JP4973631B2 - プレス成形品の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形品の成形方法の技術に関し、より詳細には、多段フランジ部を有するハット型断面形状のプレス成形品を成形する方法に関する。

自動車用部品として用いられるプレス成形品としては、例えば、背切り部（多段部）が形成された多段フランジ部を有するハット型断面形状のプレス成形品の構成が公知である。具体的には、図１に示すように、鋼板や成形パネル等の板状ワークの縁部が曲げ加工等されてハット型断面形状に形成され、水平面である天面１１と、天面１１の短手方向両縁部に連続して形成される立壁部１２・１２と、立壁部１２に連続して形成される多段フランジ部１３とを有するプレス成形品１の構成が公知である。そして、多段フランジ部１３には、フランジ平面１３ａより例えばほぼ板厚分だけ一段高い段差として設けられた背切り部１４が形成されている。

上述した背切り部１４が形成された多段フランジ部１３を有するハット型断面形状のプレス成形品１では、多段フランジ部１３の長手方向の線長Ｌ２が天面１１の長手方向の線長Ｌ１よりも長くなるように成形される（Ｌ２＞Ｌ１）。このようにプレス成形品の最終製品において長手方向の線長が異なる部分があると、プレス成形の際には、線長の長い部分にはフランジの縮み変形による圧縮応力が生じ、最終成形終了時に、プレス成形品において生じた応力にならって製品形状が湾曲したり、ひねりが生じたりしてしまう場合があった。

特に、上述したプレス成形品１の場合では、多段フランジ部１３の長手方向（応力方向）に沿って圧縮応力が生じる。その結果、最終成形終了時には、プレス成形品１の長手方向の端部を下方に押し下げる応力が働いて、最終製品において湾曲やひねりが生じてしまい、天面１１や多段フランジ部１３の平坦度が損なわれ、最終製品の寸法精度が劣るというという問題があった。

従来、このようなプレス成形品の製品形状の湾曲等を防止する方法としては、プレス成形品の変形量を見込んで予め金型形状を微調整する方法や、プレス成形品の加工部分を多段階で成形する方法などが公知となっている。

しかしながら、前者の方法では、プレス成形品の変形量の予測が困難であり、試行錯誤による方法のため、形状修正に費用と工数がかかるという問題があった。
また、後者の方法では、確かに、プレス成形品の製品形状によっては、曲げ加工等の際に生じる応力の影響を低減・分散でき、プレス成形品の変形量の低減が期待できるところであるが、上述したプレス成形品１のように、最終製品の形状において長手方向の線長が異なる部分がある複雑な形状のプレス成形品を成形する場合には、その製品形状に応じた具体的な成形方法を要するものであるところ、かかる製品形状に最適な成形方法は未だ提案されていない。

なお、後者の方法に関して、例えば、特許文献１において、高さ方向に湾曲した最終製品の成形の際に生じるスプリングバックを低減させるために、一旦、最終製品には不要なエンボスを形成した中間体を成形し、次いで、このエンボスがなくなるように押圧しつつ最終製品の形状に成形する成形方法が開示されている。かかる成形方法では、エンボスを形成した中間体を成形することで、引張り応力が作用する部分の長手方向の線長を予め最終製品よりも長く形成して、最終成形時に圧縮応力を付与させるとともに、天面における引張り応力を小さくさせることで、プレス成形品の変形を防止するものである。しかしながら、上述したプレス成形品１のように最終製品の形状において長手方向の線長が異なる部分があるプレス成形品の成形方法としては直ちに採用することができない。
特開２００７−２２２９０６号公報

そこで、本発明においては、プレス成形品の成形方法に関し、前記従来の課題を解決するものであって、最終製品形状の湾曲やひねりを防止し、製品形状の変形を制御して寸法精度を向上させるプレス成形品の成形方法を提供することを目的とする。

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、板状ワークから、水平面である天面と、該天面の短手方向両縁部に連続して形成される立壁部と、該立壁部に連続して形成され、フランジ平面に対する段差としての背切り部が形成される多段フランジ部と、を有するハット型断面形状のプレス成形品を成形する方法であって、前記立壁部及び多段フランジ部全体を所定の曲げ角度となる中間状態まで曲げ加工しつつ、前記背切り部の前記立壁部との付根部分のみをプレス成形品の最終製品と同様の形状となるように成形する第一成形工程と、前記立壁部及び多段フランジ部全体を最終製品の形状まで曲げ加工しつつ、前記背切り部の残りの部分を最終製品と同様の形状となるように成形する第二成形工程とを有するものである。

請求項２においては、前記背切り部は、前記立壁部の付根部分から多段フランジ部の開放端に渡って、多段フランジ部のフランジ平面から上方に凸となるように台形型断面形状又はコ字型断面形状に形成されるものである。

請求項３においては、前記第一成形工程では、前記背切り部を、前記立壁部との付根部分から多段フランジ部の開放端に向かうにつれて徐々に段差が低くなるように成形するものである。

請求項４においては、前記第一成形工程では、前記背切り部を、前記立壁部との付根部分から多段フランジ部の開放端に向かうにつれて徐々に幅方向長さが長くなるように成形するものである。

請求項５においては、前記第一成形工程では、前記立壁部及び多段フランジ部全体を、板状ワークの加工箇所の曲げ角度がプレス成形品の最終製品の曲げ角度よりも小さい状態まで曲げ加工するものである。

本発明の効果として、板状ワークからプレス成形品の最終製品を成形するまでの工程にて、多段フランジ部の背切り部を複数の工程に分けて成形することで、最終製品形状の湾曲やひねりを防止し、製品形状の変形を制御して寸法精度を向上させることができる

次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るプレス成形品の全体的な構成を示した斜視図、図２はプレス成形品の最終製品の背切り部の側面図、図３は各工程のプレス成形品の形状を示した図、図４はプレス成形品の中間製品を示した斜視図、図５はプレス成形品の中間製品の背切り部の側面図である。
以下、図１において、矢印Ｘ方向をプレス成形品１の上下方向、矢印Ｙ方向をプレス成形品１の長手方向、矢印Ｚ方向をプレス成形品１の短手方向とする。

まず、本実施例のプレス成形品１の全体構成について、以下に概説する。
図１及び図２に示すように、本実施例の成形方法では、背切り部１４（多段部）が形成された多段フランジ部１３を有するハット型断面形状のプレス成形品１が成形される。このプレス成形品１の最終製品の形状としては、鋼板や成形パネル等の板状ワーク１０（図３参照）の縁部が曲げ加工等されて、水平面である天面１１と、天面１１の短手方向両縁部に連続する立壁部１２・１２と、立壁部１２に連続する多段フランジ部１３とが成形される。また、多段フランジ部１３には、フランジ平面１３ａよりほぼ板厚分だけ一段高い段差として設けられた背切り部１４が形成される。

「ハット型断面形状」とは、天面１１、立壁部１２、及び多段フランジ部１３より形成される形状であって、プレス成形品１の短手方向の断面形状が、天面１１の縁部から立壁部１２が連続するように下方に屈曲され、かつ、立壁部１２の縁部から多段フランジ部１３が天面１１と略平行となるように屈曲されている形状のことをいう。

板状ワーク１０は、平面視略矩形の長板状部材であって、短手方向の両縁部が対称に曲げ加工されて、立壁部１２や多段フランジ部１３等が形成される（図３参照）。プレス成形品１の製品形状は、この板状ワーク１０が曲げ加工されることによって、長手方向に沿って直線状に延出され、略同型の断面形状（ハット型断面形状）が長手方向（図１におけるＹ方向）に連続した形態とされる。

プレス成形品１においては、板状ワーク１０の加工部分、すなわち、天面１１と立壁部１２の連続部分、及び立壁部１２と多段フランジ部１３の連続部分が、それぞれ所定の曲げ角度となるように調整されている。「曲げ角度」とは、立壁部１２及び多段フランジ部１３を曲げ加工により成形した際に、加工前の板状ワーク１０に対する立壁部１２及び多段フランジ部１３の位相差を表すものである。具体的には、立壁部１２の曲げ角度とは天面１１に対する立壁部１２の位相角度のことをいい、多段フランジ部１３の曲げ角度とは立壁部１２に対する多段フランジ部１３の位相角度のことをいう。

多段フランジ部１３は、上下方向に凹凸を有する多段状に形成され、フランジ平面１３ａに対する段差としての背切り部１４（段差部）が複数設けられている。背切り部１４は、左右の多段フランジ部１３の長手方向に沿って複数設けられており、本実施例では、それぞれ長手方向（図１におけるＹ方向）に沿って２箇所に設けられている。

図２に示すように、背切り部１４は、フランジ平面１３ａからほぼ板厚分だけ一段高い段差として、多段フランジ部１３のフランジ平面１３ａから上方に段差Ｈ１だけ凸となるように形成されている。具体的には、背切り部１４は、フランジ平面１３ａから連続されるテーパ状のテーパ部１４ａと、水平面状の水平部１４ｂとを有し、断面形状が略台形型となるように形成されている。この背切り部１４は、立壁部１２の付根部分、すなわち立壁部１２と多段フランジ部１３との連続部分から多段フランジ部１３の開放端に渡って形成され、プレス成形品１の短手方向（図１におけるＺ方向）に沿って直線状に延出されて略同型の断面形状（略台形型断面形状）が連続した形態とされる。

本実施例のプレス成形品１は、多段フランジ部１３に背切り部１４が設けられるため、多段フランジ部１３の長手方向の線長Ｌ２が天面１１の長手方向の線長Ｌ１よりも長くなるように成形されている（Ｌ２＞Ｌ１）。すなわち、プレス成形品１は、多段フランジ部１３においてフランジ平面１３ａから上方に凸となるように背切り部１４（テーパ部１４ａ及び水平部１４ｂ）が形成されることで、天面１１の線長Ｌ１よりも多段フランジ部１３の線長Ｌ２の方が長くなるように成形されている。

また、背切り部１４の線長Ｌ３は、背切り部１４が上述したようにテーパ部１４ａ及び水平部１４ｂより形成されることから、かかるテーパ部１４ａ及び水平部１４ｂの線長を足し合わせた長さとなる。この背切り部１４の線長Ｌ３は、立壁部１２との付根部分から多段フランジ部１３の開放端に渡って略同じ長さである。つまり、プレス成形品１の最終製品では、背切り部１４は、立壁部１２の付根部分において線長Ｌ３の略台形型断面形状であり、かつ、多段フランジ部１３の開放端においても線長Ｌ３の略台形型断面形状となるように形成されている。

次に、本実施例のプレス成形品１の成形方法について、以下に詳述する。
図３乃至図５に示すように、本実施例のプレス成形品１の成形方法は、板状ワーク１０からプレス成形品１の曲げ加工において、多段フランジ部１３の背切り部１４を複数の工程に分けて成形することで、最終成形終了時にプレス成形品１の製品形状の変形を制御可能とするものである。具体的には、本実施例の加工方法は、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体を所定の曲げ角度となる中間状態まで曲げ加工しつつ、背切り部１４の立壁部１２との付根部分のみをプレス成形品１の最終製品と同様の形状となるように成形する第一成形工程Ｓ１と、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体を最終製品の形状まで曲げ加工しつつ、背切り部１４の残りの部分を最終製品と同様の形状となるように成形する第二成形工程Ｓ２とを有する。

第一成形工程Ｓ１では、上述した板状ワーク１０の短手方向の両縁部が曲げ加工されて（図３（ａ）参照）、プレス成形品１が所定の中間状態まで曲げ加工された中間製品が成形される（図３（ｂ）、図４参照）。この第一成形工程Ｓ１では、まず、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体の形状において、板状ワーク１０の加工箇所の曲げ角度がプレス成形品１の最終製品の曲げ角度よりも小さい状態まで曲げ加工される。具体的には、板状ワーク１０の加工箇所である立壁部１２の曲げ角度θ１（天面１１に対する立壁部１２の位相角度）が、最終製品の立壁部１２の曲げ角度θ３よりも小さく、多段フランジ部１３の曲げ角度θ２（立壁部１２に対する多段フランジ部１３の位相角度）が最終製品の多段フランジ部１３の曲げ角度θ４と同じ状態まで曲げ加工される（図３（ｂ）（ｃ）参照）。

つまり、本実施例においては、プレス成形品１が所定の中間状態まで曲げ加工された状態とは、立壁部１２の曲げ角度θ１が、最終製品の立壁部１２の曲げ角度θ３よりも小さく、多段フランジ部１３の曲げ角度θ２が、最終製品の多段フランジ部１３の曲げ角度θ４と同じ状態となるまで、板状ワーク１０が曲げ加工された状態である。

また、第一成形工程Ｓ１では、上述したように、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体が所定の中間状態まで曲げ加工されつつ、その間に、背切り部１４が立壁部１２との付根部分のみがプレス成形品１の最終製品と同様の形状となるように成形される。つまり、第一成形工程Ｓ１では、背切り部１４は完全には最終製品の形状にまで成形されるのではなく、立壁部１２との付根部分のみがプレス成形品１の最終製品と同様の形状に成形されるのである。かかる状態の背切り部１４は、立壁部１２との付根部が、プレス成形品１の最終製品の背切り部１４の線長Ｌ３（図２参照）と同じ長さとなるように成形される。

より詳細には、プレス成形品１の中間製品において、背切り部１４は、立壁部１２との付根部分が、多段フランジ部１３のフランジ平面１３ａから上方に段差Ｈ１だけ突出される一方で、背切り部１４の残りの部分においては、立壁部１２との付根部分から多段フランジ部１３の開放端に向かうにつれて徐々に段差が低くなり、かつ、幅方向長さが広がるように成形される（図４参照）。このように、プレス成形品１の中間製品では、背切り部１４において、立壁部１２との付根部分が、残りの部分よりもフランジ平面１３ａから突出され、立壁部１２との付根部分の幅方向長さが残りの部分よりも短い。

つまり、背切り部１４において、立壁部１２との付根部分が、フランジ平面１３ａから段差Ｈ１だけ突出され、その幅方向長さＬ１となるように成形された状態で、背切り部１４の残りの部分、すなわち、立壁部１２との付根部分から多段フランジ部１３の開放端に向かう中途部分では、立壁部１２との付根部分の段差Ｈ１よりも低い段差Ｈ２（Ｈ１＞Ｈ２）だけ突出され、かつ、立壁部１２との付根部分の幅方向長さＬ４よりも長い幅方向長さＬ５（Ｌ４＜Ｌ５）となるように成形される（図２及び図５参照）。

次いで、第二成形工程Ｓ２では、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体が最終製品の形状まで曲げ加工されつつ、その間に、背切り部１４の残りの部分が最終製品と同様の形状となるように成形される（図３（ｃ）参照）。つまり、第二成形工程Ｓ２では、上述したプレス成形品１の中間製品から、さらに立壁部１２及び多段フランジ部１３の曲げ加工と、背切り部１４の残りの部分の成形が行われる。

以上のように、本実施例のプレス成形品１の成形方法は、板状ワーク１０からプレス成形品１の最終製品を成形するまでの工程にて、多段フランジ部１３の背切り部１４を複数の工程に分けて成形することで、最終製品形状の湾曲やひねりを防止し、製品形状の変形を制御して寸法精度を向上させることができるものである。

本実施例のプレス成形品１のように、最終製品において長手方向の線長が異なる部分があると、プレス成形の際に線長の長い部分（多段フランジ部１３）に圧縮応力が生じるため、板状ワーク１０から最終製品まで一度に曲げ加工を行うと、最終成形終了時に、プレス成形品１において生じた応力にならって製品形状が湾曲したりやひねりが生じたりしてしまう。そこで、本実施例では、多段フランジ部１３に背切り部１４が成形されることによって生じる応力差を緩和するために、まず、第一成形工程Ｓ１でプレス成形品１の中間製品を成形し、次いで第二成形工程Ｓ２で最終製品を成形するようにしたものである。

すなわち、第一成形工程Ｓ１にて、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体を所定の中間状態まで曲げ加工しつつ、背切り部１４の立壁部１２との付根部分のみをプレス成形品１の最終製品と同様の形状となるように成形することで、プレス成形品１の応力差の発生を抑えることができ、この段階での製品全体の変形を抑制することができる。これは、背切り部１４の立壁部１２との付根部分のみをプレス成形品１の最終製品と同様の形状に成形して、天面１１と多段フランジ部１３との線長差を極力抑制することで、第一成形工程Ｓ１の進行に伴って徐々に発生する圧縮応力にバランスする引張り応力を、天面１１側や立壁部１２側だけでなく多段フランジ部１３の開放端側にも分散負担させることができるからである。

そして、第二成形工程Ｓ２では、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体を最終製品の形状まで曲げ加工しつつ、背切り部１４の残りの部分を最終製品と同様の形状となるように成形するため、多段フランジ部１３の線長Ｌ２が長くなるが、その際には、第一成形工程Ｓ１で既に所定の中間状態にまで曲げ成形されているため剛性が高くなっており、湾曲やねじれが生じにくい。特に、背切り部１４において、第一成形工程Ｓ１にて緩やかに成形された背切り部１４の残りの部分を張り出すだけで、プレス成形品１の最終製品の形状に成形することができ、最終製品での製品全体の湾曲やねじれの発生を抑えることができるのである。

特に、本実施例の成形方法では、第一成形工程Ｓ１において、背切り部１４を、立壁部１２との付根部分から多段フランジ部１３の開放端に向かうにつれて徐々に段差が低くなり、また、幅方向長さが長くなるように成形して、背切り部１４の立壁部１２との付根部分に対して背切り部１４の残りの部分を緩やかに成形するものであり、第二成形工程Ｓ２での最終製品への成形が容易となり、製品全体の湾曲やねじれの発生を効果的に抑制できる。

また、本実施例の成形方法では、立壁部１２及び多段フランジ部１３において中間製品を経て最終製品に成形するものであるため、特に、第一成形工程Ｓ１にて、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体を、板状ワーク１０の加工箇所の曲げ角度がプレス成形品１の最終製品の曲げ角度よりも小さい状態まで曲げ加工して、かかる箇所を複数の工程に分けて成形することで、立壁部１２及び多段フランジ部１３のスプリングバックの発生も効果的に抑制することができる。

なお、本実施例のプレス成形品１の成形方法としては、上述した方法に限定されない。

すなわち、本実施例の成形方法は、本実施例のプレス成形品１のように、多段フランジ部１３において天面１１よりも長手方向の線長Ｌ２が長い成形品を成形する場合に、線長差から生じる応力差を緩和することができるものであって、プレス成形品１の最終製品の形状としては、上述した実施例に限定されない。

また、本実施例の成形方法では、背切り部１４を複数の工程で成形することが特徴であって、立壁部１２や多段フランジ部１３全体の曲げ加工の工程においては、上述した実施例に限定されない。すなわち、例えば、立壁部１２及び多段フランジ部１３全体のいずれか一方又は両方を最終製品の形状まで曲げ加工しつつ、第二成形工程Ｓ２で加工箇所の最終的な成形を行うようにしてもよい。

なお、上述した実施例のプレス成形品１は、主に自動車部品として用いられ、トリム加工や穴あけ加工などが施された後に、その他の部品と接合された状態で使用される。また、プレス成形品１が使用される際には、背切り部１４の水平部１４ｂにボルト孔が穿設されて、かかる背切り部１４（水平部１４ｂ）にて対象物と締結されてもよい。

本発明の一実施例に係るプレス成形品の全体的な構成を示した斜視図。 プレス成形品の最終製品の背切り部の側面図。 各工程のプレス成形品の形状を示した図。 プレス成形品の中間製品を示した斜視図。 プレス成形品の中間製品の背切り部の側面図。

符号の説明

１ プレス成形品
１０ 板状ワーク
１１ 天面
１２ 立壁部
１３ 多段フランジ部
１３ａ フランジ平面
１４ 背切り部
Ｓ１ 第一成形工程
Ｓ２ 第二成形工程

Claims (5)

1. 板状ワークから、水平面である天面と、該天面の短手方向両縁部に連続して形成される立壁部と、該立壁部に連続して形成され、フランジ平面に対する段差としての背切り部が形成される多段フランジ部と、を有するハット型断面形状のプレス成形品を成形する方法であって、
   前記立壁部及び多段フランジ部全体を所定の曲げ角度となる中間状態まで曲げ加工しつつ、前記背切り部の前記立壁部との付根部分のみをプレス成形品の最終製品と同様の形状となるように成形する第一成形工程と、
   前記立壁部及び多段フランジ部全体を最終製品の形状まで曲げ加工しつつ、前記背切り部の残りの部分を最終製品と同様の形状となるように成形する第二成形工程とを有することを特徴とするプレス成形品の成形方法。
2. 前記背切り部は、前記立壁部の付根部分から多段フランジ部の開放端に渡って、多段フランジ部のフランジ平面から上方に凸となるように台形型断面形状又はコ字型断面形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の成形方法。
3. 前記第一成形工程では、
   前記背切り部を、前記立壁部との付根部分から多段フランジ部の開放端に向かうにつれて徐々に段差が低くなるように成形することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス成形品の成形方法。
4. 前記第一成形工程では、
   前記背切り部を、前記立壁部との付根部分から多段フランジ部の開放端に向かうにつれて徐々に幅方向長さが長くなるように成形することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプレス成形品の成形方法。
5. 前記第一成形工程では、
   前記立壁部及び多段フランジ部全体を、板状ワークの加工箇所の曲げ角度がプレス成形品の最終製品の曲げ角度よりも小さい状態まで曲げ加工することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプレス成形品の成形方法。

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