JP2017159305A - 湾曲部を有する部品を成形するプレス金型およびプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湾曲部を有するハット型断面形状の部品をプレス成形する際に縮みフランジしわが生じる。このため、湾曲部を有し、かつ、湾曲部にフランジを有する部材を成形するプレス成形において、フランジに発生するしわを抑制するプレス金型を提供する。【解決手段】湾曲部を有し、かつ、湾曲部にフランジ１０ａを有するプレス部品を成形するプレス金型１において、フランジ１０ａを成形するフランジ成形部３に、プレス部品の縦壁を成形する縦壁部３ｂに対向するようにして段差部３ｃを形成する。【選択図】図４

Description

本発明は金属製部材をプレス成形するプレス金型に関するものであって、特に高強度鋼板やアルミニウム合金板等の金属板をプレス成形する際に生じるしわを抑制して良好な形状を確保するためのプレス金型に関するものである。

近年、自動車部品の素材として高強度鋼板やアルミニウム合金板の金属板が多用されつつあるが、それらを自動車部品にプレス成形する際に発生するしわが問題になっている。特に、Ｕ字型の曲げ加工用のプレス金型を用いて湾曲部を有するハット型断面形状の部品を成形する場合には、成形時にフランジ部にしわが発生し、所定の面形状を確保できないといった課題がある。このしわは最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われるトリム工程において切刃破損の原因となる。このため、構造部材のプレス成形時において、しわの発生を抑制することが重要視されている。

湾曲部を有するハット型断面形状の部品を成形する際のプレス加工で頻繁に観察されるしわは、図１に示すような成形品１０のフランジ１０ａに生じる縮みフランジしわである。このしわは、プレス加工の際に材料が縦壁１０ｂのカーブに沿って半径方向に流入し、その流入方向に直角に金属板Ｓが縮むことによって生じる。また、自動車部品のような実部品では形状が非常に複雑となることから、図２に示すような、フランジしわとして分類されるダイフェース面のしわ（ダイフェースしわ）やダイエッジ部が接触する部分のしわ（ダイエッジしわ）が発生し、プレス成形を行う際に問題となっている。

この問題を解決するため、特許文献１には、予備成形を施し、その後、予備成形部を潰すことでしわを抑制するプレス成形方法が開示されている。これは予備成形部の余肉を活用して成形後に伸びと縮みを釣り合わせることで、フランジ部に発生するしわを防止する成形方法である。

また特許文献２には、パンチ、ダイ、しわ押えによるプレス金型を用い、しわ押えを分割し、その分割したしわ押え力を適正化することで、しわを抑制する方法が開示されている。

特開２０１４−１６１９１１号公報 特開２０１１−２３５３５６号公報

しかしながら、特許文献１のような対策を施すには予備成形が必須となることから、金型費用の増加が課題となる。また特許文献１に開示された成形方法では、最終製品形状にフランジを有するような部品には適用できず、そのような部品のしわの発生を抑制することはできない。また、特許文献１に開示された成形方法を高強度鋼板に適用した際には、予備成形時に「割れ」といわれる現象も顕在化する。

また、特許文献２のような成形方法を用いるには、金型が複雑となるだけでなく、しわ押えの適正化に要する期間が長くなるといった課題がある。また、本手法ではブランクの周囲を拘束して押えながら成形するため、高強度鋼板などの材料では成形荷重が増加するためにプレス機の改造を要する等の課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、湾曲部を有し、かつ、湾曲部にフランジを有する部材を成形するプレス成形において、フランジに発生するしわを抑制するプレス金型およびプレス成形方法を提供することを目的とする。

係る課題を解決するため、発明者らは鋭意検討の末、成形途中の縮みフランジ変形に対抗する引張力をフランジ部に付与し、また成形中のダイ、パンチ間の隙間を十分に小さくすることが有効であることを見出した。
本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１） 湾曲部を有し、かつ、前記湾曲部にフランジを有するプレス部品を成形するプレス金型であって、前記フランジを成形するフランジ成形部に、前記プレス部品の縦壁を成形する縦壁部に対向するようにして段差部が形成されていることを特徴とする、プレス金型
（２） 前記段差部の段差高さをＨ’、前記縦壁部の縦壁高さをＨとした時に、０．２≦＜Ｈ’／Ｈ≦１．５の条件を満たすように前記フランジ成形部が構成されていることを特徴とする、（１）に記載のプレス金型。
（３） 前記段差部がパンチに設けられていることを特徴とする、（１）又は（２）に記載のプレス金型。
（４） 湾曲部を有し、かつ、前記湾曲部にフランジを有するプレス部品を成形するプレス成形方法であって、プレス金型の前記フランジを成形するフランジ成形部に溝を設け、前記溝に金属製部材が押し込まれるようにプレス成形を行い、前記フランジを成形することを特徴とする、プレス成形方法。

本発明により、湾曲部に形成されるフランジのしわ発生を抑制することができ、良好なプレス部品を得ることができる。

ハット型成形部品のしわ発生原因を説明する図である。 ハット型成形部品に発生したフランジしわの種類を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るフランジ成形部の形状を説明する概略図である。 プレス成形中の様子を示す図３中のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係るプレス金型を使用した際の被成形品のフランジ部に生じる作用を説明する図である。 従来のプレス金型を用いた場合のプレス成形中におけるパンチとダイとの間の金属板の状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプレス金型を用いた場合のプレス成形中のパンチとダイとの間の金属板の状態を示す図である。 プレス成形試験で成形する製品の形状を説明する図である。 プレス成形試験で使用したパンチおよびブランク形状を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態で説明するプレス金型は、長手方向に対して湾曲した湾曲部を有するハット型断面形状の金属製部品を成形するために用いられる。なお、プレス成形時のブランクとして使用される金属板は、例えば高強度鋼板やアルミニウム合金板等が用いられるが、金属板はこれらに限定されることはない。プレス成形可能な金属製の板であれば良く、また、プレス成形が可能であれば、板状の部材でなくても良い。

図３に示すように本実施形態に係るプレス金型のパンチ２には、金属製部品のフランジ部分を成形するフランジ成形部３に溝Ｄが形成されている。即ち、本実施形態におけるパンチ２のフランジ成形部３は、ハット型断面形状部品のフランジ部分に対応する底部３ａ、ハット型断面形状部品の縦壁部分に対応する縦壁部３ｂおよび縦壁部３ｂに対向するようにして形成された段差部３ｃを有している。また、底部３ａ、縦壁部３ｂおよび段差部３ｃは一体物として形成されている。溝Ｄが形成されたフランジ成形部３は、成形品の長手方向Ｌに延びるように形成され、最終製品形状に合わせて長手方向Ｌに対して湾曲している。なお、図３では、ハット型断面形状部品のフランジを成形する２つのフランジ成形部のうち、一方のフランジ成形部３のみを図示している。

一方、図４に示すように本実施形態のダイ４は、パンチ２のフランジ成形部３に嵌合するように下方に突出した形状となっている。このようなパンチ２とダイ４を有するプレス金型１を用いて金属板をプレス成形すると、成形中において金属板Ｓとパンチ２およびダイ４の角部との摩擦により金属板Ｓに張力が発生する。これにより、図５に示すように縮みフランジ変形が生じるフランジ１０ａにおいて、材料が流入する方向とは逆方向に引張張力Ｔが作用することになる。

従来のプレス金型ではフランジ１０ａにそのような張力が作用しないことにより、成形時において材料流入方向に垂直な方向（以下、“縮み方向”）に生じる圧縮応力の影響でフランジ１０ａが撓んでしまい、図６に示すようにパンチ２とダイ４との間に隙間が形成されて金型と金属板Ｓを十分に密着させることができなかった。

これに対し、本実施形態のプレス金型１は前述の通り、プレス成形時に材料流入方向に対して逆方向に引張張力Ｔが作用するため、成形時に縮み方向に圧縮応力を受けてもフランジ１０ａが撓みにくくなる。その結果、図７に示すように金属板Ｓとプレス金型１を十分に密着させることが可能となり、フランジ１０ａに生じるしわを抑制することができる。なお、図４に示す本実施形態のプレス金型１では、プレス成形後において成形品の縦壁１０ｂに対向するようにして、フランジ１０ａに垂直な端部１０ｃが形成される。この端部１０ｃは、フランジ１０ａの先端を切断することで取り除かれる。これにより、最終製品形状のフランジ１０ａが得られる。

また、本実施形態におけるプレス金型１は、フランジ成形部３の底面から縦壁部３ｂの上面までの高さ（以下、“縦壁高さ”）をＨとし、フランジ成形部３の底面から段差部３ｃの上面までの高さ（以下、“段差高さ”）をＨ’とした時に、０．２≦Ｈ’／Ｈ≦１．５の条件となるように構成されていることが好ましい。Ｈ’／Ｈが０．２未満となった場合には、フランジ１０ａに働く引張張力が小さくなり、しわの抑制効果が小さくなるおそれがある。一方、Ｈ’／Ｈが１．５を超えると、成形前にパンチ上にブランク材が乗り上げるために最終製品に痕が残ってしまう。Ｈ’／Ｈのより好ましい範囲は０．６≦Ｈ’／Ｈ≦１．２であり、更に好ましい範囲は０．８≦Ｈ’／Ｈ≦１．０である。

なお、本実施形態では、製品を成形する工程としてパンチ２、ダイ４及びパッド５を有する曲げ工程を想定しているが、曲げ加工後に製品を成形する場合には、ドロー、曲げ、トリム、リストライク、ピアス工程等を実施しても良い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態のようなパンチ２のフランジ成形部３の溝Ｄは、ハット型断面形状部品の一方のフランジ部に対応する箇所だけでなく、他方のフランジ部に対応する箇所に形成されていても良い。また、本発明に係るプレス金型は、上記実施形態のように湾曲部を有するハット型部材のフランジ部だけでなく、湾曲部を有する他の部材のフランジ部の成形にも用いることができる。例えば円筒形状の部材にフランジを形成する際にも上記実施形態のようなプレス金型を用いることができる。即ち、プレス成形時に縮みフランジ変形を生じるようなプレス部品の成形に本発明に係るプレス金型を用いることができ、それによりフランジ部に生じるしわを抑制するといった効果を得ることが可能となる。

また、上記実施形態ではパンチのフランジ成形部に溝を設けたが、パンチではなくダイに溝を設け、パンチがその溝に嵌合するようにプレス金型を構成しても良い。この場合であっても、縮みフランジ変形が生じるフランジ１０ａにおいて、材料が流入する方向とは逆方向に引張張力Ｔが作用することになるため、しわの発生を抑制することが可能となる。即ち、プレス金型のフランジを成形するフランジ成形部において、プレス部品の縦壁を成形する縦壁部に対向するように段差部が形成されていれば、本発明に係るしわ抑制の効果を享受することができる。

本発明の効果について検討するため、本発明の実施例として、板厚１．２ｍｍで、引張り強さ７８０MPａ級の鋼板を用いたプレス成形試験を実施した。成形試験に用いる最終製品は、図８に示すようにハット型断面形状であり、部品の長手方向に湾曲（Ｒ５００）し、高さ方向には湾曲していない形状の部品である。本発明に係るプレス金型は、ダイ、パッドおよび図３に示すような縦壁部に対向する段差部を有するパンチで構成された金型である。パンチおよびブランクの形状は図９に示す形状であり、パンチ幅は１２０ｍｍ、パンチ肩はＲ６ｍｍ、ダイ幅は１２３ｍｍである。なお、成形時のパット圧は１６ｔｏｎとした。
また、フランジ成形部に形成された段差部の高さの影響を確認するため、段差部の肩Ｒ５ｍｍ、溝底部の幅３０ｍｍ、溝底部と段差部とのなす角が垂直である垂直段差の金型を用いて、段差高さＨ’と縦壁高さＨの比を変更してプレス成形試験を行った。
なお、比較例として、段差部を有しないパンチおよびダイを用いてプレス成形試験を行った。比較例で使用した鋼板、パッドは上記実施例と同一のものである。

次に、プレス成形で得られた成形品を用い、接触測定機にて成形品のフランジ部のしわ高さを測定し、フランジ部における最大しわ高さを評価した。評価基準は、最大しわ高さが０ｍｍ以上０．５ｍｍ未満のものを◎、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満のものを○、１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ未満のものを△、１．５ｍｍ以上のものを×として評価した。

プレス成形試験の最大しわ高さ評価の結果を下記表１に示す。

表１に示す通り、縦壁部に対向する段差部がフランジ成形部に形成されていない従来のプレス金型では、フランジ部に１．５ｍｍ以上のしわが確認された。一方、本発明に係るプレス金型によれば、従来のプレス金型を使用した場合に比べてフランジ部に生じた最大しわ高さが小さくなった。即ち、本発明に係るプレス金型によれば、縦壁部に対向する段差部がフランジ成形部に形成されていることにより、フランジ部のしわの発生を抑制することができる。

また、本実施例の結果によれば、フランジ成形部の段差高さＨ’と縦壁高さＨの比Ｈ’／Ｈを０．６以上にすれば、しわ抑制の効果が向上することがわかる。また、更にしわを抑制するためにはＨ’／Ｈを０．８以上にすることが好ましい。

本発明は、湾曲部を有するハット型断面形状のプレス部品の成形に適用することができる。

１ プレス金型
２ パンチ
３ フランジ成形部
３ａ フランジ成形部の底部
３ｂ フランジ成形部の縦壁部
３ｃ フランジ成形部の段差部
４ ダイ
５ パッド
１０ 成形品
１０ａ 成形品のフランジ
１０ｂ 成形品の縦壁
１０ｃ 成形品の端部
Ｄ 溝
Ｈ 縦壁高さ
Ｈ’ 段差高さ
Ｌ 成形品の長手方向
Ｓ 金属板
Ｔ 張力
Ｗ 成形品の幅方向

Claims (4)

1. 湾曲部を有し、かつ、前記湾曲部にフランジを有するプレス部品を成形するプレス金型であって、
   前記フランジを成形するフランジ成形部において、前記プレス部品の縦壁を成形する縦壁部に対向するようにして段差部が形成されていることを特徴とする、プレス金型。
2. 前記段差部の段差高さをＨ’、前記縦壁部の縦壁高さをＨとした時に、０．２≦＜Ｈ’／Ｈ≦１．５の条件を満たすように前記フランジ成形部が構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプレス金型。
3. 前記段差部がパンチに設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプレス金型。
4. 湾曲部を有し、かつ、前記湾曲部にフランジを有するプレス部品を成形するプレス成形方法であって、
   プレス金型の前記フランジを成形するフランジ成形部に溝を設け、前記溝に金属製部材が押し込まれるようにプレス成形を行い、前記フランジを成形することを特徴とする、プレス成形方法。