JP4483933B2 - プレス成形方法およびプレス成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車ボディを形成するパネル部品等の比較的複雑な曲面形状を有する製品の絞り加工による成形に際して好適に用いられるプレス成形方法およびプレス成形装置に関する。
例えば自動車ボディを形成するパネル部品等の製造に際し、プレス成形としての絞り加工(深絞り加工)が行われている。一般に、絞り加工には、ポンチ等と呼ばれる凸型や、この凸型に相対向するように設けられダイス等と呼ばれる凹型や、この凹型とともに素材を挟み込むクッション等と呼ばれるシワ押えを備える成形装置が用いられる。かかる装置により、金属板等の平板状の素材(ブランク)が所定形状に成形される。すなわち、絞り加工に際しては、ブランクの周縁部がシワ押え面によって挟持された状態で、凸型と凹型とが相対的に近付くことで、これらの型間においてブランクがプレスされることによって絞り成形される。この絞り加工による成形過程においては、凸型と凹型とが近付くことによる素材の成形面形状に沿う塑性変形にともなって、素材がそのシワ押えされる部分等から所定の方向に流入することとなる。
こうした絞り加工における一般的な問題として、素材の割れ(破断)がある。絞り加工における素材の割れは、素材の絞り深さや成形過程における素材の流入等が関係する。このような絞り加工における素材の割れを防止するための技術として、例えば特許文献1に記載されているものがある。特許文献1には、素材(材料)を挟持するためのシワ押え面の角度(押え角)を、素材が流入しやすくなる方向に所定の角度で傾斜させる方法が開示されている。
確かに、特許文献1に記載されている技術(以下「従来技術」という。)によれば、素材の流入(送り)がスムーズとなり、絞り加工に際しての素材の割れが防止されると考えられる。しかし、従来技術においては、次のような不具合がある。
すなわち、絞り加工による成形品には、例えば自動車ボディを形成するパネル部品のように、比較的複雑な曲面形状を有するもの(以下「複雑形状品」という。)がある。こうした複雑形状品の絞り加工による成形に際しては、成形品が非対称な形状を有すこと等により、素材についての成形量(絞り深さ)が部分的に異なること(不均一)となる。
したがって、複雑形状品の成形に際して従来技術が適用される場合、素材の押え角について、シワ押え部分のうち成形量の比較的多い部分についての傾斜角度がより大きく設定されることとなる。しかし、部分的に大きく設定された押え角の傾斜角度が大き過ぎる場合、シワ押え荷重が不十分となる。シワ押え荷重が不十分であることは、絞り加工におけるシワの発生原因となってしまう。
また、絞り加工の成形品には、素材におけるシワ押えされる部分の一部がフランジ等として製品の一部となるものがある。このような成形品についての絞り加工に際しては、製品形状による制約から、従来技術の適用が困難となる場合がある。
つまり、成形品が比較的単純な形状を有するものであって、絞り加工による成形に際して素材がシワ押え部分の全周側から流入するような場合においては、従来技術による効果が得られると考えられる。しかし、成形品が複雑形状品である場合や、素材におけるシワ押えされる部分が製品の一部として用いられる場合には、従来技術の適用が難しい。
特開昭62−142033号公報
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、成形品が、比較的複雑な曲面形状を有することから、絞り加工による成形に際しての素材の成形量(絞り深さ)が均一でないものである場合に、素材の割れやシワに対して有利であり、成形の安定性の向上を図ることができるプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することにある。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項1においては、板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形方法であって、前記シワ押えとして、前記素材における前記シワ押えを受ける部分のうち、前記所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対する前記シワ押えである第一のシワ押えと、前記シワ押えを受ける部分のうち、前記絞り深さが比較的浅い側の部分に対する前記シワ押えである第二のシワ押えと、を順に行い、前記第一のシワ押えと前記第二のシワ押えとの間に、前記素材における前記第二のシワ押えを受ける側の部分が、前記第一のシワ押えを受けた部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、前記第二のシワ押えを行うための前記シワ押え面を、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応させて傾斜させ、前記第二のシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されるものである。
請求項2においては、請求項1に記載のプレス成形方法において、前記呼び込みを、前記第二のシワ押えを行うための前記シワ押え面の近接動作を用いて行うものである。
請求項3においては、板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形装置であって、前記素材における前記シワ押えを受ける部分のうち、前記所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対する前記シワ押えを行う第一のシワ押え部と、前記シワ押えを受ける部分のうち、前記絞り深さが比較的浅い側の部分に対する前記シワ押えを行う第二のシワ押え部と、を備え、前記シワ押えに際して、前記第一のシワ押え部によって前記シワ押えを行った後、前記第二のシワ押え部によって前記シワ押えを行い、前記第二のシワ押え部による前記シワ押えに際して、前記シワ押え面の近接動作により、前記素材における前記第二のシワ押え部によって前記シワ押えを行う側の部分が、前記第一のシワ押え部によって前記シワ押えを行った部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、前記第二のシワ押え部の前記シワ押え面が、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応して傾斜しており、前記第二のシワ押え部によるシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されるものである。
請求項4においては、板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形装置であって、固定型と、前記固定型に対して対向した状態で近接離間方向に移動可能に設けられる可動型と、前記固定型の周囲にて前記近接離間方向に移動可能に設けられ、前記可動型とともに前記シワ押えを行う型部材である第一のクッションおよび第二のクッションと、を備え、前記可動型は、前記シワ押え面として、前記第一のクッションとともに前記シワ押えを行う第一のシワ押え面と、該第一のシワ押え面よりも絞り方向側に設けられ前記第二のクッションとともに前記シワ押えを行う第二のシワ押え面と、を有し、前記可動型の前記固定型に対する近接移動にともない、前記可動型と前記第一のクッションとによる前記シワ押えである第一のシワ押えと、前記可動型と前記第二のクッションとによる前記シワ押えである第二のシワ押えと、を順に行い、前記第一のシワ押えと前記第二のシワ押えとの間に、前記素材における前記第二のシワ押えを行う側の部分が、前記第一のシワ押えを行った部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、前記第二のクッションが有する前記シワ押え面および前記第二のシワ押え面が、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応して傾斜しており、前記第二のシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されることを特徴とするプレス成形装置。
ものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、成形品が、比較的複雑な曲面形状を有することから、絞り加工による成形に際しての素材の成形量(絞り深さ)が均一でないものである場合に、素材の割れやシワに対して有利であり、成形の安定性の向上を図ることができる。
本発明は、板状の素材(ブランク)が比較的複雑な曲面形状を有する所定形状に絞り成形されるプレス成形において、ポンチ等が素材に作用する絞り加工の前における素材のシワ押えに際して、前記所定形状が非対称であること等に基づくブランクからの成形量(絞り深さ)の差から、素材が部分ごとに異なるタイミングで二段階にシワ押えされるものである。そして、先のシワ押えが行われた状態の素材に対して、後のシワ押えに際して変形が付与される。
具体的には、後のシワ押えが行われるに際して、先のシワ押えが行われた時点で平板状である素材が、後のシワ押えが行われる側の部分から、先のシワ押えによりシワ押えされた部分に対して絞り方向側に変形させられる。ここで素材に付与される変形には、折曲げ変形(塑性変形)および弾性変形が含まれる。これにより、二段階にわたる素材のシワ押えが完了した時点において、素材における、先のシワ押えによりシワ押えされた部分以外の部分が、絞り方向側に呼び込まれた状態となる。
すなわち、図1に示すように、本実施形態のプレス成形装置においては、ポンチ1に対して設けられる上型2とともに素材50を挟み込むことでシワ押えするクッションとして、クッションストロークの異なる二種類のクッション(外側クッション3および内側クッション4)が備えられる。
そして、上型2のポンチ1に対する近接移動にともない、クッションストロークの長い方のクッションである外側クッション3により、平板状の素材50の一側(図1において右側)縁部に対する先のシワ押えが行われる。次に、素材50をシワ押えした状態の上型2および外側クッション3の下降にともない、クッションストロークの短い方のクッションである内側クッション4により、素材50の他側(図1において左側)縁部に対する後のシワ押えが行われる。
内側クッション4による後のシワ押えに際しては、外側クッション3による先のシワ押えが行われた時点から、内側クッション4によって素材50が挟み込まれるまでの過程において、内側クッション4の上型2に対する相対的な近接により、平板状の素材50が、外側クッション3により挟み込まれている部分から、ポンチ1による絞り方向側(図1において上側)に変形させられる。
これにより、外側クッション3および内側クッション4によって素材50のシワ押えが完了した時点において、素材50における、外側クッション3によりシワ押えされた部分以外の部分が、絞り方向側に呼び込まれた状態となる。かかる状態から、下型2が外側クッション3および内側クッション4とともに下死点まで下降することで、素材50が所定形状に絞り加工される。
以下、本発明に係るプレス成形方法およびプレス成形装置の実施形態について具体的に説明する。
本実施形態に係るプレス成形装置の構成について、図1および図2を用いて説明する。図1は本実施形態に係るプレス成形装置の構成を示す断面図である。図2は本実施形態に係るプレス成形装置の上型を省略した状態(ダイフェース)を示す平面図である。なお、図1は図2におけるA−A部分断面図に対応する。
本実施形態では、プレス成形による成形品から得られる製品を、自動車ボディを構成するパネル部品であるホイールハウスアウタとする。ホイールハウスアウタは、自動車ボディにおいて、車体に取り付けられた状態のタイヤが回転するために確保される空間としてのホイールハウスを形成する部品である。
そして、本実施形態に係るプレス成形装置(以下「本装置」という。)は、図2に示すように、自動車ボディにおいて左右で対応する一対のホイールハウスアウタについての成形品を一度のプレスにより同時に成形するための構成を備える。
また、以下の説明では、図1における上下方向を、本装置における上下方向とする。
図1および図2に示すように、本装置は、板状の素材50をホイールハウスアウタの製品部分を含む所定形状に絞り成形する。そして、本装置は、かかる絞り成形に際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって素材50の一部を両面側から挟み込むシワ押え(以下単に「シワ押え」という。)を行う。
本装置は、固定型としてのポンチ1と、可動型としての上型2とを備える。
ポンチ1は、本装置が有する下型5に設けられる。下型5は、本装置が有するボルスタ6に対して位置決め固定された状態で設けられる。ボルスタ6は、下型5を支持固定するための略水平面である下型支持面6aを有する。なお、下型5には、運搬用のフック5aが設けられている。
ポンチ1は、下型5における所定の位置において、素材50の絞り加工に際して素材50の下面側から押圧作用する凸型として形成される。ポンチ1は、その先端側に、凸面部として形成される成形面(以下「下側成形面」という。)1aを有する。ポンチ1は、下型5において、素材50を、ホイールハウスアウタの製品部分を含む所定形状の成形品に絞り加工するための一体の型部分として設けられる。ホイールハウスアウタは、ポンチ1によって形成される部分として、略円弧形状の部分を有する。したがって、本実施形態では、ポンチ1は、図2に示すように、平面視で略円弧形状を有する突条部分として形成される。
上型2は、本装置が有するスライドプレート7に対して位置決め固定された状態で設けられる。スライドプレート7は、ボルスタ6に対して図示せぬ駆動手段により近接離間方向(上下方向)に移動可能に設けられる。すなわち、上型2は、スライドプレート7に設けられることにより、ボルスタ6に設けられるポンチ1(下型5)に対して近接離間方向(上下方向)に移動可能に設けられる可動型として構成される。なお、以下の説明においては、上型2のポンチ1に対する近接離間方向を「上下方向」ともいう。
上型2は、ポンチ1に対応する位置に、凹面部として形成される成形面(以下「上側成形面」という。)2aを有する。上側成形面2aは、下側成形面1aに沿う形状を有する。つまり、上型2は、素材50の絞り加工に際して、ポンチ1により下面側から押し込まれる素材50を、素材50の上面側にて受け入れる凹型として形成される。
また、本装置は、ポンチ1の周囲にて上下方向に移動可能に設けられ、上型2とともにシワ押えを行う型部材である第一のクッションおよび第二のクッションを備える。
すなわち、本装置は、下型5側においてポンチ1の周囲を取り囲むように設けられるクッション(シワ押え)として、ポンチ1の平面視形状である略円弧形状の外側に位置する外側クッション3(第一のシワ押え)と、同じく略円弧形状の内側に位置する内側クッション4(第二のシワ押え)とを備える。
ここで、本装置においては、前記のとおり一対のホイールハウスアウタについての成形品を一度のプレスにより同時に成形するための構成が備えられることから、左右各成形品の成形に用いられる外側クッション3が、一体の(共通の)型部材8として構成される。
すなわち、一対のホイールハウスアウタについての各成形品の成形に用いられるポンチ1は、いずれも略円弧形状を有し、これら二つのポンチ1が、共通の下型5において、それぞれの略円弧形状外側が対向するように設けられる。つまり、図2に示すように、平面視で略円弧形状となる各ポンチ1が、その略円弧形状の外側を互いに対向させた状態で、略対称(図2において略左右対称)となるように、下型5において形成される。したがって、前記のとおり各ポンチ1の略円弧形状の外側に位置する外側クッション3は、両ポンチ1間に位置することとなる。そして、各ポンチ1に対して設けられる外側クッション3を構成する型部材が、両ポンチ1間にて一体の(共通の)型部材8として構成される。
これに対して、各ポンチ1に対して設けられる内側クッション4は、図2に示すように、本装置において両外側(図2において左右外側)に位置し、これらは別体の(独立した)型部材として構成される。
外側クッション3は、上型2に対向する面部となる上面部に、シワ押え面(以下「第一下側シワ押え面」という。)11を有する。第一下側シワ押え面11は、本実施形態では、略水平面として形成される(図1参照)。外側クッション3は、第一下側シワ押え面11により、上型2とともに素材50における所定の周縁部分をシワ押えする。したがって、上型2においては、第一下側シワ押え面11とともに素材50のシワ押えを行うシワ押え面(以下「第一上側シワ押え面」という。)21が設けられる。第一上側シワ押え面21は、上型2が有する上側成形面2aの縁端に対して連続する略水平面として形成される。つまり、素材50において外側クッション3と上型2とによりシワ押えされた部分は、第一下側シワ押え面11と、第一上側シワ押え面21とにより挟み込まれた状態となる。
外側クッション3は、ポンチ1を含む下型5に対して嵌め込まれた状態で上下方向に移動可能に設けられる。外側クッション3は、クッションピン9により、上下方向に移動可能に設けられる。クッションピン9は、外側クッション3を下面側(第一下側シワ押え面11と反対側)から支持する棒状の部材である。
クッションピン9は、ボルスタ6の下型支持面6aから上方に突出した状態で上下方向に移動可能に設けられる。クッションピン9は、下型支持面6aの下方において油圧シリンダ等により構成される緩衝機構(図示略)により、上下方向に移動可能に支持される。
そして、クッションピン9は、上型2の下降にともなって上型2とともに素材50をシワ押えした状態で下降する外側クッション3に対して、所定のクッション荷重を付与する。つまり、クッションピン9により移動可能に支持される外側クッション3は、上型2の下降にともなって上型2とともに素材50をシワ押えした状態となる位置から、成形が完了する位置である所定の下死点に達するまで、クッションピン9から所定のクッション荷重を受ける。
クッションピン9は、外側クッション3を構成する型部材8に対して所定の間隔(密度)で複数配置される(図2参照)。
なお、下型支持面6a上に設けられる下型5には、クッションピン9の下型支持面6aからの突出および上下方向の移動を許容するための孔部5bが設けられている。
また、外側クッション3は、前記のとおり嵌め込まれた状態となるポンチ1を含む下型5に対して摺動可能に設けられる。具体的には、外側クッション3は、下型5に対する境界面部(壁面)に、スライドプレート13aを有する。一方、下型5においては、外側クッション3に対する境界面部(壁面)に、外側クッション3が有するスライドプレート13aに係合するスライダ13bが設けられる。つまり、下型5が有するスライダ13bは、外側クッション3が有するスライドプレート13aに対応するように設けられる。かかる構成により、外側クッション3は、下型5に対して、スライドプレート13aおよびスライダ13bを介して摺動する。
図2に示すように、外側クッション3と下型5との係合部分となるスライドプレート13aとスライダ13bとの係合部は、外側クッション3と下型5との境界部分において適宜の間隔で複数設けられる。
内側クッション4は、上型2に対向する面部となる上面部に、シワ押え面(以下「第二下側シワ押え面」という。)12を有する。第二下側シワ押え面12は、本実施形態では、ポンチ1側に下る傾斜面として形成される(図1参照)。内側クッション4は、第二下側シワ押え面12により、上型2とともに素材50における所定の周縁部分をシワ押えする。したがって、上型2においては、第二下側シワ押え面12とともに素材50のシワ押えを行うシワ押え面(以下「第二上側シワ押え面」という。)22が設けられる。第二上側シワ押え面22は、上型2が有する上側成形面2aの縁端に対して連続する、第二下側シワ押え面12と平行な傾斜面として形成される。つまり、素材50において内側クッション4と上型2とによりシワ押えされた部分は、第二下側シワ押え面12と、第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれた状態となる。
また、上型2が有する第二上側シワ押え面22は、同じく上型2が有する第一上側シワ押え面21に対して、絞り方向側に位置する。つまり、上型2は、内側クッション4とのシワ押えに際して、外側クッション3とのシワ押えにおいて第一上側シワ押え面21と第一下側シワ押え面11とにより素材50を挟み込む位置に対して、絞り方向側の位置にて、第二上側シワ押え面22と第二下側シワ押え面12とにより素材を挟み込むこととなる。
なお、本装置において、絞り方向側とは、上側(図1において上側)に対応する。つまり、「絞り方向」とは、素材50の絞り加工に際して、ポンチ1が素材50に対して作用する方向、言い換えるとポンチ1の上型2に対する相対的な近接方向に対応する。
このように、上型2は、シワ押え面として、外側クッション3とともにシワ押えを行う第一のシワ押え面としての第一上側シワ押え面21と、この第一上側シワ押え面21よりも絞り方向側に設けられ内側クッション4とともにシワ押えを行う第二のシワ押え面としての第二上側シワ押え面22とを有する。
内側クッション4は、外側クッション3と同様に、ポンチ1を含む下型5に対して嵌め込まれた状態で上下方向に移動可能に設けられる。内側クッション4は、クッションシリンダ10により、上下方向に移動可能に設けられる。クッションシリンダ10は、内側クッション4を下面側(第二下側シワ押え面12と反対側)から支持するシリンダ機構である。
クッションシリンダ10は、シリンダ部10aと、このシリンダ部10aに対して一端側から突出した状態で摺動可能に内装されるロッド部10bとを有する。クッションシリンダ10は、ロッド部10bのシリンダ部10aに対する摺動により伸縮する。そして、クッションシリンダ10は、ロッド部10bの先端側にて内側クッション4を支持する。つまり、クッションシリンダ10は、シリンダ部10a側が下側となる姿勢で、ボルスタ6の下型支持面6a上に設けられる。ここで、クッションシリンダ10は、下型支持面6aに対して、基部10cを介して設けられる。クッションシリンダ10としては、シリンダ部10aの内部に窒素ガスが密封されたタンカシリンダや油圧シリンダ等が用いられる。
そして、クッションシリンダ10は、上型2の下降にともなって上型2とともに素材50をシワ押えした状態で下降する内側クッション4に対して、所定のクッション荷重を付与する。つまり、クッションシリンダ10により移動可能に支持される内側クッション4は、上型2の下降にともなって上型2とともに素材50をシワ押えした状態となる位置から、成形が完了する位置である所定の下死点に達するまで、クッションシリンダ10から所定のクッション荷重を受ける。
クッションシリンダ10は、内側クッション4に対して所定の間隔(密度)で複数配置される(図2参照)。
なお、下型支持面6a上に設けられる下型5には、クッションシリンダ10の下型支持面6a上における立設および上下方向の伸縮を許容するための孔部5cが設けられている。
また、内側クッション4は、外側クッション3と同様にして、前記のとおり嵌め込まれた状態となるポンチ1を含む下型5に対して摺動可能に設けられる。すなわち、内側クッション4は、下型5に対する境界面部(壁面)に、スライドプレート14aを有する。一方、下型5は、内側クッション4に対する境界面部(壁面)に、スライドプレート14aに対応するように設けられるスライダ14bを有する。かかる構成により、内側クッション4は、下型5に対して、スライドプレート14aおよびスライダ14bを介して摺動する。
なお、内側クッション4と下型5との係合部分となるスライドプレート14aおよびスライダ14bは、内側クッション4と下型5との境界部分において適宜の間隔で複数設けられる(図2参照)。
外側クッション3および内側クッション4は、互いに異なるクッションストロークを有する。
すなわち、前述したように、上型2が有するシワ押え面のうち、内側クッション4に対応する第二上側シワ押え面22は、外側クッション3に対応する第一上側シワ押え面21よりも絞り方向側に位置するように設けられる。そして、本装置によるプレス成形に際しては、平板状の素材50が、外側クッション3および内側クッション4の両クッションのシワ押え面、つまり第一下側シワ押え面11および第二下側シワ押え面12に対して、略水平となるように載置された状態でセットされる。つまり、素材50の外縁部における一側(図1において右側)が、第一下側シワ押え面11により支持された状態となり、同じく外縁部における他側(図1において左側)が、第二下側シワ押え面12により支持された状態となる。したがって、素材50を支持した状態の外側クッション3および内側クッション4は、支持する素材50が略水平となるように、それぞれのシワ押え面を略同じ高さ位置とした状態で、上型2の下降を待機する態様となる。
したがって、外側クッション3および内側クッション4に対して略水平状態でセットされている素材50は、上型2の下降にともない、先に、第一下側シワ押え面11と第一上側シワ押え面21とにより挟み込まれ、外側クッション3と上型2とによってシワ押えされる。そして、外側クッション3と上型2とによってシワ押えされた状態の素材50は、次に、第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれ、内側クッション4と上型2とによってシワ押えされる。その後、上型2と外側クッション3および内側クッション4とによって素材50のシワ押えがなされた状態で、上型2が、外側クッション3および内側クッション4とともに、成形が完了する位置である所定の下死点に達する。
このように、外側クッション3および内側クッション4それぞれについて、上型2とともに素材50をシワ押えした高さ位置から、上型2とともに下死点に達するまでの下降移動範囲が、各クッションについてのクッションストロークとなる。言い換えると、外側クッション3および内側クッション4の、各クッションが受けるクッション荷重に対応するシワ押え荷重を素材50に対して付与した状態での下降移動範囲が、各クッションについてのクッションストロークとなる。
したがって、前記のとおり上型2とともに先にシワ押えする外側クッション3のクッションストロークが、上型2とともに後にシワ押えする内側クッション4のそれよりも長くなる。
以上の構成を備える本装置は、素材50のシワ押えに際し、上型2のポンチ1に対する近接移動にともない、上型2と外側クッション3とによるシワ押えである第一のシワ押えと、上型2と内側クッション4とによるシワ押えである第二のシワ押えとを順に行う。そして、本装置は、第一のシワ押えと第二のシワ押えとの間に、素材50を絞り方向側に変形させる呼び込みを行う。
本実施形態におけるプレス成形について、図3〜図5を加えて具体的に説明する。図3は本実施形態のプレス成形におけるシワ押え工程を示す図である。図3(a)は第一のシワ押え(先のシワ押え)を示す図、同図(b)は第二のシワ押え(後のシワ押え)を示す図である。図4は本実施形態のプレス成形における絞り工程を示す図である。図4(a)は絞り工程における成形途中を示す図、同図(b)は絞り工程における成形完了状態を示す図である。図5はシワ押えされた状態の素材についてのシミュレーション画像を示す図である。図5(a)は第一のシワ押え(先のシワ押え)を受けた状態の素材を示す図、同図(b)は第二のシワ押え(後のシワ押え)を受けた状態の素材を示す図である。
本実施形態のプレス成形に際し、本装置においては、例えば図1に示すように、上型2、外側クッション3、および内側クッション4が、所定の高さ位置に待機した状態(以下、本装置について「待機状態」という。)となる。この本装置の待機状態においては、上型2が、ポンチ1に対して離間した状態となる所定の高さ位置に位置することで、ポンチ1と上型2との型開き状態が形成される。また、同じく待機状態においては、外側クッション3および内側クッション4は、ポンチ1に対して、それぞれのシワ押え面(第一下側シワ押え面11および第二下側シワ押え面12)が、下側成形面1aの先端(上端)よりも高くなるような高さ位置に位置する。
そして、例えば図1に示すような本装置の待機状態において、プレス成形の対象となる素材50がセットされる。素材50は、前述のとおり、外側クッション3および内側クッション4により、第一下側シワ押え面11および第二下側シワ押え面12に対して、略水平となるように載置された状態でセットされる。セットされた状態の素材50は、前述した待機状態における外側クッション3および内側クッション4の高さ位置から、下方においてポンチ1との間に所定の間隔を隔てた状態となる。つまり、素材50は、ポンチ1よりも高い位置において略水平状態でセットされる。
このようにしてセットされる素材50は、図2において二点鎖線で示すように、ホイールハウスアウタの形状に対応して比較的複雑な板面形状を有する。
図1に示すような本装置の待機状態から、素材50のシワ押え工程が行われる。
素材50のシワ押えに際しては、まず、本装置の待機状態から、第一のシワ押えが行われる。
すなわち、図3(a)に示すように、上型2の下降、つまり上型2のポンチ1に対する近接移動にともない、第二上側シワ押え面22によりも下側に位置する第一上側シワ押え面21が、略水平状態でセットされている素材50の位置まで先に到達する。
そして、第一下側シワ押え面11に沿うように略水平面状態にセットされている素材50が、上型2の下降にともなって、第一下側シワ押え面11と第一上側シワ押え面21とにより挟み込まれる。これにより、第一のシワ押えが完了した状態となる。以下では、素材50について、第一のシワ押えを受けた状態を「一次ブランクホールド状態」という。
図5(a)に示すように、一次ブランクホールド状態の素材50においては、その外縁部分における外側(ポンチ1の略円弧形状に対する外側)の所定の範囲(一点鎖線で示す矢印範囲A1参照)が、シワ押えされた状態となる。つまり、一次ブランクホールド状態の素材50においては、第一のシワ押えが行われた部分として、第一下側シワ押え面11と第一上側シワ押え面21とによって掴まれた部分となる挟持部分51が存在する。
一方、同じく図5(a)に示すように、一次ブランクホールド状態の素材50においては、その外縁部分における内側(ポンチ1の略円弧形状に対する内側)の所定の範囲(二点鎖線で示す矢印範囲A2参照)は、シワ押えされてない状態のままとなる。つまり、一次ブランクホールド状態の素材50においては、その外縁部分における挟持部分51以外の部分は、第二のシワ押えによって、第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより掴まれる部分となる。
次に、本装置における一次ブランクホールド状態から、第二のシワ押えが行われる。
すなわち、図3(b)に示すように、上型2の下降、つまり外側クッション3とともに素材50をシワ押えした状態の上型2のポンチ1に対する近接移動にともない、第一上側シワ押え面21よりも上側に位置する第二上側シワ押え面22が、一次ブランクホールド状態の素材50の位置まで到達する。
この際、一次ブランクホールド状態において略水平状態(平坦な状態)であった素材50は、その一部が第二下側シワ押え面12に支持された状態で、上型2および外側クッション3の下降によって挟持部分51が下降することにより、第二下側シワ押え面12に支持された側が絞り方向側となるように変形させられる。つまり、上型2と外側クッション3とにより挟み込まれた素材50の挟持部分51からの下降が、内側クッション4により妨げられ、その内側クッション4の第二下側シワ押え面12により支持されている側が、挟持部分51から絞り方向側に変形させられる。
このように一次ブランクホールド状態において略水平状態の素材50が第二のシワ押えに際して変形させられる工程が、本装置における呼び込みに対応する。なお、呼び込みによって素材50に付与される変形には、折曲げ変形(塑性変形)および弾性変形が含まれる。
そして、呼び込みによって変形させられた素材50が、上型2の下降にともなって、第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれる。これにより、第二のシワ押えが完了した状態、つまり素材50についてのシワ押えが完了した状態となる。以下では、かかる素材50のシワ押えが完了した状態を「ブランクホールド完了状態」という。
ブランクホールド完了状態の素材50においては、その外縁部分における内側(ポンチ1の略円弧形状に対する内側)の所定の範囲(図5(a)において二点鎖線で示す矢印範囲A2参照)が、シワ押えされた状態となる。つまり、図5(b)に示すように、ブランクホールド完了状態の素材50においては、第二のシワ押えが行われた部分として、第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とによって掴まれた部分52が存在する。
したがって、図5(b)に示すように、ブランクホールド完了状態の素材50においては、その外縁部分の全範囲(一点鎖線で示す矢印範囲A3参照)が、シワ押えされた状態となる。
このように、本装置は、第一のシワ押えと第二のシワ押えとの間に行う呼び込みとして、素材50における第二のシワ押えを行う側の部分が、素材50における第一のシワ押えを行った部分である挟持部分51に対して絞り方向側に位置するように、素材50を変形させる。言い換えると、本装置における呼び込みは、素材50における挟持部分51よりも第二のシワ押えを行う側の部分が、挟持部分51に対して絞り方向側となるように、素材50を変形させるものである。
すなわち、図3(a)に示すように、一次ブランクホールド状態において略水平状態であった素材50が、同図(b)に示すように、ブランクホールド完了状態となるまでに行われる呼び込みによって変形させられる。これにより、素材50の一部(図3において挟持部分51よりも左側の部分)が、挟持部分51に対して絞り方向側へ呼び込まれる(矢印B1参照)。
シワ押え工程が行われた後に、絞り工程が行われる。
すなわち、図4(a
)に示すように、外側クッション3および内側クッション4とともに素材50をシワ押えした状態の上型2が、そのシワ押えした状態で外側クッション3および内側クッション4とともに下降することにより、素材50に対してポンチ1が作用する。つまり、ブランクホールド完了状態の素材50の下降にともない、素材50が、その下側からポンチ1の作用を受け、下側成形面1aの形状に沿うように絞り加工される。
ここで、本実施形態では、素材50の絞り加工に際し、ポンチ1が作用することにともない、素材50においては、第二のシワ押えを受けた部分、つまり第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟まれた部分が、ポンチ1側へと流入する。すなわち、本実施形態では、絞り加工にともなう素材50の流入について、素材50における第一のシワ押えを受けた部分、つまり第一下側シワ押え面11と第一上側シワ押え面21とにより挟まれた挟持部分51からの流入はなく、第二のシワ押えを受けた部分側からのみ流入する。
したがって、本装置においては、外側クッション3および内側クッション4それぞれからの素材50に対するシワ押え荷重が BR>Aブランクホールド完了状態からの素材50の絞り加工に際して、第二のシワ押えを受けた部分側からのみ素材50が流入し、第一のシワ押えを受けた挟持部分51からは流入しないような大きさとなるように、クッションピン9およびクッションシリンダ10それぞれについてのクッション荷重が設定される。
すなわち、クッションピン9についてのクッション荷重は、外側クッション3から素材50に対するシワ押え荷重が素材50の絞り加工に際してのポンチ1側への流入を許容することのない程度の大きさとなるように設定される。
また、クッションシリンダ10についてのクッション荷重は、内側クッション4から素材50に対するシワ押え荷重が素材50の絞り成形に際してのポンチ1側への流入を許容するとともに、素材50が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定される。
そして、素材50の絞り工程において、上型2の下降が進み、図4(b)に示すように、上型2が外側クッション3および内側クッション4とともに下死点に達することで、素材50の絞り工程が完了し、素材50のプレス成形が完了する。つまり、素材50が、下側成形面1aと上側成形面2aとにより挟み込まれることで、シワ押えされた部分である挟持部分51を含み、ホイールハウスアウタの製品部分を含む所定形状に成形される。
なお、本装置では、図4(b)に示す素材50の成形完了状態において、第二のシワ押えによって第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより掴まれていた部分は、ポンチ1側に流入し切った状態(掴まれていない状態)となる。
そして、素材50のプレス成形が完了した後、ポンチ1と上型2とが型開き状態となり、所定形状となった成形品としての素材50が取り出される。
以上のようにして本装置により得られる成形品については、不要な部分、つまり成形品におけるホイールハウスアウタの製品部分以外の部分が切除される。
具体的には、本装置により得られる成形品については、図4(b)において矢印範囲C1で示す範囲が、成形品におけるホイールハウスアウタについての製品部分の範囲となる。すなわち、本装置により得られた成形品(成形された素材50)において、上型2と外側クッション3とによりシワ押えされていた部分(挟持部分51)における縁端側(図4において右端側)、および下側成形面1aと上側成形面2aとにより挟み込まれていた部分における縁端側(図4において左端側)のそれぞれにおける所定の範囲の部分が切除される。これにより、本装置による成形品から、ホイールハウスアウタについての製品部分が得られる。
したがって、本装置により得られた成形品については、上型2と外側クッション3とによりシワ押えされていた部分(挟持部分51)の一部(図4(b)矢印範囲C2参照)が、製品の一部として用いられる。かかる部分は、実際にはホイールハウスアウタにおけるフランジ部として用いられる。
このように、ホイールハウスアウタのプレス成形に際しては、素材50において製品部分の一部をシワ押えされる部分として用いるとともに、この製品部分を含む部分についてのシワ押えされた部分からは絞り加工に際して素材50を流入させない成形方法が用いられている。かかる成形方法は、ホイールハウスアウタのプレス成形における製品精度確保の観点に基づくものである。
このようにして本装置によって得られる成形品においては、平板状の素材50が所定形状となるまでの成形量となる絞り深さが、全体として略均一ではなく部分的に異なる。
具体的には、本実施形態では、素材50において、第一のシワ押えを受ける側(図4において右側)の絞り深さが、第二のシワ押えを受ける側(図4において左側)の絞り深さに対して比較的深くなる。つまり、図3(a)に示すように、本装置においては、第一のシワ押え行う側における絞り深さD1が、第二のシワ押えを行う側における絞り深さD2よりも深くなる。
したがって、本実施形態では、素材50における第一のシワ押えを受ける側、つまりポンチ1の平面視形状である略円弧形状の外側が、成形品についての所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側となる。また、素材50における第二のシワ押えを受ける側、つまりポンチ1の平面視形状である略円弧形状の内側が、成形品についての所定形状となるまでの絞り深さが比較的浅い側となる。
すなわち、本実施形態に係るプレス成形方法においては、セットされた状態の平板状の素材50に対するシワ押えとして、素材50におけるシワ押えを受ける部分のうち、所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対するシワ押えである第一のシワ押えと、前記シワ押えを受ける部分のうち、絞り深さが比較的浅い側の部分に対するシワ押えである第二のシワ押えとが順に行われる。
そして、第一のシワ押えと第二のシワ押えとの間に、素材50における第二のシワ押えを受ける側の部分が、第一のシワ押えを受けた部分である挟持部分51に対して絞り方向側に位置するように、素材50を変形させる呼び込みが行われる。つまり、呼び込みにより、素材50における挟持部分51よりも第二のシワ押えを受ける側の部分が、挟持部分51に対して絞り方向側となるように、素材50が変形させられる。
また、素材50のシワ押えに際して行われる呼び込みは、第二のシワ押えを行うためのシワ押え面の近接動作が用いられて行われることが好ましい。
すなわち、本装置のように、素材50に対する呼び込みが、第二のシワ押えを行うためのシワ押え面である第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22との近接動作が用いられて行われることが好ましい。かかるシワ押え面の近接動作は、本装置においては、外側クッション3とともに素材50をシワ押えした状態の上型2の下降にともなう、第二上側シワ押え面22の第二下側シワ押え面12に対する近接動作となる。
本装置のように、素材50に対する呼び込みに、第二のシワ押えを行うためのシワ押え面の近接動作が用いられることにより、素材50に対する呼び込みを行うための型部材等を別途備える必要がなくなり、装置構成の簡略化が図れる。また、素材50に対する呼び込みを、第二のシワ押えとともにスムーズに行うことが可能となる。
このように、本装置は、素材50に対するシワ押えを行うシワ押え部として、素材50におけるシワ押えを受ける部分のうち、所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対するシワ押えを行う第一のシワ押え部である外側シワ押え部31と、シワ押えを受ける部分のうち、絞り深さが比較的浅い側の部分に対するシワ押えを行う第二のシワ押え部である内側シワ押え部32とを備える。
すなわち、本装置は、外側シワ押え部31として、上型2と外側クッション3とにより構成される、互いに対向し相対的に近接離間する一対のシワ押え面である、第一下側シワ押え面11および第一上側シワ押え面21を有する。また、本装置は、内側シワ押え部32として、上型2と内側クッション4とにより構成される一対のシワ押え面である、第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22を有する。
そして、本装置は、内側シワ押え部32によるシワ押えに際して、シワ押え面(第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22)の近接動作により、素材50における内側シワ押え部32によってシワ押えを行う側の部分が、挟持部分51に対して絞り方向側に位置するように、素材50を変形させる。つまり、本装置は、内側シワ押え面32におけるシワ押え面の近接動作により、素材50における挟持部分51よりも内側シワ押え部32によってシワ押えを行う側の部分が、挟持部分51に対して絞り方向側となるように、素材50を変形させる。
また、本装置においては、内側シワ押え部32のシワ押え面、つまり本装置における第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22が、呼び込みによる素材50の変形角度に対応して傾斜している。
第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22は、前述したように、互いに平行であってポンチ1側に下る傾斜面として形成される。そして、これら各シワ押え面の傾斜角度が、呼び込みによる素材50の変形角度(以下「素材変形角度」という。)に対応する(略同一の)傾斜角度となっている。ここで、素材変形角度には、素材50についての折曲げ変形(塑性変形)による傾斜角度と弾性変形による傾斜角度とが含まれる。以下では、便宜上、素材変形角度は、素材50の折曲げ変形による傾斜角度(折曲げ角度)であるとして説明する。
すなわち、第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22それぞれについての、上型2の移動方向(上下方向)に対して垂直な面(水平面)に対する傾斜角度が、素材変形角度、つまり第二のシワ押えが完了した状態での素材50における挟持部分51からの水平面に対する折曲げ角度(図3(b)角度α1参照)に対応するように(略同一となるように)設定されている。
素材変形角度は、ブランクホールド完了状態における外側シワ押え部31の内側(ポンチ1側)縁端と、内側シワ押え部32の内側(ポンチ1側)縁端との相対的な高さ位置の差により定まる。つまり、素材変形角度は、上型2における第一上側シワ押え面21および第二上側シワ押え面22それぞれの内側(ポンチ1側)縁端の相対的な高さ位置の差により定まる。
したがって、本装置のように、内側シワ押え部32のシワ押え面が素材変形角度に対応して傾斜していることにより、ブランクホールド完了状態の素材50において、第二のシワ押えによって第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれた部分が、素材変形角度に沿う部分となり、挟持部分51から折り曲げられた部分に対してその延長線上に位置することとなる。言い換えると、ブランクホールド完了状態の素材50において、挟持部分51に対して折り曲げられた部分と、第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれた部分との間に折り目が生じていない状態となる。
内側シワ押え部32のシワ押え面についての傾斜角度、つまり素材変形角度の大きさとしては、特に限定されるものではないが、例えば15°程度として設定される。
このように、第二のシワ押えを行うためのシワ押え面(第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22)を、素材変形角度に対応させて傾斜させることにより、第二のシワ押えによって(素材50が第二下側シワ押え面12と第二上側シワ押え面22とにより挟み込まれることによって)素材50に折り目が生じることがないので、第二のシワ押えによって素材50にシワが発生することを防止することができる。これにより、ブランクホールド完了状態の素材50におけるシワを効果的に低減することができる。
以上説明した本実施形態のプレス成形(以下「本実施態様」という。)において得られる効果について、ホイールハウスアウタのプレス成形に際して従来用いられていた装置態様(以下「従来態様」という。)との比較により、図6〜図12を加えて説明する。図6は第一の従来態様におけるプレス成形過程を示す部分断面図である。図7は第一の従来態様における上型を省略した状態(ダイフェース)を示す図である。なお、図6における各図は、図7におけるB−B部分断面図に対応する。ただし、図6においては図7で省略している上型を示している。図8は第一の従来態様と本実施態様との絞り深さの比較を示す図である。図9は第二の従来態様における部分断面図である。図10は第三の従来態様における部分断面図である。図11は第四の従来態様における上型を省略した状態(ダイフェース)を示す図である。図12は第四の従来態様における成形途中の素材についてのシミュレーション画像を示す図である。
図6および図7に示すように、第一の従来態様においては、ポンチ101の周囲を取り囲むように、上型102とともに素材150のシワ押えを行うクッション103が設けられる。つまり、クッション103が有する下側シワ押え面111と、上型102が有する上側シワ押え面121とにより、素材150のシワ押えが行われる。これらのシワ押え面111、121は、いずれも上型102の移動方向(上下方向)に対して略垂直な略水平面(平坦面)となる。
そして、素材150のプレス成形に際しては、まず、上型102とクッション103とにより、素材150に対するシワ押えが行われる(図6(a)参照)。すなわち、平板状の素材150が、下側シワ押え面111と上側シワ押え面121とにより挟み込まれた状態(ブランクホールド状態)となる。ここでのブランクホールド状態は、本実施態様におけるブランクホールド完了状態に対応する。このブランクホールド状態から、クッション103とともに素材150をシワ押えした状態の上型102の下降にともない、ポンチ101が素材150に作用し、素材150の絞り加工が行われる(図6(b)参照)。そして、上型102の下降が進み、上型102がクッション103とともに下死点に達することで、素材150のプレス成形が完了する(図6(c)参照)。
ところで、ポンチ101が有する下側成形面101aには、下側成形面101aにおける製品部分(図6(c)矢印範囲E1参照)において最も高い部分を形成する突条部分としてポンチ肩101bが存在する。
このように、下側成形面101aにポンチ肩101bが存在する場合、素材150の絞り加工に際し、素材150がポンチ肩101bに接触しながら流入すると、成形途中の早い段階で割れが発生することとなる。
そこで、第一の従来態様においては、下側成形面101aにおける製品部分以外の部分に、余肉コブ101cが設けられている。余肉コブ101cは、ポンチ肩101bよりも高い部分を形成する突条部分である。図7に示すように、余肉コブ101cは、ポンチ101の平面視形状である略円弧形状において内側部分の略全範囲にわたって形成される。
このように、ポンチ101が余肉コブ101cを有することにより、ブランクホールド状態の素材150に対するポンチ101の接触に際しては、ポンチ肩101bよりも、余肉コブ101cが先に接触することとなる。すなわち、第一の従来態様においては、余肉コブ101cが設けられることにより、ブランクホールド状態の素材150に対するポンチ101の接触に際して、素材150が余肉コブ101cによってポンチ肩101bよりも先に持ち上げられ、素材150に対するポンチ肩101b(詳細にはポンチ肩101bの稜線部)の接触が遅くなる(図6(b)参照)。これにより、素材150の絞り加工に際し、素材150がポンチ肩101bに接触しながら流入することがなくなり、成形途中の早い段階で発生する割れが防止される。
第一の従来態様においては、余肉コブ101cは、具体的に次のような高さとして設定されている。すなわち、図6(b)に示すように、ポンチ肩101bが素材150に接触する際における、素材150の余肉コブ101cよりもポンチ肩101b側の部分の、シワ押え面(水平面)に対する角度(折曲げ角度)β1が、15°程度となるような高さである。
このように、ポンチ101において余肉コブ101cが設けられる第一の従来態様においては、素材150のポンチ肩101bに接触しながらの流入が少なくなる反面、余肉コブ101cがある分、絞り深さが深くなる。このため、ホイールハウスアウタの製品部分において、例えば袋形状となる製品の端末コーナー部分等の素材150の流入しにくい部分で成形量が多くなり、割れが発生しやすくなる。
具体的には、第一の従来態様では、上型102が下死点に達した状態での素材150、つまり成形完了状態の素材150における製品の端末コーナー部分において、素材150の板厚減少率(伸び率)が、最大で50%程度となるというシミュレーション結果が得られている。なお、第一の従来態様において、成形完了状態の素材150において割れが発生しない板厚減少率(伸び率)の目安は、20%を下回る値となる。
このような第一の従来態様に対して、本実施態様においては、次のような効果が得られる。
すなわち、本実施態様では、第一のシワ押えと第二のシワ押えとの間に、素材50の呼び込みが行われるため、ポンチ1に第一の従来態様のような余肉コブ101cを設けることなく、素材50の成形開始前(素材50に下側成形面1aが接触する前)に素材50の呼び込みを完了させることが可能となる。つまり、余肉コブ101cを設ける等して下側成形面1aにおける製品部分以外の部分における高さを高くすることなく、素材50に対する下側成形面1a(のポンチ肩)の接触タイミングを遅らせることが可能となる。
具体的には、図3に示すように、一次ブランクホールド状態において略水平状態であった素材50が(同図(a)参照)、ブランクホールド完了状態となるまでに行われる呼び込みによって変形させられる(同図(b)参照)。このように素材50の呼び込みが行われることで、素材50のプレス成形に際し、下側成形面1aが有するポンチ肩1bの素材50に対する接触タイミングが遅れることとなる。
これにより、本実施態様においては、素材50が、下側成形面1aが有するポンチ肩1bに接触しながら流入することがなくなり、素材50に対して余分な張力を与えることを防止することができ、成形途中の早い段階での割れの発生が防止できる。これとともに、第一の従来態様に比べて、絞り深さを浅くすることができ、成形量を少なくすることができる。絞り深さについては、第一の従来態様において余肉コブ101cが設けられる側、つまりポンチの平面視形状である略円弧形状における内側(以下単に「内側」ともいう。
)の絞り深さを浅くすることができる。
具体的には、図8に示すように、第一の従来態様における絞り深さF1と比べて、二点鎖線で示す本実施態様における絞り深さF2は浅くなる。
すなわち、第一の従来態様における絞り深さF1は、略水平面である上側シワ押え面121の高さ位置から、上型102が有する上側成形面102aにおける最も深い部分(余肉コブ101cに対応する部分)の高さ位置までの距離に対応する。これに対して、本実施態様における絞り深さF2は、ポンチ1が余肉コブ101cを有しないこと、および、上型2が有するシワ押え面について、第二上側シワ押え面22が第一上側シワ押え面21(第一の従来態様における上側シワ押え面121に対応)よりも高い位置に設けられることから、それらの分、第一の従来態様よりも浅くなる。
したがって、本実施態様においては、素材50の絞り成形についての成形量を少なくすることができ、素材50の板厚減少率(伸び率)を低減させることができるので、素材50の割れに対して有利となる。
また、本実施態様においては、素材50の成形開始前に素材50を呼び込むことができるため、第一の従来態様と比べて、成形途中における素材50の流入による型(成形面)との間の摩擦熱を低減させることができる。これにより、プレス成形において素材50についての摩擦熱の発生量が少なくなり、成形の安定性を向上させることができる。
また、第一の従来態様のように、対向するシワ押え面がいずれも略水平面(平坦面)である構成においては、シワ押え面における素材150を流入させる側となる内側の部分についての面間隔調整(素材150の板厚との摺り合わせ)が必要となる。
すなわち、第一の従来態様において、絞り成形にともなう素材150の流入について、素材150におけるシワ押えされた部分のうち、ポンチ101の平面視形状である略円弧形状における外側(以下単に「外側」ともいう。)からの流入はなく、内側からのみ流入する(図6(c)参照)。そこで、下側シワ押え面111および上側シワ押え面121それぞれにおいて外側の部分と共通の面部となる内側(図6において左側)の部分(図8符号111aおよび121a参照)について、面間隔の調整が必要となる。つまり、下側シワ押え面111および上側シワ押え面121それぞれの内側の部分(以下「内側部分」という。)111a、121a同士の面間隔は、素材150の絞り成形に際して素材150が流入できる大きさに板厚管理され調整される必要がある。
この点、本実施態様においては、素材50の絞り成形に際して素材50を流入させる側のシワ押え面、つまり第二下側シワ押え面12および第二上側シワ押え面22についての面間隔調整(素材50の板厚との摺り合わせ)は不要となる。
すなわち、本実施態様においても、素材50の絞り成形に際して内側シワ押え部32側から素材50を流入させるが、内側シワ押え部32における第二下側シワ押え面12が、外側シワ押え部31における第一下側シワ押え面11を形成する外側クッション3とは別体の内側クッション4により形成されることから、内側シワ押え部32におけるシワ押え面についての面間隔調整が不要となる。
図9に、第二の従来態様を示す。なお、以下に示す従来態様においては、第一の従来態様と共通する部分については同一の符号を用いて適宜説明を省略する。
第二の従来態様においては、素材150に対する下側成形面101a(のポンチ肩101b)の接触タイミングを遅らせるため、シワ押え面が、部分的に持ち上げられた形状として設定されている。
すなわち、図9に示すように、第二の従来態様においては、下側シワ押え面111および上側シワ押え面121それぞれにおける内側(図9において左側)の部分(内側部分111a、121a)が、他の部分(図9において右側の部分)に対して持ち上げられ、ポンチ101側に下る傾斜面として形成されている。
このように、シワ押え面の一部が持ち上げられている第二の従来態様においては、素材150に対する下側成形面101aの接触タイミングを遅らせることができる反面、ブランクホールド状態の素材150においてシワが発生する。つまり、シワ押え面の一部が持ち上げられた形状となることにより、素材150がシワ押えされることで、平板状の素材150に折曲げ等の変形が付与されるため、シワ押えされた状態(ブランクホールド状態)においてシワが発生する。
このようなブランクホールド状態の素材150において発生するシワ(以下「ブランクジワ」という。)は、シワの生じる方向等によって成形に際しての素材150の流入を阻害し、素材150のプレス成形を妨げる原因となる。
この点、本実施態様においては、平板状の素材50を略水平状態で(平坦に)セットすることができ、かかるセット状態の素材50に対して、シワ押え(第一のシワ押え)を行うことができる。つまり、素材50のシワ押えに際して、外側シワ押え部31のシワ押え面によって平坦状態の素材50を掴むことができる。このため、ブランクホールド状態(一次ブランクホールド状態)において、第二の従来態様のようなブランクジワの発生を防止することができる。
また、第二の従来態様に対して、素材150におけるブランクジワを防止するため、素材150がセットされる下側シワ押え面111について、その内側部分111aを平坦形状とする構成が考えられる。かかる構成を、第三の従来態様として図10に示す。
図10に示すように、第三の従来態様においては、上側シワ押え面121の内側部分121aが持ち上げられた形状であるのに対し、下側シワ押え面111の内側部分111aは、第一の従来態様と同様に略水平面(平坦面)となっている。つまり、第三の従来態様においては、上側シワ押え面121の内側部分121aのみが、ポンチ101側に下る傾斜面となっている。また、第三の従来態様においては、素材150に対するポンチ肩101bの接触タイミングを遅らせるため、第一の従来態様と同様、ポンチ101に余肉コブ101cが設けられる。
したがって、第三の従来態様では、ブランクホールド状態において、下側シワ押え面111と上側シワ押え面121との間における内側部分に空間が存在することとなる。つまり、図10に示すように、ブランクホールド状態において、下側シワ押え面111および上側シワ押え面121それぞれの内側部分111a、121a同士が離れた状態となる(矢印範囲G1参照)。このため、素材150の内側部分は、上型102とクッション103とによりシワ押えされない部分となる。
このように、第三の従来態様においては、素材150の内側部分がシワ押えされない状態で絞り加工が行われることとなる。このため、素材150の成形途中において、そのシワ押えされない部分がフリーの状態になることから、例えば素材150が波打つようなシワが発生する。このような素材150の成形途中において発生するシワは、シワの生じる方向等によって成形に際しての素材150の流入抵抗となり、素材150のプレス成形を妨げる原因となる。したがって、第三の従来態様においては、成形に際しての素材150の流入にバラツキが生じ、成形が不安定となる。
この点、本実施態様においては、素材50の内側部分は、内側シワ押え部32によって掴まれることでシワ押えされるので、素材50の成形途中においてその内側部分がフリーの状態になることがない。このため、素材50の成形途中におけるシワの発生を防止することができ、成形に際しての素材50の流入のバラツキが解消され、成形の安定性を向上することができる。
さらに言うと、本実施態様においては、内側シワ押え部32におけるシワ押え荷重、つまり内側クッション4が受けるクッション荷重の調整により、素材50の内側部分からとなる素材50の流入をコントロールすることが可能となる。この点、第三の従来態様においては、前記のとおりシワ押え面間における内側部分が空間であるため、その部分において素材150が掴まれないことから、素材150の流入をコントロールすることができない。
このように、本実施態様においては、外側シワ押え部31によって平坦状態の素材50を掴むことができることから、一次ブランクホールド状態におけるブランクジワの発生を防止することができる。これとともに、素材50の内側部分についても、内側シワ押え部32によって掴むことができることから、ブランクホールド完了状態からの素材50の成形途中におけるシワの発生を防止することができる。これにより、成形の安定性を向上することができる。
図11に、第四の従来態様を示す。第四の従来態様は、素材150の絞り加工に際して用いられる、開放絞りと呼ばれる手法である。
具体的には、図11に示すように、第一の従来態様のようにポンチ101が有する余肉コブ101cについて、その両端側に延長部101dが設けられる。つまり、ポンチ101の平面視形状である略円弧形状において内側部分の略全範囲にわたって形成される余肉コブ101cが、その両端側において、素材150の範囲外となる位置まで延長される。そして、絞り加工に際しては、素材150における余肉コブ101cの延長部101d近傍の余肉部分が掴まれた状態となる。符号H1〜H4で示す部分は、下側シワ押え面111において素材150が掴まれる位置に対応する部分である。したがって、この開放絞りにおいては、絞り加工に際し、素材150における掴まれた状態となる部分以外の部分は、掴まれることなく開放された状態となる。
また、余肉コブ101cについては、成形品の形状等から、素材150において開放された状態となる部分に対応する部分(以下、「余肉開放部」という。)が、素材150において掴まれる部分に対応する部分である延長部101dよりも比較的高くなる。つまり、余肉コブ101cの高さは、略円弧形状における両端部よりも中間部(開放部)の方が高くなっている。
このような開放絞りは、余肉コブ101cを素材150の範囲外となる部分まで延長するとともに、その延長部101dの近傍部分において素材150を掴むことで、素材150の流入を安定させて流入のバランスをとろうとするものである。
第四の従来態様においては、次のような問題がある。
すなわち、ポンチ101の素材150に対する接触に際しては、余肉開放部が素材150に対して最初に接触することとなるが、この余肉開放部が接触する部分については、素材150が掴まれていない。このため、絞り加工に際し、素材150が、その掴まれていない部分から流入することにより、素材150においてネジレによるシワが発生する。つまり、余肉開放部は、ポンチ101において最も高い部分となることから、素材150に対するポンチ101の接触タイミングが、余肉開放部からとなる。このため、絞り加工に際し、素材150は、その掴まれてない部分から成形されることによって流入する。かかる余肉開放部における素材150の流入は、ネジレによるシワを発生させる。また、ポンチ101において余肉コブ101cが存在することは、成形量を多くし、素材150の割れを発生させやすい。
開放絞りにおいて素材150の成形途中に生じるシワについてのシミュレーション画像を、図12に示す。図12に示すように、開放絞りにおいては、素材150が掴まれない部分から流入することにより、例えば符号J1で示す部分のように、ネジレによるシワが生じる。こうした素材150の成形途中において発生したシワは、成形完了時に残存することとなり、成形品についての不良品の原因となる。
また、第四の従来態様においては、素材150が、余肉コブ101cの両端側の部分、つまり延長部101dの近傍部分で掴まれることから、その掴まれる部分が余計に必要となる。つまり、素材150についての掴まれる部分が、製品範囲外となる延長部101dの近傍部分において必要となるため、その分の余肉が必要となる。このため、素材150の寸法が大きくなり、必然的に歩留りが低下することとなる。
また、第四の従来態様においては、余肉コブ101cが延長部101dを有することから、例えば袋形状となる製品の端末コーナー部分のように曲面形状についてのRが小さい部分等、素材150の流入が妨げられて成形が厳しくなる部分が生じる。このため、第四の従来態様においては、成形を容易とするため、成形品についての最終形状に対してR形状部分におけるRが拡大される等して形状が崩され、最終形状に成形するための工程が追加されるということが行われる。つまり、第四の従来態様においては、素材150のプレス成形に際して、二段階の成形が行われることとなる。
このような第四の従来態様に対して、本実施態様においては、絞り加工に際し、素材50が外側シワ押え部31および内側シワ押え部32によってポンチ1に対して全周にわたって掴まれた状態となる。したがって、素材50において開放されている部分が存在せず、素材50においてネジレによるシワが発生することがない。
また、本実施態様においては、ポンチ1が余肉コブ101cを有することなく、その延長部101dが設けられることによる開放絞りも行われないことから、第四の従来態様において問題となる歩留りの低下や工程の追加が解消される。
以上の従来態様との比較からもわかるように、本実施態様によれば、成形品が、比較的複雑な曲面形状を有することから、絞り加工による成形に際しての素材の成形量(絞り深さ)が均一でないものである場合に、素材の割れやシワに対して有利であり、成形の安定性の向上を図ることができる。
そして、本実施態様は、ホイールハウスアウタのようにシワ押えされる部分の一部がフランジ部等として製品の一部として用いられるプレス成形品についても、容易に適用可能である。
本実施形態に係るプレス成形装置の構成を示す断面図。 本実施形態に係るプレス成形装置の上型を省略した状態を示す平面図。 本実施形態のプレス成形におけるシワ押え工程を示す図。 本実施形態のプレス成形における絞り工程を示す図。 シワ押えされた状態の素材についてのシミュレーション画像を示す図。 第一の従来態様におけるプレス成形過程を示す部分断面図。 第一の従来態様における上型を省略した状態を示す図。 第一の従来態様と本実施態様との絞り深さの比較を示す図。 第二の従来態様における部分断面図。 第三の従来態様における部分断面図。 第四の従来態様における上型を省略した状態を示す図。 第四の従来態様における成形途中の素材についてのシミュレーション画像を示す図。
1 ポンチ(固定型)
2 上型(可動型)
3 外側クッション(第一のクッション)
4 内側クッション(第二のクッション)
11 第一下側シワ押え面
12 第二下側シワ押え面
21 第一上側シワ押え面(第一のシワ押え面)
22 第二上側シワ押え面(第二のシワ押え面)
31 外側シワ押え部(第一のシワ押え部)
32 内側シワ押え部(第二のシワ押え部)
50 素材

Claims (4)

  1. 板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形方法であって、
    前記シワ押えとして、
    前記素材における前記シワ押えを受ける部分のうち、前記所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対する前記シワ押えである第一のシワ押えと、
    前記シワ押えを受ける部分のうち、前記絞り深さが比較的浅い側の部分に対する前記シワ押えである第二のシワ押えと、を順に行い、
    前記第一のシワ押えと前記第二のシワ押えとの間に、
    前記素材における前記第二のシワ押えを受ける側の部分が、前記第一のシワ押えを受けた部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、
    前記第二のシワ押えを行うための前記シワ押え面を、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応させて傾斜させ、
    前記第二のシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、
    前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、
    前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されることを特徴とするプレス成形方法。
  2. 前記呼び込みを、
    前記第二のシワ押えを行うための前記シワ押え面の近接動作を用いて行うことを特徴とする請求項1に記載のプレス成形方法。
  3. 板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形装置であって、
    前記素材における前記シワ押えを受ける部分のうち、前記所定形状となるまでの絞り深さが比較的深い側の部分に対する前記シワ押えを行う第一のシワ押え部と、
    前記シワ押えを受ける部分のうち、前記絞り深さが比較的浅い側の部分に対する前記シワ押えを行う第二のシワ押え部と、を備え、
    前記シワ押えに際して、前記第一のシワ押え部によって前記シワ押えを行った後、前記第二のシワ押え部によって前記シワ押えを行い、
    前記第二のシワ押え部による前記シワ押えに際して、前記シワ押え面の近接動作により、
    前記素材における前記第二のシワ押え部によって前記シワ押えを行う側の部分が、前記第一のシワ押え部によって前記シワ押えを行った部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、
    前記第二のシワ押え部の前記シワ押え面が、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応して傾斜しており、
    前記第二のシワ押え部によるシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、
    前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、
    前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されることを特徴とするプレス成形装置。
  4. 板状の素材を所定形状に絞り成形するに際し、互いに対向し相対的に近接離間するシワ押え面によって前記素材の一部を両面側から挟み込むシワ押えを行うプレス成形装置であって、
    固定型と、
    前記固定型に対して対向した状態で近接離間方向に移動可能に設けられる可動型と、
    前記固定型の周囲にて前記近接離間方向に移動可能に設けられ、前記可動型とともに前記シワ押えを行う型部材である第一のクッションおよび第二のクッションと、を備え、
    前記可動型は、前記シワ押え面として、前記第一のクッションとともに前記シワ押えを行う第一のシワ押え面と、該第一のシワ押え面よりも絞り方向側に設けられ前記第二のクッションとともに前記シワ押えを行う第二のシワ押え面と、を有し、
    前記可動型の前記固定型に対する近接移動にともない、
    前記可動型と前記第一のクッションとによる前記シワ押えである第一のシワ押えと、前記可動型と前記第二のクッションとによる前記シワ押えである第二のシワ押えと、を順に行い、
    前記第一のシワ押えと前記第二のシワ押えとの間に、
    前記素材における前記第二のシワ押えを行う側の部分が、前記第一のシワ押えを行った部分に対して絞り方向側に位置するように、前記素材を変形させる呼び込みを行うものであり、 前記第二のクッションが有する前記シワ押え面および前記第二のシワ押え面が、前記呼び込みによる前記素材の変形角度に対応して傾斜しており、
    前記第二のシワ押えにおける前記素材に対するシワ押え荷重は、
    前記素材の絞り加工に際して、前記素材の第二のシワ押えを受けた部分からの絞り加工される部分への流入を許容するとともに、
    前記素材が呼び込みによって変形させられることにより生じるシワが低減される程度の大きさとなるように設定されることを特徴とするプレス成形装置。
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