JP2020163416A - プレス成形方法およびその方法に用いられるプレス成形金型並びにそのプレス成形金型でプレス成形された車体部品 - Google Patents

Abstract

【課題】車体部品の形状によらずに適用可能であり、形状剛性が低い車体部品のスプリングバックを低減し、形状凍結性に優れた車体部品をプレス成形で簡便に製造できるプレス成形方法を提供することにある。【解決手段】板状材料から複数工程によって車体部品をプレス成形するプレス成形方法において、前工程でプレス成形した中間成形品から車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する箇所の、前記次工程のプレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間を前記板状材料の板厚よりも大きくすることを特徴としている。【選択図】図３

Description

本発明は、板状材料から複数工程でプレス成形される車体部品の、後工程のプレス成形金型からの離型時のスプリングバックを抑制するためのプレス成形方法およびその方法に用いられるプレス成形金型並びに、そのプレス成形金型でプレス成形された車体部品に関するものである。

近年、エネルギー問題や地球環境問題を契機に、燃費向上を目的とした自動車車体の軽量化が要望される一方で、衝突時の乗員保護のため、自動車車体の衝突特性に対する要求も年々高まっている。この相反するふたつの要望に応えるため、車体部品への高強度鋼板の適用拡大が進んでおり、高強度鋼板の適用により、車体の軽量化と衝突特性の向上を同時に推進することができる。

しかしながら、一般に自動車の車体部品の加工に多用されているプレス成形においては、スプリングバックと呼ばれる形状凍結不良が問題となる。スプリングバックは、板状材料の強度上昇に伴って顕著に大きくなる。スプリングバックは車体部品の外観品質を損なうだけでなく車体組み立て時の溶接不良の原因にもなるため、高強度鋼板の適用拡大にはスプリングバック対策が必要不可欠である。

スプリングバックの原因は、残留曲げモーメントがプレス成形品の離型時に解放されることによる弾性回復である。従来、スプリングバックによる寸法精度不良に対し、剛性ビードを付与して車体部品の形状剛性で寸法精度を向上させる方法や、原因となるスプリングバック駆動応力を低減させる方法が適用されてきた。

例えば特許文献１は、プレス加工の下死点付近で水平移動する吊りカム体によりハット形チャンネル部材の縦壁部にビードを成形し、スプリングバックによる壁開きを抑制する技術を提案している。

また特許文献２は、長手方向に沿って上下方向に湾曲したハット形部品の曲率半径よりも小さい曲率半径の中間成形品を前工程のプレス成形で製造し、その中間成形品を次工程で部品形状にプレス成形することで、天板部とフランジ部との応力差により発生する曲げモーメントを低減してスプリングバックを抑制する技術を提案している。

そして特許文献３は、ハット形部品のプレス成形金型の、ハット形部品の縦壁部を成形するダイ壁部に逃がしを設けるとともに、その金型内でハット形部品の天板部を押圧して、プレス加工による反りと逆方向の反りを縦壁部に発生させることで残留応力を均一化し、スプリングバックによる壁反りを低減する技術を提案している。

特開２００５−０９５９３７号公報 特許第６１７６４３０号公報 特開２００３−２９０８３３号公報

特許文献１では、縦壁部にビードを成形することで部品の形状剛性を向上させてスプリングバックを低減させているが、この方法はビード付与による部品形状の変更を必要とするため、部品組み付けの際の他部品との干渉等の問題から適用できない場合が多い。

特許文献２では、湾曲部の線長を工程間で変更することで残留曲げモーメントを低減させてスプリングバックを低減させているが、本発明技術が主に対象とする低剛性部品はわずかな曲げモーメントでもスプリングバックが発生するため、この方法は必ずしも十分な対策とならない場合がある。

特許文献３では、ハット型部品の縦壁部を成形するプレス成形金型のダイ壁部に逃がしを設けるとともにその金型内でハット形部品の天板部を押圧して、プレス加工による反りと逆方向の反りを発生させることでスプリングバックによる壁反りを低減させているが、本発明技術が主に対象とする低剛性部品は成形深さが浅いため、縦壁部を成形するダイ壁部に逃がしを設けることは難しい。

即ち、従来技術の解決すべき課題を列記すると以下のようになる。
(1) 形状剛性が低い車体部品に対するスプリングバック抑制に有効なプレス成形方法およびプレス成形金型であること。
(2) 車体部品の形状によらずに適用可能なプレス成形方法およびプレス成形金型であること。

本発明は、上述の如き従来技術の課題に鑑みてなされたもので、板状材料から複数工程でプレス成形される車体部品の、次工程のプレス成形金型からの離型時のスプリングバックを抑制するためのプレス成形方法およびプレス成形金型並びに、そのプレス成形金型でプレス成形された車体部品を提供し、車体部品の形状によらずに適用可能とし、形状剛性が低い車体部品のスプリングバックを低減し、形状凍結性に優れた車体部品をプレス成形で簡便に製造できるようにすることを目的としている。

上記課題を有利に解決する本発明の一態様のプレス成形方法は、
板状材料から複数工程によって車体部品をプレス成形するプレス成形方法であって、
前工程でプレス成形した中間成形品から車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する箇所の、前記次工程のプレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間を前記板状材料の板厚よりも大きくすることを特徴としている。
このようにして前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に前記次工程のプレス成形金型の下死点でパンチを接触させないようにすることで、前記次工程のプレス成形金型によるプレス成形での車体部品の残留応力が低減される。

なお、本発明のプレス成形方法では、中間成形品の成形済み部分の全体に次工程のプレス成形金型のパンチを接触させないようにすることができない場合に、
前工程でプレス成形した中間成形品から車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する箇所の、前記次工程のプレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間を前記板状材料の板厚よりも大きくすることとしてもよい。
このようにして前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に前記次工程のプレス成形金型の下死点でパンチを接触させないようにすることで、前記次工程のプレス成形金型によるプレス成形での車体部品の残留応力が低減される。

また、本発明の他の一態様であるプレス成形金型は、上記プレス成形方法に用いられ、板状材料から複数工程によって車体部品を成形する際に、前工程でプレス成形した中間成形品から前記車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型であって、
前記プレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する箇所の、前記プレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間が前記板状材料の板厚よりも大きいことを特徴としている。
このようにして前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部にそのプレス成形金型の下死点でパンチが接触しないようにすることで、前記次工程のプレス成形金型によるプレス成形での車体部品の残留応力が低減される。

なお、本発明のプレス成形金型では、中間成形品の成形済み部分の全体に次工程のプレス成形金型のパンチが接触しないようにすることができない場合に、
前記プレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する箇所の、前記プレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間が前記板状材料の板厚よりも大きくてもよい。
このようにして前記中間成形品の成形済み部分のうち曲り部分にそのプレス成形金型の下死点でパンチが接触しないようにすることで、前記次工程のプレス成形金型によるプレス成形での車体部品の残留応力が低減される。

そして、本発明のさらに他の一態様である車体部品は、板状材料から複数工程のプレス成形によって成形された車体部品であって、
前記複数工程のうちの前工程でプレス成形された中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する部分が、前記複数工程のうちの次工程のプレス成形金型でプレス成形されていない部分であることを特徴としている。

なお、本発明の車体部品では、中間成形品の成形済み部分の全体を次工程のプレス成形金型でプレス成形されていない部分とすることができない場合に、
前記前工程のプレス成形金型でプレス成形された中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する部分が、前記次工程のプレス成形金型でプレス成形されていない部分であってもよい。

本発明者らは、低剛性の車体部品のスプリングバックによるゆがみに対して鋭意検討を行った結果、複数工程のプレス成形において前工程で成形済みの部分を次工程で再度成形することでスプリングバックが悪化することを見出した。これは、前工程のプレス成形金型から離型する際にスプリングバックによりゆがんだ中間成形品を次工程でプレス成形することで生じる残留応力によるものであると考えられ、特に低剛性の車体部品においては、前工程のスプリングバックでのゆがみによる次工程での中間成形品の金型内での位置ずれが影響し、またわずかな応力差でスプリングバック傾向が変化するため、この位置ずれの影響が大きい。

そこで、本発明では、中間成形品の成形済み部分の少なくとも一部を次工程で再度成形させないために次工程の金型の対応箇所について、下死点での上型と下型の隙間すなわちダイに対するパンチの隙間を板厚よりも大きく設計することで、成形済み部分の少なくとも一部が金型の、特にその成形済み部分に入り込むパンチに接触しないようにする。また、高い座面精度が要求されるような部分が車体部品にあって、次工程のリストライク時にその部分を再度押さえたい場合には、中間成形品の成形済みの部分のうちスプリングバックへの影響が特に大きい曲り部分を含む部分あるいは曲り部分のみで上型と下型の隙間すなわちダイに対するパンチの隙間を板厚よりも大きく設計することで、成形済み部分のうち少なくとも曲り部分が金型のパンチに接触しないようにしてもよい。本発明の技術は、実際のプレス成形におけるスプリングバック対策として有効である他、コンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）でのスプリングバック予測においても、実際のプレス成形での材料と金型との接触の有無に応じて金型に適切に逃がしを設けてプレス成形解析を行うことで、より精度よくスプリングバック量を予測することできる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明のプレス成形方法の一実施形態を実施するための、本発明のプレス成形金型の一実施形態を構成する前工程のプレス成形金型を板状材料とともに、型開き状態および下死点での型閉じ状態でそれぞれ示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来のプレス成形方法を実施するための、従来の次工程のプレス成形金型を板状材料とともに、型開き状態および下死点での型閉じ状態でそれぞれ示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態のプレス成形方法を実施するための、上記実施形態のプレス成形金型を構成する次工程のプレス成形金型を板状材料とともに、型開き状態および下死点での型閉じ状態でそれぞれ示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明のプレス成形方法の他の一実施形態を実施するための、本発明のプレス成形金型の他の一実施形態を構成する次工程のプレス成形金型を板状材料とともに、型開き状態および下死点での型閉じ状態でそれぞれ示す断面図である。 複数工程のプレス成形で形成される低剛性の車体部品を例示する斜視図である。 図２に示す如き従来の次工程のプレス成形金型でプレス成形された上記低剛性の車体部品のスプリングバックの状態を示す斜視図である。 図２に示す如き従来の次工程のプレス成形金型でプレス成形された上記低剛性の車体部品のスプリングバック解析による高さ方向変位分布を変位等高線（コンター）で示す平面図である。 図３に示す如き上記実施形態の次工程のプレス成形金型でプレス成形された上記低剛性の車体部品のスプリングバック解析による高さ方向変位分布を変位等高線（コンター）で示す平面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明のプレス成形方法の一実施形態を実施するための、本発明のプレス成形金型の一実施形態を構成する前工程のプレス成形金型を板状材料とともに、型開き状態および下死点での型閉じ状態でそれぞれ示す断面図である。

上記実施形態のプレス成形方法は、複数工程のプレス成形で低剛性の車体部品を製造する際に適用可能なものである。ここでは２工程でのプレス成形を想定し、それぞれ第１工程（前工程）、第２工程（次工程）とする。第１工程は概ね車体部品の形状を持つ中間成形品の造形工程であるが、第２工程はその中間成形品からの車体部品の造形だけでなく、余った板状材料のトリミング除去時のパッドでの中間成形品の押さえのような板押さえ工程も含む。プレス成形工程が２工程以上の場合も同様である。各工程の要旨は以下の通りである。

先ず第１工程（前工程）では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、図示しない通常のプレス装置に取り付けた前工程のプレス成形金型１の例えば上型のダイ２を下型のパンチ３に向けて矢印で示す如く下降させて、それらダイ２とパンチ３との間に図示しないブランクホルダーで保持した鋼板等の板状材料Ｂから中間成形品Ｍを通常通りプレス成形する。プレス成形方法は、張り出し成形、絞り成形、曲げ成形等を問わない。その後、第１工程（前工程）のプレス成形金型１から中間成形品Ｍが離型され、その中間成形品Ｍはスプリングバックする。

第２工程（次工程）では、中間成形品Ｍの、第１工程で成形済みの形状のうち再度成形する必要がない部分に対応する次工程のプレス成形金型４の箇所について、上型のダイ５に対する下型のパンチ６の隙間を板状材料Ｂの板厚以上に設定してパンチ６に逃がし部Ｒを持たせ、その再度成形する必要がない部分が次工程のプレス成形金型４のパンチ６と接触しないようにして、中間成形品Ｍからそれらダイ５とパンチ６とにより車体部品Ｐをプレス成形する。パンチ６が逃がし部Ｒを持たない従来の次工程のプレス成形金型４を図２（ａ），（ｂ）に、またパンチ６が逃がし部Ｒを持つ上記実施形態の次工程のプレス成形金型４を図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す。

プレス成形する車体部品が車体の他の部分への組み付け時に高い面精度が要求される座面形状を持つ場合は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、車体部品のその座面形状の端部の曲り部分に対応する次工程のプレス成形金型４の箇所についてのみ、上型のダイ５に対する下型のパンチ６の隙間を板厚以上に設定してパンチ６に逃がし部Ｒを持たせ、その座面形状は次工程のプレス成形金型４のダイ５とパンチ６とで再度成形する一方、その座面形状の端部の曲がり部分は次工程のプレス成形金型４のパンチ６と接触しないようにする。

次工程のプレス成形金型４の逃がし部Ｒの形状は前記の通り、上型と下型の隙間を板厚以上に設定する他、例えばＣＡＥ上でのシミュレーションあれば、該当部分に対応する箇所の上型のパンチを完全に除去して設定してもよい。また、次工程のプレス成形金型４のパンチ６は、下型でなく上型に設けられてもよい。さらに、次工程のプレス成形金型４の上型や下型のパンチ６に加えて、パッドを用いたプレス成形金型での成形で、パッドのパンチ状部分の、中間成形品の前工程で成形済みの部分に対応する箇所に逃がし部を設けても、同様の効果を得ることができる。

図５は、複数工程のプレス成形で形成される低剛性の車体部品Ｐを例示する斜視図であり、この車体部品Ｐは３工程でプレス成形される。第１工程（前工程１）は、図５では手前側の部品後方のステップ形状Ｓの造形、第２工程（前工程２）は、部品中央部の張出形状Ａの造形、第３工程（次工程）は、図５では奥側の部品前方のフランジＦの曲げ成形である。

（実施例）
上記実施形態のプレス成形法の実施例として、自動車の車体部品に適用した上記低剛性の車体部品Ｐのプレス方法について説明する。この実施例では、
板状材料Ｍ：冷延９８０ＭＰａ高張力鋼板、板厚１．２ｍｍ
車体部品：Ａピラーロアインナーパネル
機械特性値：ＹＰ６２０ＭＰａ，ＴＳ：１０３０ＭＰａ，Ｅｌ：１５％
とした。

図６は、図２に示す如き従来の次工程のプレス成形金型でプレス成形された上記低剛性の車体部品Ｐのスプリングバックの状態を示す斜視図である。図６に示すように、従来の次工程のプレス成形金型でプレス成形された車体部品Ｐは、スプリングバックにより部品中央部が下方に落ち込み、部品前部および部品後部と、部品長手方向両端部とが跳ね上がる。

ＣＡＥによって解析した従来のプレス成形方法でのスプリングバックの状態を比較例として図７に示し、ＣＡＥによって解析した上記実施形態のプレス成形方法でのスプリングバックの状態を実施例として図８に示す。

従来のプレス成形方法では、図７に二点鎖線の等高線で示すように、最大跳ね量は２．６ｍｍ、最大落ち込み量は３．８ｍｍとなっており、車体部品Ｐはスプリングバックによって大きくゆがんでいる。これに対し上記実施形態のプレス成形方法では、図８に二点鎖線の等高線で示すように、最大跳ね量は０．４ｍｍ、最大落ち込み量は１．８ｍｍとなっており、スリングバックによる車体部品Ｐのゆがみは大幅に軽減していることが判る。

以上、実施形態について説明したが、本発明のプレス成形方法およびその方法に用いられるプレス成形金型並びにそのプレス成形金型でプレス成形された車体部品は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、車体部品は自動車車体の部品に限られない。また、逃がし部はプレス成形金型のパンチに限られず、ダイやパッド等のパンチ状突出部やそれに対応する凹部に設けてもよい。

かくして板状材料から複数工程でプレス成形される車体部品の、次工程のプレス成形金型からの離型時のスプリングバックを抑制するための本発明のプレス成形方法およびプレス成形金型並びに、そのプレス成形金型でプレス成形された車体部品によれば、車体部品の形状によらずに適用可能であり、形状剛性が低い車体部品のスプリングバックを低減し、形状凍結性に優れた車体部品をプレス成形で簡便に製造することができる。

１ 前工程のプレス成形金型
２ ダイ
３ パンチ
４ 次工程のプレス成形金型
５ ダイ
６ パンチ
Ａ 張出形状
Ｂ 板状材料
Ｆ フランジ
Ｍ 中間成形品
Ｐ 車体部品
Ｒ 逃がし部
Ｓ ステップ形状

Claims (6)

1. 板状材料から複数工程によって車体部品をプレス成形するプレス成形方法において、
   前工程でプレス成形した中間成形品から車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する箇所の、前記次工程のプレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間を前記板状材料の板厚よりも大きくすることを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記次工程のプレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する箇所の、前記次工程のプレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間を前記板状材料の板厚よりも大きくすることを特徴とする、請求項１記載のプレス成形方法。
3. 請求項１または２記載のプレス成形方法に用いられ、板状材料から複数工程のプレス成形によって車体部品を成形する際に、前工程でプレス成形した中間成形品から前記車体部品をプレス成形する次工程のプレス成形金型において、
   前記プレス成形金型のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する箇所の、前記プレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間が前記板状材料の板厚よりも大きい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のパンチの、前記中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する箇所の、前記プレス成形金型の下死点でのダイに対する隙間が前記板状材料の板厚よりも大きいことを特徴とする、請求項３記載のプレス成形金型。
5. 板状材料から複数工程のプレス成形によって成形された車体部品において、
   前記複数工程のうちの前工程でプレス成形された中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも一部に対応する部分が、前記複数工程のうちの次工程のプレス成形金型でプレス成形されていない部分であることを特徴とする車体部品。
6. 前記前工程でプレス成形された中間成形品の成形済み部分のうち少なくとも曲り部分に対応する部分が、前記次工程のプレス成形金型でプレス成形されていない部分であることを特徴とする、請求項５記載の車体部品。
   

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