JP3997907B2 - Pressing method with excellent shape freezing - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板を断面ハット形状に成形する形状凍結性に優れたプレス加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車車体重量の軽減を図るため、素材として従来材より板厚が薄い高張力鋼板とか、比重が小さいアルミニウム合金板などが使用されるようになった。これらの素材は、プレス加工によって様々な部品に成形されるが、従来材に比べて強度が大きいか、またはヤング率(縦弾性係数)が小さい性質を有するために、形状凍結性が劣り、目標形状を得難い場合がある。
【0003】
例えば、図8(a)に示すような断面ハット形状の部品11をプレス加工によって得る場合には、図8(b)に示す通り、目標とする二点鎖線の形状であるべきところ、加工工具から成形品を取り出すと、実線に示すような形状を呈することがある。これがプレス加工における形状凍結不良である。部品11の形状凍結不良は、ハット頭部12と壁部13を繋ぐコーナー部におけるスプリングバックと、壁部13での反りに起因して生じることが知られている。なお、図8(a)で、符号14は、フランジ部であり、符号15は、ダイエッジ部である。
【0004】
断面ハット形状の部品11は、図9(a)、(b)に示すように、ポンチ101 とダイス102 としわ押さえ103 を備えた加工工具を用い、ポンチ101 の外形に沿うようにダイ肩部105 で金属板104 が曲げ成形されるのが一般的である。そして、プレス加工後の金属板104 が形状がそのまま凍結されれば問題はないが、実際にはダイ肩部105 による曲げと曲げ戻し加工により生じた曲げモーメントのために、断面ハット形状に成形された金属板104 を加工工具から取り外すと、曲げモーメントがゼロになるように金属板104 が弾性変形する。このダイ肩部105 による曲げと曲げ戻し加工により生じた曲げモーメントが形状凍結不良の原因であって、素材の強度が大きいほど曲げモーメントが大きく、また曲げモーメントによって生じる弾性変形量はヤング率が小さいほど大きく、さらに素材板厚が薄いほど弾性変形量が大きくなるから、曲げモーメントを小さくすることが形状凍結性を向上させるうえで重要である。
【0005】
ところで、コーナー部におけるスプリングバックに関しては、プレス加工における成形ストロークの最終工程において、曲げ加工を受けた金属板1の凸面側の少なくともその一部に所定深さの凹部を付与することにより十分小さくすることができることが知られている(特許文献1)。
あるいは、コーナー部におけるスプリングバックがそれほど大きくない場合には、スプリングバック後に所定の断面ハット形状になるように予め断面ハット形状を得るためのポンチ等の加工工具に見込みを入れておくことによりほぼ解決できることも公知である。
【0006】
一方、壁部の反りに関しては、その解消が難しいという問題があった。
例えば、所定のハット断面形状を得るためのポンチを用い、金属板の幅方向両端部にしわ押さえ力を付与して、金属板に絞り曲げ加工を施すと、金属板は張力が付与された状態でダイスの肩部により曲げ、曲げ戻されて、一旦目標形状に成形される。しかし、プレス加工後の金属板に生じている曲げモーメントにより、プレス加工後の金属板を加工工具から取り外すと口開きとなるように壁部に大きい反りが発生してしまうことがある。この壁部の反りは、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合には特に大きくなるので、予め曲げ加工工具に見込みを入れておくことで解決するのは困難であった。
【0007】
このような壁部の反りを抑制する方法としては、可動ダイを用いたプレス加工方法が知られている(特許文献2)。
特許文献2(特開平2000−271661号公報)に記載のプレス加工方法は、図10(a)〜(c)に示すようにダイス202 の内壁に可動ダイ205 を設け、可動ダイ205 を図で上方に後退させ、縮みフランジ成形部とダイ側しわ押さえ部のダイフェースをしわ押さえした状態でポンチ201 による成形を先行させて開始した後、可動ダイ205 を図で下方に前進させてダイ肩部206 によりダイエッジ部を成形する方法である。但し、金属板204 の壁部およびダイッジ部を成形している間は、金属板204 の両端部にはしわ押さえ力が付与されている。
【0008】
【特許文献1】
特開平8-174074号公報
【特許文献2】
特開平2000-271661 号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2000-271661 号公報に記載のプレス加工方法は、ダイスの内壁の異なる成形方向位置に二つのダイ肩部を設け、一方のダイ肩部を可動ダイとする必要があるために、加工工具の構造が複雑になる欠点があった。
また、特開平2000-271661 号公報に記載のプレス加工方法は、ダイスの内壁に設けた可動ダイの剛性が低くなりやすいために、可動ダイを介して金属板のコーナー部に十分な押し付け力を作用させることが困難であり、加工工具から取り出した部品のコーナー部の精度が固定ダイに比べて劣る場合があった。
【0010】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解消することにあり、用いる加工工具の構造を簡単なものとすることができると共に、高張力鋼板等の強度が高い金属板素材やアルミニウム合金板等のヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも、壁部の反りを小さくすることができ、高精度な断面ハット形状の部品を得ることができる形状凍結性に優れたプレス加工方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
1. ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、前記ダイスは、その内壁が底側より口側の方が広くなるように途中に段差が形成されているとともに、前記ダイスの口から底までの間の内壁にダイ肩部を少なくとも2段固定して設けておき、そのうちの最も口側に位置するものを第1のダイ肩部とし、第1のダイ肩部の次に口側に位置するものを第2のダイ肩部とし、前記第1のダイ肩部は、しわ押さえの受け面とで金属板を挟圧するダイスの面であるダイフェース面に繋げてダイスの口側の内壁に固定して設けてある一方、前記第2のダイ肩部は、ダイスの底側の内壁段差部に固定して設けてあり、前記ダイスの底側の内壁段差部には、第2のダイ肩部に繋げてフランジ対向面が形成されて、このダイスのフランジ対向面は、成形過程以降において、前記第2のダイ肩部で金属板のダイエッジ部を成形するに際し、金属板のフランジ部をダイスのフランジ対向面の幅内に収納可能に形成されているうえに、前記ダイスのフランジ対向面には、凸条が設けてあり、ポンチのフランジ対向面には、凸条に対応する条溝が設けてあり、前記凸条と前記条溝により一対のビードが構成されている構造を有し、
先ず、前記金属板の幅方向両端部をダイフェース面としわ押さえの受け面で挟んでしわ押さえ力付与状態としてから前記金属板の幅方向中央部に前記ポンチを押し込んで成形を開始し、第1のダイ肩部により前記金属板の幅方向両端部に曲げと曲げ戻し加工を施しながら絞り成形を行い、その絞り成形途中または絞り成形終了後に、第2のダイ肩部により前記金属板の壁部の成形を開始し、次いで、前記金属板の幅方向両端部がダイフェース面としわ押さえの受け面から離れてしわ押さえ力が付与されていない状態で、第2のダイ肩部で前記金属板のダイエッジ部を成形すると共に、前記ポンチのフランジ対向面および前記ダイスのフランジ対向面に設けたビードにより前記金属板を挟圧することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について、図を用いて説明する。なお、加工工具として、図1〜図4に示すようにダイス2の口から底までの間の内壁にダイ肩部を2段固定して設けた加工工具を用い、金属板4を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うとして説明する。
【0013】
但し、図に示すダイス2の口側に位置するものを第1のダイ肩部5と称し、第1のダイ肩部5の次に口側に位置する、すなわち図1〜図4に示すダイス2の口から底までの間にダイ肩部を2段設けた場合はダイス2の底側に位置することになるものを第2のダイ肩部6と称す。
先ず、図1を用いて、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法に用いた加工工具について述べる。加工工具は、ポンチ1とダイス2としわ押さえ3を備えている。
【0014】
図1において、Aはポンチ1の一段目の幅寸法を示し、Bはポンチ1の一段目の長さ寸法を示す。ポンチ1は、先端面から長さがBの位置に段差部が形成された段差ポンチとされている。ポンチ1の一段目の幅寸法Aは、部品の目標形状に合わせてあり、ポンチ1の一段目の長さ寸法Bは、部品の成形高さに合わせてある。また、Cはダイス2の底側の内壁間の幅方向間隔を示し、Dはダイス2の口側の内壁間の幅方向間隔を示す。このようにダイス2の内壁は、底側より口側の方が広くなるように途中に段差が形成されている。
【0015】
ここで、ダイフェース面7は、しわ押さえ3の受け面とで金属板4を挟圧し、しわ押さえ力を付与可能なダイス2の面である。第1のダイ肩部5は、ダイフェース面7に繋げてダイス2の口側の内壁に固定して設けてある。一方、第2のダイ肩部6は、ダイス2の底側の内壁段差部に固定して設けてある。また、ダイス2の底側の内壁段差部には、第2のダイ肩部6に繋げてフランジ対向面8が形成されている。このダイス2のフランジ対向面8は、図4に示す成形過程以降において、第2のダイ肩部6で金属板4のダイエッジ部を成形するに際し、金属板4のフランジ部をダイス2のフランジ対向面8の幅L内に収納可能に形成されている。一方、ポンチ1の段差部には、ダイス2のフランジ対向面8に対応させて、フランジ対向面9が形成されている。このダイス2のフランジ対向面8には、凸条21が設けてあり、一方ポンチ1のフランジ対向面9には、凸条21に対応する条溝22が設けてある。凸条21および条溝22により一対のビードが構成されている。
【0016】
ダイス2の底側の内壁間の幅方向間隔Cは、図4に示すように、ポンチ1の一段目をその中に挿入させることにより、金属板4の壁部を成形可能な寸法とされている。また、ダイスの口側の内壁間の幅方向間隔Dは、ダイス2のフランジ対向面の幅Lに応じてC+2×Lとされている。
しわ押さえ3は、ロッドを介して図示しない油圧シリンダーに接続され、ダイス2の下降に伴って、ダイフェース面7としわ押さえ3の受け面とで金属板4を挟圧し、しわ押さえ力を付与可能とされている。押さえ力は、油圧シリンダー内の油圧の圧力を調整する圧力調整弁により適宜な値に設定することができる。
【0017】
図1〜図4において、符号10は、金属板4を断面ハット形状に成形する成形過程でのダイス2の移動方向を示している。
以上説明したように本発明に用いる加工工具は、ダイスの内壁にダイ肩部を少なくとも2段固定して設けた構造の簡単なものである。
次いで、上述した加工工具を用いた本発明の実施の形態に係るプレス加工方法について説明する。
【0018】
図1は、金属板4がポンチ1の先端面に当接した状態を示す概略縦断面図であり、図2は、金属板4の幅方向両端部がダイスの口側に位置するダイ肩部5により曲げと曲げ戻し加工を受けている状態を示す概略縦断面図である。また、図3は、金属板4の幅方向両端部がしわ押さえ力付与状態から解放される直前の状態を示す概略縦断面図、図4は、金属板4の壁部を底側に位置するダイ肩部6により成形している状態を示す概略縦断面図である。図1〜図4に示すような成形過程を経て金属板4を断面ハット形状に成形する。
【0019】
本発明の実施の形態に係るプレス加工方法は、図1、図2に示したように金属板4の幅方向両端部をダイフェース面7としわ押さえ3の受け面で挟んでしわ押さえ力付与状態としてからダイス2を下降させ、金属板4の幅方向中央部にポンチ1を押し込んで成形を開始し、第1のダイ肩部5により金属板4の幅方向両端部に曲げと曲げ戻し加工を施しながら絞り成形を行う。さらに、ダイス2を下降させることにより、図3、図4に示すように、絞り成形終了直後に第2のダイ肩部6により金属板4の壁部の成形を開始し、しわ押さえ力が付与されていない状態で第2のダイ肩部6により金属板4の壁部の成形を行う。
【0020】
次いで、図4に示す状態よりダイス2をさらに下降させて、金属板4の幅方向両端部がダイフェース面7としわ押さえ3の受け面の間から離れてしわ押さえ力が付与されていない状態で第2のダイ肩部6により金属板4のダイスエッジ部を成形すると共にダイス2のフランジ対向面8およびポンチ1のフランジ対向面9に設けた一対のビードにより金属板4を挟圧し、成形過程を終了する。
【0021】
その後、ダイス2を上昇させて、断面ハット形状に成形された金属板4を加工工具から取り出して部品とする。
本発明では、断面ハット形状の部品の壁部の反りの主原因である、ダイ肩部での曲げと曲げ戻し加工に起因して生じた金属板4の壁部での板厚方向曲げモーメントを減少させ、部品の壁部の反りを小さくした。
【0022】
図5にしわ押さえ力を付与し、絞り成形を行った際のダイス肩半径と部品の壁部の曲率との関係の一例を示した。縦軸の曲率は、1/曲率半径で定義され、曲率半径が大きいほど曲率が0に近づき、得られた部品の壁部の反りが小さいことを表している。
図5に示す結果から、ダイ肩半径を大きくすることにより壁部の反りを低減できることがわかる。本発明によれば、上述したように絞り成形を行う第1のダイ肩部5と、壁部の成形およびダイスエッジ部の成形を行う第2のダイ肩部6を分離したので、第1のダイ肩部5の肩半径を大きくすることにより、ダイスエッジ部の形状を変えずに部品の壁部の反りを低減することができることがわかる。
【0023】
これに対して従来のダイ肩部は、ダイスの内壁にダイフェース面に繋げて一箇所だけ設けてあり、金属板に曲げと曲げ戻し加工を施す機能と、部品のダイスエッジ部の形状を最終的に成形する機能の両方を持っているため、ダイ肩部の形状やその大きさを自由に決定することができないという制約があったのである。
なお、第1のダイ肩半径が、例えば、製品形状を決定する第2のダイ肩半径よりも小さい場合であっても、しわ押さえ力の大きさを適宜調整して低くすることにより、本発明による縦壁での反り低減効果を得ることができる。これは、第1のダイ肩に金属板が完全に巻きつかず、実際の金属板の曲げ半径が第1のダイ肩半径より大きくなるためである。
【0024】
図9に示したような通常のハット曲げ成形の場合、ダイスとパンチのクリアランスは、通常の板厚の1.0 〜1.4 倍程度に設定され、金属板はこのダイスとパンチの間に沿うために、しわ押さえ力を低く設定しても、金属板は、ダイ肩に適度に巻きつき金属板の曲げ半径はほぼダイ肩半径と同じ大きさになる。そのため、ダイ肩半径が小さい場合には、縦壁部の反りはダイ肩半径に応じて大きくなってしまう。これに対し、本発明では、ダイ肩を2段に構成しており、金属板が通過する部分である第1のダイ肩直上のダイスの縦壁とパンチ間のクリアランスが広いため、しわ押さえ力を適切に設定することによって金属板のダイ肩への巻きつきを緩和し、金属板の曲げ半径をダイ肩半径より大きくすることが容易であり、縦壁反りを低減できるのである。
【0025】
本発明では、さらにダイス2のフランジ対向面8およびポンチ1のフランジ対向面9に設けた一対のビードにより金属板4を挟圧し、部品の壁部の反りを小さくした。一対のビードは、上述したように凸条21および条溝22により構成されている。図6は、本発明による部品の壁部の反り減少効果を説明する模式図であり、(a)は、従来のプレス加工方法により、ダイ肩部で曲げと曲げ戻し加工を受けた金属板の壁部の応力分布を模式的に示したものである。一方、(b)は、本発明のプレス加工方法により、ビードで金属板4を挟圧しているときの金属板4の壁部の応力分布を模式的に示した。なお、図6(b)に示した金属板4の壁部の応力分布は、ダイスの口側の第1のダイ肩部5で曲げと曲げ戻し加工を受けた部分での分布である。
【0026】
従来のプレス加工方法の場合には、図6(a)に示したような金属板の壁部の板厚方向一側に引張応力が他側に圧縮応力が偏在した応力分布状態となっていたので、部品の壁部の反りが大きかったのである。
これに対して本発明によれば、ビードを構成する凸条21により押圧された金属板4の部分がビードを構成する条溝22内に押し込まれるために、金属板4の壁部の応力分布が図6(b)に示したような引張応力状態となり、この結果、加工工具から成形された金属板4を取り出して部品とすると、従来の場合より壁部の反りが小さくなる。これは、図6(a)に示した応力分布に起因する板厚中心回りの曲げモーメントよりも、図6(b)に示した引張応力分布に起因する板厚中心回りの曲げモーメントの方が小さいからである。このようにして本発明によれば、部品の壁部の反りを低減できる。
【0027】
ここで、本発明のプレス加工方法において、しわ押さえ力付与状態で第1のダイ肩部5により金属板4の幅方向両端部に曲げと曲げ戻し加工を施しながら絞り成形を行っているのは、金属板4の幅方向両端部でのしわの発生および金属板4の壁部でのしわの発生を防止するためである。一方、しわ押さえ力を付与せずに第1のダイ肩部5により金属板4の幅方向両端部に曲げと曲げ戻し加工を施しながら成形を行った場合には、金属板4の幅方向両端部および金属板4の壁部にしわが発生してしまい、表面品質の優れた部品を得ることができなくなる。
【0028】
ところで、第1のダイ肩部5と第2のダイ肩部6との間の成形方向間隔Hは、成形高さであるポンチの一段目の長さB寸法を下回らないようにするのが反り低減の観点からは望ましい。この理由は、第1のダイ肩部5と第2のダイ肩部6との間の成形方向間隔Hが成形高さBを下回る場合には、しわ押さえ力付与状態で第2のダイ肩部6により金属板の壁部の成形が開始されてしまうからである。このようなしわ押さえ力付与状態で金属板の壁部の成形が行われると、壁部は第2のダイ肩部6でも金属板4に曲げと曲げ戻し加工を施され成形されることになるので、部品の壁部の反りを小さくする反り低減効果が若干小さくなる。
【0029】
但し、間隔Hが成形高さB寸法を超えて過大となると、金属板4の幅方向両端部がしわ押さえ力付与状態から解放されてから、第2のダイ肩部6により金属板の壁部の成形が開始されるまでの間、成形が行われない無駄なストロークが発生するだけでなく、金型が大型化しコストが増大するため、生産コストの観点からは間隔Hは成形高さB寸法以下とすることが好ましい。そこで、部品に許容される寸法精度と金型コスト等を考慮して間隔Hを適正に設定すればよい。その際に、第1のダイ肩部5と第2のダイ肩部6との間の成形方向間隔Hの適正値は、製造する部品の形状や用いる金属板素材の板厚、材質、およびプレス加工条件等に応じた予備実験等を行って決定することができる。
【0030】
なお、本発明に用いる金属板素材の幅は、図4に示す成形状態よりダイス2を下降させて第2のダイ肩部6で金属板4のダイエッジ部を成形するに際し、金属板4の幅方向端部がフランジ対向面8、9から幅方向にはみ出してしまうことがなく、かつ目標とする部品のフランジ部の幅が得られるように用いるポンチの形状や上述した実験に基づいて決めることができる。
【0031】
また本発明に用いる加工工具であるポンチ1およびダイス2のフランジ対向面に設ける一対のビードの形状は、上述した断面半円形状に限定されず、種々の断面形状とすることができる。例えば断面三角形状としてもよい。勿論、本発明に用いるポンチ1のフランジ対向面9に凸条21を設け、これに対応する条溝22をダイス2のフランジ対向面8に設けて、一対のビードを構成することもできる。
また、本発明に用いるポンチおよびダイスに設けるビードは、一対に限定されない。本発明に用いるポンチおよびダイスのフランジ対向面に設けるビードの大きさおよび数は、ビードにより金属板4を挟圧した際に、金属板の壁部に生じている板厚中心回りの曲げモーメントを軽減することができ、部品の壁部の反りを低減できるだけの張力が得られるように決めればよい。但し、金属板の壁部に過大な張力が発生した場合には金属板の破断を生じる可能性があるため、必要最低限の張力が得られるような適正なビードを設けるのが望ましい。適正なビードは、製造する部品の形状や用いる金属板素材の板厚・材質に応じた予備実験等で決めることができる。なお、上記説明ではダイスの口から底までの間の内壁にダイ肩部を2段固定して設けた場合について説明したが、ダイ肩部の数はこれに限定されるものでなく、さらに多く設けてもよい。この場合、最も口側に位置するものを第1のダイ肩部とし、第1のダイ肩部の次に口側に位置するものを第2のダイ肩部として上記加工を行えばよい。
【0032】
【実施例】
ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、プレス加工により壁部とフランジ部を有する断面ハット形状の部品を製造し、部品の寸法精度を調べ、その結果を従来例の場合と比較して図7に示した。
金属板素材としては、引張強さが270MPa、590MPa、980MPaで、板厚が1.6mm の鋼板と、板厚が1.6mm の5000系のアルミニウム合金板(ヤング率:70GPa )の4種類を用いた。
【0033】
発明例では、ポンチとして段付きポンチを用い、ポンチの一段目の幅Aが50mm、ポンチの一段目の長さBが60mm、ポンチの先端部の肩半径が5mmのものを用いた。ポンチの二段目の幅は、86mmとし、ポンチのフランジ対向面の幅は、ダイスのフランジ対向面に対応させて18mmとした。一方、ダイスとしては、ダイスの内壁の成形方向位置に少なくとも二つのダイ肩部を固定して設け、ダイスの底側の内壁間の間隔Cを54mm、ダイスのフランジ対向面の幅Lを20mmとし、ダイスの口側の内壁間の間隔Dは94mmとした。また、ダイフェース面7とダイスのフランジ対向面8間の成形方向間隔Hを30mm、ダイスの口側の第1のダイ肩部の半径を20mm、ダイスの底側の第2のダイ肩部の半径を5mmとした。ダイスのフランジ対向面には、断面半円形状の凸条を設け、ポンチのフランジ対向面には、前記凸条に対応する条溝を設け、一対のビードを構成した。凸条および条溝の半径は、どちらも2mmとした。
【0034】
部品の成形高さは60mmとし、部品のフランジ部の長さは、15mmを目標とした。部品の寸法精度は、工具から成形体を取り出した後ハット頭部から下方に50mm位置での壁部の内側間隔を測定し、ポンチ幅に対する誤差で評価した。しわ押さえ力は、20kNとした。
従来例としては、図9に示した加工工具を用い、発明例と同じ金属板素材を用い、成形高さを60mmとして成形した。但し、ポンチは、段差のないポンチを用い、ポンチの幅を50mm、ポンチの先端部の肩半径を5mmとした。また、ダイスとしては、ダイスの内壁をストレートに形成し、ダイスの内壁間の間隔を54mm、ダイスのダイ肩部の半径を5mmとした。ポンチ、ダイス、しわ押さえの材質は、発明例と同じものとした。
【0035】
図7に示す部品の寸法誤差の結果から、従来例の場合には部品の壁部の寸法誤差が大きく、一方、発明例の場合には、従来例より部品の壁部の寸法精度が良好であることがわかる。また、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも部品の壁部の寸法誤差を小さくすることができ、金属板素材の材料強度のばらつきに起因した部品の寸法精度のばらつき低減にも効果があることがわかった。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、用いる加工工具を構造の簡単なものとすることができると共に、強度が高い金属板素材やヤング率の小さい金属板素材を使用した場合でも壁部の反りを小さくすることができ、高寸法精度の断面ハット形状の部品を得ることができる。この結果、断面ハット形状の部品を用いて構造部材とする際に部品の組み立てが容易に行え、高寸法精度の自動車用等の構造部材とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図であって、金属板がポンチの先端面に当接した状態を示す概略縦断面図である。
【図2】図2は、同じく本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図であって、金属板の幅方向両端部がダイスの口側に位置するダイ肩部により曲げと曲げ戻し加工を受けている状態を示す概略縦断面図である。
【図3】図3は、同じく本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図であって、金属板の幅方向両端部がしわ押さえ力付与状態から解放される直前の状態を示す概略縦断面図である。
【図4】図4は、同じく本発明に係るプレス加工方法の成形過程を示す説明図であって、ダイスの底側に位置するダイ肩部で金属板の壁部を成形している状態を示す概略縦断面図である。
【図5】図5は、ダイスのダイ肩部半径と部品の壁部の曲率との関係を示すグラフである。
【図6】図6は、ビードによる部品の壁部の反り減少効果を説明する模式図である。
【図7】図7は、本発明のプレス加工方法により製造した金属板部品の寸法精度を従来例と比較して示すグラフである。
【図8】図8は、金属板部品の形状を示す(a)は斜視図、(b)は正面図である。
【図9】図9(a)、(b)は、従来のプレス加工方法の説明図である。
【図10】図10(a)、(b)、(c)は、移動ダイを用いた場合におけるプレス加工方法の説明図である。
【符号の説明】
1 ポンチ
2 ダイス
3 しわ押さえ
4 金属板
5 第1のダイ肩部(口側のダイ肩部)
6 第2のダイ肩部(底側のダイ肩部)
7 ダイフェース面
8 ダイス2のフランジ対向面
9 ポンチ1のフランジ対向面
10 ダイスの移動方向
21 凸条
22 条溝
11 部品
12 ハット頭部
13 壁部
14 フランジ部
15 ダイエッジ部
A ポンチ1の一段目の幅
B ポンチ1の一段目の長さ
C ダイス2の底側の内壁間の幅方向間隔
D ダイス2の口側の内壁間の幅方向間隔
L ダイス2のフランジ対向面の幅
H 第1のダイ肩部と第2のダイ肩部との間の成形方向間隔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a press working method excellent in shape freezing property for forming a metal plate into a cross-sectional hat shape.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce the weight of an automobile body, a high-tensile steel plate having a thinner plate thickness than a conventional material or an aluminum alloy plate having a lower specific gravity has been used as a material. These materials are formed into various parts by press working, but because of their properties that are higher in strength or lower in Young's modulus (longitudinal elastic modulus) than conventional materials, they are inferior in shape freezing properties and target It may be difficult to obtain the shape.
[0003]
For example, when the cross-sectional hat-shaped
[0004]
As shown in FIGS. 9A and 9B, the cross-sectional hat-
[0005]
By the way, the spring back at the corner portion is made sufficiently small by providing a concave portion having a predetermined depth on at least a part of the convex side of the
Alternatively, when the spring back at the corner is not so large, it is almost solved by putting a prospect in a processing tool such as a punch for obtaining a cross-sectional hat shape in advance so that a predetermined cross-sectional hat shape is obtained after the spring back. It is also known that it can be done.
[0006]
On the other hand, there is a problem that it is difficult to eliminate the warpage of the wall.
For example, when a punch for obtaining a predetermined hat cross-sectional shape is used, a wrinkle holding force is applied to both end portions in the width direction of the metal plate, and when the metal plate is subjected to drawing bending processing, the metal plate is in a state where tension is applied. Then, it is bent by the shoulder portion of the die, bent back, and once formed into a target shape. However, due to the bending moment generated in the metal plate after the press working, when the metal plate after the press working is removed from the processing tool, a large warp may occur in the wall portion so as to open the mouth. This warpage of the wall becomes particularly large when a metal plate material with high strength or a metal plate material with a low Young's modulus is used, so it is difficult to solve by preliminarily bending the bending tool. there were.
[0007]
As a method for suppressing such warpage of the wall portion, a press working method using a movable die is known (Patent Document 2).
In the press working method described in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-271661), a
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-174074
[Patent Document 2]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-271661
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the press working method described in JP-A-2000-271661 requires two die shoulders at different molding direction positions on the inner wall of the die, and one die shoulder needs to be a movable die, There was a drawback that the structure of the machining tool was complicated.
Further, the press working method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-271661 has a tendency to reduce the rigidity of the movable die provided on the inner wall of the die, so that a sufficient pressing force is applied to the corner portion of the metal plate through the movable die. It is difficult to act, and the accuracy of the corner portion of the part taken out from the processing tool may be inferior to that of the fixed die.
[0010]
Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and can simplify the structure of the working tool used, and can be a metal plate material such as a high-tensile steel plate or the like, an aluminum alloy plate, etc. Even when a metal plate material having a small Young's modulus is used, it is possible to reduce the warpage of the wall portion, and to provide a press working method excellent in shape freezing property capable of obtaining a highly accurate cross-sectional hat-shaped part. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is as follows.
1. Using a processing tool equipped with punches, dies and wrinkle pressers, when performing press working to form a metal plate into a cross-sectional hat shape,The die has a step formed in the middle so that its inner wall is wider on the mouth side than on the bottom side,A die shoulder is fixed to at least two steps on the inner wall from the mouth to the bottom of the die, and the one closest to the mouth is the first die shoulder, and the first die shoulder Next to the mouth side is the second die shoulder,The first die shoulder portion is connected to a die face surface that is a surface of a die that sandwiches a metal plate with a receiving surface of a wrinkle presser and is fixed to an inner wall on the mouth side of the die, The die shoulder portion of the die is fixed to the inner wall step portion on the bottom side of the die, and the flange facing surface is formed on the inner wall step portion on the bottom side of the die so as to be connected to the second die shoulder portion. The flange-facing surface of the die can be accommodated within the width of the die-facing surface of the die when the die edge portion of the metal plate is formed by the second die shoulder after the molding process. In addition, the flange-facing surface of the die is provided with a protrusion, and the flange-facing surface of the punch is provided with a groove corresponding to the protrusion, and the protrusion and the groove And a pair of beads are configured.
First, both ends of the metal plate in the width direction are sandwiched between a die face surface and a receiving surface of the wrinkle holding member, and then a wrinkle holding force is applied. Then, the punch is pushed into the widthwise center portion of the metal plate to start forming, Drawing is performed while bending and bending back both ends in the width direction of the metal plate with one die shoulder, and during the drawing or after drawing, the wall of the metal plate is formed with the second die shoulder. Then, the metal plate is formed on the shoulder of the second die in a state where both end portions in the width direction of the metal plate are separated from the die face surface and the receiving surface of the wrinkle holding member and no wrinkle holding force is applied. Press work with excellent shape freezing characteristics, characterized by forming a die edge portion of a plate and sandwiching the metal plate with a bead provided on a flange facing surface of the punch and a flange facing surface of the die Law.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a press working method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, as shown in FIGS. 1-4, the processing tool which fixed the shoulder part of the die | dye 2 steps | paragraph to the inner wall from the mouth of the
[0013]
However, what is located on the mouth side of the
First, the working tool used in the press working method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The processing tool includes a
[0014]
In FIG. 1, A indicates the width dimension of the first stage of the
[0015]
Here, the
[0016]
As shown in FIG. 4, the width-direction interval C between the inner walls on the bottom side of the
The
[0017]
1-4, the code |
As described above, the machining tool used in the present invention has a simple structure in which the die shoulder is fixed to at least two stages on the inner wall of the die.
Next, a press working method according to an embodiment of the present invention using the above-described working tool will be described.
[0018]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in which the
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the press working method according to the embodiment of the present invention applies wrinkle pressing force by sandwiching both ends in the width direction of the
[0020]
Next, the
[0021]
Thereafter, the
In the present invention, the bending thickness moment in the wall portion of the
[0022]
FIG. 5 shows an example of the relationship between the die shoulder radius and the curvature of the wall portion of the component when the wrinkle holding force is applied and the drawing is performed. The curvature on the vertical axis is defined by 1 / the radius of curvature. The larger the radius of curvature is, the closer the curvature is to 0, and the smaller the curvature of the wall of the obtained part.
From the results shown in FIG. 5, it can be seen that the warpage of the wall can be reduced by increasing the die shoulder radius. According to the present invention, as described above, the first
[0023]
On the other hand, the conventional die shoulder is connected to the die face on the inner wall of the die only at one location, and the function of bending and unbending the metal plate and the shape of the die edge part of the part are final. Since it has both the function of forming automatically, the shape and size of the die shoulder cannot be determined freely.
Even when the first die shoulder radius is smaller than, for example, the second die shoulder radius that determines the product shape, the size of the wrinkle pressing force is adjusted as appropriate to reduce the radius. It is possible to obtain a warp reduction effect at the vertical wall. This is because the metal plate is not completely wound around the first die shoulder, and the actual metal plate bending radius is larger than the first die shoulder radius.
[0024]
In the case of normal hat bending forming as shown in FIG. 9, the clearance between the die and the punch is set to about 1.0 to 1.4 times the normal plate thickness, and the metal plate is located between the die and the punch. Even if the wrinkle holding force is set low, the metal plate is appropriately wound around the die shoulder and the bending radius of the metal plate is almost the same as the die shoulder radius. Therefore, when the die shoulder radius is small, the warp of the vertical wall portion becomes large according to the die shoulder radius. On the other hand, in the present invention, the die shoulder is configured in two steps, and the clearance between the vertical wall of the die just above the first die shoulder, which is the portion through which the metal plate passes, and the punch is wide. Is set appropriately.WhenThus, the winding of the metal plate around the die shoulder can be eased, the bending radius of the metal plate can be easily made larger than the die shoulder radius, and the vertical wall warp can be reduced.
[0025]
In the present invention, the
[0026]
In the case of the conventional press working method, as shown in FIG. 6A, the stress distribution state is such that tensile stress is unevenly distributed on one side in the plate thickness direction of the wall portion of the metal plate and compressive stress is unevenly distributed on the other side. Therefore, the warp of the wall part was large.
On the other hand, according to the present invention, since the portion of the
[0027]
Here, in the press working method of the present invention, the drawing is performed while bending and bending back both ends in the width direction of the
[0028]
By the way, the molding direction interval H between the
[0029]
However, if the interval H exceeds the forming height B dimension, both ends in the width direction of the
[0030]
In addition, the width | variety of the metal plate material used for this invention is the width | variety of the
[0031]
In addition, the shape of the pair of beads provided on the flange-facing surfaces of the
Moreover, the bead provided in the punch and die | dye used for this invention is not limited to a pair. The size and number of beads provided on the flange-facing surfaces of the punch and die used in the present invention are the bending moment around the center of the plate thickness generated in the wall portion of the metal plate when the
[0032]
【Example】
Using a processing tool equipped with punches, dies and wrinkle presses, a hat-shaped part with walls and flanges is manufactured by pressing, the dimensional accuracy of the part is examined, and the result is compared with the conventional case. This is shown in FIG.
Four types of metal plate materials were used: steel plates with a tensile strength of 270 MPa, 590 MPa, and 980 MPa, a plate thickness of 1.6 mm, and a 5000 series aluminum alloy plate with a plate thickness of 1.6 mm (Young's modulus: 70 GPa). .
[0033]
In the example of the invention, a stepped punch was used as the punch, and the first step width A was 50 mm, the first step length B was 60 mm, and the shoulder radius of the punch tip was 5 mm. The width of the second step of the punch was 86 mm, and the width of the flange facing surface of the punch was 18 mm corresponding to the flange facing surface of the die. On the other hand, as a die, at least two die shoulder portions are fixedly provided at the molding direction position of the inner wall of the die, the distance C between the inner walls on the bottom side of the die is 54 mm, and the width L of the die flange facing surface is 20 mm. The distance D between the inner walls on the mouth side of the die was 94 mm. Further, the molding direction interval H between the
[0034]
The molding height of the parts was set to 60 mm, and the length of the flange part of the parts was set to 15 mm. The dimensional accuracy of the parts was evaluated by measuring the inner spacing of the wall at a position of 50 mm downward from the hat head after taking out the molded body from the tool, and evaluating the error with respect to the punch width. The wrinkle holding force was 20 kN.
As a conventional example, the processing tool shown in FIG. 9 was used, the same metal plate material as that of the invention example was used, and the forming height was set to 60 mm. However, the punch used the punch without a level | step difference, the width of the punch was 50 mm, and the shoulder radius of the front-end | tip part of the punch was 5 mm. As the dice, the inner walls of the dice were formed straight, the distance between the inner walls of the dice was 54 mm, and the radius of the die shoulder portion of the dice was 5 mm. The punch, die, and wrinkle presser were made of the same material as in the invention.
[0035]
From the result of the dimensional error of the part shown in FIG. 7, in the case of the conventional example, the dimensional error of the part wall part is large. I know that there is. Also, even when using a metal plate material with high strength or a metal plate material with a low Young's modulus, the dimensional error of the wall of the component can be reduced, and the dimensional accuracy of the component due to variations in the material strength of the metal plate material It has been found that it is also effective in reducing the variation of.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the working tool to be used can have a simple structure, and even when a metal plate material having a high strength or a metal plate material having a low Young's modulus is used, the warpage of the wall portion can be reduced. In addition, a cross-sectional hat-shaped part with high dimensional accuracy can be obtained. As a result, when a structural member is formed using a hat-shaped component, the assembly of the component can be easily performed, and a structural member for automobiles with high dimensional accuracy can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a forming process of a press working method according to the present invention, and is a schematic longitudinal sectional view showing a state in which a metal plate is in contact with a front end surface of a punch.
FIG. 2 is an explanatory view showing the forming process of the press working method according to the present invention, in which bending and unbending are performed by a die shoulder portion in which both ends in the width direction of the metal plate are located on the mouth side of the die. It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the state which has received the process.
FIG. 3 is an explanatory view showing the forming process of the press working method according to the present invention, and schematically showing a state immediately before the both ends in the width direction of the metal plate are released from the wrinkle holding force application state. It is a longitudinal cross-sectional view.
FIG. 4 is an explanatory view showing a forming process of the press working method according to the present invention, and shows a state in which a wall portion of a metal plate is formed by a die shoulder located on the bottom side of the die. It is a schematic longitudinal cross-sectional view shown.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the die shoulder radius of the die and the curvature of the wall of the part.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the effect of reducing the warpage of the wall portion of the component by the bead.
FIG. 7 is a graph showing the dimensional accuracy of a metal plate part manufactured by the pressing method of the present invention in comparison with a conventional example.
FIG. 8A is a perspective view showing the shape of a metal plate part, and FIG. 8B is a front view.
9A and 9B are explanatory diagrams of a conventional press working method.
FIGS. 10A, 10B, and 10C are explanatory views of a press working method when a moving die is used.
[Explanation of symbols]
1 punch
2 dice
3 Wrinkle presser
4 Metal plate
5 First die shoulder (die shoulder on the mouth side)
6 Second die shoulder (bottom die shoulder)
7 Die face surface
8 Dies 2 flange facing surface
9
10 Direction of die movement
21 ridges
twenty two Groove
11 parts
12 Hat head
13 Wall
14 Flange
15 Die edge part
A Width of the first stage of
B Length of the first stage of
C Distance in the width direction between the inner walls on the bottom side of the
D Distance between the inner walls on the mouth side of the
H Molding direction spacing between first die shoulder and second die shoulder
Claims (1)
前記ダイスは、その内壁が底側より口側の方が広くなるように途中に段差が形成されているとともに、前記ダイスの口から底までの間の内壁にダイ肩部を少なくとも2段固定して設けておき、そのうちの最も口側に位置するものを第1のダイ肩部とし、第1のダイ肩部の次に口側に位置するものを第2のダイ肩部とし、
前記第1のダイ肩部は、しわ押さえの受け面とで金属板を挟圧するダイスの面であるダイフェース面に繋げてダイスの口側の内壁に固定して設けてある一方、前記第2のダイ肩部は、ダイスの底側の内壁段差部に固定して設けてあり、前記ダイスの底側の内壁段差部には、第2のダイ肩部に繋げてフランジ対向面が形成されて、このダイスのフランジ対向面は、成形過程以降において、前記第2のダイ肩部で金属板のダイエッジ部を成形するに際し、金属板のフランジ部をダイスのフランジ対向面の幅内に収納可能に形成されているうえに、前記ダイスのフランジ対向面には、凸条が設けてあり、ポンチのフランジ対向面には、凸条に対応する条溝が設けてあり、前記凸条と前記条溝により一対のビードが構成されている構造を有し、
先ず、前記金属板の幅方向両端部をダイフェース面としわ押さえの受け面で挟んでしわ押さえ力付与状態としてから前記金属板の幅方向中央部に前記ポンチを押し込んで成形を開始し、第1のダイ肩部により前記金属板の幅方向両端部に曲げと曲げ戻し加工を施しながら絞り成形を行い、その絞り成形途中または絞り成形終了後に、第2のダイ肩部により前記金属板の壁部の成形を開始し、
次いで、前記金属板の幅方向両端部がダイフェース面としわ押さえの受け面の間から離れてしわ押さえ力が付与されていない状態で、第2のダイ肩部で前記金属板のダイエッジ部を成形すると共に、前記ポンチのフランジ対向面および前記ダイスのフランジ対向面に設けたビードにより前記金属板を挟圧することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法。Using a processing tool equipped with punches, dies and wrinkle pressers, when performing press processing to form a metal plate into a cross-sectional hat shape,
The die has a step formed in the middle so that the inner wall of the die is wider on the mouth side than the bottom side, and at least two steps of the die shoulder are fixed to the inner wall between the mouth and the bottom of the die. The first die shoulder is the one located most on the mouth side, the second die shoulder is the one located on the mouth side next to the first die shoulder,
The first die shoulder portion is connected to a die face surface that is a surface of a die that sandwiches a metal plate with a receiving surface of a wrinkle presser and is fixed to an inner wall on the mouth side of the die, The die shoulder portion of the die is fixed to the inner wall step portion on the bottom side of the die, and the flange facing surface is formed on the inner wall step portion on the bottom side of the die so as to be connected to the second die shoulder portion. The flange-facing surface of the die can be accommodated within the width of the die-facing surface of the die when the die edge portion of the metal plate is formed by the second die shoulder after the molding process. In addition, the flange-facing surface of the die is provided with a protrusion, and the flange-facing surface of the punch is provided with a groove corresponding to the protrusion, and the protrusion and the groove And a pair of beads are configured.
First, both ends in the width direction of the metal plate are sandwiched between a die face surface and a receiving surface of a wrinkle holding force, and then a wrinkle holding force is applied. Drawing is performed while bending and bending back both ends in the width direction of the metal plate with one die shoulder, and during the drawing or after drawing, the wall of the metal plate is formed with the second die shoulder. Part molding started,
Next, in a state where both end portions in the width direction of the metal plate are separated from the die face surface and between the receiving surfaces of the wrinkle holding member and no wrinkle holding force is applied, the die edge portion of the metal plate is held by the second die shoulder A press working method excellent in shape freezing property, characterized in that the metal plate is clamped by a bead provided on the flange facing surface of the punch and the flange facing surface of the die while being molded.
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