅方向に移動するものを例に挙げて説明したが、分割パンチ５の移動方向は、分割パンチ５が鋼板３を押圧する方向であればよく、例えば、上方向や法線Ｌ_W方向に移動するようにしてもよい。このような場合であっても、分割パンチ５の境界Ｒ成形面５ｃの下端とフランジ成形ダイ７のフランジ成形面７ａとが、下死点において面一になるように、これらの高さを設定しておく。

［実施の形態２］
上記実施の形態１は、下金型を２分割した分割パンチ５として、これを幅方向に移動可能に構成したものについて説明したが、下金型はこれに限られず、例えばフランジ成形部（ホルダー面）を移動させるようなものであってもよい。
このようなものの一例としてプレス成形用金型装置７１を挙げて、図８及び図９に基づいて以下に説明する。

〔プレス成形用金型装置〕
プレス成形用金型装置７１は、図１０に示すハット断面形状部材８１を成形するためのものであり、図８及び図９に示すように、上金型としてのダイ７３と、下金型としてパンチ７５及びフランジ成形ダイ７７と、ダイ７３の成形時の荷重を受けて該荷重をフランジ成形ダイ７７を移動させる駆動力に変換する油圧式動力変換伝達機構７９を有している。
以下に、ハット断面形状部材８１及びプレス成形用金型装置７１の各構成について説明する。

＜ハット断面形状部材＞
ハット断面形状部材８１は、ハット断面形状部材１７（図２）の変形例であり、図１０に示すように、全体形状が長手方向に沿って湾曲している。図１０においてハット断面形状部材１７と同様のものには同様の符号を付している。以下の説明において、湾曲の内側のフランジ部を内側フランジ部８３といい、湾曲の外側を外側フランジ部８５という。
内側フランジ部８３は湾曲曲率が大きくなっており（曲率半径が小さくなっており）、外側フランジ部８５は湾曲曲率が小さくなっている（曲率半径が大きくなっている）。従って、従来のフォーム成形において、内側フランジ部８３が伸びフランジ変形を受けるフランジ部であり、外側フランジ部８５がプレス成形時に縮みフランジ変形を受けるフランジ部である。そのため従来のフォーム成形では、内側フランジ部８３と外側フランジ部８５とで残留応力のバランスが取れず、湾曲曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に曲がり変形（スプリングバック）を生じる。

＜ダイ＞
ダイ７３は、長手方向に沿って湾曲する溝が形成されており、該溝の溝底と溝壁が天板部１８及び縦壁部１９を成形する天板成形部７３ａ及び縦壁成形部７３ｂになっており、該溝の外側（縦壁成形部７３ｂの外側）がフランジ成形ダイ７７と協働してフランジ部を成形するフランジ成形部７３ｃになっている。

＜パンチ＞
パンチ７５は、ダイ７３と協働して天板部１８と縦壁部１９を成形するためのものであり、図９に示すように、長手方向に沿って湾曲する凸条からなり、該凸条の上端が天板部１８を成形する天板成形部７５ａになっており、天板成形部７５ａの両側が縦壁部１９を成形する縦壁成形部７５ｂになっている。

＜フランジ成形ダイ＞
フランジ成形ダイ７７は、パンチ７５の両方の側部に移動可能に設けられてダイ７３と協働してフランジ部を成形するものであり、ダイ７３に対向するフランジ成形面７７ａを有し、パンチ７５の両側に配置されて油圧式動力変換伝達機構７９によって移動可能に支持されている。

＜油圧式動力変換伝達機構＞
油圧式動力変換伝達機構７９は、フランジ成形ダイ７７を支持して移動させるものであり、図８に示すように、ダイ７３のプレス成形時の移動方向（図中では下方向）に凸となるようにダイ７３に設けられた凸部７３ｄと、ダイ７３の凸部７３ｄによって押圧されることでダイ７３の成形荷重を受ける第１油圧ピストン８７と、作動油８９が充填された油圧配管９１と、油圧配管９１における第１油圧ピストン８７が設置された端部と反対側の端部に設置された第２油圧ピストン９３とを備えており、成形時におけるダイ７３の成形荷重をフランジ成形ダイ７７がダイ７３に近づく方向に移動させる駆動力に変換して、該駆動力によってフランジ成形ダイ７７をダイ７３の移動方向とは反対の方向に移動させるようになっている。

第１油圧ピストン８７は油圧配管９１の一端に上下動可能に配置されており、凸部７３ｄによって押し下げられる。
ダイ７３の凸部７３ｄの高さと第１油圧ピストン８７の高さは、プレス成形時においてダイ７３が移動して所定の位置に到達したときに、凸部７３ｄが第１油圧ピストン８７に当接して押し下げを開始するように設定されている。
作動油８９は、第１油圧ピストン８７がダイ７３の凸部７３ｄから受けた荷重を、他端側に設置された第２油圧ピストン９３に伝達するための機能を有している。
第２油圧ピストン９３は、油圧配管９１の一端に上下動可能に配置されており、第２油圧ピストン９３によって押圧板９５を介してフランジ成形ダイ７７を支持している。

油圧配管９１における第１油圧ピストン８７が設置されているシリンダ部の断面積と、第２油圧ピストン９３が設置されているシリンダ部の断面積は、ダイ７３の移動量とフランジ成形ダイ７７の移動量とが同期するように設定されている。すなわち、ダイ７３が下死点に到達する時点とフランジ成形ダイ７７が上死点に到達する時点が同時になるように設定されている。

油圧式動力変換伝達機構７９は以上のように構成されているので、プレス成形時においてダイ７３が移動して所定の位置に到達したときに、フランジ成形ダイ７７が図８中の白抜き矢印の方向に移動を開始するようになっている。

なお、上記から明らかなように、油圧式動力変換伝達機構７９の各構成のうち、第１油圧ピストン８７が本発明の荷重受け部に相当し、作動油８９及び油圧配管９１が動力変換部に相当し、第２油圧ピストン９３が駆動力伝達部に相当する。

〔プレス成形用金型装置の動作説明〕
以上のように構成されたプレス成形用金型装置７１の動作説明を図１１に基づいて行う。なお、図１１において油圧式動力変換伝達機構７９の図示を省略している。
図１１（ａ）はプレス成形の初期状態を示す図である。以下の説明において、成形途中におけるダイ７３の下死点からの距離をＨ、成形途中におけるフランジ成形ダイ７７の上死点からの距離をＤとし、鋼板３の厚みをｔとする。
図１１（ａ）に示すように、フランジ成形ダイ７７はＤ＝Ｄ₀となるように、フランジ成形ダイ７７の上死点から下がった位置で油圧支持機構９によって支持しておく。鋼板３はパンチ７５の上面に載置する。

図１１（ａ）に示す状態からダイ７３を移動させると、鋼板３はパンチ７５とダイ７３によって曲げ加工され、これによってフランジ端部はフランジ成形ダイ７７に近づくように移動し、やがて当接する（図１１（ｂ）参照）。

フランジ端部がフランジ成形ダイ７７に当接するまでは、鋼板３は図１１（ｂ）中の太矢印の方向へ入りやすく、結果として内側端３ａは引張変形（引張応力）を受け、外側端３ｂは圧縮変形（圧縮応力）を受ける。

ダイ７３が移動してＨ＝Ｈ₁になって、フランジ端部がフランジ成形ダイ７７に当接した後に（図１１（ｂ）参照）フランジ成形ダイ７７の移動を開始させる。
フランジ端部がフランジ成形ダイ７７に当接すると、フランジ端部に拘束力が発生する。このような拘束力はフランジ端部がフランジ成形ダイ７７に対してなす角度（以下、「当接角度θ」という）に応じて変化し、当接角度θが急であるほど大きくなり、逆に当接角度θが0°（フランジ部とフランジ成形ダイ７７のフランジ成形面７７ａとがほぼ平行）に近いほど小さくなる。フランジ端部が拘束されるとフランジ端部ではひずみの増加が抑えられる。

一方、フランジ端部よりもパンチ７５に近い部位は拘束を受けていないので、プレス成形が進行するにしたがって当該部位のひずみが増加する。
このように、フランジ端部ではひずみの増加が抑えられ、フランジ端部よりもパンチ７５に近い部位ではひずみが増加することで、フランジ端部にはフランジ端部が拘束される前とは逆方向の内部応力が発生する。従って、フランジ端部がフランジ成形ダイ７７に当接する前に受けた応力（内側端３ａでは引張応力、外側端３ｂでは圧縮応力）が緩和され、結果として成形下死点でのフランジ端部の残留応力を低減させることができる。

特に、本発明方法の場合、成形途中において、Ｈ＞0mm、Ｄ＞0mmになるようにしているので従来方法の場合よりも当接角度θが大きい状態を長く保つことができ、残留応力を確実に低減させることができる。
また、フランジ成形ダイ７７がＤ＞０mmの状態を維持していることにより、従来方法（成形開始からＤ＝０）に比較して、フランジ端部の傾斜角度がより大きい状態でフランジ成形ダイ７７に当接するため、フランジ端部の当接角度θを大きくすることができる。
また、フランジ端部に蓄積される残留応力はＨ₁及びＤ₀を変更することで容易に調整することができ、すなわち、スプリングバック量を容易に調整することができる。この点については後述する実施例２で詳細に説明する。

成形下死点では、図１１（ｄ）に示すように、ダイ７３が下死点に到達し（Ｈ＝0mm）、フランジ成形ダイ７７が上死点に到達し（Ｄ＝0mm）することで、ダイ７３とパンチ７５で天板部１８と縦壁部１９が形成され、ダイ７３とフランジ成形ダイ７７とで内側フランジ部８３と外側フランジ部８５が成形される（符号は図１０参照）。

以上のように、本実施の形態においては、プレス成形開始前にフランジ成形ダイ７７をＤ＝Ｄ₀（＞0mm）となるようにフランジ成形ダイ７７の上死点から下がった位置（Ｄ＝Ｄ₀）に待機させ、プレス成形中にダイ７３の成形荷重を利用してフランジ成形ダイ７７をダイ７３のフランジ成形部７３ｃに向けて移動させるようにしたので、フランジ端部がフランジ成形ダイ７７に当接した時点から成形下死点直前まで、従来方法と比較して当接角度θが急な状態で金型に当接する状態を長く保持でき、フランジ端部の残留応力を低減させ、これによってスプリングバックを緩和させることができる。
このように、本実施の形態においては簡易的な構成でありながら、スプリングバックを確実に緩和させることができる。

また、スプリングバック量は、Ｈ₁及びＤ₀を変更することで容易に調整することができるので、金型形状の修正によるトライアル＆エラーでスプリングバックを緩和していた従来方法に比べ、はるかに安価でなおかつ短期間でスプリングバックを緩和できる。

なお上記では、フランジ成形ダイ７７をパンチ７５の両側に設けて、内側フランジ部８３及び外側フランジ部８５の両方において、フランジ端部に生ずる残留応力を低減させ、これによってスプリングバックを緩和させた例を説明したが、内側フランジ部８３と外側フランジ部８５とで残留応力のバランスをとることによってハット断面形状部材８１全体としてスプリングバックが緩和されればよく、内側フランジ部８３又は外側フランジ部８５の一方についてのみ、残留応力を低減させるように構成してもよい。

例えば、内側フランジ部８３のみで残留応力を低減させる場合、図１２に示すように、外側フランジ成形部１０３ｂを有するパンチ１０３と、内側フランジ部８３を成形するためのフランジ成形ダイ７７を備えたプレス成形用金型装置１０１を用いてプレス成形を行う。
パンチ１０３は、ダイ７３と共に天板部１８と縦壁部１９と外側フランジ部８５（図１０参照）を成形する。プレス成形用金型装置１０１の他の構成は図１〜図３のプレス成形装置１と同様であるので、図１２において、図８、図９及び図１１と同一のものには同一の符号を付している。

上記では、フランジ成形ダイ７７が下側に、ダイ７３が上側にそれぞれ配置され、フランジ成形ダイ７７が初期位置（Ｄ＝Ｄ₀）から移動最終点である上死点まで移動し、ダイ７３が初期位置（Ｈ＝Ｈ₀）から移動最終点である下死点まで移動するものを例に挙げて説明した。
しかし、上記説明の「上死点」、「下死点」における「上」、「下」には、一般的な上下（うえした）の意味はなく、対向配置されたフランジ成形ダイ７７とダイ７３が対向する相手側に向かって移動するという移動の方向を示すものであり、「上死点」、「下死点」とはフランジ成形ダイ７７とダイ７３がそれぞれ対向する相手側に向かって移動したときの移動最終点の意味である。つまり「上死点」、「下死点」という文言によってフランジ成形ダイ７７とダイ７３の配置が限定されるものではく、例えばフランジ成形ダイ７７とダイ７３が上下逆に配置された場合も含まれる。

上記実施の形態１のプレス成形用金型装置１（図１参照）を用いて熱間プレス成形を行った際の、分割パンチ５の移動による焼入れの効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
鋼板は熱間プレス用鋼板の板厚1.6mmとした。プレス成形品は図２に示すハット断面形状部材１７とした。ハット断面形状部材１７の長さは400mm、天板部１８の幅は80mm、縦壁部１９の高さは60mm、フランジ部２０の幅は片側15mmとし、パンチ肩Ｒ、ダイ肩Ｒともに5mmとした。

鋼板を電気加熱炉でAr₃変態点以上である750℃まで加熱した後、プレス成形用金型装置１に搬送し、オーステナイト域で熱間プレス成形を開始して、下死点において所定時間（下死点保持時間）保持して冷却した。
本発明例として、冷却する際に上記実施の形態１で説明したように、下死点において縦壁成形面５ｂを縦壁部１９に当接させて急冷し、下死点保持時間の違いによる影響を確認するために、下死点保持時間を5秒、10秒、15秒、20秒とした。
冷却後は離型してハット断面形状部材１７を取り出した。
また、比較例として図１に示すプレス成形用金型装置１の油圧式動力変換伝達機構１１を取り除き、分割パンチ５が移動しないようにして同様のプレス成形を行った。

焼入れ度合いは、長手方向の中央でハット断面形状部材１７を切断し、断面のビッカース硬度（荷重50g）を複数箇所で測定して、該各測定値に基づいて判定した。
測定は図１３に示す位置(a)〜位置(n)の１４箇所で行った。なお、図１３はハット断面形状部材１７の断面の半分のみを図示している。
天板部１８において、位置(a)は天板部１８の中央、位置(e)はパンチ肩Ｒが平坦になる位置、位置(b)〜位置(d)は、位置(a)と位置(e)の間を４等分する位置である。
位置(f)はパンチ肩Ｒの中央である。
縦壁部１９において、位置(g)はパンチ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(k)はダイ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(h)〜位置(j)は、位置(g)と位置(k)の間を４等分する位置である。
位置(l)はダイ肩Ｒ中央である。
フランジ部２０において、位置(m)はダイ肩ＲのＲ止まりの位置、位置(n)は位置(m)とフランジ端の中央である。

下死点保持時間20秒の場合における本発明例と比較例についての測定結果を図１４に示す。図１４において、縦軸がビッカース硬度を表し、横軸が測定位置を表しており、黒丸のプロットが本発明例、白丸のプロットが比較例をそれぞれ表している。
本実験では、ビッカース硬度440を合格基準値とした。

比較例の場合、図１４に示す通り、縦壁部１９の位置(h)〜位置(j)でビッカース硬度が基準値を下回っており、縦壁部１９の下死点保持中の冷却速度が遅く焼入れが不十分であった（徐冷された）ことを意味している。
一方、本発明例の場合、図１４に示す通り、位置(a)〜位置(n)の全てにおいて、ビッカース硬度が基準値の440を上回っており、縦壁部１９の焼入れが十分であったことを意味している。

以上のように、本発明を適用することで縦壁部１９を急冷することが可能となり十分に焼入れをすることができ、好適であった。

次に、下死点保持時間とビッカース硬度の関係について説明する。図１５は縦壁部１９（位置(h)〜位置(j)）のビッカース硬度と下死点保持時間との関係をグラフ表示したものであり、縦軸はビッカース硬度、横軸は下死点保持時間[秒]をそれぞれ表している。
グラフ中の黒丸のプロットが本発明例、白丸のプロットが比較例をそれぞれ表している。なお、ビッカース硬度は縦壁部１９（位置(h)〜位置(j)）の平均硬度を用いた。
図１５に示すように、比較例では、図１４を用いて説明した通り下死点保持時間が20秒の場合であっても基準のビッカース硬度に至らなかったが、本発明例では20秒の場合はもとより、15秒の場合であっても基準のビッカース硬度を満たす結果となった。

以上のように、プレス成形用金型装置１を用いれば、熱間プレス成形の際に下死点保持時間を短縮させることが可能であり生産性向上に資することができる。

上記実施の形態２のプレス成形方法による作用効果について具体的な実験を行ったので、その結果について図１６〜図２０に基づいて説明をする。
まず、実験方法について概説する。実験は、Ｈ₁及びＤ₀のスプリングバックへ量の影響を確認するために、プレス成形用金型装置７１を用いてＨ₁及びＤ₀を変えて成形を行い、成形されたハット断面形状部材８１のスプリングバック量を比較するというものである。

成形対象となるハット断面形状部材８１は、図１６及び図１７に示すように、長さが1000mm、断面の高さが40mm、天板部１８の幅が30mm、内側フランジ部８３及び外側フランジ部８５の幅がともに15mm、部品幅中央の長手方向湾曲曲率半径が1000mmである。鋼板３は厚さ1.2mmの980MPa級鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。

本発明例１〜本発明例４は、図８、図９及び図１１に示すプレス成形用金型装置７１を用い、Ｈ₁及びＤ₀はそれぞれ5、10、15mmの3水準とした。
比較例１として、図１８に示す通常のダイ１１３及びパンチ１１５（Ｈ₁＝0mm、Ｄ₀＝0mm）を有するプレス成形金型１１１を用いて従来のフォーム成形（図１９参照）を行った。

また、パッドで天板部１８を押さえる場合の効果を確認するために、本発明例５としてパッド付きのプレス成形用金型装置を用いたフォーム成形（Ｈ₁＝10mm、Ｄ₀＝15mm）と、比較例２として通常のパッド付きダイ及びパンチを用いたフォーム成形（Ｈ₁＝0mm、Ｄ₀＝0mm）を実施した。パッド圧は50tonfとした。

成形されたハット断面形状部材８１の形状は３次元形状測定で測定した。その後、CADソフトウェア上で長手方向中央の湾曲部が設計形状と合うように測定データの位置合わせを行い、測定形状データの部品端と設計形状データの部品端のY座標差異（曲がり量Δy、図２０参照）を算出し、この曲がり量Δyをスプリングバックによる曲がり変形の指標とした。
曲がり量Δyは、正ならば部品の湾曲曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に曲がり変形したことを、負ならば湾曲曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）方向に曲がり変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバック量が少ないことを意味する。
表１に各プレス成形条件｛Ｈ₁（mm）、Ｄ₀（mm）、天板成形部７３ａでのパッドの有無｝と各プレス条件で成形されたハット断面形状部材８１の曲がり量Δy（mm）をまとめたものを示す。

本発明例１〜本発明例４では、表１に示すように、比較例１と比較して曲がり量Δyが改善された。特に発明例４の曲がり量Δyは0.5mmであり、比較例１の7.4mmに比べて大幅にスプリングバックが改善された。
また、比較例２及び本発明例５から分かる通り、パッドを用いた場合でもスプリングバックが大幅に改善された。

１プレス成形用金型装置
３鋼板
３ａ内側端
３ｂ外側端
５分割パンチ
５ａ天板成形面
５ｂ縦壁成形面
５ｃ境界Ｒ成形面
５ｄ傾斜面
７フランジ成形ダイ
７ａフランジ成形面
７ｂ凹陥部
９ダイ
９ａダイ側天板成形面
９ｂダイ側縦壁成形面
９ｃフランジ成形部
９ｄ凸部
１１油圧式動力変換伝達機構
１２第１油圧ピストン
１３作動油
１４油圧配管
１５第２油圧ピストン
１６カム
１６ａカム側傾斜面
１７ハット断面形状部材
１８天板部
１９縦壁部
２０フランジ部
２１プレス成形用金型装置（他の態様）
２３機械式動力変換伝達機構
２５入力軸
２５ａ入力側ウォーム
２７入力側かさ歯車付きウォームホイール
２９伝達軸
２９ａ入力側伝達かさ歯車
２９ｂ出力側伝達ウォーム
３１出力側ウォームホイール
３３出力軸
３３ａ出力側ウォーム
４１機械式動力変換伝達機構（他の態様）
４３入力側ラック
４５入力側ピニオン
４７伝達ラック
４９出力側ピニオン
５１出力側ラック
５３プレス成形用金型装置（さらに他の態様）
５５機械式動力変換伝達機構
５７作動側リンク部材
５９回動部材
５９ａ支点
６１従動側リンク部材
７１プレス成形用金型装置（実施の形態２）
７３ダイ
７３ａ天板成形部
７３ｂ縦壁成形部
７３ｃフランジ成形部
７３ｄ凸部
７５パンチ
７５ａ天板成形部
７５ｂ縦壁成形部
７７フランジ成形ダイ
７７ａフランジ成形面
７９油圧式動力変換伝達機構
８１ハット断面形状部材（実施の形態２）
８３内側フランジ部
８５外側フランジ部
８７第１油圧ピストン
８９作動油
９１油圧配管
９３第２油圧ピストン
９５押圧板
１０１プレス成形用金型装置（他の態様）
１０３パンチ
１０３ｂ外側フランジ成形部
１１１プレス成形金型（従来例）
１１３ダイ
１１５パンチ

Claims

上金型と、該上金型と協働して鋼板をプレス成形する下金型とを有するプレス成形用金型装置であって、
前記下金型は、その全部又は一部が移動可能に構成されており、
前記上金型の成形時の荷重を受けて、該荷重を前記下金型の全部又は一部を上金型の移動方向とは異なる方向に移動させる駆動力に変換する動力変換伝達機構を有することを特徴とするプレス成形用金型装置。
前記下金型が２分割されており、
前記動力変換伝達機構が、前記分割された下金型を各分割部同士が離れる方向に移動させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形用金型装置。
成形対象であるプレス成形品が、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続する縦壁部と、該縦壁部に連続するフランジ部とを備え、
前記下金型が、前記プレス成形品の前記天板部と前記縦壁部とを成形するパンチと前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイとを備え、
前記動力変換伝達機構が、前記フランジ成形用ダイを前記上金型に向けて移動させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形用金型装置。
前記動力変換伝達機構が、下死点付近において前記上金型の成形時の荷重を受ける荷重受け部と、該荷重受け部によって受けた荷重を、前記下金型の全部又は一部を移動させる駆動力に変換する動力変換部と、該動力変換部で変換された動力を前記下金型の全部又は一部に伝達する駆動力伝達部を備えてなることを特徴とする請求項２又は３記載のプレス成形用金型装置。
前記動力変換部が油圧式であることを特徴とする請求項４記載のプレス成形用金型装置。
前記動力変換部が機械式であることを特徴とする請求項４記載のプレス成形用金型装置。