JP2017013090A - ハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法およびその製造方法で成形する予備成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】最終成形品の縦壁部のスプリングバックによる口開きを抑制することにある。【解決手段】予備成形工程で、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部を予備成形するとともに、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部となる部分にステップ形状を設け、その後の成形工程で、前記予備成形により設けた前記ステップ形状を伸ばして平坦化し、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部とすることを特徴とする、ハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法である。【選択図】図３

Description

この発明は、自動車部品等のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法およびその製造方法で成形する予備成形品に関するものである。

自動車部品等のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造すなわちプレス成形において、一度の成形により最終成形品を成形すると割れやしわを発現することがある。これを防止するため従来、絞り成形で比較的浅いハット形断面形状の予備成形品を成形し、その後の工程で曲げ成形やフォーム成形（しわ押えのない絞り成形）により残りの縦壁部を成形することで最終成形品を成形する工法が知られている（非特許文献1参照）。

また、天板部と縦壁部との間のＲ（フィレット）部におけるスプリングバックを低減する技術としては従来、そのＲ部を成形する金型の肩部の形状を工夫することによる対策技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

一方、縦壁部の反りへの対策技術としては従来、成形品をプレス成形する際にその表面を部分的に板厚方向へ押圧して局所的なＲ部を多数形成することで縦壁部の内側と外側の応力の不均一を緩和する対策技術が知られている（例えば特許文献２，３参照）。

980MPa級ハイテン部品の成形性改善と寸法精度の向上を両立させる新工法、マツダ株式会社 田丸真司、酒井 明、森澤 誠 著（型技術者ワークショップ（2013/06/18）、型技術2013年12月号 2013 Volume28 No．12、特集「型技術ワークショップ2013 inきたかみ」講演論文集＜プレス加工＞（A−5）

特開２０１２−２３２３２９号公報 特許第３７４５２０２号公報 特開第３７５０４２１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、１工程目で成形された各Ｒ部を次工程で平坦化できずに生じる、局所的なＲ形状に起因する形状不良に対応できず、ハット形断面形状のプレス成形品の縦壁部の一部または全体にスプリングバックが生じ、いわゆる口開きが起きてしまうという問題がある。そしてこのことは、自動車部品における剛性や耐衝突性、視認性等の確保の点において問題となる。

このため本発明は、曲げ成形やフォーム成形後の最終成形品に現れるスプリングバックによる縦壁部の口開きを抑制することを目的とする。

上述の課題について研究を進めた本発明者は、ハット形状等のプレス成形品におけるパンチ肩部の角度変化がダイ肩部の半径Ｒにほぼ比例することを、以下に述べる簡易モデルでの試験により解明した。この簡易モデル試験には、材料板厚：１．４ｍｍ、材料強度：１１８０ＭＰａ級鋼板（引張り強さ１２５０ＭＰａ）、サンプルサイズ：幅４０ｍｍ×長さ１００ｍｍのサンプルＳを用いた。

また簡易モデル試験は、図１に示すように、パンチ１に対し左右対称に配置した二枚の上記サンプルＳをブランクホルダ２とダイ３とでそれぞれ挟み、パンチ１を上昇させて二枚のサンプルＳの長手方向中央部を左右のダイ３の半径Ｒの肩部に添わせてそれぞれ曲げる曲げ試験を、半径Ｒを種々設定して実施し、その後、成形後の各サンプルＳのスプリングバックによる角度変化Δθを求めた。

これより、図２にその結果を示すように、ダイ３の肩部の半径Ｒ（ｍｍ）と、各サンプルＳのスプリングバックによる角度変化量Δθ（°）とは、ほぼ比例することが判明した。

本発明者の上記知見に基づき前述の課題を有利に解決した本発明のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法は、
予備成形工程で、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部を予備成形するとともに、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部となる部分にステップ形状を設け、
その後の成形工程で、前記予備成形により設けた前記ステップ形状を伸ばして平坦化し、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部とすることを特徴とするものである。

また、上記プレス成形品の製造方法で成形する本発明の予備成形品は、
最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部が予備成形されるとともに、その最終成形品のハット形断面形状の縦壁部となる部分にステップ形状が設けられていることを特徴とするものである。

本発明のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法によれば、フォーム成形（しわ押えのない絞り成形）やしわ押えのある通常の絞り成形による予備成形工程で、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部を予備成形するとともにその縦壁部となる部分にステップ形状を設けることで予備成形品を成形し、その後のフォーム成形や通常の絞り成形による成形工程で、前記予備成形品の前記ステップ形状を伸ばして実質的に平坦化し、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部とするので、ステップ形状を形成する各Ｒ部の半径とそのＲ部に隣接する平坦部の長さとを適宜に選択して組み合わせることで、最終成形品の縦壁部のスプリングバックによる口開きを抑制することができる。

なお、本発明のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法においては、好ましくは前記ステップ形状を以下のように設定する。すなわち、図３に示すように、予備成形品１０に設けられるステップ形状１１における段上部１２と段部１３との間のＲ部の半径Ｒ１[mm]、段部１３の平坦部長さＬ１[mm]、段部１３と立上り部１４との間のＲ部の半径Ｒ２[mm]、立上り部１４の平坦部長さＬ２[mm]、そして立上り部１４と段下部１５との間のＲ部の半径Ｒ３[mm]について、次式の関係が成立するようにする。

[数１]
Ｒ１＋Ｒ３＝α×Ｒ２ （但し、０．９≦α≦１．０）・・・（１）
Ｌ１×Ｒ１＝β×Ｌ２×Ｒ３ （但し、１．０≦β≦１．３）・・・（２）

各Ｒ部の半径と曲げ後の戻り角との比例関係に基づき上記のように寸法を設定することで、（１）式により予備成形品１０の各Ｒ部のスプリングバックが調整されて、予備成形品１０に設けられる段上部１２から段下部１５までのステップ形状１１を伸ばして平坦化した、図４に示す如き最終プレス成形品１６の縦壁部１７が実質的に垂直になり、（２）式により予備成形品１０の段上部１２からの段部１３の突出量と段部１３からの立上り部１４の戻り量とが調整されて、上記最終プレス成形品１６の縦壁部１７の、段上部１２に対応する部分（図３におけると同一の符号で示す）よりも内側への段下部１５に対応する部分（図３におけると同一の符号で示す）の食い込みが抑制されるので、その縦壁部１７の口開き量Ｘを、所定量以下（例えば縦壁部の高さの１．５％以下）に抑制することができる。なお、図３，４に示す寸法は例示であり、本発明はこれに限定されるものでない。

また、図５（ａ）に示す、予備形時の段上部１２と段部１３との間のＲ部の曲げ角度θ１、段部１３と立上り部１４との間のＲ部の曲げ角度θ２および、立上り部１４と段下部１５との間のＲ部の曲げ角度θ３、すなわち曲げ角度θｎ[°]（但しｎ＝１〜３）については、予備成形時の形状バラツキを抑える観点から、好ましくは９０°≦θｎ≦１００°とする。

さらに、予備成形時のダイおよびパンチのＲ部については、成形時の割れを防止するため、好ましくは何れのＲ部においても板厚ｔｍｍに対して半径Ｒが以下の条件を満たすこととする。
２ｔ≦Ｒ

さらに、予備成形を、パンチの絞り深さに対しパンチ幅が同じか大きい、いわゆる浅絞り成形で行う場合には、ダイおよびパンチのＲ部の半径を大きくし過ぎると浅絞り成形で成形できなくなるため、好ましくは何れのＲ部においても半径Ｒは、上記条件を満たす範囲でなるべく小さくする。

本発明は、冷間圧延材だけでなく種々のめっき材にも適用可能であり、スプリングバックが問題となる５９０ＭＰａ級以上の鋼板にも適用可能である。さらに、適用する材料の板厚についても、特に範囲を指定するものではない。

本発明者が簡易モデル試験に用いた曲げ金型の構造を示す断面図である。 上記簡易モデル試験で求めたダイ肩部の半径Ｒとスプリングバックによる角度変化量Δθとの関係を示す関係線図である。 本発明のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法の一実施形態における予備成形品の断面形状を示す断面図である。 上記実施形態のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法における最終プレス成形品の半部の断面形状を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図４に示す最終プレス成形品の縦壁部の二種類の形状例を拡大してそれぞれ示す説明図である。

以下、本発明のハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法の一実施形態を実施例によって詳細に説明する。この実施例では、適用材は１１８０ＭＰａ級高強度鋼板（Ｙｐ：３２０ＭＰａ，ＴＳ：１２５０ＭＰａ，Ｅｌ：１１％）で、板厚１．４ｍｍのものを用い、サンプルサイズは幅５０ｍｍ×長さ５００ｍｍとし、そのサンプルの長手方向中央をパンチの中央に対応させて配置して、先ず予備成形工程で図３に示すように、ハット形断面形状の縦壁部の上部とその上部の下端部に続くステップ形状とを有する予備成形品の浅絞り成形を行い、次いで本成形工程で図４に示すように、その予備成形品からハット形断面形状を有する最終プレス成形品のドロー成形を行った。予備成形工程および本成形工程とも、パンチとダイとのクリアランスは１．２５ｍｍとし、ハット形断面形状の左右縦壁部間のパンチ幅は５０ｍｍとした。

図４に長さＸで示す最終成形品の口開き量は、１．５ｍｍ（縦壁部１６の長さ１００ｍｍの１．５％）を所定量とし、口開き量がその所定量以下となった場合を本発明の実施例の製造方法と評価した。また、図４に示す縦壁部１６について図５に拡大して示すように、Ｌ１×Ｒ１に対応する寸法ａが、Ｌ２×Ｒ３に対応する寸法ｂの１．３倍を超える場合（ａ／ｂ＞１．３）は、予備成形品のステップ形状を伸ばして平坦化する際に残る膨らみ部が大きくなり過ぎるため比較例と評価し、さらに、Ｌ１×Ｒ１に対応する寸法ａがＬ２×Ｒ３に対応する寸法ｂより小さくなる（ａ−ｂ＜０）か、Ｒ１＋Ｒ３に対しＲ２が過小となって寸法ａが寸法ｃより小さくなる（ａ−ｃ＜０）場合は、縦壁部１６がパンチに食込んでしまうため比較例と評価した。これらにより前記（１）式および（２）式の条件が導かれた。

以下の表１は、上記基準によって評価した実施例および比較例の製造方法とその結果の最終プレス成形品の縦壁部の口開き量および性状を示すものである。

上記の結果から明らかなように本実施例のプレス成形品の製造方法およびその製造方法で成形する予備成形品によれば、１１８０ＭＰａ級高強度鋼板で板厚１．４ｍｍの鋼材からハット形断面形状を有するプレス成形品を製造する場合でも、最終プレス成形品の口開き量を１．５ｍｍ以下に抑制することができるとともに、縦壁部の過度のふくらみやパンチへの食い込みを防止することができる。

かくして本発明のプレス成形品の製造方法およびその製造方法で成形する予備成形品によれば、予備成形工程で、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部を予備成形するとともにその縦壁部となる部分にステップ形状を設けることで予備成形品を成形し、その後の成形工程で、前記予備成形品の前記ステップ形状を伸ばして実質的に平坦化し、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部とするので、ステップ形状を形成する各Ｒ部の半径とそのＲ部に隣接する平坦部の長さとを適宜に選択して組み合わせることで、最終成形品の縦壁部のスプリングバックによる口開きを抑制することができる。

１ パンチ
２ ブランクホルダ
３ ダイ
１０ 予備成形品
１１ ステップ形状
１２ 段上部
１３ 段部
１４ 立上り部
１５ 段下部
１６ 最終プレス成形品
１７ 縦壁部
Ｓ サンプル
Ｘ 口開き量

Claims (4)

1. 予備成形工程で、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部を予備成形するとともに、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部となる部分にステップ形状を設け、
   その後の成形工程で、前記予備成形により設けた前記ステップ形状を伸ばして平坦化し、前記最終成形品のハット形断面形状の縦壁部とすることを特徴とする、ハット形断面形状を有するプレス成形品の製造方法。
2. 前記予備成形品は、最終成形品のハット形断面形状の縦壁部の一部または全部が予備成形されるとともに、その最終成形品のハット形断面形状の縦壁部となる部分にステップ形状が設けられていることを特徴とする、請求項１記載のプレス成形品の製造方法で成形する予備成形品。
3. 前記ステップ形状における段上部と段部との間のＲ部の半径Ｒ１、段部の平坦部長さＬ１、段部と立上り部との間のＲ部の半径Ｒ２、立上り部の平坦部長さＬ２および、立上り部と段下部との間のＲ部の半径Ｒ３について、次式の関係が成立することを特徴とする、請求項２記載の予備成形品。
   Ｒ１＋Ｒ３＝α×Ｒ２ （但し、０．９≦α≦１．０）・・・（１）
   Ｌ１×Ｒ１＝β×Ｌ２×Ｒ３ （但し、１．０≦β≦１．３）・・・（２）
4. 前記予備成形品の適用材は、５９０ＭＰａ級以上の鋼板であることを特徴とする、請求項２または３記載の予備成形品。

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