JP4348259B2 - 形状凍結性に優れたプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は金属板のプレス成形装置及び方法に関するものであって、特に高強度鋼板やアルミニウム合金板などの場合に生ずるスプリングバックを防止して良好な形状凍結性を確保するためのプレス成形方法に関するものである。

近年、自動車部品に高強度鋼板やアルミニウム合金板が多様されつつあるが、それらを自動車部品に成形する際に発生する形状凍結不良が問題になっている。すなわち、ハット型断面形状の部品をＵ字型の曲げ加工用金型を用いて成形する場合には、スプリングバックと呼ばれる形状凍結不良が発生し、寸法精度が得られないことが問題となっている。この形状凍結不良は最終製品の外観品質を著しく損なうばかりでなく、成形後に行われる組立作業において溶接不良の原因となるため、特にメンバーやフレームなどの構造部品では形状凍結不良の防止が重要視されている。

曲げ加工で頻繁に観察される形状不良として知られているスプリングバックは、曲げ加工時に金型板に生じた残留応力が除荷時に弾性回復変形するために生ずる現象で、成形下死点での残留応力が板厚方向に不均一に分布することが原因である。一般に、プレス加工により曲げ成形した際に、型から開放すると金属板のスプリングバックにより、パンチの肩部に開きを生じる。この問題を解決するため、特許文献１には、曲げ肩部に成形方向とは逆方向に凹む凹状段部を同時に成形するプレス成形方法及び成形品が開示されている。これはスプリングバックに対抗する逆モーメントを発生させて釣り合わせ、ポンチ肩付近の角度の開きを防止するものである。
しかし、図１に示すようにスプリングバックは肩部１の角度変化だけではなく、材料強度が高くなると、壁部２が平面から曲率を持つ曲面に変形する「壁反り」といわれる現象も顕在化し、特許文献１に開示された発明では壁部の反りを防止することはできない。

特開平７−１８５６６３号公報

本発明は、プレス成形部品の肩部における角度の開きと壁部の反りを防止するプレス成形方法を提供することを目的とする。

係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）ハット型成形部品の成形において、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加し、ポンチを停止した後、しわ押さえ力を付加しないでポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻した後、戻した位置から下死点まで再びしわ押さえ力を付加しないで成形することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
（２）ハット型成形部品の成形において、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加せず、ポンチを停止させた後、しわ押さえ力を付加してポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻した後、戻した位置から下死点まで再びしわ押さえ力を付加して成形することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
（３）油圧プレス機又はサーボプレス機で成形することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の形状凍結に優れたプレス成形方法。

本発明により、寸法精度に優れる良好なハット型成形部品を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らはコの字型断面形状を有するハット型成形部品の肩部における角度の開きと壁部の反りを防止するプレス成形方法について検討し、それらの課題を解決できることを知見した。
従来のプレス成形方法では、図２に示すように、ポンチ３は成形下死点Ａまで停止せず（図2（ａ）→（ｂ））、成形下死点Ａに到達後（図2（ｂ））、しわ押さえ４とポンチ３を同時に離型していた（図2（ｃ））。本発明者らは、成形中にストロークを一旦停止し、一旦停止後にストロークとは逆方向にポンチを移動させ、再成形することで金属板のスプリングバックを少なくできることを知見した。さらに、一旦停止後にポンチを逆方向に移動させずに再成形することでも効果があることがわかった。また、成形下死点まで成形後にしわ押さえ力を付加したままポンチを戻すプレス成形方法についても検討を行った。

上記（１）に係る発明は、プレス加工中にポンチをストロークの途中で停止し、ポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻した後、戻した位置から下死点まで再びポンチを移動することを特徴としており、これによりスプリングバックを低減できるのは、ポンチを戻すことでポンチと製品との距離が大きくなり、製品とポンチが接触した際の慣性力がさらに大きくできるので、製品のポンチ底のたるみを減少させる効果が上がるためと考えられる。
さらに、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加し、その後しわ押さえ力を付加しないで成形することを特徴とする。
ポンチを停止後にしわ押さえ力を付与しないことで、成形下死点における製品のひずみと残留応力を低減できるため、スプリングバックを低減することができる。

上記（２）に係る発明は、上記（１）と同様、プレス加工中にポンチをストロークの途中で停止し、ポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻した後、戻した位置から下死点まで再びポンチを移動することを特徴としており、これによりスプリングバックを低減できるのは、ポンチを戻すことでポンチと製品との距離が大きくなり、製品とポンチが接触した際の慣性力がさらに大きくできるので、製品のポンチ底のたるみを減少させる効果が上がるためと考えられる。
さらに、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加せず、ポンチを再移動させた後から成形終了までしわ押さえ力を付加して成形することを特徴とする。
成形初期にしわ押さえ力を付加しないことでポンチ底のたるみを増大させ、ポンチを再移動する際にしわ押さえ力を付加することにより、パンチ底のたるみを防止することにより、スプリングバック低減を図ることができる。

上記（３）に係る発明は、上記（１）又は（２）において、油圧プレス機又はサーボプレス機で成形することを特徴とする。
本発明を実現するためには、ポンチの位置制御が不可欠であるので、それが可能な装置であれば特に限定することなく本発明を実施できるが、公知の油圧プレス機又はサーボプレス機で成形することが好ましい。

本発明例として、板厚１．２mmで、引張り強さ５９０MPa級の鋼板を用いてプレス型のプレス試験を行った。試験片幅は幅１００mm、長さ２８０mmとして、ポンチ幅７３mm、パンチ肩Ｒ５mm、ダイス幅８０mm、ダイ肩Ｒ5mm、片側の縦壁角度が５°傾斜した金型を用いて、成形高さを８０mmとしてハット成形試験を行った。本発明の効果について検討するため、初期ストローク１５mm、３０ｍｍでポンチを停止し、停止した位置から下死点まで再び移動させた。また、ポンチを停止位置から逆方向に５mm、１０ｍｍ戻した後、戻した位置から下死点まで再びポンチを移動する効果についても検討した。成形中とポンチを戻すときのしわ押さえ力は０ｋN（なし）、３００ｋNとして行った。比較例として、下死点までポンチを停止せずに下死点まで移動し、ダイ底とポンチ底で製品の板厚方向に圧縮力を付加する従来のプレス加工方法（決め押し）による成形試験を行った。

曲げ試験を行った試験片は三次元形状測定装置にてハット型の中央断面の形状を測定し、図１に示したように、ポンチ肩部の角度θ１とθ２、傾斜壁の反り曲率半径ρ１、縦壁の反り曲率ρ２及び開き幅Ｗを測定した。角度θ１、θ２はそれぞれ図において、天井部と左側の上側縦壁とのなす角、天井部と右側の上側縦壁とのなす角とする。各測定値より以下の式により、角度変化Δθ１[度]、Δθ２[度]、壁反り１／ρ１[１／mm]、壁反り１／ρ２[１／mm]、開き幅ΔＷ [mm]の評価値とした。
Δθ１＝θ１−９５°
Δθ２＝θ２−９０°
ΔＷ＝Ｗ−８０

実施例２として、上記本発明例と同一の鋼種、試験片サイズ、プレス金型を用いて成形試験を行った。本発明の効果について検討するため、ポンチが下死点に到達後、ポンチを逆方向に戻した後、成形試験を終了させた。成形中とポンチを戻すときのしわ押さえ力は３００ｋNとした。
曲げ試験を行った試験片は上記と同一の測定により評価した。

実施例３として、上記本発明例と同一の鋼種、試験片サイズ、プレス金型を用いて成形試験を行った。本発明の効果について検討するため、ポンチが下死点に到達後、ポンチを逆方向に３０、５０、７０mm戻した後、戻した位置から下死点まで再びポンチを移動させた。成形中とポンチを戻すときのしわ押さえ力は３００ｋNとした。
曲げ試験を行った試験片は上記と同一の測定により、評価した。

上記実施例１〜３の測定結果を表１〜３に示す。終期のしわ押さえ力は、ポンチを戻した後に、成形下死点まで成形する際に付加したしわ押さえ力を示し、開き幅に対する効果は、それぞれの比較例を基準とみなし、開き幅を６ｍｍ以上低減できたものを◎、５ｍｍ以上のものに○、４ｍｍ以上に△として評価した。
本発明により、決め押しをしなくても比較例より寸法精度が向上し、しわ押さえ力を付与すると更に良好な寸法精度に優れるハット型成形部品を得ることができた。

角度変化、壁反り、開き幅を測定する試験片の断面図を示す。 従来のプレス加工方法の概念図であり、 （ａ）成形前、（ｂ）成形下死点、（ｃ）パンチ、しわ押さえ離型、（ｄ）スプリングバック後の製品形状、を示す。 本発明のプレス加工方法の概念図であり、 （ａ）成形前、（ｂ）ポンチ停止、（ｃ）ポンチ戻し、（ｄ）スプリングバック後の製品形状、（ｅ）成形下死点、（ｆ）パンチ、しわ押さえ離型、（ｇ）スプリングバック後の製品形状、を示す。 本発明のプレス加工方法の概念図であり、 （ａ）成形前、（ｂ）成形下死点、（ｃ）ポンチ戻し、（ｄ）成形下死点、（ｆ）パンチ、しわ押さえ離型、（ｇ）スプリングバック後の製品形状、を示す。

符号の説明

１ 肩部
２ 壁部
３ ポンチ
４ しわ押さえ
５ 製品
６ ダイ
Ａ 成形下死点

Claims (3)

1. ハット型成形部品の成形において、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加し、ポンチを停止した後、しわ押さえ力を付加しないでポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻し、戻した位置から下死点まで再びしわ押さえ力を付加しないで成形することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
2. ハット型成形部品の成形において、成形初期からポンチをストロークの途中で停止するまでしわ押さえ力を付加せず、ポンチを停止させた後、しわ押さえ力を付加してポンチを停止位置から逆方向に途中まで戻し、戻した位置から下死点まで再びしわ押さえ力を付加して成形することを特徴とする形状凍結性に優れたプレス成形方法。
3. 油圧プレス機又はサーボプレス機で成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の形状凍結に優れたプレス成形方法。

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