JP2019072727A

JP2019072727A - プレス成形装置及び方法

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Publication number: JP2019072727A
Application number: JP2017199081A
Authority: JP
Inventors: 簑手　徹; Toru Minote; 徹簑手; 裕樹荻原; Hiroki Ogiwara; 亮伸石渡; Akinobu Ishiwatari
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: JP6777053B2

Abstract

【課題】成形途中におけるひずみの戻し量が一定になるような調整を安定的にでき、スプリングバックを安定して抑制できるプレス成形装置及び方法を得る。【解決手段】本発明に係るプレス成形装置１は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部５１ｂの少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部５１ｃ、５１ｄを有する目標形状の成形品５１を成形するプレス成形装置１であって、前記溝形状部を成形する溝部１５と溝部１５の両側にダイ肩部１３を有するダイ３と、ダイ３と協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチ５と、下部パンチ５に対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチ７と、上部パンチ７と下部パンチ５との間のパンチギャップＧを調整可能に前記上部パンチ７を支持する上部パンチ支持機構９とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置及び方法に関する。

プレス成形とは、その対象物である材料（ブランク）に金型を押し付けることにより、金型の形状をブランクに転写して加工を行う方法のことである。プレス成形においては、プレス成形品を金型から取り出した後に、そのプレス成形品内の残留応力が弾性回復することによって起こる形状不良、いわゆるスプリングバックが発生し、所望の形状とは異なってしまう問題がしばしば発生する。

スプリングバックがどの程度生じるかについては、主に材料の強度に大きく影響される。昨今では、特に自動車業界を中心に、自動車車体の軽量化の観点から車体部品に高強度な鋼板を使用する傾向が強くなっており、このような材料の高強度化に伴いスプリングバックの生じる程度が大きくなっている。
このため、スプリングバック後の形状を目標とする設計形状に近づけるために、生産現場では熟練者が金型を幾度も修正して、トライアル＆エラーを重ねなければならず、その結果、生産準備期間が長期化してしまう。したがって、スプリングバックを効果的に低減できる方法を開発することは、自動車の開発期間やコストを削減する上でも、ますます重要な課題であると言える。

スプリングバックの低減には、その発生原因である応力のコントロールが必要不可欠である。部品形状の断面が長手方向に変化しないストレート部品では、スプリングバックは口開きなどの２次元的な断面形状の変化にとどまり、応力のコントロールは比較的容易である。一方、部品形状の断面が長手方向に変化する湾曲した部品では、２次元的な断面形状の変化に加え、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックが発生する。３次元的なスプリングバックを引き起こす応力は複雑で、その制御は困難である。
湾曲部品の捩れや曲がりの３次元的なスプリングバックを低減する技術として、特許文献１に「プレス成形方法及び装置」が提案されている。

同文献においては、例えば図１０に示すようなパンチ底部５１ａ、縦壁部５１ｂからなる溝形状部およびフランジ部（湾曲外側フランジ部５１ｃおよび湾曲内側フランジ部５１ｄ）で形成され、かつ長手方向に沿って湾曲するフランジを有する成形品５１をフォーム成形した際に成形品に生じるスプリングバックの形態について検討されている。
本発明は、同文献で検討されたスプリングバック低減のメカニズムを前提としているので、以下において同文献で検討されたメカニズムを概説する。

従来の単純なフォーム成形では、図１１の斜視図、図１２の断面図に示すように、ダイ５３とパンチ５５を有するプレス成形金型５７でブランク６９（図１２参照）を挟み込むことで成形を行う。図１３は成形前後のブランク外形線を示した図である。湾曲曲率の大きい側（曲率半径の小さい側）のフランジ（以下、湾曲内側フランジ部５１ｄ）に該当する外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は小さくなり（曲率半径は大きくなり）線長が長くなる（A₀B₀→A₁B₁）。つまり、湾曲内側フランジ部５１ｄは伸びフランジ成形となり下死点では長手方向に引張応力が残存する。

一方、湾曲曲率の小さい側（曲率半径の大きい側）のフランジ（以下、湾曲外側フランジ部５１ｃ）ではその逆で、外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は大きくなり（曲率半径は小さくなり）線長が短くなる。（C₀D₀→C₁D₁）。つまり、湾曲外側フランジ部５１ｃは縮みフランジ変形となり、下死点では長手方向に圧縮応力が残留する。
これらの残留応力は離型時に弾性回復し、湾曲内側フランジ部５１ｄでは縮み変形、湾曲外側フランジ部５１ｃは伸び変形となり、その結果、図１４に示すように、部品は湾曲曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるような曲がり変形となるスプリングバックが発生する。なお、図１４において、破線がスプリングバック前の形状を示しており、実線がスプリングバック後の形状を示している。

以上のように、長手方向に湾曲したフランジ部を有する成形部品では、フランジ部における残留応力が離型時に解放されるため、部品全体に曲がり変形を与えるスプリングバックを生じさせる。このことから、このような部品では、フランジ部の残留応力の低減が、部品のスプリングバック低減に非常に重要であるといえる。

プレス成形過程においてフランジ部の線長を目標形状よりも大きく変化させ、その後にフランジ部の線長を目標形状に戻すような成形をすることにより、フランジ部の残留応力を低減させる技術が特許文献１の発明である。
特許文献１に開示されたプレス成形装置の成形中の断面を図１５に示す。プレス成形装置５９は、ダイ６１と、ダイに対向配置されたフランジ成形用ダイ６３と、支持機構６５によって上下動可能に支持されたパンチ６７と、ブランク６９をパンチに押圧するパッド７１とを備えている。
特許文献１のプレス成形方法は、ダイ６１とパンチ６７によってパンチ底部５１ａ及び縦壁部５１ｂを目標形状に第１下死点まで成形すると共に、湾曲外側フランジ部５１ｃおよび湾曲内側フランジ部５１ｄについて、湾曲外側フランジ部５１ｃに対しては長手方向の線長が成形品５１のフランジ部の線長よりも短く、湾曲内側フランジ部５１ｄに対しては長手方向の線長が成形品５１のフランジ部の線長よりも長くなるように成形する第１成形工程（図１５（ａ）〜図１５（ｃ）参照）と、ダイ６１とフランジ成形用ダイ６３によって第１成形工程で成形された湾曲外側フランジ部５１ｃおよび湾曲内側フランジ部５１ｄを成形品５１の目標形状に第２下死点まで成形する第２成形工程（図１５（ｃ）、（ｄ）参照）とを備え、第１成形工程と第２成形工程を１度のプレス成形で行うことを特徴とするものである。

図１６は、湾曲内側フランジ部５１ｄと湾曲外側フランジ部５１ｃにおけるプレス成形開始前から第１下死点さらに第２下死点までの線長の変化を説明する説明図である。図１６では、湾曲の内側および外側について、破線の丸で囲んだ部分を拡大して示している。各拡大図において、破線がプレス成形前のブランク６９の内側端６９ａおよび外側端６９ｂ、点線が第１下死点における内側端６９ａおよび外側端６９ｂ、そして実線が第２下死点における内側端６９ａおよび外側端６９ｂをそれぞれ示している。

プレス成形開始前のフランジ内側端のA₀点、B₀点は、それぞれ、第1下死点ではA₁点、B₁点になり、第2下死点ではA₂点、B₂点となり、線長はA₀B₀→A₁B₁→A₂B₂と変化する。成形開始から第1下死点までの第1工程の間、ブランクの流入によりフランジ内側端におけるA₀B₀はA₁B₁となり、フランジ内側端の線長は引き伸ばされて長くなる（伸びフランジ変形）。次いで、第1下死点から第2下死点までの第2工程の間、フランジ内側端は外側に押し出される（流出する）変形をするため、フランジ内側端の線長はわずかに短くなり（A₁B₁→A₂B₂）、第2下死点で目標形状相当の線長になる。

フランジ外側端ではフランジ内側端とは逆の現象が起こる。プレス成形開始前のフランジ外側端のC₀点、D₀点は、それぞれ、第1下死点ではC₁点、D₁点になり、第2下死点ではC₂点、D₂点となり、線長はC₀D₀→C₁D₁→C₂D₂と変化する。成形開始から第1下死点までの第1工程の間、ブランクの流入によりフランジ外側端におけるC₀D₀はC₁D₁となり、フランジ外側端の線長は縮められて短くなる（縮みフランジ変形）。次いで、第1下死点から第2下死点までの第2工程の間、フランジ外側端は外側に押し出される（流出する）変形をするため、フランジ外側端の線長はわずかに長くなり（C₁D₁→C₂D₂）、第2下死点で目標形状相当の線長になる。

このように、湾曲内側フランジ部においては、第1成形工程において、いったん、成形品の目標形状よりも線長が長くなる成形を行い、第2成形工程において成形品の目標形状の線長に戻す成形を行う。湾曲外側フランジ部においては、第1成形工程において、いったん、成形品の目標形状よりも線長が短くなる成形を行い、第2成形工程において成形品の目標形状の線長に戻す成形を行うようにしている。このため、湾曲内側フランジ部および湾曲外側フランジ部において、第1成形工程で生じたひずみが第2成形工程でわずかに戻されることになり、残留応力が大幅に低減される。

この点について、図１７に基づいて説明する。図１７は、フランジ部の成形開始から第2下死点までの長手方向の応力−ひずみ線図である。図１７に示すように、第1成形工程により第1下死点のフランジ部には、大きな残留応力が蓄積されている。しかし、第２成形工程で第1下死点から第2下死点までひずみをわずかに戻すことによって残留応力は大幅に低減する。
以上のように、特許文献１の発明は、わずかにひずみを戻すことによって、残留応力が敏感に大きく変化する特徴を利用したものである。

特開２０１５−２７６９８号公報

特許文献１で開示されたスプリングバック抑制のメカニズムは、第1下死点から第2下死点までの過程でひずみをわずかに戻すことによって残留応力を大幅に低減するというものであり、ひずみの戻し量をどの程度にするかが重要である。
そして、ひずみの戻し量は第１下死点（図１５（ｃ）参照）から第２下死点（図１５（ｄ）参照）に至るパンチの下降量（相対移動距離ｈ）（図１５（ａ）参照）に関係しており、相対移動距離ｈを確実かつ正確に調整できることが重要である。

しかしながら、特許文献１に開示されているプレス成形装置５９では、固定されているのはフランジ成形用ダイ６３であり、パンチ６７はその全体が支持機構６５により支えられ、プレス成形中にパンチ全体が動く構造になっている。このため、ブランクの材料強度のばらつきや、機械的な遊びの影響により、プレス成形中のパンチの動きが不安定になる場合があった。
パンチの動きがプレス成形の各ショットで同じでないと、上述の相対移動距離ｈがショットごとに変化してひずみの戻し量が変化することになる。このため、スプリングバック後の形状がショットごとに変動する場合があり、この点では特許文献１のプレス成形装置５９ではスプリングバック後の目標形状がばらつく懸念がある。

また、特許文献１に開示のプレス成形装置５９では、相対移動距離ｈは第１下死点におけるパンチの位置のみで設定するものであり、パンチ位置の微調整に手間取ると、スプリングバックを確実に防止するのが難しいという課題がある。
さらに、湾曲内側フランジと湾曲外側フランジのプレス方向の位置が同じであり、相対移動距離ｈの調整を湾曲内側フランジと湾曲外側フランジで個別にできないため、捩れや曲がりといった複雑な３次元的なスプリングバックに柔軟に対応することが難しいという課題もあった。

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、成形途中におけるひずみの戻し量が一定になるような調整を安定的に行うことができ、スプリングバックを安定して抑制できるプレス成形装置及び方法を得ることを目的としている。
また、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックを安定して低減できるプレス成形装置及び方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形装置は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備えたことを特徴とするものである。

（２）本発明に係るプレス成形装置は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するものであって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイ肩部に対向配置されて前記ダイ肩部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記ダイの溝部に挿入されて前記縦壁部の下部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備え
前記フランジ成形用ダイの少なくとも一方は他方と独立して高さ方向移動可能に構成されてい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方法は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、（１）に記載のプレス成形装置を用いて成形するものであって、
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部及びフランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするものである。

（４）本発明に係るプレス成形方法は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、（２）に記載のプレス成形装置を用いて成形するものであって、
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に高さ方向移動可能なフランジ成形用ダイの高さを所定の高さに調整した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部を前記目標形状に成形する工程と、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に移動させて前記フランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備えたことにより、パンチギャップを調整することで、成形途中におけるひずみの戻し量が一定になるような調整を安定的にでき、スプリングバックを安定して抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置の説明図である。図１に示したプレス成形装置を用いたプレス成形方法の説明図である。本発明の実施の形態２に係るプレス成形装置の説明図である。図３に示したプレス成形装置を用いたプレス成形方法の説明図である。実施例１、２に係るプレス成形品の目標形状の説明図である（その１）。実施例１、２に係るプレス成形品の目標形状の説明図である（その２）。実施例１、２に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。実施例２に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。実施例２に係るスプリングバック量の評価結果を示すグラフである。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法で成形されるプレス成形品の斜視図である。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形装置の金型の斜視図である。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法の説明図である。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの発生メカニズムの説明図である。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの説明図である。従来のプレス成形装置及びプレス成形方法の説明図である。図１５に示したプレス成形方法におけるスプリングバック抑制のメカニズムの説明図である（その１）。図１５に示したプレス成形方法におけるスプリングバック抑制のメカニズムの説明図である（その２）。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る一例としてのプレス成形装置１は、図５に示す長手方向に延びる溝形状部及びパンチ底部５１ａを有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部５１ｂの両側に長手方向に沿って湾曲するフランジ部５１ｃ、５１ｄを有する目標形状の成形品５１を成形するものであって、図１に示すように、ダイ３と、下部パンチ５と、上部パンチ７と、上部パンチ支持機構９と、パッド１１とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜ダイ＞
ダイ３は、溝形状部を成形する溝部１５と溝部１５の両側にダイ肩部１３を有しており、図示しないダイ駆動装置によってパンチ側に相対移動できるようになっている。
ダイ３の溝部１５の上方には、パッド１１を収容するパッド収容部１７と、後述のパッド押付機構３５を収容するためのパッド押付機構収容部１９が設けられている。

＜下部パンチ＞
下部パンチ５は、ダイ３と協働して目標形状の縦壁部５１ｂの下部とフランジ部を成形するものである。下部パンチ５は、図１に示すように、中央部に縦壁部５１ｂの下部を成形するための縦壁下部成形部２１が設けられ、縦壁下部成形部２１の下端から連続して水平方向に張り出すフランジ成形部２３が設けられている。
下部パンチ５には、その内部に空洞部２５が形成され、空洞部２５から縦壁下部成形部２１の中央を通り縦壁下部成形部２１の上面に至る連通溝２７が形成されている。

＜上部パンチ＞
上部パンチ７は、下部パンチ５に対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて縦壁部５１ｂの上部を成形するものである。

＜上部パンチ支持機構＞
上部パンチ支持機構９は、上部パンチ７の下面と下部パンチ５における縦壁下部成形部２１の上面との間のパンチギャップＧを調整可能に空洞部２５内に設置され上部パンチ７を支持するものであり、連通溝２７に上下動可能に配設されて上端が上部パンチ７の下面に接続されて上部パンチ７を下方から支持する支持部材２９と、支持部材２９の下端に接続されて空洞部２５の上部壁に当接することで支持部材２９の上動位置を規制するストッパ３１と、ストッパ３１の下部に接続されてストッパ３１を所定の支持力で支持するエアシリンダ等の支持装置３３とを備えている。

支持装置３３は、所定の支持力でストッパ３１の下面を上方に押し上げることでストッパ３１の上面を空洞部２５の上面に押し当てた状態で上部パンチ７を支持しており、これによって、上部パンチ７の下面と下部パンチ５の上面との間に所定間隔のパンチギャップＧが形成される。
このパンチギャップＧは相対移動距離ｈ（図１５）に相当するものであるが、ストッパ３１と空洞部２５の上面との間にシム等を配設することで容易に微調整することができる。

支持装置３３の支持力は、後述するパッド押付機構３５の押しつけ力と比較して十分に大きくする。言い換えると、支持装置３３の支持力は、パッド押付機構３５の押しつけ力とブランク６９の加工開始から第１下死点までのブランク６９の加工に必要な力の和よりも大きくする。このような支持力で上部パンチ７を支持することにより、上部パンチ７は下部パンチ５にしっかりと固定されるため、特許文献１の技術のような加工中のパンチの不安定性は解消される。

＜パッド＞
パッド１１は、成形過程においてブランク６９を上部パンチ７に押し付けるものであり、ダイ３の内部に設けられたエアシリンダ等で構成されるパッド押付機構３５によって上部パンチ７側に押し付けられるようになっている。
なお、パッド１１を使用しなくても、本発明の方法は実施できるが、成形中にブランク６９が動かないようにパッド１１と上部パンチ７で保持しておくことが望ましい。

上記のように構成されたプレス成形装置１を用いたプレス成形方法を図２に基づいて説明する。
プレス成形の開始時点においては、図２（ａ）に示すように、上部パンチ７は支持装置３３によって最上位置まで押し上げられた状態で支持されており、この状態では上部パンチ７の下面と下部パンチ５の縦壁下部成形部２１の上面との間に所定のパンチギャップＧが形成されている。そして、ブランク６９は上部パンチ７とパッド１１により把持されている。

図２（ａ）のプレス成形前の状態から、図２（ｂ）の第1下死点の状態まで、パッド１１をブランク表面に押し付けたままダイ３が下降し、ブランク６９はパンチ底部分と縦壁上部に成形される。上述したように、プレス成形開始から図２（ｂ）の第1下死点の状態までは上部パンチ７は、動くことがないように支持装置３３によって支持されて固定される。

図２（ｂ）の第１下死点では、上部パンチ７が第２下死点よりもパンチギャップＧだけ上方に押し上げられた状態にあるため、この状態で縦壁上部が形成されると、ブランク幅方向端部（フランジ端部に相当する部位６９ａ、６９ｂ）が第２下死点の状態よりも内側に入り込む。そのため、プレス成形開始前のフランジ内側端６９ａの線長は引き伸ばされて長くなり（湾曲内側の伸びフランジ変形）、フランジ外側端６９ｂの線長は縮められて短くなる（湾曲外側の縮みフランジ変形）。

第１下死点では、パッド押付機構３５がパッド押付機構収容部１９に収容され、またパッド１１がパッド収容部１７に収容される。この状態では、パッド１１の上面がパッド収容部１７の上部に当接し、これ以降、ダイ３が下降すると上部パンチ７はパッド１１を介してダイ３によって下方に押圧される。

図２（ｂ）の第１下死点から図２（ｃ）の第２下死点にかけて、ダイ３はさらに降下し、この間、上部パンチ７は押し下げられて、パンチギャップＧが小さくなって、第２下死点ではパンチギャップＧがゼロになり、湾曲外側フランジ部５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｄが成形される。この第1下死点から第２下死点までの過程では、フランジ内側端は外側に押し出される（流出する）変形をするため、フランジ内側端６９ａの線長は第１下死点よりもわずかに短くなり、圧縮力が加わって第１下死点でフランジ端部相当部位に作用した張力と相殺して、第２下死点で目標形状相当の線長になる。他方、フランジ外側端６９ｂは、第1下死点から第２下死点までの過程では外側に押し出される（流出する）変形をするため、フランジ外側端の線長は第１下死点よりもわずかに長くなり、引張力が加わって、第１下死点でフランジ端部相当部位に作用した圧縮力と相殺して、第２下死点で目標形状相当の線長になる。

以上のように、本実施の形態のプレス成形装置１によれば、フランジ部５１ｃ、５１ｄにおいて図１６に示したような、ひずみの戻し操作が行われ、残留応力の低減をすることができる。
そして、本実施の形態のプレス成形装置１では、縦壁部５１ｂを成形するパンチが上下で分割されて、上部パンチ７と下部パンチ５のパンチギャップＧを調整可能にしているので、シム等をかませることでパンチギャップＧの微調整が可能になっている。パンチギャップＧを微調整することで、ひずみの戻し量をコントロールできるので、スプリングバックの低減に最も適切なパンチギャップＧにすることができ、スプリングバックを効果的に防止できる。
また、上記は内側フランジおよび外側フランジともに湾曲する例を示したが、内側フランジまたは外側フランジのいずれかが湾曲する目標形状においても上記手段が適用できて、スプリングバックが防止できる。

［実施の形態２］
実際のプレス成形加工においては、ある部品のプレス成形を連続して行う前にプレストライを行って、成形品の形状を測定した結果をもとに、金型を微調整する。その際、湾曲外側フランジ部５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｄにおけるひずみの戻し量を個別に調整できれば、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックを効果的に防止できる。
しかし、実施の形態１のプレス成形装置１では、ダイ３と下部パンチ５によるフランジ高さが同じであり、湾曲外側フランジ部５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｄにおける調整を個別に行うことができない。
そこで、本実施の形態２では、湾曲外側フランジ部５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｄにおけるひずみの戻し量を個別に調整できるプレス成形装置を提供することを目的としている。

本実施の形態２に係るプレス成形装置３７を図３に基づいて説明する。図３において、実施の形態１を示した図１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態に係るプレス成形装置３７は、下部パンチ３９は縦壁下部成形部２１を有しているが、実施の形態１のフランジ成形部２３は有しておらず、フランジ成形部２３に代えて、高さ方向に移動可能なフランジ成形ダイ（湾曲内側フランジ成形ダイ４１（図中左側）と湾曲外側フランジ成形ダイ４３（図中右側））を下部パンチ３９の両側に設けている。湾曲内側フランジ成形ダイ４１及び湾曲外側フランジ成形ダイ４３はダイ移動機構４５によって上下位置の設定と上下動が可能になっている。
湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３の高さは、同じである必要はなく、両者をそれぞれ独立に最適な高さにすることによって、より精密に曲がりや捩れのスプリングバックを制御することができる。
以下の説明においては、湾曲内側フランジ成形ダイ４１及び湾曲外側フランジ成形ダイ４３の高さに関し、図３に示すように、下部パンチ３９における縦壁下部成形部２１の下端からの鉛直距離をダイギャップｇ（湾曲内側フランジ成形ダイのダイギャップをｇ₁、湾曲外側フランジ成形ダイのダイギャップをｇ₂）という。

上記のように構成された本実施の形態のプレス成形装置３７を用いたプレス成形方法を図４に基づいて説明する。図４（ａ）は成形開始前、図４（ｂ）は第１下死点、図４（ｃ）は第１下死点から第２下死点に至る途中、図４（ｄ）は第２下死点を示している。
図４（ａ）の成形開始時点において、図中左側の湾曲内側フランジ成形ダイ４１の高さが図中右側の湾曲外側フランジ成形ダイ４３よりも若干だけ低く設定されている。すなわち、湾曲内側フランジ成形ダイ４１のダイギャップｇ₁を湾曲外側フランジ成形ダイ４３のダイギャップｇ₂よりも大きく設定している。これは、湾曲内側フランジ部５１ｄのひずみの戻し量を湾曲外側フランジ部５１ｃよりも多くするためである。

図４（ａ）のプレス成形前の状態から、図４（ｂ）の第1下死点の状態までの動作は実施の形態１と同様に上部パンチ７が固定された状態でダイが下降するが、湾曲内側フランジ成形ダイ４１の位置が湾曲外側フランジ成形ダイ４３の位置よりも低いので、第１下死点では、湾曲内側フランジ端部が湾曲外側フランジ端部よりも、より内側（下部パンチ３９側）に入り込んでいる。
図４（ｂ）から図４（ｃ）に至る過程では、ダイ３がさらに下降してパンチギャップＧがゼロになる。その後、湾曲内側フランジ成形ダイ４１及び湾曲外側フランジ成形ダイ４３が共に上昇して、ダイギャップｇが小さくなり、図４（ｄ）に示す第２下死点の状態ではダイギャップｇがゼロになる。

第１下死点から第２下死点に至る過程では、湾曲内側フランジ部５１ｄにおけるひずみの戻し量が湾曲外側フランジ部５１ｃのひずみの戻し量よりも多くなる。
このように、本実施の形態においては湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３を個別に高さ方向移動可能にしたことにより、金型自体の形状を変えることなく、湾曲内側フランジ部５１ｄと湾曲外側フランジ部５１ｃの各ひずみの戻し量を個別に制御することができ、より精密に曲がりや捩れのスプリングバックを制御することができる。
本発明の実施形態のこのような柔軟性は、微調整を繰り返すプレスショップにおいて大きな優位性を有していると言える。

なお、上記の例では湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３の両方を高さ方向移動可能にしたものであったが、本発明のプレス成形装置３７はこれに限定されず、湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３の少なくとも一方が他方と独立して高さ調整可能に構成されておればよく、例えば、湾曲内側フランジ成形ダイ４１のみが高さ方向移動可能で、湾曲外側フランジ成形ダイ４３は固定のものであってもよい。
また、実施の形態１と同様に、内側フランジまたは外側フランジのいずれかが湾曲する目標形状においても上記手段が適用できる。なお、湾曲する側のダイギャップｇを変更する必要がある。

実施形態１のプレス成形方法による作用効果について、プレス成形実験を行って検証したので、以下これについて説明する。
プレス成形した目標形状は、図５および図６に示すように、ハット断面を有し、両側フランジともに長手方向に沿って天板水平方向に湾曲した形状であり、長さは1000mm、断面の高さは30mm、パンチ底部の幅は20mm、湾曲内側フランジおよび湾曲外側フランジの幅はともに25mm、形状の幅中心の長手方向湾曲曲率半径は1000mmである。ブランクとして、板厚1.2mmの引張強度980MPa級の鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。

本発明例として、図３に示すプレス成形装置３７を用いて、上部パンチ７と下部パンチ５のパンチギャップＧを10mmとし、湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３の高さを共に下部パンチ５の縦壁下部成形部２１の最下位置とした。これは、図１に示したプレス成形装置１において、上部パンチ７と下部パンチ５のパンチギャップＧを10mmとしたのと等価である。
比較例として、図１５に示すプレス成形装置５９を用いて、相対移動距離ｈを10mmとした特許文献１の方法を用いた。比較例、本発明例ともに、パッドを使用し、パッド圧は50tonfとした。比較例と本発明例のいずれの方法でも、20枚のブランクをプレス成形した。

成形された目標形状は３次元形状測定装置で測定した。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った後、部品端における測定形状データと設計形状データのY座標差異（曲がり量Δy、図７参照）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。

プレス成形後の20枚のパネルの曲がり量Δyを測定した。
本発明例のΔyの最小値は−0.6mm、最大値は1.4mmであった。一方、比較例のΔyの最小値は−1.7mm、最大値は1.5mmであった。Δyの最大値と最小値の差は、本発明例が2.0mm、比較例が3.2mmであり、本発明により形状のばらつきが小さくなることが実証された。

本発明の実施形態２のプレス成形方法による作用効果についても、プレス成形実験を行って検証したので、以下説明する。プレス成形した目標形状は、実施例１と同様に、図５，図６に示すものであり、ブランク及びプレス成形装置も実施例１と同様である。
本発明例として、図３に示すプレス成形装置３７を用いて、上部パンチ７と下部パンチ５のパンチギャップＧを10mmとし、湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３の高さ（ダイギャップｇ）をそれぞれ個別に設定する方法を用いた。比較例として、図１５に示すプレス成形装置５９を用いて、特許文献１の方法を用い、相対移動距離ｈを変化させた。比較例、本発明例ともに、パッドを使用し、パッド圧は50tonfとした。

成形品の評価は、図７に示した曲がり量Δyと図８の捩れ量Δθを比較することにより行った。曲がり量Δyは図７に示した実施例１と同じ方法で測定した。捩れ量Δθの測定方法について、図５と図８に基づいて説明する。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った後、図５に示すように湾曲部中央と端部の断面形状を抽出した。抽出した断面形状は図８の模式図のようになっている。測定形状のパンチ底部分と、設計形状のパンチ底部分のなす角（スプリングバックによる回転角）を、図８の回転角の方向（反時計回り）を正として測定し、湾曲部中央のパンチ底回転角θ_Cと、端部のパンチ底回転角θ_Eから、捩れ量をΔθ=θ_E−θ_Cとして計算した。

本発明の方法で、パンチギャップＧを10mm、湾曲内側フランジ成形ダイ４１のダイギャップｇ₁を6mm、湾曲外側フランジ成形ダイ４３のダイギャップｇ₂を4mmとした場合の、曲がり量Δyと捩れ量Δθを、それぞれ●と▲で図９中に示す。図９においては、縦軸がΔy(mm)及びΔθ度を、横軸が相対移動距離ｈ(mm)を示している。
このときの相対移動距離ｈは15mmに相当（ｈ＝10＋(6＋4)／2＝15）し、本発明例では、曲がり量Δy、捩れ量Δθともに、ゼロに近い値にすることができた。

比較例の方法で、相対移動距離ｈを2.5mmから25mmまで変更して、曲がり量Δyと捩れ量Δθを測定した結果を、曲がり量Δyを○、捩れ量Δθを△で図９にプロットして示す。比較例では、曲がり量Δyと捩れ量Δθを同時にゼロにする相対移動距離ｈは存在しない。
本実施例２からわかるように、本発明の方法では、湾曲内側フランジ成形ダイ４１と湾曲外側フランジ成形ダイ４３をそれぞれ独立に設定することができ、曲がり量と捩れ量が、ともにゼロに近い値になるような操業条件を捜して設定することができる。

１プレス成形装置（実施の形態１）
３ダイ
５下部パンチ
７上部パンチ
９上部パンチ支持機構
１１パッド
１３ダイ肩部
１５溝部
１７パッド収容部
１９パッド押付機構収容部
２１縦壁下部成形部
２３フランジ成形部
２５空洞部
２７連通溝
２９支持部材
３１ストッパ
３３支持装置
３５パッド押付機構
３７プレス成形装置（実施の形態２）
３９下部パンチ
４１湾曲内側フランジ成形ダイ
４３湾曲外側フランジ成形ダイ
４５ダイ移動機構
＜成形品＞
５１成形品
５１ａパンチ底部
５１ｂ縦壁部
５１ｃ湾曲外側フランジ部
５１ｄ湾曲内側フランジ部
＜従来例＞
５３ダイ
５５パンチ
５７プレス成形金型
５９プレス成形装置
６１ダイ
６３フランジ成形用ダイ
６５支持機構
６７パンチ
６９ブランク
６９ａフランジ内側端
６９ｂフランジ外側端
７１パッド
Ｇパンチギャップ
ｇダイギャップ
ｇ_１湾曲内側フランジ成形ダイのダイギャップ
ｇ_２湾曲外側フランジ成形ダイのダイギャップ
ｈ相対移動距離

Claims

長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備えたことを特徴とするプレス成形装置。
長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置であって、
前記溝形状部を成形する溝部と該溝部の両側にダイ肩部を有するダイと、前記ダイ肩部に対向配置されて前記ダイ肩部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記ダイの溝部に挿入されて前記縦壁部の下部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能（離れたり接したりできるように）に設けられて前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持し、下部パンチ内に設置される上部パンチ支持機構とを備え
前記フランジ成形用ダイの少なくとも一方は他方と独立して高さ方向移動可能に構成されていることを特徴とするプレス成形装置。
長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項１のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部及びフランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項２のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に高さ方向移動可能なフランジ成形用ダイの高さを所定の高さに調整した状態で前記上部パンチと前記ダイによって溝形状部の一部を成形する工程と、前記ダイを前記下部パンチ側に移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて前記溝形状部を前記目標形状に成形する工程と、前記フランジ成形用ダイを前記ダイ側に移動させて前記フランジ部を前記目標形状に成形する工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。