JP4769501B2 - 深絞り成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板素材をプレス加工によって深絞り成形する方法に関するものである。

例えば、自動車の車体フレームは、強度が高い高張力鋼板をプレス加工によって深絞り成形することによって得られるが、高張力鋼板は一般の構造用鋼板に比べて伸びが小さいため、１回のプレス加工で所定の深さまで絞ることができず、数回に分けて絞る多段絞りによって素材である高張力鋼板全体を徐々に伸ばしながら成形を行っている。

ところで、この種の深絞り成形を行うプレス成形用金型には、成形時のシワの発生を防ぐためのブランクホルダが設けられ、該ブランクホルダによって金属板素材の周縁の非加工領域が保持され、該金属板素材は引っ張った状態で成形用金型によって深絞り成形される。

ここで、金属板素材は、連続した長い板材を裁断機によって所定の長さに切断して得られるが、ブランクホルダによって保持される周縁の非加工領域に櫛歯状の凹凸部を形成することによって、板材から順次切り出される金属板素材間で非加工領域に必要な材料の一部を共用する提案がなされており（例えば、特許文献１〜３参照）、これによれば板材の歩留を高めることができる。
実開昭５２−０６８４３５号公報 実開平２−０４２７２３号公報 特開２００４−１８８５６４号公報

しかしながら、従来のように高張力鋼板等の伸びの小さな金属板素材を数回に分けて絞る多段絞りによれば、成形に時間を要し、生産能率が悪いという問題があった。

又、深絞り部の成形には、材料の伸びだけでは足りず、深絞り部への材料の流入が必要となるが、特に材料の伸びが小さな高張力鋼板を素材とする場合には、材料が流入するときに材料端の伸び率が不足し、その部分に亀裂が発生するという問題があった。特に、深絞りする金属板素材に異種の別の金属板素材がテーラード接合されている場合には、別の金属板素材からの材料の流入がテーラード接合部で遮断されるため、深絞り部への材料の流入が十分に行われず、深絞り部やテーラード接合部に亀裂が発生し易いという問題があった。

ところで、特許文献１〜３における提案、つまり金属板素材の周縁の非加工領域に櫛歯状の凹凸部を形成することは、材料の歩留を高めるためのものであって、深絞り部への材料の流入を十分行うことによって前記問題を解消するものではない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、伸びが小さな金属板素材であっても、材料端がスムーズに伸びることによって材料の流入が良くなり、亀裂を生じることなく１回の絞りで所望の深絞り成形品を生産性良く得ることができる深絞り成形方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、金属板素材をプレス加工によって深絞り成形する方法として、前記金属板素材の深絞り部の周縁に波形状の凹凸部を形成し、前記凹凸部のピッチを前記金属板素材の深絞り成形に必要とされる伸びが大きい程、大きく設定することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記金属板素材は、高張力鋼鈑であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記金属板素材の深絞り部の付近に、異種材料から成る他の金属板素材をテーラード接合するとともに、該他の金属板素材の周縁にも波形状の凹凸部を形成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記２種の金属板素材のテーラード接合部を、相対向する前記凹凸部の凹部同士を結ぶ線上に設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、金属板素材の深絞り部の周縁に形成された波形状の凹凸部のために深絞り部周縁の材料端がスムーズに伸び、この材料端の伸びによって深絞り部分への材料の流入が十分なされるため、伸びが小さな金属板素材であっても、亀裂を生じることなく１回の絞りで所望の深絞り成形品を生産性良く得ることができる。

請求項１記載の発明によれば、凹凸部のピッチを金属板素材の深絞り成形に必要とされる伸びが大きい程、大きく設定したため、凹凸部による材料の深絞り部への流れが材料の伸びに追従することができる。このため、材料の流入が十分なされ、伸びが小さな金属板素材であっても、亀裂を生じることなく１回の絞りで所望の深絞り成形品を生産性良く得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、金属板素材が伸びの小さな高張力鋼鈑であっても、その深絞り部周縁に形成された波形状の凹凸部のために深絞り部への材料の流入が十分なされるため、亀裂を生じることなく１回の絞りで所望の深絞り成形品を生産性良く得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、テーラード接合された他の金属板素材の周縁にも波形状の凹凸部を形成したため、テーラード接合部を含む材料周縁全体が伸び、テーラード接合部が回転して深絞り部への材料の流入がスムーズになされ、亀裂の発生が抑えられる。因に、テーラード接合された他の金属板素材の周縁に波形状の凹凸部が形成されていない場合には、他の金属板素材からの材料の流入はテーラード接合部で遮断されるため、深絞り部への材料の流入が不十分となり、深絞り部とテーラード接合部に亀裂が発生し易い。

請求項４記載の発明によれば、深絞り時の伸びが最小となる箇所（つまり、相対向する凹凸部の凹部同士を結ぶ線上）にテーラード接合部を設けたため、該テーラード接合部が材料の伸びを阻害する要因が最小限に抑えられ、深絞り部への材料の流入がスムーズになされて亀裂の発生が防がれる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る深絞り成形方法によって深絞りされる金属板素材の成形過程を示す斜視図、図２は深絞り成形品である車体フレームのフロントメンバーの斜視図、図３は図１（ａ）のＡ部拡大詳細図、図４は図１（ａ）のＢ部拡大詳細図、図５〜図７は本発明に係る深絞り成形方法を実施するためのプレス金型による深絞り工程を示す断面図である。

本実施の形態においては、図２に示すような自動車の車体フレームの一部であるフロントメンバー１０を深絞り成形によって得るものであって、フロントメンバー１０の本体部分１１は、深絞り部１１ａを有し、伸びが小さく引張強度（６０ｋｇ／ｃｍ² ）画高い高張力鋼鈑で構成され、その先端部分１２には、高張力鋼鈑よりも引張強度が低い（４５ｋｇ／ｃｍ² ）一般の構造用鋼鈑がテーラード接合されている。尚、図２において、ａはテーラード接合部を示す。

而して、図２に示すような車体フレームのフロントメンバー１０を深絞りによって成形するには、図１（ａ）に示すような平坦な金属板素材（ブランク材）Ｗが用いられる。この金属板素材Ｗは、フロントメンバー１０の前記本体部分１１を構成する第１の金属板素材Ｗ１の先端部に、フロントメンバー１０の前記先端部分１２を構成する第２の金属板素材Ｗ２を溶接によってテーラード接合して構成されている。

ところで、本発明方法に使用される金属板素材Ｗにおいては、図１（ａ）に示すように、第１の金属板素材Ｗ１には、前記深絞り部１１ａ（図２参照）が形成される部分の近傍の左右両端縁に波形状の凹凸部１が長さ方向に形成されており、これに連なる第２の金属板素材Ｗ２の左右両端縁にも同様の波形状の凹凸部２が形成されている。

ここで、第１の金属板素材Ｗ１の左右両端縁に形成された前記凹凸部１は、図３にその詳細を示すように、複数の凸部（山部）１ａを適当なピッチＰ１で形成して構成され、隣接する凸部１ａ同士の間には長さＰ１の凹部（谷部）１ｂが形成されている。そして、各凹部１ｂは、外側方に凸の円弧状（山状）に成形されている。尚、本実施の形態では、各凸部１ａの配列ピッチＰ１は３０ｍｍ、高さは１０ｍｍに設定され、各凸部１ａの半円状を成す先端部の径はＲ５ｍｍ、各凸部１ａの円弧状の基端部の径はＲ８ｍｍに設定されている。又、各凹部１ｂは径Ｒ１５ｍｍの円弧に成形され、その中央頂部の高さは０．８ｍｍに設定されている。

又、同様に第２の金属板素材Ｗ２の左右両端縁に形成された前記凹凸部２は、図４にその詳細を示すように、複数の凸部（山部）２ａを適当なピッチＰ２で形成して構成され、隣接する凸部２ａ同士の間には長さＰ２の凹部（谷部）２ｂが形成されている。尚、本実施の形態では、各凸部２ａの配列ピッチＰ２は１０ｍｍ、高さは１０ｍｍに設定され、各凸部２ａの半円状を成す先端部の径と基端部の径は共にＲ５ｍｍに設定されている。

ところで、深絞り部１１ａ（図２参照）が形成される第１の金属板素材Ｗ１の深絞り成形に必要とされる伸びは、第２の金属板素材Ｗ２の深絞り成形に必要とされる伸びよりも大きく、本実施の形態では、深絞り成形に必要とされる伸びが大きな第１の金属板素材Ｗ１に形成された凹凸部１のピッチＰ１（＝３０ｍｍ）を、深絞り成形に必要とされる伸びが小さな第２の金属板素材Ｗ２に形成された凹凸部２のピッチＰ２（＝１０ｍｍ）よりも大きく設定している（Ｐ１＞Ｐ２）。

又、図１（ａ）に示すように、第１の金属板素材Ｗ１と第２の金属板素材Ｗ２とのテーラード接合部ａは、深絞り時の伸びが最小となる箇所、つまり、第１及び第２の金属板素材Ｗ１，Ｗ２に左右両端縁に形成された凹凸部１，２の相対向する凹部同士（第１の金属板素材Ｗ１側の凹部１ｂ又は第２の金属板素材Ｗ２の凹部２ｂとで構成される凹部同士）を結ぶ線上に設けられている。

而して、図１（ａ）に示す金属板素材Ｗは、図５〜図７に示すプレス金型によって深絞り成形されるが、以下、プレス金型の基本構成を図５〜図７に基づいて説明する。

プレス金型は、上下動可能な上型３とブランクホルダ４及び固定されて不動状態にある下型５を含んで構成されている。

上記上型３は、不図示のプレス装置によって上下動するものであって、これの幅方向中央部には、図２に示す製品としての車体フレームのフロントメンバー１０の外形形状に沿う凹部３ａが長さ方向（図５〜図７の紙面垂直方向）に形成されている。又、前記ブランクホルダ４は、上型３との間で金属板素材Ｗを挟持するものであって、これから垂直下方へ延びる複数のクッションピン６は下型５に形成された貫通孔５ａを貫通して不図示の付勢手段に連結されており、該ブランクホルダ４は、付勢手段によって常時上方へ付勢されている。

又、下型５は、その幅方向中央部に、上方に向かって突出するポンチ７を備え、該ポンチ７は、上型３の前記凹部３ａに沿う外形形状を有している。

而して、本発明に係る深絞り成形方法においては、図１（ａ）に示す金属板素材（ブランク材）Ｗを図５に示すように上型３とブランクホルダ４の間にセットする。ここで、上型３とブランクホルダ４は、これらの間に金属板素材Ｗを挟持して下型５のポンチ７の上方に退避しており、不図示のプレス装置によって上型３が下降せしめられると、ブランクホルダ４も上型３との間で金属板素材Ｗを挟持したまま一体的に下降する。すると、上型３とブランクホルダ４によって挟持された金属板素材Ｗは、図６に示すように、上型３の凹部３ａと下型５のポンチ７によって次第に絞られ、図７に示すように、上型３とブランクホルダ４が下限位置まで下降すると、金属板素材Ｗが上型３の凹部３ａと下型５のポンチ７によって深絞りされる（図１（ｂ）参照）。

ところで、以上の深絞り成形においては、金属板素材Ｗの深絞り部の周縁に形成された波形状の凹凸部１，２のために深絞り部周縁の材料端がスムーズに伸びる。即ち、図１（ｂ）に矢印にて示すように、金属板素材Ｗの周縁が伸びることにより材料全体が扇形に回転してテーラード接合部ａが図示のように円弧状に変形する。そして、この材料端の伸びによって深絞り部への材料の流入が十分なされるため、金属板素材Ｗの第１の金属板素材Ｗ１が伸びの小さな高張力鋼鈑で構成されていても、これに亀裂を生じることなく１回の絞りで深絞り部を成形することができ、所望の深絞り成形品としての図２に示すフロントメンバー１０を生産性良く得ることができる。

又、本実施の形態では、前述のように深絞り成形に必要とされる伸びが大きな第１の金属板素材Ｗ１に形成された凹凸部１のピッチＰ１（＝３０ｍｍ）を、深絞り成形に必要とされる伸びが小さな第２の金属板素材Ｗ２に形成された凹凸部２のピッチＰ２（＝１０ｍｍ）よりも大きく設定したため（Ｐ１＞Ｐ２）、凹凸部１による材料の深絞り部への流れが材料の伸びに追従することができる。このため、材料の流入が十分なされ、伸びが小さな高張力鋼鈑製の第１の金属板素材Ｗ１であっても、これに亀裂を生じることなく１回の絞りで所望の深絞り部を成形することができる。

更に、本実施の形態では、テーラード接合された第２の金属板素材Ｗ２の周縁にも波形状の凹凸部２を形成したため、テーラード接合部ａを含む材料全体が回転するために深絞り部への材料の流入がスムーズになされ、亀裂の発生が抑えられる。特に、本実施の形態では、深絞り時の伸びが最小となる箇所（つまり、相対向する凹凸部１又は２の凹部１ｂ，２ｂ同士を結ぶ線上）にテーラード接合部ａを設けたため、該テーラード接合部ａが材料の伸びを阻害する要因が最小限に抑えられ、深絞り部への材料の流入がスムーズになされて亀裂の発生が効果的に防がれる。尚、深絞り部への材料の流入に伴う該材料の回転によって、図１（ａ）に示すように当初は直線状であったテーラード接合部ａは、図１（ｂ）に示すように弓形に変形する。又、金属板素材Ｗ１とＷ２とのテーラード接合部ａをどの凹部同士に設けるかについては、製品に要求され仕様により決定される。

因に、テーラード接合された第２の金属板素材Ｗ２の周縁に波形状の凹凸部２が形成されていない場合には、該第２の金属板素材Ｗ２からの材料の流入はテーラード接合部ａで遮断されるため、深絞り部への材料の流入が不十分となり、深絞り部屋テーラード接合部に亀裂が発生し易い。

尚、図示しないが、図７に示す状態から、不図示のプレス装置によって上型３を上動させると、ブランクホルダ４も上型３との間に成形品であるフロントメンバー１０を挟持した状態で上動するため、フロントメンバー１０が下型５から抜き取られ、上型３をブランクホルダ４の上限位置よりも更に上動させると、成形品である図２に示すフロントメンバー１０がブランクホルダ４上に残るため、このフロントメンバー１０を取り出して最終製品とすることができる。

本発明は、自動車の車体フレームのみならず、任意の深絞り成形品の成形方法に対して適用可能である。

（ａ），（ｂ）は本発明に係る深絞り成形方法によって深絞りされる金属板素材の成形過程を示す斜視図である。 深絞り成形品である車体フレームのフロントメンバーの斜視図である。 図１（ａ）のＡ部拡大詳細図である。 図１（ａ）のＢ部拡大詳細図である。 本発明に係る深絞り成形方法を実施するためのプレス金型による深絞り工程（素材セット時）を示す断面図である。 本発明に係る深絞り成形方法を実施するためのプレス金型による深絞り工程（深絞り成形時）を示す断面図である。 本発明に係る深絞り成形方法を実施するためのプレス金型による深絞り工程（深絞り成形完了時）を示す断面図である。

符号の説明

１，２ 凹凸部
１ａ，２ａ 凸部
１ｂ，２ｂ 凹部
３ 上型
３ａ 凹部
４ ブランクホルダ
５ 下型
６ クッションピン
７ ポンチ
１０ フロントメンバー（深絞り成形品）
１１ フロントメンバーの本体部分
１１ａ 深絞り部
１２ フロントメンバーの先端部分
ａ テーラード接合部
Ｐ１ 第１の金属板素材の凹凸部のピッチ
Ｐ２ 第２の金属板素材の凹凸部のピッチ
Ｗ 金属板素材
Ｗ１ 第１の金属板素材
Ｗ２ 第２の金属板素材（他の金属板素材）

Claims (4)

1. 金属板素材をプレス加工によって深絞り成形する方法であって、
   前記金属板素材の深絞り部の周縁に波形状の凹凸部を形成し、
   前記凹凸部のピッチを前記金属板素材の深絞り成形に必要とされる伸びが大きい程、大きく設定することを特徴とする深絞り成形方法。
2. 前記金属板素材は、高張力鋼鈑であることを特徴とする請求項１記載の深絞り成形方法。
3. 前記金属板素材の深絞り部の付近に、異種材料から成る他の金属板素材をテーラード接合するとともに、該他の金属板素材の周縁にも波形状の凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の深絞り成形方法。
4. 前記２種の金属板素材のテーラード接合部を、相対向する前記凹凸部の凹部同士を結ぶ線上に設けたことを特徴とする請求項３記載の深絞り成形方法。

Images