JP4612494B2

JP4612494B2 - 形状凍結性に優れた断面ハット型形状部材の成形方法

Info

Publication number: JP4612494B2
Application number: JP2005210807A
Authority: JP
Inventors: 成一大丸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007021568A

Description

本発明は、自動車車体の部材に用いられる部材長手方向に屈曲部を有する断面ハット型形状部材の形状凍結性を向上させる成形方法に関する。

近年、自動車用車体の構造用部材には断面ハット型形状部材が多く用いられている。しかしながら、この断面ハット型形状部材は、図１に示すような形状に成形加工されるが、この断面ハット型形状部材１は部材長手方向に屈曲部２を有している。例えば、長さ５００ｍｍ、ハット頭部幅５０ｍｍ、壁部長さ７０ｍｍの断面ハット型形状部材１を屈曲部（曲げ角度：約１４５°）の半径Ｒb：３００ｍｍを有するように成形加工された場合、図２に示すように残留応力に起因するスプリングバックが生じ、屈曲点を中心として長手方向に３次元方向のねじれが発生し、先端部のスプリングバック量は，約５．５ｍｍにまで達する。すなわち、この３次元形状での反り形状の修正は、従来の２次元形状での反り（図１のＡ−Ａ断面内におけるコの字型断面の開き）の矯正では律しきれないものである。このように、断面ハット型形状部材の成形においては形状凍結性の確保が非常に重要な技術課題となっている。
尚、スプリングバック量は，製品先端の所望の形状からの鉛直方向の反り上がり量の値と定義した。

この形状凍結性を確保するため、例えば、特許文献１では、金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、断面ハット型形状の壁部となる金属板部分にポンチの凸部を接触させ、金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を行い、次いで所定のハット形状を得るためのポンチを用い仕上げ加工を施す加工方法が提案されている。しかしながら、この加工方法は軸長手方向一定形状を有する断面ハット型部材に対する加工方法で、しかも２次元の板反りにしか適用できず、図１および図２に示すような部材長手方向に屈曲部２を有する断面ハット型形状部材の長手方向の３次元形状でのねじれを改善するには適用できない技術である。

このように、自動車車体の部材に用いられる部材長手方向に３次元形状での屈曲部を有する断面ハット型形状部材の形状凍結性を向上させるニーズが高まっている一方、これを改善する提案はなされていないのが現状である。

特開２００４−１８１５０２号公報

本発明は上記課題に鑑み、特に自動車の車体の部材に用いられる部材長手方向に屈曲部を有する断面ハット型形状部材の形状凍結性を向上させる成形方法を提供する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、部材長手方向に屈曲部を有する断面ハット型形状部材の成形方法において、前記部材をパンチ、ダイス及びしわ押さえ加工工具を用い、第１段成形で前記屈曲部のパンチ肩ｒ（ｍｍ）を製品の前記屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）より大きく成形し、第２段成形で製品の前記屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）に成形する形状凍結性に優れた断面ハット型形状部材の成形方法、である。

本発明により、屈曲部を有する断面ハット型形状部材の長手方向のスプリングバックによる３次元のねじれを大幅に低減しうるものである。

本発明は、上述したように、パンチ、ダイス及びしわ押さえ加工工具を用いた、断面ハット型で部材長手方向に屈曲部をもつ製品の成形方法で、第一段成形で屈曲部のパンチ肩の半径ｒ（ｍｍ）を製品の屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）より大きく成形し、第２段成形で製品の屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）に成形する方法である。図４に本発明による断面ハット型部材における作用断面図を示した。図４において、３は成形される鋼板、４はダイス、５はパンチである。
尚、第１段成形で大きく成形するパンチ肩ｒ（ｍｍ）は、屈曲部を含め長手方向の全長に渡り適用することが望ましいが、屈曲部近傍のみに適用することもできる。

通常の成形においては、図３（ａ）に示すように、主に屈曲部のパンチ底に大きな引張応力が発生し、また、屈曲部のダイフェースにあたるフランジ部には大きな圧縮応力が発生する。これらの引張−圧縮の応力がドライビングフォースとなり、屈曲部を起点とした長手方向の製品の大きなねじれが起こり、製品の形状精度が悪化することになる。

そこで、本発明者らは、上記引張−圧縮の応力バランスを極小とすべく鋭意検討し、成形を２段階とし、図５（ａ）に示すように、第１段の成形で屈曲部のパンチ肩の半径ｒ（ｍｍ）を最終製品の屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）より大きくとり、好ましくは通常Ｒの１．２〜３．５倍とり、屈曲部のパンチ底に引張応力だけが作用するように成形し、次いで図５（ｂ）に示すような通常成形の第２段の成形工程にて、パンチの幅は第１段階と同じで、かつ製品の屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）と同じパンチで成形することで、図５（ｃ）に示すような最終形状とし、屈曲部のパンチ底に作用する引張−圧縮の応力バランスは図３（ｂ）に示すように屈曲部のパンチ底中央部における引張応力は屈曲部の肩部に比較し極端に少なくなっており、最終形状においては屈曲部の肩部では引張応力が、屈曲部の中央部では圧縮応力が作用することで引張−圧縮の応力バランスを極小化することができる。このような成形方法をとることで、屈曲部のパンチ底部分に発生する引張応力を圧縮方向に是正することで製品長手のスプリングバックによるねじれを大幅に低減することが可能となる。

図１に示すような、パンチ底長さ５０ｍｍ、フランジ高さ７０ｍｍを有する長さ５００ｍｍで、長手方向中央部で半径３００ｍｍの屈曲部を有する断面ハット型部材を成形加工により製造した。屈曲部の曲げ角度は図２と同様に１４５°とした。本発明例の成形は、図５（ａ）に示すような第１段の成形で屈曲部のパンチ肩の半径ｒ（ｍｍ）を最終製品の屈曲部のパンチ肩の半径Ｒ：５ｍｍの２倍の２Ｒ：１０ｍｍで大きめに成形してパンチ底部に引張応力を作用させ、次いで、図５（ｂ）に示すように、パンチ幅は第１段と同じで最終製品の屈曲部のパンチ肩の半径Ｒ：５ｍｍと同じパンチを用いて、屈曲部のパンチ底部分に発生する引張応力を圧縮方向に是正する成形加工した。ダイスの形状は製品形状と同一とし、しわ押さえ加工工具（図示しない）を用いて、しわ押さえ力２００［ｋＮ］として成形した。
比較例は、本発明例の第２段成形で用いたパンチと同一形状の物を用いて、１段で成形した他は、実施例と同一の条件で成形した。
その結果、図６に示すように、従来の成形方法である比較例のスプリングバック量は約５．５ｍｍと非常に大きかったのに対し、本発明例は約１．８ｍｍと約７０％も改善されるという驚くべき顕著な効果を達成することができた。

断面ハット型部材の製品形状を示す図。断面ハット型部材の成形後のスプリングバックの状態を示す図。断面ハット型部材の成形におけるスプリングバックの原因応力を示す図で、（ａ）は従来の成形方法における応力状態を示す図で、（ｂ）は本発明における応力改善状態を示す図。断面ハット型部材の作用断面図。本発明における成形状態を示す図で、（ａ）は第１段成形状態を、（ｂ）は第２段成形状態を示す図で、（ｃ）は最終製品とその状態における応力状態を示す図。本発明によるスプリングバック改善効果を示す図。

符号の説明

１断面ハット型形状部材
２屈曲部
３鋼板
４ダイス
５パンチ

Claims

部材長手方向に屈曲部を有する断面ハット型形状部材の成形方法において、前記部材をパンチ、ダイス及びしわ押さえ加工工具を用い、第１段成形で前記屈曲部のパンチ肩の半径ｒ（ｍｍ）を製品の前記屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）より大きく成形し、第２段成形で、第１段成形と同じ幅で、かつ製品の前記屈曲部の肩の半径Ｒ（ｍｍ）に成形することを特徴とする形状凍結性に優れた断面ハット型形状部材の成形方法。