JP2020124726A - プレス成形品及びプレス加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シワの発生を抑制できる技術を提供する。【解決手段】プレス成形品１は、天板部１１と、天板部から折り曲げられて天板部と交差する方向に拡がる少なくとも１つの縦壁部１２Ｌ、１２Ｒと、を備える。このプレス成形品は、少なくとも１つの縦壁部の一部である湾曲部１４Ｌ、１４Ｒ、１４１Ｌ、１４１Ｒであって、該湾曲部と天板部との間に形成される稜線１５Ｌ、１５Ｒ、１５１Ｌ、１５１Ｒが天板部の内側に向かって湾曲する少なくとも１つの湾曲部を備える。天板部には、少なくとも１つの湾曲部と天板部との間に形成される稜線に沿って、少なくとも１つのビード１６Ｌ、１６Ｒが形成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、プレス加工により製造されるプレス成形品に関する。

自動車の衝突安全性及び軽量化の向上のために、高強度の鋼板が求められている。しかしながら鋼板の引張強度が増すにつれて、プレス成型性に関する延性が低下するという問題がある。特許文献１には、シワが発生しやすい湾曲部を有する縦壁部にて、部材の壁部の線長を稼ぐための凹凸を金型プレス面に形成し、シワを延びやすくする技術が提案されている。

特開２０１６−４３４０３号公報

特許文献１に開示される手法は壁部に凹凸を設ける。この手法では、プレス方向と壁部とが平行である場合に材料の凹凸部への流入量は少なくなるが、天板部へ流入する材料は多くなり、天板部側で発生するシワを充分に抑制できない場合があった。

本開示の目的は、シワの発生を抑制できる技術を提案することである。

本開示の一態様は、天板部と、天板部から折り曲げられて天板部と交差する方向に拡がる少なくとも１つの縦壁部と、を備えるプレス成形品である。このプレス成形品は、少なくとも１つの縦壁部の一部である湾曲部であって、該湾曲部と天板部との間に形成される稜線が天板部の内側に向かって湾曲する少なくとも１つの湾曲部を備える。天板部には、少なくとも１つの湾曲部と天板部との間に形成される稜線に沿って、少なくとも１つのビードが形成されている。

このような構成であれば、湾曲部が形成される際に天板部に材料が流入することによる天板部の板厚の増加が、ビードが形成されることによる天板部の板厚の減少により差し引かれる。そのため、天板部の板厚の増加量はビードが形成されない場合と比較して低減される結果、湾曲部を形成する場合に生じ易い天板部のシワを抑制できる。

上述した少なくとも１つの縦壁部は、２つの縦壁部を含んでもよい。２つの縦壁部のうちの一方の縦壁部には、第１の湾曲部が含まれ、かつ、上記一方とは異なる他方の縦壁部には、第２の湾曲部が含まれていてもよい。第１の湾曲部及び第２の湾曲部は、天板部を間に挟み込むように設けられていてもよい。天板部には、第１の湾曲部及び第２の湾曲部それぞれに係る稜線に沿って、少なくとも２つのビードが形成されていてもよい。

このような構成であれば、プレス成形品の天板部を中心とした両側に湾曲部が設けられている場合であっても、天板部に生じるシワを抑制できる。
また上述したプレス成形品は、車両のセンターピラーの下部に用いられる部分を含んでもよい。このような構成であれば、センターピラーの下部に用いることができる。

また上述したプレス成形品は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の部材により構成されていてもよい。鋼板の引張強度が高いほど延性が低下してシワが生じやすくなってしまうが、上述した構成のプレス成形品では、引張強度が高い部材においても良好にシワの発生を抑制できる。

本開示の別の一態様は、天板部と、天板部から折り曲げられて天板部と交差する方向に拡がる縦壁部と、縦壁部に連接されるフランジ部と、を備えるプレス成形品のプレス加工方法である。当該プレス成形品は、縦壁部の一部である湾曲部であって、該湾曲部と天板部との間に形成される稜線が天板部の内側に向かって湾曲する湾曲部を備える。本加工方法では、ブランク材に第１のビードを曲線状に形成し、第１のビードが形成された位置を折り曲げることにより、第１のビードの一部が湾曲部に含まれるように湾曲部を形成するとともに、第１のビードにおける上記一部とは異なる部分を第１のビードよりも高さの小さい第２のビードとする。

このようなプレス加工方法であれば、プレス成形品にシワ及び割れが生じてしまうことを抑制できる。なぜならば、湾曲部が形成される際に天板部に材料が流入することによる天板部の板厚の増加が、ビードが形成されることによる天板部の板厚の減少により差し引かれるため、天板部の板厚の増加量はビードが形成されない場合と比較して低減される結果、天板部のシワが抑制される。また、第１のビードを構成していた材料の一部が湾曲部側に移動することで、湾曲部及びフランジ部の板厚の低下が抑制され、それにより割れが抑制される。

本開示のさらに別の一態様は、天板部と、天板部から折り曲げられて天板部と交差する方向に拡がる２つの縦壁部と、を備えるプレス成形品である。このプレス成形品は、２つの縦壁部の一部である湾曲部であって、湾曲部と天板部との間に形成される稜線が天板部の内側に向かって湾曲する少なくとも１つの湾曲部を備える。２つの縦壁部のうちの一方の縦壁部には、第１の湾曲部が含まれ、かつ、上記一方とは異なる他方の縦壁部には、第２の湾曲部が含まれている。天板部には、天板部から凹状又は凸状に突出する突出部が形成されている。第１の湾曲部及び第２の湾曲部は、突出部を間に挟み込むように設けられている。

このような構成であれば、第１の湾曲部及び第２の湾曲部が形成される際に天板部に材料が流入することによる天板部の板厚の増加が、突出部が形成されることによる天板部の板厚の減少により差し引かれる。そのため、天板部の板厚の増加量は突出部が形成されない場合と比較して低減される結果、湾曲部を形成する場合に生じ易い天板部のシワを抑制できる。

実施形態のプレス成形品を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 車体の構造の一部を示す斜視図である。 図４Ａ及び図４Ｂが、第１のビードを形成するプレス工程を説明する図である。 図５Ａ及び図５Ｂが、プレス成形品を製造するプレス工程を説明する図である。 図６Ａが、ビードを形成しない場合のシワの発生状態を説明する図であり、図６Ｂが、ビードを形成した場合のシワの発生状況を説明する図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。なお以下の説明で用いる上下及び左右の方向は、説明の便宜上用いるものであって、本開示の使用態様などを限定するものではない。

［１．実施形態］
［１−１．全体構成］
図１に示される実施形態のプレス成形品１は、天板部１１と、天板部１１の左右に設けられる縦壁部１２Ｌ，１２Ｒとを備える。またプレス成形品１は、縦壁部１２Ｌ，１２Ｒそれぞれに連接するフランジ部１３Ｌ，１３Ｒを備えていてもよい。

天板部１１は、上下方向に長さを有する主板部１１ａと、主板部１１ａの上端から左右に延びる上側部１１ｂと、主板部１１ａの下端から左右に延びる下側部１１ｃと、を備える。主板部１１ａにおける上側に位置し、上側部１１ｂと連接する上端側部１１ｄは、主板部１１ａのうちの上端側部１１ｄよりも下側の部分と比較して左右方向の幅が小さく、主板部１１ａを形成する領域が小さい。

縦壁部１２Ｌ，１２Ｒは、天板部１１から折り曲げられて天板部１１と交差する方向に拡がる。縦壁部１２Ｌは、その一部として湾曲部１４Ｌを備える。また縦壁部１２Ｒは、その一部として湾曲部１４Ｒを備える。

湾曲部１４Ｌ，１４Ｒは、天板部１１の拡がる面と平行である仮想的な面に投影したときに湾曲した形状となる部分である。湾曲部１４Ｌ，１４Ｒの湾曲する方向は、天板部１１と湾曲部１４Ｌ，１４Ｒとの間に形成される稜線１５Ｌ，１５Ｒ、がそれぞれ天板部１１の内側に向かって湾曲する方向である。言い換えると、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒは、プレス成形品１を上述した仮想的な面に投影したときに、縦壁部１２Ｌ，１２Ｒのうち、凹状である天板部１１と、凸状であるフランジ部１３Ｌ，１３Ｒと、の間に位置する部分である。湾曲部１４Ｌ，１４Ｒは、主板部１１ａと、下側部１１ｃと、の交差する領域の外側に形成される。稜線１５Ｌの湾曲する方向は湾曲部１４Ｌの湾曲する方向と同じであり、稜線１５Ｒの湾曲する方向は湾曲部１４Ｒの湾曲する方向と同じである。

また天板部１１には、上述した湾曲する稜線１５Ｌ，１５Ｒに沿って、２つのビード１６Ｌ，１６Ｒが形成されている。２つのビード１６Ｌ，１６Ｒは、主板部１１ａと下側部１１ｃとの交差する部分において、それらの外縁に沿ってＬ字型（L-shaped）に形成される。

図２に示されるように、プレス成形品１は、天板部１１の左右両端においてビード１６Ｌ，１６Ｒが形成され、それらの突出する方向である前向とは反対側の後方に向かって湾曲部１４Ｌ，１４Ｒが拡がる。言い換えると、ビード１６Ｌ，１６Ｒは、天板部１１から、縦壁部１２Ｌ，１２Ｒの天板部１１から拡がる方向とは反対の方向に突出する。そして、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒが延びた先においてフランジ部１３Ｌ，１３Ｒが連接される。フランジ部１３Ｌ，１３Ｒは、天板部１１と略平行に拡がる。

上述した２つの湾曲部１４Ｌ，１４Ｒは、図１に示されるように、天板部１１を間に挟み込むように左右に設けられている。
また、上端側部１１ｄには、凹み部１７が形成される。上端側部１１ｄの左右には２つの湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒが形成され、湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒと天板部１１との間には稜線１５１Ｌ，１５１Ｒが形成される。凹み部１７は、上端側部１１ｄにおける２つの湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒの間に形成される。凹み部１７が、突出部の一例に相当する。
上述したプレス成形品１は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼（本実施形態では、引張強度１４７０ＭＰａ）により構成されていてもよい。

［１−２．プレス成形品の配置］
本実施形態のプレス成形品１は、図３に示されるように、車体のモノコック構造３１の一部を構成するセンターピラー３３として用いることができる。なお、プレス成形品１の左右方向は、車両の前後方向となるように配置してもよい。

［１−３．プレス加工方法］
プレス成形品１は、以下の工程によって製造することができる。なお以下の工程は本開示の一例にすぎず、本開示の技術的思想を含みうる範囲で様々な態様の加工方法に変更してもよい。

（ｉ）第１のビードの形成
図４Ａに示されるように、本工程では、上型５１、下型５２、ダイ５３及びダイ５４を用いる。上型５１には溝５５が形成されており、下型５２には凸条５６が形成されている。この溝５５及び凸条５６は、平面視（即ち、プレス方向の上方又は下方から見た場合）では曲線状に形成されている。

左右のダイ５３，５４上にブランク材４１を配置し、上型５１を下降させて、ダイ５３，５４及び上型５１によりブランク材４１を挟み込んで掴む。なお説明の便宜上、ブランク材４１は、プレス加工がなされた以降もブランク材と記載する。

続いて、図４Ｂに示されるように、ブランク材４１が掴まれた状態でダイ５３，５４及び上型５１が下型５２に向かって下降すると、溝５５及び凸条５６によって浅絞り加工がなされ、ブランク材４１に平面視で曲線状の第１のビード７１Ｌ，７１Ｒが形成される。

（ｉｉ）縦壁部及びフランジの形成
図５Ａに示されるように、本工程では、上型６１、上型６２、パッド６３、及び下型６４を用いる。第１のビード７１Ｌ，７１Ｒが形成されたブランク材４１を下型６４上に配置し、パッド６３を下降させて、パッド６３及び下型６４によりブランク材４１を挟み込んで掴む。

湾曲部１４Ｌ，１４Ｒとフランジ部１３Ｌ，１３Ｒとの屈曲部分を形成するための、上型６１，６２の角部８１，８２と、下型６４の角部８３，８４と、は、上述した屈曲部分の角度が９０度よりも小さくなるように構成される。湾曲部１４Ｌ，１４Ｒは、角部８１〜８４の角度が９０度に近づくにつれ、フランジ部１３Ｌ，１３Ｒへ材料が流し込みやすくなり、フランジ部１３Ｌ，１３Ｒでの割れを抑制できる。ただし、フランジ部１３Ｌ，１３Ｒと湾曲部１４Ｌ，１４Ｒとが連続して交差する根本の部分での割れを考慮し、その角度は適宜調整可能である。なお、上述した角部８１〜８４は、先端が丸く形成されていてもよいし、尖っていてもよい。

続いて、図５Ｂに示されるように、ブランク材４１が掴まれた状態で上型６１，６２が下方に向かって下降すると、プレス成形品１が形成される。このプレス加工では、上述した第１のビード７１Ｌ，７１Ｒが形成された位置を折り曲げる。これにより、第１のビード７１Ｌの左側の一部が湾曲部１４Ｌに含まれるように、湾曲部１４Ｌが形成される。また、第１のビード７１Ｒの右側の一部が湾曲部１４Ｒに含まれるように、湾曲部１４Ｒが形成される。言い換えると、第１のビード７１Ｌ，７１Ｒを構成していた材料が湾曲部側に流入するように、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒが形成される。

また、上述したプレス加工により、第１のビード７１Ｌ，７１Ｒにおける上述した一部とは異なる部分が、上述したビード１６Ｌ，１６Ｒとなる。これらのビード１６Ｌ，１６Ｒは、第１のビード７１Ｌ，７１Ｒよりも高さの小さいビードであって、第２のビードに相当する。

［１−４．評価試験］
プレス加工により上述した湾曲部を形成するときに生じるシワを、（ａ）天板部にビードが形成されない場合、（ｂ）天板部にビードが形成される場合、のそれぞれにつき、材料となる鋼板の引張強度を変化させて評価した。なお、この評価試験において、シワの発生状況はＣＡＥを用いて算出した。

上記（ａ）については、引張強度が４４０ＭＰａ、５９０ＭＰａ、９８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、１４７０ＭＰａ、である５種類の鋼板を用いて評価を行った。また、上記（ｂ）については、引張強度が９８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、１４７０ＭＰａ、である３種類の鋼板を用いて評価を行った。

図６Ａに、上記（ａ）の場合の評価結果を示す。引張強度が４４０ＭＰａと５９０ＭＰａの鋼板を用いた場合は、シワが発生しなかった。しかしながら、引張強度が９８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、１４７０ＭＰａの鋼板を用いた場合は、天板部に向かって延びるようにシワが発生した。図６Ｂに、上記（ｂ）の場合の評価結果を示す。ビードを形成した場合には、ビードを形成しない場合と比較して、シワの発生が大きく抑制された。

以上の結果から次の内容が確認された。鋼板の引張強度が９８０ＭＰａを超えて高くなると、湾曲部を形成した場合にシワが発生しやすくなるが、天板部にビードを設けることで、引張強度が９８０ＭＰａ以上である引張強度の高い部材においても良好にシワを抑制することができる。

［１−５．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態のプレス成形品１では、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒを形成する際に稜線部分に材料が寄ることにより生じる板厚の増加（材料あまり）が、ビード１６Ｌ，１６Ｒが形成されることによる天板部１１の板厚の減少により差し引かれる。そのため、天板部１１の板厚の増加量はビード１６Ｌ，１６Ｒが形成されない場合と比較して低減され、その結果、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒを形成する場合に生じ易い天板部１１のシワの発生を抑制できる。

（１ｂ）プレス成形品１は、天板部１１を中心とした両側に湾曲部１４Ｌ，１４Ｒが設けられているが、その両方の湾曲部１４Ｌ，１４Ｒに対して天板部１１に生じるシワを抑制できる。

（１ｃ）プレス成形品１は、引張強度が１４７０ＭＰａである高張力鋼を用いている。このような引張強度の高い鋼板は延性が低くシワが生じ易いが、上述したビード１６Ｌ，１６Ｒによって、良好にシワの発生を抑制できる。

（１ｄ）プレス成形品１では、上端側部１１ｄにおける湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒの間に凹み部１７が形成されている。これにより、材料を凹み部１７に向かって引っ張ることができ、湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒを形成する際に稜線部分に材料が寄ることにより生じる板厚の増加を抑制して、天板部１１のシワの発生を抑制できる。また凹み部１７は、上端側部１１ｄのように、ビードを形成するための広さが十分ではない部分においても形成することができ、左右の湾曲部１４１Ｌ，１４１Ｒの両方に対してシワの発生を抑制できる。なお、上記実施形態では、天板部１１から後方に凹む凹状形状である凹み部１７を例示したが、凹み部１７は、天板部１１から前方に突出する凸状形状であってもよい。

（１ｅ）本実施形態にて説明したプレス加工方法であれば、シワの発生が抑制されたプレス成形品１を製造することが可能となる。なぜならば、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒを形成する際に稜線部分に材料が寄ることにより生じる天板部１１の板厚の増加が、ビード１６Ｌ，１６Ｒが形成されることによる天板部１１の板厚の減少により差し引かれ、天板部１１の板厚の増加量が低減されるためである。

さらに、当該加工方法で製造されたプレス成形品１は、第１のビード７１Ｌ，７１Ｒを構成していた材料の一部が湾曲部１４Ｌ，１４Ｒ側に移動することで、湾曲部１４Ｌ，１４Ｒ及びフランジ部１３Ｌ，１３Ｒの板厚の低下を抑制する。これにより、特にフランジ部１３Ｌ，１３Ｒに生じ易い割れの発生を抑制できる。

［２．その他の実施形態］
以上本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（２Ａ）上記実施形態では、天板部１１と、縦壁部１２Ｌ，１２Ｒと、フランジ部１３Ｌ，１３Ｒと、を備えるプレス成形品１を例示した。しかしながら、プレス成形品はフランジ部を備えていなくてもよい。また、本開示の湾曲部及びビードを備えるプレス成形品であれば、天板部、フランジ部、及び、湾曲部を除く縦壁部の具体的な形状は特に限定されず、様々な形状、構造のプレス成形品に適用できる。

（２Ｂ）上記実施形態では、２つの湾曲部１４Ｌ，１４Ｒを備える構成を例示したが、湾曲部の数は特に限定されず、例えばプレス成形品に１つのみ設けられていてもよいし、３つ以上設けられていてもよい。プレス成形品１においては、主板部１１ａと下側部１１ｃとが交差する部分に湾曲部１４Ｌが設けられる構成を例示したが、主板部１１ａと上側部１１ｂとが交差する部分にさらに湾曲部が設けられていてもよい。

（２Ｃ）上記実施形態では、プレス成形品１がセンターピラーに用いられる構成を例示したが、センターピラーの下部に用いられる部分を含んでいれば、センターピラー全体を構成していなくてもよい。また本開示のプレス成形品は、センターピラー以外の用途に用いられてもよい。もちろん、車体以外に用いられてもよい。

（２Ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…プレス成形品、１１…天板部、１１ａ…主板部、１１ｂ…上側部、１１ｃ…下側部、１１ｄ…上端側部、１２Ｌ，１２Ｒ…縦壁部、１３Ｌ，１３Ｒ…フランジ部、１４Ｌ，１４Ｒ，１４１Ｌ，１４１Ｒ…湾曲部、１５Ｌ，１５Ｒ，１５１Ｌ，１５１Ｒ…稜線、１６Ｌ，１６Ｒ…ビード、１７…凹み部、３１…モノコック構造、３３…センターピラー、４１…ブランク材、５１，６１，６２…上型、５２，６４…下型、５３，５４…ダイ、５５…溝、５６…凸条、６３…パッド、７１Ｌ，７１Ｒ…第１のビード、８１，８２，８３，８４…角部

Claims (6)

1. 天板部と、前記天板部から折り曲げられて前記天板部と交差する方向に拡がる少なくとも１つの縦壁部と、を備えるプレス成形品であって、
   前記少なくとも１つの縦壁部の一部である湾曲部であって、該湾曲部と前記天板部との間に形成される稜線が前記天板部の内側に向かって湾曲する少なくとも１つの湾曲部を備え、
   前記天板部には、前記少なくとも１つの湾曲部と前記天板部との間に形成される前記稜線に沿って、少なくとも１つのビードが形成されている、プレス成形品。
2. 請求項１に記載のプレス成形品であって、
   前記少なくとも１つの縦壁部は、２つの縦壁部を含み、
   前記２つの縦壁部のうちの一方の縦壁部には、第１の湾曲部が含まれ、かつ、前記一方とは異なる他方の縦壁部には、第２の湾曲部が含まれており、
   前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部は、前記天板部を間に挟み込むように設けられており、
   前記天板部には、前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部それぞれに係る前記稜線に沿って、少なくとも２つのビードが形成されている、プレス成形品。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプレス成形品であって、
   当該プレス成形品は、車両のセンターピラーの下部に用いられる部分を含む、プレス成形品。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレス成形品であって、
   当該プレス成形品は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の部材により構成されている、プレス成形品。
5. 天板部と、前記天板部から折り曲げられて前記天板部と交差する方向に拡がる縦壁部と、前記縦壁部に連接されるフランジ部と、を備えるプレス成形品のプレス加工方法であって、
   当該プレス成形品は、前記縦壁部の一部である湾曲部であって、該湾曲部と前記天板部との間に形成される稜線が前記天板部の内側に向かって湾曲する湾曲部を備え、
   ブランク材に第１のビードを曲線状に形成し、
   前記第１のビードが形成された位置を折り曲げることにより、前記第１のビードの一部が前記湾曲部に含まれるように前記湾曲部を形成するとともに、前記第１のビードにおける前記一部とは異なる部分を前記第１のビードよりも高さの小さい第２のビードとする、プレス加工方法。
6. 天板部と、前記天板部から折り曲げられて前記天板部と交差する方向に拡がる２つの縦壁部と、を備えるプレス成形品であって、
   前記２つの縦壁部の一部である湾曲部であって、該湾曲部と前記天板部との間に形成される稜線が前記天板部の内側に向かって湾曲する少なくとも１つの湾曲部を備え、
   前記２つの縦壁部のうちの一方の縦壁部には、第１の湾曲部が含まれ、かつ、前記一方とは異なる他方の縦壁部には、第２の湾曲部が含まれており、
   前記天板部には、該天板部から凹状又は凸状に突出する突出部が形成されており、
   前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部は、前記突出部を間に挟み込むように設けられている、プレス成形品。