JP2016221558A - プレス成形方法及びプレス成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、長手方向に沿って平面視で凸状に湾曲する斜壁部を有するプレス成形品の斜壁部におけるしわの発生を抑制するプレス成形方法及びプレス成形金型を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形方法は、天板部４３と、天板部４３の少なくとも片側に連続する斜壁部４５とを有し、斜壁部４５が平面視でプレス成形品４１の長手方向において斜壁部４５側に凸状に湾曲したプレス成形品４１をパンチ３とダイ５で成形するものであって、ダイ肩部５ａをブランク材９における斜壁部４５に相当する部位に当接させた状態で、ダイ５をパンチ３側に相対移動させて成形する第１ステップと、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位をダイ５とパンチ３で挟持する第２ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態で、ダイ５をパンチ３側に成形下死点まで相対移動させて、斜壁部４５を成形する第３ステップとを備えたことを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、プレス成形方法及びプレス成形金型に関し、特に、フォーム成形においてしわの発生を抑制するプレス成形方法及びプレス成形金型に関する。

近年、環境問題に起因した車体の軽量化のため、自動車部品に高強度鋼板が多用されつつある。自動車部品の製作には、製作コストに優れたプレス成形が用いられることが多いが、高強度鋼板は強度の低い鋼板と比較し延性が劣るため、ブランク材の端部をブランクホルダーによって把持してしわ押さえ力を付与するドロー成形においては、ブランク材の端部近傍に大きな歪みが生じて材料破断に至りやすい。
そのため、高強度鋼板においては、ブランクホルダーを使用しない曲げ加工主体のフォーム成形を適用するケースが多い。しかし、フォーム成形では鋼板にかかる張力が比較的小さいため、部品形状による材料余りがしわ発生の直接要因となり易く、目標形状のプレス成形品を得ることは難しい。

特許文献１には、プレス加工によるＬ形製品の製造方法が示されている。当該方法によれば、しわ押さえパッドを使用してプレス加工することで、Ｌ形製品の上壁におけるしわの発生及び伸びフランジ成形における割れを回避することができるとされている。

特許文献２には、角部に円弧状部を有する部品を、縦壁にしわを発生させずに製造する方法が開示されている。当該方法は、円弧状部を成形しない中間成形品を作製する工程と、該工程により作製された中間成形品から円弧状部を絞り成形して角部を完成させる工程からなり、円弧状部に至らない部分にフランジ部のエッジ側から始まる切欠きを１個以上いれることでしわの発生を回避することができるとされている。

特許文献３には、金属板素材をハット形断面に曲げ加工し、曲げ加工完了した直後に金属板素材の縦壁部に圧縮力を付与するようにしたプレス型が開示されている。

ＷＯ２０１２／０７０６２３ 特公平６−４７１３５号公報 特開２００５−２５４２７９号公報

プレス成形時にしわの発生を抑制する従来手法には、プレス機とは別動力のしわ押さえパッド機構を用いて、しわが生じる部位に予めパッド荷重を付与しておくことで、材料余りによるブランク材の座屈を防止する方法がある。ところが、当該方法は、プレス成形初期にパンチとパッドにより挟持することができる部品上面に適用することは可能であるが、プレス機の駆動方向（プレス成形方向）に対して傾斜角を有する斜壁部に適用することは、その機構上できない。

特許文献１に記載のプレス加工によるＬ形製品製造方法は、パンチとパッドによってブランク材を挟圧し、そのままパッドの高さを維持することで、Ｌ形製品の上壁湾曲部近傍のしわを抑制するものであるが、製品上壁のみに生じるしわを抑制できるものであって、プレス成形品の斜壁部に発生するしわの抑制には適用できない。

特許文献２に記載の方法は、部品の製造に少なくとも２工程が必要となるため生産性に難がある上、ブランク材に切欠きを入れる必要があるので、本来得るべき製品形状と著しく異なるものになってしまう問題があった。

特許文献３に記載のプレス型は、上型に摺動可能に取り付けられた吊りスライダによってダイの上曲げ刃が横方向に移動し、プレス成形品の縦壁部の上半分を挟持するとともに下半分に押圧して縦壁部を圧縮するものである。しかしながら、本願が扱う長手方向に沿って湾曲した斜壁部を有する部品のプレス成形では、曲げ加工する過程において前記斜壁部の湾曲の曲率が変化するため、前記プレス型の上曲げ刃の形状を曲げ加工過程における湾曲の曲率に合わせて変化させなくてはならないが、特許文献３に記載のプレス型では上曲げ刃の形状を曲げ加工過程において変化させることはできない。そのため、特許文献３に記載のプレス型では凸状に湾曲する斜壁部を有するプレス成形品を製造することはできない。

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、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品のプレス成形において、ブランク材に切欠きを入れることなく、又、前記斜壁部を１工程で成形することができ、該斜壁部にしわが発生するのを抑制できるプレス成形方法及びプレス成形金型を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状のダイと凸状のパンチで成形するプレス成形方法であって、前記ダイのダイ肩部をブランク材における前記斜壁部に相当する部位に当接させた状態で、前記ダイを前記パンチ側に相対移動させてフォーム成形する第１ステップと、前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチで挟持する第２ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態で、前記ダイを前記パンチ側に成形下死点まで相対移動させて、前記斜壁部を成形する第３ステップとを備えたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、少なくとも前記第１ステップにおいて、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位をパッドで押さえることを特徴とするものである。

（３）本発明に係るプレス成形金型は、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を成形するプレス成形金型であって、ブランク材が載置されて前記天板部を成形する天板成形部と前記斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するパンチ側掛止部とを有するパンチと、前記パンチの斜壁成形部と協働して前記プレス成形品の斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するダイ側掛止部とを有するダイとを備え、前記パンチ側掛止部と前記ダイ側掛止部は、それぞれプレス成形方向に平行な平行壁であって、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されていることを特徴とするものである。

（４）上記（３）に記載のものにおいて、前記プレス成形金型は、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を、前記パンチと協働して押えるパッドを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型においては、天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状のダイと凸状のパンチにより成形するに際し、成形途中において前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチとで挟持し、該端部側の部位を挟持した状態で前記斜壁部を成形することにより、引張強度の高い高強度鋼板をブランク材として用いた場合においても、前記ブランク材の板厚方向への座屈を防止することができ、前記斜壁部においてしわの発生を抑制したプレス成形品を１工程で成形することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形金型の説明図である。 本発明に係るプレス成形品の斜視図である。 従来形状のプレス成形金型の説明図である。 従来形状のプレス成形金型を用いてフォーム成形したプレス成形品の問題点を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法を説明する説明図である。 実施例において対象とするプレス成形品の斜視図である。 実施例において用いた本発明例のプレス成形金型の斜視図である。 実施例において本発明例のプレス成形金型を用いて成形した場合の成形過程を示す図である。 実施例において本発明例のプレス成形金型を用いて成形したプレス成形品の斜視図である。 実施例において従来形状のプレス成形金型を用いて成形したプレス成形品の斜視図である。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法は、図２に示すように、天板部４３と、天板部４３の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部４５を有し、斜壁部４５の全体もしくは一部がプレス成形品４１の長手方向に沿って平面視で斜壁部４５側に凸状に湾曲したプレス成形品４１を、凸状のパンチと凹状のダイを有するプレス成形金型で成形するものであり、該プレス成形方法に用いる前記プレス成形金型の一例としては、図１に示すようなプレス成形金型１がある。
以下、本実施の形態に係るプレス成形方法及びプレス成形金型１を説明するに先立ち、まず、本発明で成形対象とするプレス成形品４１について説明する。なお、以下の説明において、同じ構成要素については、同一の符号を付している。

＜プレス成形品＞
本実施の形態においてプレス成形の目標形状となるプレス成形品４１は、図２に示すように、天板部４３と、天板部４３の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部４５を有し、斜壁部４５の全体もしくは一部がプレス成形品４１の長手方向に沿って平面視で斜壁部４５側に凸状に湾曲したものである。
斜壁部４５は、接続部４７を介して天板部４３に連続し、プレス成形品４１を成形する際にダイ５をパンチ３側へ相対移動する方向（プレス成形方向）に対して傾斜角θを有する。

図２に示すようなプレス成形品４１を、図３に示すような従来形状のプレス成形金型１１を用いてフォーム成形すると、図４に示すように、プレス成形品４１の斜壁部４５の斜壁長さSがある値以上になると、斜壁部４５の先端に縮み変形が集中し、斜壁部４５にしわ４９が発生する場合がある。
このようなしわ４９が発生する場合、プレス成形品４１における凸状の湾曲の曲率や天板部４３に連続する接続部４７のパンチ肩半径、若しくは、斜壁部４５の傾斜長さSを短くする等、部品形状を変更することが行われてきた。

＜プレス成形金型＞
本実施の形態に係るプレス成形金型１は、図１に示すように、ブランク材９が載置されて天板部４３を成形する天板成形部３ａと、斜壁部４５を成形する斜壁成形部３ｂと、斜壁成形部３ｂから連続するパンチ側掛止部３ｃとを有するパンチ３と、パンチ３の斜壁成形部３ｂと協働してプレス成形品４１の斜壁部４５を成形する斜壁成形部５ｂと斜壁成形部５ｂから連続するダイ側掛止部５ｃとを有するダイ５を備えたものである。

パンチ側掛止部３ｃ及びダイ側掛止部５ｃは、それぞれプレス成形方向（プレス機の駆動方向）に対して平行な平行壁であり、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されたものである。
ここで、パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃとの間のクリアランスはブランク材９の板厚程度とすることで、成形途中において、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位を、パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃとが協働して挟持することができ、かつ、前記端部側の部位を挟持した状態で成形下死点まで成形することで、斜壁部４５においてシワの発生を抑制した目標形状のプレス成形品４１を得ることができる。

＜プレス成形方法＞
本実施の形態に係るプレス成形方法は、例えば図１に示すようなプレス成形金型１を用いて成形するものであって、ダイ５をパンチ３側に相対移動させてフォーム成形する第１ステップと、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位を挟持する第２ステップと、前記端部側の部位を挟持した状態でダイ５をパンチ３側にさらに成形下死点まで相対移動させてプレス成形品４１の斜壁部４５を成形する第３ステップとを備えたものである。
以下、上記各ステップを、図５を参照して詳細に説明する。

≪第１ステップ≫
第１ステップは、ブランク材９をパンチ３の天板成形部３ａに載置し、ダイ５（例えばダイ肩部）をブランク材９における斜壁部４５に相当する部位に当接させた状態でパンチ３側に相対移動させてブランク材９のフォーム成形を行うステップである（図５（ａ）〜（ｂ））。

ダイ５をブランク材９に当接させてフォーム成形すると、図５（ｂ）に示すように、ブランク材９はパンチ３の斜壁成形部３ｂとは当接せず、たわみが生じる。このたわみは、ブランク材９に引張強度が高い鋼板を用いた場合に大きくなり、特に、引張強度980MPa級以上の高強度鋼板を用いた場合に顕著である。

≪第２ステップ≫
第２ステップは、フォーム成形を行う第１成形ステップ後の成形下死点前において、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位を、パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃとが協働して挟持するステップである（図５（ｃ））。
前述のとおり、第１ステップにおいてブランク材９にたわみが生じるため、ブランク材９はパンチ３の斜壁成形部３ｂとは当接せずに、ブランク材９における前記端部の部位はパンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃにより挟持される。

≪第３ステップ≫
第３ステップは、パンチ側掛止部３ｃ及びダイ側掛止部５ｃによってブランク材９における前記端部側の部位を挟持した状態で、ダイ５をパンチ３側に成形下死点までさらに相対移動させてプレス成形品４１の目標形状を得るステップである（図５（ｄ））。

パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃによってブランク材９における前記端部側の部位を挟持した状態で成形することにより、ブランク材９に生じたたわみを板厚方向に座屈させることなくダイ５の斜壁成形部５ｂとパンチ３の斜壁成形部３ｂによりブランク材９が押圧され、斜壁部４５（図１）が成形される。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法及びプレス成形金型１により、斜壁部４５においてシワの発生を抑制することができる理由を以下に説明する。

前述のとおり、図３に示すような従来形状のプレス成形金型１１を用い、フォーム成形によりプレス成形品４１を製造すると、図４に示すように、斜壁部４５の先端付近からしわ４９が発生する場合があった。

このしわ４９は、成形過程において大きな圧縮ひずみが生じ、かつ、周囲の材料から拘束されないブランク材９の端部が板厚方向に座屈することにより発生する。したがって、成形過程においてブランク材９の端部が板厚方向に座屈する直前に、当該端部の板厚方向に対する面外変形を拘束することによって、斜壁部４５におけるしわ４９の発生を抑えることができると考えられる。

本実施の形態に係るプレス成形金型１において、板厚方向に座屈しないようにブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位を板厚方向に対して拘束する手段の態様として、図１及び図５に示すように、パンチ３とダイ５それぞれにプレス成形方向に対して平行な平行壁としたパンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃを有するものがある。

パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃの双方をプレス成形方向に平行な平行壁とすることによって、第２ステップ以降においてダイ５とパンチ３の相対位置が変化しても、パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃの間のクリアランスが変化しないまま、成形下死点まで成形することができる。

そして、パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃとのクリアランスをブランク材９の板厚程度とすることにより、ブランク材９における前記端部側の部位をパンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃとで挟持することで板厚方向に対して拘束し、板厚方向の座屈を防止することが可能となる。

パンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃにより挟持されたブランク材９における前記端部側の部位は、リストライクやトリムといった次工程により容易に除去してもよい。

なお、図１及び図５におけるプレス成形金型１はブランク材９の上面を押えるパッド７を備えたものであるが、本発明の実施の形態においては、パッド７を備えずにプレス成形品４１を成形するものであっても良く、この場合においては、ダイ５はプレス成形品４１の天板部４３を成形する天板成形部（図示なし）を備えたものが望ましい。

もっとも、本実施の形態に係るプレス成形方法においては、プレス成形金型１がパッド７を備え、少なくとも第１ステップにおいてはパッド７によりブランク材９の上面を押えて成形することが好ましい。

これは、成形過程において天板成形部３ａに載置したブランク材９の上面をパッド７により押えてブランク材９のズレを防止することで、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位のプレス成形方向における位置を変化させず、第２ステップにおいてパンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃにより前記端部側の部位を所定の位置で確実に挟持するためである。

また、本実施の形態に係るプレス成形方法はパンチ側掛止部３ｃとダイ側掛止部５ｃを用いることに限定されず、成形途中において、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位をパンチ３とダイ５とで挟持できるものであれば、他の態様であっても構わない。例えば、パンチ側掛止部３ｃ又はダイ側掛止部５ｃに相当するパンチ３又はダイ５の一部が成形途中で移動して、成形途中のブランク材９の端部を挟持するようにしてもよい。

本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形金型による作用効果を確認するための検証実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

本実施例では、図６に示すように、天板部４３と、天板部４３の片側に連続する斜壁部４５を有し、斜壁部４５の全体もしくは一部がプレス成形品４１の長手方向に沿って平面視で斜壁部４５側に凸状に湾曲したプレス成形品４１を対象とし、プレス成形品４１の斜壁部４５に発生するしわの有無を検証した。

プレス成形品４１の寸法は、天板部４３と斜壁部４５とを接続する接続部４７のパンチ肩半径Rが7mm、斜壁部４５がプレス成形品４１の高さ方向となす傾斜角θが30°、斜壁部４５の凸状の湾曲の曲率半径が1600mm、長手方向の長さLが830mmであり、斜壁部４５の傾斜長さSを20mm〜40mmの範囲で変更した。
プレス成形品４１の成形に使用するブランク材９は、板厚1.2mm、引張強度980MPa級の鋼板を用いた。

図７に示す本発明に係るプレス成形金型２１（本発明例）、及び、図３に示す従来形状のプレス成形金型１１（従来例）のそれぞれを用いてプレス成形品４１を成形し、各場合において斜壁部４５の斜壁長さSを変更して、しわの発生の有無を求めた。

本発明例におけるプレス成形金型２１は、図７に示すように、天板成形部２３ａと斜壁成形部２３ｂとパンチ側掛止部２３ｃとを有するパンチ２３と、ダイ側掛止部２５ｃと斜壁成形部２５ｂとを有するダイ２５を備えたものであり、パンチ側掛止部２３ｃとダイ側掛止部２５ｃそれぞれの位置は、ブランク材９の先端から1mm程度の範囲の端部が挟持されるように、斜壁部４５の傾斜長さに応じて変更した。

本発明に係るプレス成形金型２１を用いた場合（本発明例）における成形過程のプレス成形金型２１及びブランク材９の形状を図８に、成形下死点まで成形して得られたプレス成形品４１の形状を図９に示す。

また、従来形状のプレス成形金型１１を用いた場合（従来例）における成形過程のプレス成形金型１１及びブランク材９の形状の結果を図１０に示す。

さらに、表１に斜壁部４５の傾斜長さSを変更した場合におけるしわの発生の有無の結果を示す。なお、プレス成形後に斜壁部４５の端部にしわが発生した場合を×、しわが発生しなかった場合を○で示す。

従来例においては、斜壁部４５の傾斜長さSが35mm以上になると、斜壁部４５にしわが発生した。図１０に示すように、成形途中まではブランク材９における斜壁部４５に相当する部位にしわを生じずに成形可能であったが、成形下死点付近においてブランク材９のたわみをパンチ１３の斜壁成形部１３ｂとダイ１５の斜壁成形部１５ｂで押圧する過程でしわが生じた。

本発明例においては、成形途中において、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位を挟持することで（図８（ｃ）中のA）、斜壁部４５の傾斜長さSが40mmにおいても、斜壁部４５にしわを発生せずに成形することができ、従来例に比べて良好な結果となった。

以上より、成形途中において、ブランク材９における斜壁部４５に相当する部位よりも端部側の部位をパンチ側掛止部２３ｃとダイ側掛止部２５ｃにより挟持し、該端部側の部位を挟持した状態で成形下死点まで成形することで、斜壁部４５におけるしわの発生を抑制できることが実証された。

１ プレス成形金型
３ パンチ
３ａ 天板成形部
３ｂ 斜壁成形部
３ｃ パンチ側掛止部
５ ダイ
５ｂ 斜壁成形部
５ｃ ダイ側掛止部
７ パッド
９ ブランク材
１１ プレス成形金型（従来形状）
１３ パンチ
１３ｂ 斜壁成形部
１５ ダイ
１５ｂ 斜壁成形部
２１ プレス成形金型（本発明例）
２３ パンチ
２３ａ 天板成形部
２３ｂ 斜壁成形部
２３ｃ パンチ側掛止部
２５ ダイ
２５ｂ 斜壁成形部
２５ｃ ダイ側掛止部
４１ プレス成形品
４３ 天板部
４５ 斜壁部
４７ 接続部
４９ しわ

（４）上記（３）に記載のものにおいて、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を、前記パンチと協働して押えるパッドを備えたことを特徴とするものである。

Claims (4)

1. 天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を、凹状とダイと凸状のパンチで成形するプレス成形方法であって、
   前記ダイのダイ肩部をブランク材における前記斜壁部に相当する部位に当接させた状態で、前記ダイを前記パンチ側に相対移動させてフォーム成形する第１ステップと、
   前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を前記ダイと前記パンチで挟持する第２ステップと、
   前記端部側の部位を挟持した状態で、前記ダイを前記パンチ側に成形下死点まで相対移動させて、前記斜壁部を成形する第３ステップとを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
2. 少なくとも前記第１ステップにおいて、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位をパッドで押さえることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
3. 天板部と、該天板部の少なくとも片側に連続して先端にフランジのない斜壁部を有し、該斜壁部の全体もしくは一部が平面視でプレス成形品の長手方向において前記斜壁部側に凸状に湾曲したプレス成形品を成形するプレス成形金型であって、
   ブランク材が載置されて前記天板部を成形する天板成形部と前記斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するパンチ側掛止部とを有するパンチと、
   前記パンチの斜壁成形部と協働して前記プレス成形品の斜壁部を成形する斜壁成形部と該斜壁成形部から連続するダイ側掛止部とを有するダイとを備え、
   前記パンチ側掛止部と前記ダイ側掛止部は、それぞれプレス成形方向に平行な平行壁であって、成形下死点前に前記ブランク材における前記斜壁部に相当する部位よりも端部側の部位を挟持可能に構成されていることを特徴とするプレス成形金型。
4. 前記プレス成形金型は、前記ブランク材における前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を、前記パンチと協働して押えるパッドを備えたことを特徴とする請求項３に記載のプレス成形金型。