JP3839290B2 - 金属板の曲げ成形方法 - Google Patents
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【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車部品等の、金属板を素材とする成形部材の成形方法に係り、成形金型から離型した後に生じる、弾性回復に起因する成形部材の形状不良の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費の向上、環境への配慮、安全性の向上などを企図して、自動車の車体や部品の強化と軽量化が推し進められており、その手段の一つとして車体構成部品の大半を占める金属板のプレス成形部材に対して鋼板の高強度化(ハイテン化)やアルミニウム合金板等の軽量材への転換が進められている。
【0003】
前記プレス成形部材の代表例を図1に示す。同図(A)は上平坦部51の一端に曲げ部52を介して縦平坦部53が下方に延設されたL形部材を示し、(B)は前記L形部材が左右対称に配置されたU形部材を示し、(C)は上平坦部61の一端に第1曲げ部62を介して縦平坦部63が下方に延設され、その他端に前記上平坦部61に平行にフランジ部65が第2曲げ部64を介して連成されたZ形部材を示し、(D)は前記Z形部材が左右対称に配置されたハットチャンネル形部材を示す。
【0004】
ところが、高強度鋼板やアルミニウム合金板等の金属板を用いてプレス成形すると、離型後の弾性回復(スプリングバック)が大きいため、成形部材の寸法精度が悪くなる。例えば、図2(A)はU形部材の離型前の部材形状(目標成形形状)を2点鎖線で、離型後の部材形状を実線で示し、(B)はハットチャンネル形部材の離型前の部材形状(目標形状)を2点鎖線で、離型後の部材形状を実線で示すものであり、いずれの場合も成形部材の曲げ部52、第1曲げ部62で離型後に角度変化不良Δθp(曲げ部の縦平坦部側の曲げ止まりにおける接線と目標成形形状の縦平坦部とのなす角)が発生する。また、ハットチャンネル形部材の場合、曲げ部62の角度変化不良の他、曲げ曲げ戻しを受ける縦平坦部63には外側に湾曲した反り(縦平坦部の両端の曲げ止まりを結ぶ線分と反りの最大離間距離をδで示す。)が生じる。曲げ曲げ戻しとは、板材が一旦曲げ成形された後、その曲げ部が当初とは反対方向に曲げ成形(曲げ戻し)を受けることをいい、曲げ戻しされた部分は当初の曲げ方向に弾性回復して変形する。前記角度変化不良および反りによって、ハットチャンネル形部材の縦平坦部の下端には、口開き量ΔW(離型後の成形形状と目標成形形状における縦平坦部の下端間の水平距離)の口開きが生じる。なお、ハットチャンネル形部材(Z形部材も同様)の縦平坦部の下端とは、縦平坦部の内面とフランジ部の下面とを延長した交線部を意味する。
【0005】
前記成形部材の形状変化不良を防止する方法が種々提案されている。例えば、曲げ部の角度変化不良を防止する方法として、▲1▼スプリングバックした状態で正寸となるように成形金型の形状を設計する方法、▲2▼特開平7−204743号公報、特開平7−204743号公報に記載されているように、曲げ部の稜線に沿って成形曲げ方向と逆向きの逆曲げアール部を成形する方法、▲3▼特開平8−174074号公報に記載されているように、曲げ部の板厚方向に圧縮応力を付加し、残留応力を低減する方法が提案されている。なお、壁反りδの低減に対しても基本的には同様の手法が採られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲1▼の方法は成形金型(工具)の最適形状を設計することが難しく、ある程度の試行錯誤が避けられず、金型コストの上昇、製造着手時期の遅延を招来する。また▲2▼の方法では本来不要な逆曲げアール部が製品の曲げ部に凹設されるため、製品外観の変更を余儀なくされ、また見栄えも悪くなく。また▲3▼の方法では圧縮力付加装置等のプレス以外の設備が必要となる。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、本来不要な形状を付与することなく、また特殊な金型、設備を必要とすることなく、成形部材の形状変化不良を低減することができる金属板の曲げ成形方法およびその成形金型を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、横平坦成形部と傾斜平坦成形部とが曲げ成形部を介して連成された成形面を有する成形ダイと、前記成形ダイの傾斜平坦成形部と平行な傾斜平坦成形部を有し、前記成形ダイの傾斜平坦成形部と協働して金属板を曲げ成形する成形パンチとを備えた成形金型を準備し、前記成形パンチをその傾斜平坦成形部が前記成形ダイの傾斜平坦成形部に近接離反するように相対移動させることによって前記成形ダイの横平坦成形部に載置保持された金属板を前記曲げ成形部および前記傾斜平坦成形部によって曲げ成形する金属板の曲げ成形方法であって、前記成形パンチが前記成形ダイ側に相対移動して金属板を曲げ成形する際、前記金属板が前記成形ダイの曲げ成形部を支点としてアーチ状に曲げられ、この曲げられたアーチ部が前記成形パンチの傾斜平坦成形部と前記成形ダイの傾斜平坦成形部とに同時に当接する期間を有するように前記成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角が鈍角とされた、金属板の曲げ成形方法が提供される。
【0008】
前記曲げ成形方法において、素材金属板の引張強さがTS、板厚がtであり、目標形状として横平坦部の一端に半径rpの曲げ部を介して前記横平坦部と成す角がθpで、かつ前記横平坦部から下端までの垂直距離がHである傾斜平坦部が形成された成形部材を曲げ成形するに際し、成形ダイの曲げ成形部の半径を前記rp、成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角を前記θpとし、曲げ成形後の成形部材の横平坦部と傾斜平坦部との成す角と前記θpとの差をΔθpとするとき、予めΔθpを前記θp、rp、H、TS、tの関数Δθp(θp、rp、H、TS、t)として求め、このΔθpが許容範囲内に入るように決定された前記θp、rpを有する成形ダイを用いることができる。この場合、Δθpの関数として下記式(1) を用いることができ、また前記θpを110°以上、前記Hを30mm以上とすることが好ましい。
但し、a,b1,b2,c,d,f,nは定数である。
【0009】
また、前記曲げ成形において、素材金属板の引張強さがTS、板厚がtであり、目標形状として横平坦部の一端に曲げ部を介して前記横平坦部と成す角がθpで、かつ前記横平坦部から下端までの垂直距離がHである傾斜平坦部が形成され、その他端に前記横平坦部に平行に長さがLfのフランジ部が形成された成形部材を曲げ成形するに際し、前記成形ダイの傾斜平坦成形部の他端にさらに前記横平坦成形部に平行に形成されたフランジ成形部を有する成形ダイと、前記成形パンチの傾斜平坦成形部の端部に前記成形ダイのフランジ成形部と平行に形成されたフランジ成形部を有する成形パンチを用い、成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角を前記θp、成形ダイの横平坦成形部とフランジ成形部との垂直距離を前記Hとし、曲げ成形前後の成形部材の傾斜平坦部の下端間の口開き量の差をΔWとするとき、予めΔWを前記θp、H、Lf、TS、tの関数ΔW(θp、H、Lf、TS、t)として求め、このΔWが許容範囲内に入るように決定された前記θp、Hを有する成形ダイを用いることができる。この場合、ΔWの関数として下記式(2) を用いることができ、また前記θpを110°以上、前記Hを40mm以上とすることが好ましい。
但し、a,b,c,d,n0,n1,n2は定数である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の成形対象は、先に説明したU形部材、ハットチャンネル形部材、あるいはこれらを対称軸で2等分したL形部材、Z形部材が代表例である。まず、本発明によって成形される成形部材の形状を規定する因子を、図3に示すように、L形部材、Z形部材を例に取って説明する。図3(A)はL形部材を、(B)はZ形部材を示すが、これらの部材の成形形状を決定する因子は、上平坦部21,31と傾斜平坦部23,33との成す角(曲げ角)θp、上平坦部21,31と傾斜平坦部23,33との間に形成された曲げ部22,32の半径rp、上平坦部21,31から傾斜平坦部23,33の下端までの距離(成形高さ)H、およびZ形部材における、傾斜平坦部33の下端から半径rdの曲げ部34を介して上平坦部31に平行に形成されたフランジ部35の長さLfである。なお、Z形部材(ハットチャンネル形部材も同様)の傾斜平坦部33の下端は、傾斜平坦部33の内面とフランジ部35の下面とを延長した交線部を意味する。
【0012】
従来、これらの成形部材の寸法精度に及ぼす製品形状因子の影響については、上平坦部と傾斜平坦部との成す角θpが90°の場合の上平坦部側の曲げ部rp,フランジ部側の曲げ部rdの影響を検討したものが大半であり、前記θp、成形高さH、フランジ部の長さLfが寸法精度に及ぼす影響については全く検討されていない。
そこで、本発明者はθp=90°の場合にこだわらず、rp,rdの他、θp,H,Lfを適切に決定することによって曲げ部22,32における角度変化不良Δθpや壁反りδ(図2参照)を可及的に抑制することができるのではないかと考え鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。
【0013】
まず、最も基本形であるL形部材(図3(A))の曲げ成形について本発明を詳細に説明する。
図4は本発明の成形方法を実施するための成形金型を示しており、成形ダイ1と、成形パンチ2と、前記成形ダイ1の上面を形成する上平坦成形部4との間で金属板Wを押圧保持するパッド3とを備えている。前記成形ダイ1は、前記上平坦成形部4から半径rpの曲げ成形部5を介して下方に前記上平坦成形部4に対してθpの角度を成して傾斜平坦成形部6が形成され、この傾斜平坦成形部6の他端部には前記上平坦成形部4と平行にフランジ成形部7が形成されている。本発明では前記θpは後述する終期成形状態を実現するように鈍角(θp>90°)に設定される。また、前記成形ダイ1の上平坦成形部4からフランジ成形部7までの距離は、当然のことながら、L形部材20の傾斜平坦部23がその下端まで成形されるようにL形部材20の成形高さH以上とされる。
一方、前記成形パンチ2は、前記成形ダイ1の傾斜平坦成形部6と平行な傾斜平坦成形部8を有し、この傾斜平坦成形部8の下端部には半径rdの曲げ成形部9を介して前記成形ダイ1のフランジ成形部7と平行なフランジ成形部10が形成されている。この成形パンチ2は前記成形ダイ1に対して上下方向に近接離反自在に設けられている。
なお、本発明の成形方法は、成形金型の成形部の形状から直接的、可及的に成形部材の目標形状を得ようとする成形方法であるので、成形金型の成形部の成形因子と成形部材の形状因子とは同符号(θp、rpなど)で示されている。また、前記成形ダイ1のフランジ成形部7,前記成形パンチ2の曲げ成形部9およびフランジ成形部10は、L形部材あるいはU形部材の成形には直接関与しないが、後述するZ形部材あるいはハットチャンネル形部材の成形には関与する。また、前記成形ダイ1の上平坦成形部4は本発明の横平坦成形部に対応する。
【0014】
本発明の成形方法によれば、金属板Wはその一端部が図4に示すように、成形ダイ1の上平坦成形部4とパッド3との間に押圧挟持され、前記成形パンチ2を前記成形ダイ1側に下降させることによって、金属板Wの他端部が成形ダイ1の曲げ成形部5および傾斜平坦成形部6に沿って曲げ成形され、図3(A)に示すようなL形部材20が得られる。
【0015】
本実施形態において成形上で重要な点は、成形終期に現れる。図5は成形終期の成形状態を示しており、前記成形パンチ2が前記成形ダイ側に下降して金属板Wを曲げ成形する際、前記金属板Wが前記成形ダイ1の曲げ成形部5を支点としてアーチ状に曲げられ、この曲げられたアーチ部24が前記成形パンチ2の下降に従って成形パンチ2の傾斜平坦成形部8と成形ダイ1の傾斜平坦成形部6とに順次接触し、これらの傾斜平坦成形部8,6に同時に当接した状態がある期間持続し、成形末期にアーチ部24は前記成形パンチ2の傾斜平坦成形部8と成形ダイ1の傾斜平坦成形部6とに挟まれて成形パンチ2の傾斜平坦成形部8によって完全に押し潰される。この押し潰されたアーチ部は離型後にL形部材20の傾斜平坦部21において前記アーチ部24と同方向の曲率を有する形状にスプリングバック(弾性回復)しようとし、離型前には図6に示すように、L形部材20の曲げ部22に生じる角度変化不良の起因となる曲げモーメント+Mを打ち消す方向に曲げモーメント−Mが発生し、曲げ部22の曲げ変化不良θpが抑制される。従って、成形ダイ1のθpを適切に設定することによって、角度変化不良Δθp(曲げ部22の傾斜平坦部側の曲げ止まりにおける接線と目標成形形状の傾斜平坦部とのなす角)を許容範囲内に抑えることができる。
【0016】
前記アーチ部24の押し潰しによる形状変化抑制効果は以下の調査によって裏付けられる。図7はL形部材(素材鋼板の引張強さ=1008MPa、板厚=1.2mm、目標成形高さH=55mm)を成形した場合のθpとΔθpとの関係を示すグラフであり、実測値の他、幾何学的関係から予測される予測値を併記したものである。角度変化不良は、成形ダイ1の曲げ成形部5の曲げ角θpが大きいほど、図8に示すように、金属板が巻き付く曲げ成形部5の開き角度θL(θL=180°−θp)が小さくなる。このため、幾何学的関係から予測されるΔθp(幾何)は下記式によって算出される。
Δθp(幾何)=Δθp90×(180−θp)/90
但し、Δθp90はθp=90°における角度変化不良である。
図7から明らかなように、実測値は幾何学的関係から予測される予測値に比して圧倒的に小さく、Δθpが負になるθpすら存在する。これは、前記アーチ部の押し潰しによる角度不良改善効果によるものであり、その効果は単なる幾何学的関係から予測される角度不良の減少をはるかに凌駕するものである。
【0017】
次ぎに、Δθpが可及的に抑制される成形ダイ(成形部材の目標形状)の寸法条件について説明する。
まず、下記に示すように引張強さTS、板厚tの異なる材料A〜Dの4種の鋼板について、成形ダイの曲げ成形部の半径rpを一般的な5mmとし、θpおよびL形部材の目標成形高さHを種々変化させて曲げ成形を行い、離型後のΔθpを測定した。その結果を図9に示す。
材料A:TS=492MPa、t=1.0mm、TS/t=492
材料B:TS=470MPa、t=1.6mm、TS/t=294
材料C:TS=828MPa、t=1.2mm、TS/t=690
材料D:TS=1008MPa、t=1.2mm、TS/t=840
図9より、鋼板の引張強さにかかわらず、θpを大きく、またHを大きくすることにより、Δθpが急激に小さくなることがわかる。例えば、θp=110°、H=60mmとすれば、材料の種類にかかわらずほぼΔθ≦1°を実現することができる。また、θp=135°とすると、Δθpが負となるHが存在する。これらは、先に説明したアーチ部の押し潰しに起因するものである。rp=3mmの場合についても、上記とほぼ同様の結果が得られた。
【0018】
上記結果を基に、Δθpとθp、rp、Hおよび材料特性(TS、t)との関係を式化し、実測値に基づき高精度の予測を与えるように式中の定数を決定した。その結果、式(1) が得られた。この予測式の予測精度は図10に示す通りであり、高い精度が得られている。
但し、a,b1,b2,c,d,f,nは定数であり、この調査では以下の通りであった。a=6.663×10-4、b1=−4.992×10-5、b2=0.5067、c=0.01240、d=−0.1012、f=1.6029、n=0.3167
【0019】
上記予測式(1) より、rp=5mmとし、鋼板の材料特性がTS/t=200,400,600,800(MPa/mm)の各々についてΔθp=±1°以内を実現するθpとHとの範囲を求めた。その結果を図11に示す。すなわち、図11は前記範囲内に入るように成形ダイの形状、引いては目標製品形状を決定することにより、角度変化不良Δθpを±1°以内に抑制することができる範囲を示している。
【0020】
一方、図9より、θp=90°ではHが大きくなってもΔθpの変化はほとんど無いが、θp≧110°以上で、かつHが30mm以上と大きい場合には材料A〜DのいずれにおいてもΔθpはほぼ±3°以下が達成されている。これより、アーチ部の押し潰しによる角度変化不良の改善効果を有効に発揮させるにはθp≧110°、H≧30mmとすることが好ましい。
【0021】
次ぎに、前記予測式(1) による角度変化不良の改善効果を確かめるため、実際に材料E:t=1.2mm、TS/t=520MPa/mmの鋼板を用いて、θp、成形高さHを種々変えてL形部材を曲げ成形した。その結果を図12に示す。同図には予測式を用いてΔθp=±1°以内を実現できる範囲を斜線で示した。また、●は実際の成形によりΔθp=±1°以内を実現できたθpとHとの組み合わせであり、×は実際の成形によりΔθp=±1°以内を実現できなかったθpとHとの組み合わせである。図12より、予測によるΔθp=±1°以内の領域は、実際の成形によっても同様の精度が得られていることが確かめられた。
【0022】
以上の説明したとおり、前記予測式(1) を用いてΔθpが所要の許容範囲に入るθp、rp、Hを求め、そのθp、rpを備えた成形ダイを用いて成形することにより、Δθpが許容範囲内のL形部材を得ることができる。L形部材の成形高さHは、目標のHが得られるように素材金属板のサイズを調整することで実現される。勿論、成形ダイ1の上平坦成形部4とフランジ成形部7との垂直距離は、傾斜平坦成形部6の成形面内でL形部材20の傾斜平坦部23がその下端まで成形できるように、L形部材20の成形高さHより大きく形成しておく。
【0023】
前記θp、rpは成形ダイの所要成形部の寸法を与えるとともに、Δθpが所要の許容範囲に入るL形部材の目標形状をも与える値であるので、前記予測式は成形部材の目標(製品)形状の決定においても利用することができる。
また、上記説明はL形部材についてのものであるが、L形部材が左右対称に配置されたU形部材の曲げ成形においても同様に考えることができる。なお、U形部材の成形においては、成形対象が左右対称形であり、左右の傾斜平坦部は同時にプレス成形されるため、成形ダイの上平坦成形部で素材金属板を載置保持するためのパッドは必ずしも必要ではない。
【0024】
次ぎに、Z形部材(図3(B))の曲げ成形について本発明を詳細に説明する。
Z形部材を本発明により曲げ成形する場合、L形部材の場合と同様、図4に示す成形金型を用いて成形することができる。もっとも、L形部材の成形では不要であった成形ダイ1のフランジ成形部7、成形パンチ2の曲げ成形部9およびフランジ成形部10もZ形部材30のフランジ部35の成形に供され、成形ダイ1の上平坦成形部4とフランジ成形部7との垂直距離はZ形部材30の成形高さHとされる。また、成形ダイ1のフランジ成形部7およびこれに相対する成形パンチ2のフランジ成形部10の長さはZ形部材30のフランジ長さLf以上とされる。Z形部材30の成形においても、成形ダイ1の上平坦成形部4と傾斜平坦成形部6との成す角θpは後述する終期成形状態を実現するようにθp>90°に設定される。なお、Z形部材の成形においても、本発明によれば、成形金型の成形部の形状から直接的、可及的に成形部材の目標形状が得られるので、成形金型の成形部の成形因子と成形部材の形状因子とは同符号(θp、rpなど)で示される。
【0025】
本発明の成形方法によれば、金属板Wはその一端部が図4に示すように、成形ダイ1の上平坦成形部4とパッド3との間に押圧挟持され、前記成形パンチ2を前記成形ダイ1側に下降させることによって、金属板Wの他端部が成形ダイ1の曲げ成形部5、傾斜平坦成形部6およびフランジ成形部7に沿って曲げ成形され、図3(B)に示すようなZ形部材30が得られる。
【0026】
本実施形態において成形上で重要な点は、成形中期から終期に現れる。図13(A)は成形中期の成形状態を示しており、前記成形パンチ2が前記成形ダイ側に下降して金属板Wを成形ダイ1の曲げ部5を支点として曲げ成形し、金属板Wの解放端が成形ダイ1のフランジ成形部7に当接した状態を示す。金属板Wの解放端がフランジ成形部7に当接した後、成形パンチ2がさらに下降すると、成形パンチ2の曲げ成形部9より解放端側の金属板Wは曲げ曲げ戻しを受ける。この曲げ曲げ戻しのためにZ形部材の傾斜平坦部は反りが生じるのであるが、従来のようにθp=90°の場合に比して、曲げ曲げ戻しを受ける領域が少ないこと、および成形パンチ2の曲げ部9での金属板Wの曲げ角度が小さくなることにより、曲げ曲げ戻し変形量が低減される。成形終期では、前記金属板Wが前記成形ダイ1の曲げ成形部5を支点としてアーチ状に曲げられ、この曲げられたアーチ部36が成形パンチ2の下降に従って、図13(B)に示すように、成形パンチ2の傾斜平坦成形部8と成形ダイ1の傾斜平坦成形部6とに順次接触し、これらの傾斜平坦成形部8,6に同時に当接した状態がある期間持続し、成形末期にアーチ部36は前記成形パンチ2の傾斜平坦成形部8と成形ダイ1の傾斜平坦成形部6とに挟まれて成形パンチ2の傾斜平坦成形部8によって完全に押し潰される。この押し潰されたアーチ部には離型前にZ形部材30の曲げ部32および傾斜平坦部33に生じる形状変化不良の起因となる曲げモーメント+Mを打ち消す方向に曲げモーメント−Mが発生し、離型前後における傾斜平坦部33の下端の口開き量ΔWが抑制される。従って、成形ダイ1のθpを適切に設定することによって、前記口開き量ΔW(離型後の成形形状と目標成形形状における傾斜平坦部33の下端間の水平距離)を許容範囲内に抑えることができる。
【0027】
次ぎに、ΔWが可及的に抑制される成形ダイ(成形部材の目標形状)の寸法条件について説明する。
まず、L形部材の曲げ成形の場合と同様、引張強さTS、板厚tの異なる材料A〜Dの4種の鋼板について、フランジ部長さLfを20mmとし、θp、成形高さHを種々変化させて曲げ成形を行い、離型後のΔWを測定した。また、Lfの影響を調べるために、材料Cの鋼板を用い、H=60mmとしてθp、Lfを種々変化させて曲げ成形を行い、ΔWを測定した。この際、成形ダイ、成形パンチの曲げ成形部の半径rp、rdはθp=90°における研究(第51回塑性加工連合講演会、講演論文集、p113〜114、日本塑性加工学会発行、2000年11月)から形状不良に与える影響が小さいと判断されるので、一般的な曲げ半径である5mmとした。これらの結果を図14、図15に示す。
【0028】
図14より、鋼板の引張強さにかかわらず、θpを大きくすることによりΔWを急激に小さくし得ることがわかる。またθp=90°、100°の場合には、Hを大きくするとΔWも大きくなった。これは、Z形部材の傾斜平坦部における曲げ戻しを受ける領域が大きくなり、また曲げ部でのΔθpによる影響が比例的に大きくなるためである。一方、θp=110°、135°の場合には、Hを大きくしてもΔWが小さくなる場合が存在し、ΔW<0となる場合があった。これは、曲げ成形の際に生じたアーチ部の押し潰しによる効果が非常に効いているためである。
また、図15より、Lfについては、Lfが大きくなるとΔWも若干増大する傾向があるものの、ΔWに与える影響は比較的小さいことがわかった。
【0029】
上記結果を基に、ΔWとθp、H、Lfおよび材料特性(TS、t)との関係を式化し、実測値に基づき高精度の予測を与えるように式中の定数を決定した。その結果、式(2) が得られた。この予測式の予測精度は図16に示す通りであり、高い精度が得られている。
但し、a,b,c,d,n0,n1,n2は定数であり、この調査では以下の通りであった。a=4.380×10-6、b=4.739×10-6、c=0.001241、d=−0.02411、n0=0.6、n1=0.3186×10-3、n2=2.841
【0030】
上記予測式(2) より、鋼板の材料特性がTS/t=400,600,800(MPa/mm)の各々についてΔW=±1mm以内を実現するθpとHとの範囲を求めた。但し、rp=rd=5mm、Lf=20mmとした。その結果を図17に示す。すなわち、図17は前記範囲内に入るように成形ダイの形状、引いては目標製品形状を決定することにより、口開き量ΔW=±1mm以内に抑制することができる範囲を示している。
【0031】
一方、図14より、θp=90°、100°の場合には、Hが大きくなると、ΔWも比例的に増加しているが、θp≧110°では、H≧40mmでΔWの増加が鈍化し、あるいは減少している。ΔWの低減効果が最も現れるH=60mmで比較すると、θp=110°でのΔWは、θp=90°のΔWに比して半減している。さらにθp=135°にするとΔWはほぼ0mmである。なお、最高強度の材料Dの鋼板を用いて、H=60mm、θp=110°で成形した場合のΔWは5mmである。これは板厚が同じ軟鋼板を用いて成形した場合と同等であり、寸法精度上、許容範囲内である。これより、Z形部材(ハットチャンネル形部材も同様)の曲げ成形においては、θp≧110°、H≧40mmとすることが好ましい。
【0032】
次ぎに、前記予測式(2) によるΔWの改善効果を確かめるため、実際に材料E:t=1.2mm、TS/t=520MPa/mmの鋼板を用いて、Lf=20mmとしてθp、成形高さHを種々変えてZ形部材を曲げ成形した。その結果を図18に示す。同図には予測式を用いてΔW=±1.5mm以内を実現できる範囲を斜線で示した。また、●は実際の成形によりΔW=±1.5mm以内を実現できたθpとHとの組み合わせであり、×は実際の成形によりΔW=±1.5mm以内を実現できなかったθpとHとの組み合わせである。図18より、予測によるΔW=±1.5mm以内の領域は、実際の成形によっても同様の精度が得られていることが確かめられた。
【0033】
以上の説明したとおり、前記予測式(2) を用いてΔWが所要の許容範囲に入るθp、Hを求め、そのθp、Hを備えた成形ダイを用いて成形することにより、ΔWが許容範囲内のZ形部材を得ることができる。勿論、成形ダイ1のフランジ成形部と成形パンチのフランジ成形部との長さは、Z形部材30のフランジ部35がその解放端まで成形できるように、フランジ部の長さLfより大きく形成しておく。
【0034】
前記θp、Hは成形ダイの所要成形部の寸法を与えるとともに、ΔWが所要の許容範囲に入るZ形部材の目標形状をも与える値であるので、前記予測式(2) はZ形部材の目標(製品)形状の決定においても利用することができる。
また、上記説明はZ形部材についてのものであるが、Z形部材が左右対称に配置されたハットチャンネル形部材の曲げ成形においても同様に考えることができる。なお、ハットチャンネル形部材の成形においては、成形対象が左右対称形であるので、U形部材の曲げ成形の場合と同様、成形ダイの上平坦成形部で素材金属板を載置保持するためのパッドは必ずしも必要ではない。
【0035】
また、本発明の成形対象とする金属板は、鋼板に限らずアルミニウム合金板でもよいことは勿論である。また、本発明を実施するためのプレス装置には特に制限はなく、油圧プレスやメカニカルプレス、更には対向液圧プレス等のどのような形式のプレスでも使用可能である。
【0036】
【発明の効果】
本発明の曲げ成形方法によれば、曲げ成形の途中で成形ダイの曲げ成形部を支点とし、アーチ状に曲げられて、成形ダイの傾斜平坦成形部と成形パンチの傾斜平坦成形部とにある期間同時に当接するアーチ部が成形末期に押し潰され、成形部材の角度変化不良や反りの起因となる曲げモーメントと反対のモーメントが生じるため、形状不良を抑制することができる。また、本発明は通常のプレス、成形金型を用いて簡単に実施することができるため、生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】曲げ部を有する各種成形部材の横断面図である。
【図2】U形部材、ハットチャンネル形部材の曲げ部における形状変化不良を示す説明図である。
【図3】本発明にかかるU形部材およびZ形部材の横断面図である。
【図4】本発明の曲げ成形法に用いる成形金型の断面説明図である。
【図5】本発明によりL形部材を成形する際の成形終期の成形状態を示す断面説明図である。
【図6】本発明により成形されたL形部材の離型直前の曲げモーメント発生状態を示す断面説明図である。
【図7】成形ダイの曲げ成形部の巻き付き角から幾何学的に類推されたθpとΔθpとの関係および実際の成形により得られた実測値における同関係を示すグラフである。
【図8】成形ダイの曲げ成形部における巻き付き角θLを示す断面説明図である。
【図9】種々の材料(鋼板)、θp、成形高さHとL形部材の角度変化不良Δθpとの関係を示すグラフである。
【図10】L形部材の式(1) によるΔθpの予測値と実測値との関係を示すグラフである。
【図11】L形部材の式(1) によるΔθpの予測値が±1°以内のHとθpとの範囲を示すグラフである。
【図12】L形部材の式(1) によるΔθpの予測値が±1°以内のHとθpとの範囲と、実際に種々のθpとHとの組み合わせで成形した結果得られた成形状態(前記許容範囲内●と許容範囲外×)を示すグラフである。
【図13】本発明によりZ形部材を成形する際の成形中期および終期の成形状態を示す断面説明図である。
【図14】種々の材料(鋼板)、θp、成形高さHとZ形部材の口開き量ΔWとの関係を示すグラフである。
【図15】種々のθp、フランジ部の長さLfとZ形部材の口開き量ΔWとの関係を示すグラフである。
【図16】Z形部材の式(2) によるΔWの予測値と実測値との関係を示すグラフである。
【図17】Z形部材の式(2) によるΔWの予測値が±1mm以内のHとθpとの範囲を示すグラフである。
【図18】Z形部材の式(2) によるΔWの予測値が±1.5mm以内のHとθpとの範囲と、実際に種々のθpとHとの組み合わせで成形した結果得られた成形状態(前記許容範囲内●と許容範囲外×)を示すグラフである。
【符号の説明】
1 成形ダイ
2 成形パンチ
3 パッド
4 上平坦成形部
5,9 曲げ成形部
6,8 傾斜平坦成形部
7,10 フランジ成形部
20 L形部材
30 Z形部材
21,31 上平坦部
22,32,34 曲げ部
23,33 傾斜平坦部
24,36 アーチ部
35 フランジ部
Claims (7)
- 横平坦成形部と傾斜平坦成形部とが曲げ成形部を介して連成された成形面を有する成形ダイと、前記成形ダイの傾斜平坦成形部と平行な傾斜平坦成形部を有し、前記成形ダイの傾斜平坦成形部と協働して金属板を曲げ成形する成形パンチとを備えた成形金型を準備し、
前記成形パンチをその傾斜平坦成形部が前記成形ダイの傾斜平坦成形部に近接離反するように相対移動させることによって前記成形ダイの横平坦成形部に載置保持された金属板を前記曲げ成形部および前記傾斜平坦成形部によって曲げ成形する金属板の曲げ成形方法であって、
前記成形パンチが前記成形ダイ側に相対移動して金属板を曲げ成形する際、前記金属板が前記成形ダイの曲げ成形部を支点としてアーチ状に曲げられ、この曲げられたアーチ部が前記成形パンチの傾斜平坦成形部と前記成形ダイの傾斜平坦成形部とに同時に当接する期間を有するように前記成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角が鈍角とされた、金属板の曲げ成形方法。 - 請求項1に記載した曲げ成形方法において、素材金属板の引張強さがTS、板厚がtであり、目標形状として横平坦部の一端に半径rpの曲げ部を介して前記横平坦部と成す角がθpで、かつ前記横平坦部から下端までの垂直距離がHである傾斜平坦部が形成された成形部材を曲げ成形するに際し、
成形ダイの曲げ成形部の半径を前記rp、成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角を前記θpとし、曲げ成形後の成形部材の横平坦部と傾斜平坦部との成す角と前記θpとの差をΔθpとするとき、
予めΔθpを前記θp、rp、H、TS、tの関数Δθp(θp、rp、H、TS、t)として求め、このΔθpが許容範囲内に入るように決定された前記θp、rpを有する成形ダイを用いる、金属板の曲げ成形方法。 - 請求項2に記載した曲げ成形方法において、Δθpの関数として下記式(1) を用いる、金属板の曲げ成形方法。
Δθp=TS/t{c−a・H(b1 ・ TS/t+b2)・(θp−90)n}
×{1+exp(d・rp)}・(rp+0.5t)/{f・(5+0.5t)} ……(1)
但し、a,b1,b2,c,d,f,nは定数である。 - 前記θpを110°以上、前記Hを30mm以上とする請求項2又は3に記載した金属板の曲げ成形方法。
- 請求項1に記載された曲げ成形方法において、素材金属板の引張強さがTS、板厚がtであり、目標形状として横平坦部の一端に曲げ部を介して前記横平坦部と成す角がθpで、かつ前記横平坦部から下端までの垂直距離がHである傾斜平坦部が形成され、その他端に前記横平坦部に平行に長さがLfのフランジ部が形成された成形部材を曲げ成形するに際し、
前記成形ダイの傾斜平坦成形部の他端にさらに前記横平坦成形部に平行に形成されたフランジ成形部を有する成形ダイと、前記成形パンチの傾斜平坦成形部の端部に前記成形ダイのフランジ成形部と平行に形成されたフランジ成形部を有する成形パンチを用い、
成形ダイの横平坦成形部と傾斜平坦成形部との成す角を前記θp、成形ダイの横平坦成形部とフランジ成形部との垂直距離を前記Hとし、曲げ成形前後の成形部材の傾斜平坦部の下端間の口開き量の差をΔWとするとき、
予めΔWを前記θp、H、Lf、TS、tの関数ΔW(θp、H、Lf、TS、t)として求め、このΔWが許容範囲内に入るように決定された前記θp、Hを有する成形ダイを用いる、金属板の曲げ成形方法。 - 請求項5に記載した曲げ成形方法において、ΔWの関数として下記式(2) を用いる、金属板の曲げ成形方法。
ΔW=a・(TS/t)・H2−b・(θp−90)n0・H(n1 ・ TS/t+n2)
+(c・H+d)・Lf ……(2)
但し、a,b,c,d,n0,n1,n2は定数である。 - 前記θpを110°以上、前記Hを40mm以上とする請求項5又は6に記載した金属板の曲げ成形方法。
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