JP5168429B2 - Ｌ字状形状を有する部品のプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の骨格部材等として用いられるＬ字状形状を有する部品のプレス成形方法に関する。
本願は、２０１０年５月１９日に、日本に出願された特願２０１０−１１５２０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

自動車骨格構造は、素材金属板からプレス成形されて製作されるフロントピラーレインフォースメント、センターピラーレインフォースメント、及びサイドシルアウターレインフォースメント等の骨格部材を接合することにより形成される。例えば、図１は骨格部材１１０、１２０、１３０、１４０をスポット溶接によって接合することにより形成される骨格構造１００を示す。骨格部材１１０は、天板部１１１と、縦壁部１１２と、フランジ部１１３とによるＬ字状形状を有し、これにより骨格構造１００の強度及び剛性を確保している。

通常、骨格部材１１０のようなＬ字状形状を有する部品（以下、Ｌ字状形状部品と呼ぶ場合がある）をプレス成形する場合には、シワの発生を抑えるために絞り成形方法が採用される。絞り成形方法では、図３の（ａ）、（ｂ）に示すようにダイ２０１、パンチ２０２、及びシワ押さえ２０３（ホルダー）を用いて素材金属板３００Ａを成形体３００Ｂに絞り成形する。例えば、図４Ａに示す部品３００を絞り成形方法により製造する場合には、（１）図４Ｂに示す素材金属板３００Ａをダイ２０１とパンチ２０２の間に設置し、（２）図４Ｃに示す、素材金属板３００Ａの周囲のシワ押さえ領域Ｔをシワ押さえ２０３とダイ２０１により強く押さえ、（３）ダイ２０１とパンチ２０２とをプレス方向（鉛直方向）に相対移動させて素材金属板３００Ａを図４Ｄに示す絞り成形体３００Ｂに絞り成形し、（４）絞り成形体３００Ｂの周囲の不要な部分をトリムし、部品３００を得る。この絞り成形方法によれば、シワ押さえ２０３により素材金属板３００Ａの金属材料流動を制御できるため、素材金属板３００Ａの過剰な流入によるシワ発生を抑えることができる。しかしながら、素材金属板３００Ａの周囲に大きなトリム領域が必要になるため、歩留まりが低下し、コストが上昇する。また、絞り成形の過程で、絞り成形体３００Ｂには、図５に示すように、金属材料が過剰に流入する領域（α領域）ではシワが発生しやすく、一方、板厚が局部的に減少する領域（β領域）では割れが発生しやすい。このような割れ及びシワを防止するために、従来では延性に優れた比較的低強度の金属板を素材金属板３００Ａとして用いる必要があった。

上述のように、絞り成形される素材金属板には高い延性が要求される。例えば、延性の小さい高強度鋼板を素材金属板として用いてＬ字状形状部品を絞り成形する場合、延性の不足により割れやシワが発生しやすい。このため、従来、フロントピラーレインフォースメントやセンターピラーレイフォースメント等のＬ字状形状部品は、延性に優れた比較的低強度の鋼板を素材金属板として用いて製造されていた。従って、強度を確保するためには素材金属板の板厚を厚くする必要があり、部品重量増加やコスト高などの問題があった。このような問題は、図２に示すような、２つのＬ字状形状を組み合わせたＴ字状形状を有する骨格部材１１０’をプレス成形する場合も同様に起こる。

特許文献１〜特許文献４には、ハット形状、Ｚ字状形状などの単純断面形状を有する部品を製造するための曲げ成形方法が記載されているが、これらの方法は上記のＬ字状形状部品の製造には使用できない。

日本国特開２００３−１０３３０６号公報 日本国特開２００４−１５４８５９号公報 日本国特開２００６−０１５４０４号公報 日本国特開２００８−３０７５５７号公報

以上の問題を鑑み、本発明の目的は、延性の小さい高強度ハイテン材を素材金属板として用いても、このような素材金属板からＬ字状形状を有する部品を歩留まりよくプレス成形することができる、Ｌ字状形状を有する部品のプレス成形方法を提供することである。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の方法を用いる。
（１）本発明の第一の態様は、天板部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介して、前記天板部につながり、且つ、前記屈曲部と反対側にフランジ部を有する縦壁部とを有し、当該縦壁部は弧の外側が前記天板部になっている部品を素材金属板から成形する方法であって、前記素材金属板をダイ金型とパッド及び曲げ型との間に配置し、面外変形抑制領域としての前記素材金属板の前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を前記パッドにより加圧した状態、且つ、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部が前記天板部と同一平面上にある状態で、前記ダイ金型と前記曲げ型とを鉛直方向に相対移動させることにより、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部を、前記ダイ金型のうち、前記天板部に対応する部位の上でスライドさせつつ、前記縦壁部および前記フランジ部を成形する、Ｌ字状形状を有するプレス部品の成形方法である。
（２）本発明の第一の態様の変形例は、天板部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介して、前記天板部につながり、且つ、前記屈曲部と反対側にフランジ部を有する縦壁部とを有し、当該縦壁部は弧の外側が前記天板部になっている部品を素材金属板から成形する方法であって、前記素材金属板をダイ金型とパッド及び曲げ型との間に配置し、面外変形抑制領域としての前記素材金属板の前記天板部に相当する部位の少なくとも一部に前記パッドを近接又は接触し、前記パッドと前記ダイ金型との隙間を、前記素材金属板の板厚以上で且つ前記素材金属板の板厚の１．１倍以下に保った状態、且つ、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部が前記天板部と同一平面上にある状態で、前記ダイ金型と前記曲げ型とを鉛直方向に相対移動させることにより、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部を前記ダイ金型のうち前記天板部に対応する部位の上でスライドさせつつ、前記縦壁部および前記フランジ部を成形する、Ｌ字状形状を有するプレス部品の成形方法である。
（３）上記（１）又は（２）に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記面外変形抑制領域は、前記素材金属板の、前記天板部の面の垂直方向からみた場合に前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の一方の端部である第１の端部における、前記屈曲部と前記天板部との境界線の接線で二分される前記天板部の領域のうち、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の他方の端部である第２の端部を含む側で、前記ダイ金型のうち前記天板部に対応する部位に接する部分の領域であってもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記素材金属板の端部うち、前記素材金属板の前記面外変形抑制領域に対応する部位の中で前記屈曲部より前記天板側にある部位の端部となる部分が、前記天板部と同一平面上にあってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記天板部が、Ｌ字状形状、Ｔ字状形状、又はＹ字状形状を有してもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記縦壁部の高さが、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の長さの０．２倍以上、又は２０ｍｍ以上であってもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記素材金属板のうち、前記天板部の、前記天板部と前記屈曲部のうち前記弧状に湾曲している部位との境界線に接する部位の、当該境界線から少なくとも５ｍｍ以内の領域に、前記パッドを近接又は接触させてもよい。
（８）上記（３）に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記フランジ部のうち、前記縦壁部の、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位につながる部分の、前記天板部の反対側につながる部分のフランジ長方向の中央部より、前記第１の端部側のフランジ部分、及び、前記第１の端部側のフランジより５０ｍｍ以上先の部分のフランジの幅が２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位と前記天板部との境界線の最大曲率部の曲率半径が５ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、予加工した素材金属板を前記素材金属板としてプレス成形してもよい。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法では、前記素材金属板として、破断強度が４００ＭＰａ以上、１６００ＭＰａ以下の素材金属板を用いてもよい。
（１２）本発明の第二の態様は、複数のＬ字状形状を有する形状をプレス成形するにあたり、１つのＬ字状形状もしくは複数のＬ字状形状もしくは全てのＬ字状形状の成形について、上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載のＬ字状形状の成形方法により成形を行う、Ｌ字状形状を有するプレス部品の成形方法である。

本発明によれば、Ｌ字状形状を有する部品（Ｌ字状形状部品）を素材金属板からプレス成形する際に、素材金属板のうち、Ｌ字状形状部品のＬ字下側部に対応する部位が縦壁部に向けて引き込まれる。この結果、通常の絞り成形では板厚減少による割れが発生しやすいフランジ部では、部材の過度な引張りが軽減されるために割れの発生が抑制される。また、通常の絞り成形では過剰な金属材料流入によるシワが発生しやすい天板部では、部材が引っ張られるためにシワの発生が抑制される。

更に、通常の絞り成形で行われるように、素材金属板のうち、Ｌ字状形状部品のＬ字下側部に対応する部位に、シワ押さえのための大きなトリム領域を設ける必要がないため、素材金属板の面積を小さくすることができ、歩留まりを向上させることができる。さらに、成形の為に素材金属板に必要とされる延性が小さくなるので、従来使われている延性の優れた比較的低強度の鋼板だけでなく、比較的延性の低い高強度の鋼板を素材金属板として用いることができる。このため、素材金属板の板厚を小さくすることができ、車両等の軽量化に寄与することができる。

Ｌ字状形状を有する骨格部材１１０を含む骨格構造１００を示す斜視図である。 Ｔ字状形状を有する骨格部材１１０’を示す斜視図である。 絞り成形方法の説明図である。 絞り成形方法により得られる部品３００を示す斜視図である。 部品３００の素材である素材金属板３００Ａを示す斜視図である。 素材金属板３００Ａの周囲のシワ押さえ領域Ｔを示す斜視図である。 素材金属板３００Ａを絞り成形して得られる成形体３００Ｂを示す斜視図である。 成形体３００Ｂにおいて、シワが発生しやすいα部と割れが発生しやすいβ部とを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るプレス部品成形方法により得られるＬ字状形状部品１０の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るプレス部品成形方法で用いられる金型ユニット５０の概略図である。 本発明の一実施形態に係るプレス部品成形方法で用いられる金型ユニット５０によるプレス成形工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るプレス部品成形方法において用いられる鋼板Ｓを示す図である。 鋼板Ｓをダイ金型５１上に設置した状態を示す斜視図である。 鋼板ＳをＬ字状形状部材１０に成形した後の状態を示す斜視図である。 鋼板Ｓの面外変形抑制領域（領域Ｆ）をハッチングで示す図である。 実施例１〜３、４１〜５２で成形する成形体を説明する図である。 実施例４で成形する成形体を説明する図である。 実施例５で成形する成形体を説明する図である。 実施例６で成形する成形体を説明する図である。 実施例７で成形する成形体を説明する図である。 実施例８で成形する成形体を説明する図である。 実施例９で成形する成形体を説明する図である。 実施例１０で成形する成形体を説明する図である。 実施例１１で成形する成形体を説明する図である。 実施例１２で成形する成形体を説明する図である。 実施例１３で成形する成形体を説明する図である。 実施例１４〜１７で成形する成形体を説明する図である。 実施例１８〜２０で成形する成形体を説明する図である。 実施例２１で成形する成形体を説明する図である。 実施例２２で成形する成形体を説明する図である。 実施例２３で成形する成形体を説明する図である。 実施例２４〜２８で成形する成形体を説明する図である。 実施例２９〜３２で成形する成形体を説明する図である。 実施例３３〜３６で成形する成形体を説明する図である。 実施例３７、３８で成形する成形体を説明する図である。 実施例３９で成形する成形体を説明する図である。 実施例４０で成形する成形体を説明する図である。 実施例３７、３８で使用する予加工を行った金属板の形状を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプレス成形方法について詳細に説明する。

本実施形態に係るプレス成形方法では、天板部１１と、弧状に湾曲している部位１５ａを有する屈曲部１５を介して天板部１１につながり、且つ、屈曲部１５と反対側にフランジ部１３を有する縦壁部１２とを有する部品を、鋼板Ｓ（素材金属板）から成形する。天板部１１は、縦壁部１２の弧の外側に存在する。このプレス成形方法では、鋼板Ｓの少なくとも一部の領域（鋼板Ｓのうち、天板部１１に対応する領域の少なくとも一部）が、ダイ金型５１のうち前記天板部１１に対応する部位の上でスライド（面内移動）することを許容した状態で、縦壁部１２及びフランジ部１３を成形する。より具体的には、鋼板Ｓをダイ金型５１とパッド５２及び曲げ型５３との間に配置し、パッド５２を鋼板Ｓに近接又は接触させた状態で、鋼板Ｓの少なくとも一部を、ダイ金型５１のうち天板部１１に対応する部位の上でスライドさせつつ、縦壁部１２およびフランジ部１３を成形する。
尚、「パッドを鋼板に近接させた状態」とは、ダイ金型のうち天板部に対応する部位の上で鋼板がスライドする場合には鋼板とパッドとが接触せず、当該部位の上で鋼板が面外変形（又は座屈）しようとした場合には鋼板とパッドとが接触する状態を意味する。

縦壁部１２およびフランジ部１３の成形では、金属板Ｓの一部を面外変形抑制領域（領域Ｆ）として、パッド５２により所定の荷重圧力で加圧してもよい。

例えばパッド荷重圧力が高く設定され、プレス中に鋼板Ｓの“ダイ金型５１の天板部に接する部分”がダイ金型５１とパッド５２との間で十分にスライド（面内移動）できない場合には、フランジ部１３で割れが発生してしまう。
また、パッド５２による荷重圧力が低く設定され、プレス中に鋼板Ｓの“ダイ金型５１の天板部に接する部分”での面外変形を拘束できない場合は、天板部１１でシワが発生してしまう。
自動車部品等で一般に使用される引張強度２００ＭＰａから１６００ＭＰａの金属板を成形する場合、３０ＭＰａ以上の圧力で加圧するとフランジ部１３で割れが発生し、一方、０．１ＭＰａ以下の圧力で加圧すると天板部１１での面外変形を十分に抑制できないので、パッド５２による加圧は０．１ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ以下の圧力で行うことが望ましい。
さらに一般的な自動車部品の製造用のプレス機および金型ユニットを考えると、０．４ＭＰａ以下では荷重が小さいため、ガスクッション等でパッド５２を安定して加圧することが難しく、１５ＭＰａ以上では荷重が大きくなり高圧の加圧装置が必要になるため設備コストが高くなるので、パッド５２による加圧は０．４ＭＰａ以上かつ１５ＭＰａ以下の圧力で行うことがより望ましい。
ここで言う圧力とは、パッド加圧力を、パッド５２と鋼板Ｓとの接触部分の面積で除した平均面圧のことであり、局所的には多少のバラツキがあってもよい。

また、縦壁部１２およびフランジ部１３の成形では、鋼板Ｓの一部を面外変形抑制領域（領域Ｆ）として、パッドの面外抑制領域に近接又は接触する部分については、パッド５２とダイ金型５１との隙間を、鋼板Ｓの板厚以上でかつ板厚の１．１倍以下に保った状態で、成形してもよい。

例えば、天板部１１に相当する部分のパッド５２とダイ金型５１との隙間を鋼板Ｓの板厚以上でかつ板厚の１．１倍以下に保った状態で成形した場合、鋼板Ｓには過大な面圧がからないため、プレス中に鋼板Ｓは金型ユニット５０内で十分にスライド（面内移動）でき、更に、成形が進むにつれ、天板部１１で肉余りが発生し、鋼板Ｓを面外変形させる力が働いた場合には、パッド５２により鋼板Ｓの面外変形が拘束されるので、割れやシワの発生を抑制することができる。
天板部１１に相当する部分のパッド５２とダイ金型５１との隙間を鋼板Ｓの板厚未満にして成形した場合は、鋼板Ｓとダイ金型５１との間に過大な面圧がかかることになり、鋼板Ｓが金型ユニット５０内で十分にスライド（面内移動）できずに、フランジ部１３で割れが発生してしまう。
一方、天板部１１に相当する部分のパッド５２とダイ金型５１との隙間を鋼板Ｓの板厚の１．１倍以上として成形した場合、プレス中に鋼板Ｓの面外変形が十分に拘束されないため、成形が進むにつれ、天板部１１で鋼板Ｓが大幅に余ることにより、天板部１１に顕著なシワの発生のみならず、座屈が発生し、所定の形に成形することができなくなる。
自動車部品等で一般に使用される引張強度２００ＭＰａから１６００ＭＰａの金属板をその一部を面外変形抑制領域（領域Ｆ）として、パッド５２の面外抑制領域に近接又は接触する部分についてはパッド５２をダイ金型５１との隙間が、板厚以上でかつ板厚の１．１倍以下に保った状態で成形する場合、パッド５２とダイ金型５１との隙間が板厚の１．０３倍以上であると、多少のシワが発生するので、パッド５２とダイ金型５１との隙間は板厚以上、かつ板厚の１．０３倍以下とすることがより望ましい。

すなわち、本実施形態に係るプレス成形方法では、図８に示すように、鋼板Ｓをプレスして、縦壁部１２と、縦壁部１２の片端部につながるフランジ部１３と、縦壁部１２のフランジ部１３がつながる側と反対側の端部につながりかつフランジ部１３と反対方向に延びる天板部１１とを持ち、かつ縦壁の一部もしくは全体がフランジ部１３を内側とするように湾曲するＬ字状形状に成形するにあたり、鋼板ＳのＬ字の下側に相当する部分の端部が天板部１１内にあるような形状をした鋼板Ｓを、ダイ金型５１上に配置し、天板部１１をパッド５２で押さえながら又は近接させながら縦壁部１２およびフランジ部１３を曲げ型５３によりプレスする。尚、図８の（ａ）は図６のａ−ａ矢視についてプレス中の鋼板Ｓの挙動を示し、図８の（ｂ）は図６のｂ−ｂ矢視についてプレス中の鋼板Ｓの挙動を示す。

Ｌ字状形状部品１０は、図６に示されるように、Ｌ字状形状を有する平面状の天板部１１と、縦壁部１２と、フランジ部１３とを有する。天板部１１は、弧状に湾曲している部位１５ａを含む屈曲部１５を介して縦壁部１２に連接している。弧状に湾曲している部位１５ａの弧は、プレス方向から見て、一定の曲率を有する形状、楕円形状、複数の曲率を有する形状、又は直線部を含む形状などを有する。すなわち、Ｌ字状形状部品１０においては、弧状に湾曲している部位１５ａの弧の外側に天板部１１が存在し、弧状に湾曲している部位１５ａの弧の内側（弧の中心点側）にフランジ部１３が存在する。尚、天板部１１は完全な平面である必要はなく、プレス製品のデザインに基づき天板部１１に種々の付加形状が付与されてもよい。

本発明においては、図６に示すように、Ｌ字状形状部品１０の弧状に湾曲している部位１５ａの両端部のうち、屈曲部１５の端部（Ｌ字下側の端部）から遠い位置の端部を端部Ａ（第１の端部）と呼び、屈曲部１５の端部（Ｌ字下側の端部）から近い位置の端部を端部Ｂ（第２の端部）と呼ぶ。屈曲部１５は、端部Ａの外側（端部Ｂの反対側）に略直線状に延在する部位１５ｂ、及び、端部Ｂの外側（端部Ａの反対側）に略直線状に延在する部位１５ｃを有する。尚、弧状に湾曲している部位１５ａの端部Ｂは屈曲部１５の端部と同一点である場合もある。この場合には、端部Ｂの外側（端部Ａの反対側）に略直線上に延在する部位１５ｃは存在しない。

鋼板Ｓは、Ｌ字状形状部品１０を展開した形状を有する。すなわち、鋼板Ｓは、Ｌ字状形状部品１０のうち、天板部１１、縦壁部１２、フランジ部１３などに対応する部位をそれぞれ有する。
尚、鋼板Ｓ（素材金属板）として、プレス成形加工、曲げ加工、穴空け加工等の予加工を施した予加工済み鋼板（素材金属板）を用いてもよい。

縦壁部１２及びフランジ部１３の成形では、天板部１１の面の垂直方向（プレス方向）からみた場合に屈曲部１５の弧状に湾曲している部位１５ａの一方の端部である端部Ａ（第１の端部）における、屈曲部１５と天板部１１との境界線の接線で二分される天板部１１の領域のうち、屈曲部１５の弧状に湾曲している部位１５ａの他方の端部である端部Ｂ（第２の端部）を含む側の領域のうちダイ金型５１の天板面（鋼板Ｓの天板部に対応する面）に接する領域（図１０のハッチング部）が面外変形抑制領域（領域Ｆ）として加圧されることが好ましい。この場合、天板部１１や縦壁部１２のシワ発生を抑えることができる。尚、パッド加圧に際しては、鋼板Ｓのダイ金型５１の天板面に接する部分全面もしくは、面外変形抑制領域（領域Ｆ）の全体を含む鋼板Ｓのダイ金型５１の天板面に接する部分の一部をカバーする形状のパッドを用いることが好ましいが、例えば製品のデザインにより面外変形抑制領域（領域Ｆ）に付加形状が存在する場合等には、付加形状部を避けて、少なくとも面外変形抑制領域（領域Ｆ）のうち屈曲部の弧状に湾曲している部位との境界線に接する部位の、当該境界線から５ｍｍ以内の領域を含みかつ面外変形抑制領域（領域Ｆ）の５０％以上面積をカバーする形状のパッドを用いてもよい。更には、加圧面が区切りされたパッドを用いることもできる。

また、鋼板Ｓのうち、天板部１１の、天板部１１と屈曲部１５のうち弧状に湾曲している部位１５ａとの境界線に接する部位の、少なくとも、当該境界線から５ｍｍ以内の領域を、パッド５２で加圧することが好ましい。一方、例えば境界線から４ｍｍ以内の領域のみをパッド５２で加圧する場合には、天板部１１においてシワが発生しやすい。ただし、シワの発生に関しては、割れの発生に比べ、製品強度に大きな影響を与えるものではない、

図７に、本実施形態に係るプレス成形方法で用いる金型ユニット５０を示す。この金型ユニット５０は、ダイ金型５１と、パッド５２と、曲げ型５３とを備える。
面外変形抑制領域（領域Ｆ）に対応する部位などの面内移動を許容する程度に鋼板Ｓを加圧する場合に用いるパッド５２の駆動機構は、バネや油圧でよく、また、ガスクッションをパッド５２としてもよい。
また、面外変形抑制領域（領域Ｆ）に近接又は接触する部分についてパッド５２とダイ金型５１との隙間を、鋼板Ｓの板厚以上でかつ板厚の１．１倍以下に保った状態で縦壁部１２及びフランジ部１３を成形する場合に用いるパッド５２の駆動機構は電動シリンダーや油圧サーボ装置などであればよい。

本実施形態に係るプレス成形方法では、図９Ａに示す、成形体を展開した形状を有する鋼板Ｓを、図９Ｂに示すように、ダイ金型５１の上に設置し、そして、Ｌ字状部品１０の天板部１１に対応する部位を、パッド５２によりダイ金型５１に向けて加圧した状態で、曲げ型５３をプレス方向Ｐに向けて降下させ、図９Ｃに示すように縦壁部１２及びフランジ部１３を形成することができる。

上述のように、曲げ型５３をプレス方向に向けて降下させることで、鋼板Ｓは縦壁部１２及びフランジ部１３の形状に沿って変形する。このとき、鋼板Ｓのうち、Ｌ字下側部の縦壁部１２に対応する部位は、縦壁部１２に流入する。すなわち、鋼板Ｓのうち、Ｌ字下側部の天板部１１に対応する位置は伸ばされることになるため、従来の絞り成形の場合では過剰な金属材料流入によるシワが発生しやすかった天板部１１におけるシワ発生が抑制される。また、鋼板Ｓのうち、Ｌ字下側部のフランジ部１３に対応する位置は、過度に伸ばされないため、従来の絞り成形の場合では板厚減少による割れが発生しやすかったフランジ部１３における割れの発生が抑制される。また、このようにしてシワ、割れの発生を抑制することから、従来の成形法のように、鋼板ＳのうちＬ字状形状部品のＬ字下側部に対応する部位に、シワ押さえのための大きなトリム領域を設ける必要がない。

鋼板Ｓの形状としては、少なくとも一部の端部が天板部１１の同一平面内にあるような形状（プレス成形時に端部が巻き込まれない形状）であればよい。すなわち、図１０に示すように、鋼板Ｓのうち、面外変形抑制領域（領域Ｆ）に対応する部位の端部は前記天板部１１と同一平面上にあることが好ましい。

形成する縦壁部１２の高さＨについては、屈曲部１５の前記弧状に湾曲している部位１５ａの長さの０．２倍未満である場合、あるいは２０ｍｍ未満である場合には、縦壁部１２にシワが発生しやすくなる。従って、縦壁部１２の高さＨは、屈曲部１５の前記弧状に湾曲している部位１５ａの長さの０．２倍以上、又は２０ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、成形による板厚減少が抑制されるので、延性が高く比較的低強度の鋼板（例えば破断強度が１６００ＭＰａ程度の鋼板）だけでなく、延性が低く比較的高強度の鋼板（例えば破断強度が４００ＭＰａ程度の鋼板）を使用しても良好にプレス成形することができる。従って、鋼板Ｓとしては、破断強度が４００ＭＰａ以上、１６００ＭＰａ以下の高強度鋼板を用いることができる。

更に、本実施形態に係るプレス成形方法では、縦壁の湾曲の中央より、上側のフランジ部１３の幅ｈ_ｉが２５ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であればよい。より具体的には、フランジ部１３のうち、縦壁部１２の、屈曲部１５の弧状に湾曲している部位１５ａにつながる部分の、天板部１１の反対側につながる部分のフランジ部１３の長方向（周方向）の中央線Ｃより端部Ａ側のフランジ部分１３ａ、及び、端部Ａ側のフランジより５０ｍｍ先の部分のフランジ部分１３ｂ（すなわち、領域Ｏ）において、幅ｈ_ｉが２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにプレス成形することが好ましい。
幅ｈ_ｉは、フランジ部分１３ａ及びフランジ部分１３ｂにおけるフランジ端部の任意位置と、当該任意位置から最短の、縦壁部とフランジ部との境界線上の位置との距離で定義される。
フランジ部分１３ａ及びフランジ部分１３ｂにおいて、幅ｈ_ｉが２５ｍｍ未満の箇所が存在する場合、フランジ部において板厚減少が大きくなり、割れが発生しやすくなる。これは、成形の過程でＬ字下側部の先端部を縦壁部１２に引き込む力がフランジ部近辺に集中するためである。
一方、フランジ部分１３ａ及びフランジ部分１３ｂにおいて、幅ｈ_ｉが１００ｍｍ超の箇所が存在する場合、フランジ部１３において圧縮される量が大きくなり、シワが発生しやすくなる。
従って、幅ｈ_ｉを２５ｍｍ以上かつ１００ｍｍ以下とすることで、フランジ部１３におけるシワと割れの発生を抑制することができる。
このため、Ｌ字内側のフランジ部の幅ｈ_ｉが２５ｍｍ未満の形状の部品を作製する場合は、２５ｍｍ以上のフランジ部のあるＬ字状形状をプレス成形した後に、不要な部分をトリムすることにより作製することが好ましい。

さらに、縦壁部１２の湾曲の最大曲率部の曲率半径、すなわち、前記屈曲部１５の前記弧状に湾曲している部位１５ａと天板部１１との境界線の最大曲率部の曲率半径（Ｒ_ＭＡＸ）は５ｍｍ以上、３００ｍｍ以下であることが好ましい。
最大曲率部の曲率半径が５ｍｍ未満の場合、最大曲率部周辺が局所的に張り出すため、割れが発生しやすくなる。
一方、最大曲率部の曲率半径が３００ｍｍ超の場合、Ｌ字下部の先端の長さが長くなり、プレス成形の過程でＬ字の内側（縦壁部１２）に引き込まれる距離が大きくなるため、金型ユニット５０と鋼板Ｓとの摺動距離が大きくなり、金型ユニット５０の摩耗が促進され、金型寿命が短くなってしまう。最大曲率部の曲率半径は、１００ｍｍ以下であるとより好ましい。

尚、上述の実施形態においては、一つのＬ字状形状を有する部材の成形方法を例にとったが、本発明は、二つのＬ字状形状を有する部材（Ｔ字状形状部材など）、あるいは二つ以上のＬ字状形状を有する部材（Ｙ字状形状部材など）の成形にも適用できる。すなわち、複数のＬ字状形状を有する形状をプレス成形するにあたり、１つのＬ字状形状もしくは複数のＬ字状形状もしくは全てのＬ字状形状の成形について、上述のＬ字状形状の成形方法により成形を行ってもよい。また、天板部１１は、Ｌ字状形状、Ｔ字状形状、又はＹ字状形状を有してもよい。更には、左右が非対称のＴ字状形状、又はＹ字状形状を有してもよい。
また、ダイ金型５１と曲げ型５３との上下の位置関係は、本発明において限定されるものではない。
更には、本発明における素材金属板は鋼板Ｓのみに限定されるものではない。例えば、アルミ板や、Ｃｕ−Ａｌ合金板など、プレス成形に適した素材金属板を用いてもよい。

実施例１〜５２では、パッド機構を有する金型ユニットを用いて、天板部と縦壁部とフランジ部とを有する成形体を成形した。実施例１〜５２により成形した成形体の斜視図（図中（ａ））と、領域Ｏ（弧長／２ｍｍ＋５０ｍｍの領域）、領域Ｆ（面外変形抑制領域）、及び、実際に加圧した加圧位置をハッチングで示す平面図（図中（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））とを図１１〜図３２にそれぞれ示す。尚、図１１〜図３２に記載されている寸法の単位はｍｍである。また、それぞれの実施例でプレス成形した成形体における端部Ａ（第１の端部）、端部Ｂ（第２の端部）を図中にＡ、Ｂで示す。

表１Ａ、表１Ｂに、各実施例に対応する図面をに示すとともに、各実施例で用いた素材金属板の材質として、「素材金属板種類」、「板厚（ｍｍ）」、「破断強度（ＭＰａ）」を示す。

表２Ａ、表２Ｂに、各実施例で成形した成形体の形状として、「天板形状」、「弧長（ｍｍ）」、「弧長×０．２」、「弧の最大曲率部の曲率半径（ｍｍ）」、「縦壁部高さＨ（ｍｍ）」、「Ａ端フランジ幅（ｍｍ）」、「弧の形状」、「端部巻き込み」、「Ａ端の先の形状」、「天板部付加形状」を示す。

表３Ａ、表３Ｂに、成形条件として、「加圧位置」、「境界線からの加圧範囲（ｍｍ）」、「予加工」、「成形荷重（ｔｏｎ）」、「パッド荷重圧力（ＭＰａ）」、「パッドとダイとの隙間と板厚との比（パッドとダイとの隙間／板厚）」を示す。

表４Ａ、表４Ｂに、「フランジ部シワ評価」、「フランジ部割れ評価」、「天板部シワ評価」、「天板部割れ評価」、「縦壁部シワ評価」の結果を示す。
フランジ部、天板部、縦壁部のシワ評価では、目視検査により、シワが一切発見されなかった場合をＡ、微小なシワが発見された場合をＢ、シワが発見された場合をＣ、顕著なシワが発見された場合をＤ、座屈変形が発見された場合を×で評価した。また、フランジ部、天板部の割れ評価では、割れが発生しなかった場合を○、ネッキング（３０％以上の局部的な板厚減少部）が発生した場合を△、割れが発生した場合を×で評価した。

[表１Ａ]

[表１Ｂ]

[表２Ａ]

[表２Ｂ]

[表３Ａ]

[表３Ｂ]

[表４Ａ]

[表４Ｂ]

実施例１、４１では、適切な成形条件を採用して図１１に示す成形体をプレス成形した。成形体に割れ及びシワは一切発生しなかった。

実施例２、４２では、実施例１に比べパッド荷重圧力を低く設定して、図１１に示す成形体をプレス成形した。成形体には、天板部におけるシワ、及び縦壁部における微小なシワが発生した。ただし、割れは発生していないため製品強度に問題は無かった。

実施例３、４３、４４では、実施例１に比べパッド荷重圧力を高く設定して、図１１に示す成形体をプレス成形した。このため、加圧位置において素材金属板が十分にスライド（面内移動）できず、フランジ部で割れが発生した。

実施例４５〜５２では、パッドとダイとの隙間と板厚との比（パッドとダイとの隙間／板厚）を１．００〜２．００に設定して、図１１に示す成形体をプレス成形した。この結果、パッドとダイとの隙間と板厚との比を１．８０に設定した実施例４９及びパッドとダイとの隙間と板厚との比を２．００に設定した実施例５２では、天板部において座屈変形が生じたため、所望の製品形状を得ることが出来なかった。

実施例４では、面外変形抑制領域（領域Ｆ）に相当する領域以外をパッドで加圧して、図１２に示す成形体をプレス成形した。成形体には、天板部における顕著なシワ、及び縦壁部における微小なシワが発生した。ただし、割れは発生していないため製品強度に問題は無かった。

実施例５では、面外変形抑制領域（領域Ｆ）を全て含む領域をパッドで加圧して、図１３に示す成形体をプレス成形した。成形体には、シワ及び割れが一切発生しなかった。

実施例６では、図１４に示す成形体をプレス成形した。この実施例においては、図１４に示すように、面外変形抑制領域（領域Ｆ）に相当する部位の端部が天板部と同一平面状に存在していないため、すなわち端部が巻き込まれているため、フランジ部において割れが発生してしまった。

実施例７〜１０では、図１５、図１６、図１７、図１８に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例では、弧が楕円形である場合（実施例７）、弧が複数の曲率（Ｒ）を有する場合（実施例８）、弧が直線部を有する場合（実施例９）、又は弧の先端が屈曲部の端部である場合（実施例１０）であっても、本発明の効果が良好に得られることが示された。

実施例１１〜１３では、図１９、図２０、図２１に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例からは、製品デザインにより、Ａ端の先の形状が非直線である場合（実施例１１〜１３）や、天板部が付加形状を有する場合（実施例１３）であっても、本発明の効果が良好に得られることが示された。特に実施例１３からは、面外変形抑制領域（領域Ｆ）の一部において微小な付加形状が存在することにより面外変形抑制領域（領域Ｆ）の全体をパッドで加圧できない場合であっても、本発明の効果が得られることが示された。

実施例１４〜１７では、縦壁部の高さＨを１０ｍｍ（実施例１４）、１５ｍｍ（実施例１５）、２０ｍｍ（実施例１６）、３０ｍｍ（実施例１７）にそれぞれ設定し、図２２に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例から、縦壁部の高さＨを２０ｍｍ以上とすることで、縦壁部のシワを抑えることができることが示された。尚、縦壁部の高さが２０ｍｍ未満である実施例１４、１５では、縦壁部においてシワが発生したが、割れは発生していないため製品強度に問題は無かった。

実施例１８〜２０では、弧長を６６ｍｍ（弧長×０．２＝１３．２）に設定した上で、縦壁部の高さＨを５ｍｍ（実施例１８）、１４ｍｍ（実施例１９）、１８ｍｍ（実施例２０）にそれぞれ設定し、図２３に示す成形体をプレス成形した。これらの実施形態から、縦壁部の高さＨを弧長の０．２倍以上とすることで、縦壁部の高さが２０ｍｍ未満であっても、縦壁部のシワを抑えることができることが示された。尚、縦壁部の高さＨが弧長の０．２倍未満である実施例１８では、縦壁部においてシワが発生したが、割れは発生していないため製品強度に問題は無かった。

実施例２１〜２３では、天板部と屈曲部のうち弧状に湾曲している部位との境界線に接する部位の、当該境界線から３ｍｍ以内（実施例２１）、５ｍｍ以内（実施例２２）、又は８ｍｍ以内（実施例２３）の領域を、パッドで加圧しつつ、図２４、図２５、図２６に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例からは、境界線から５ｍｍ以内の領域を少なくともパッドで加圧することにより、天板部におけるシワの発生を抑えることができることが示された。

実施例２４〜２８では、Ａ端におけるフランジ幅を２０ｍｍ（実施例２４）、２５ｍｍ（実施例２５）、８０ｍｍ（実施例２６）、１００ｍｍ（実施例２７）、１２０ｍｍ（実施例２８）に設定し、図２７に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例から、フランジ幅を２５ｍｍ〜１００ｍｍに設定することにより、シワ及び割れの発生を抑えることができることが示された。尚、実施例２４では、フランジ幅を２０ｍｍに設定したことによりフランジ部にネッキングが発生し、実施例２８では、フランジ幅を１２０ｍｍに設定したことによりフランジ部における顕著なシワが発生し、天板部にはネッキングが発生したが、いずれも割れまでには至らなかったため強度特性に大きな問題は無かった。

実施例２９〜３２では、弧が直線部を有する場合（Ｒ＋直線＋Ｒ）において、弧の最大曲率部の曲率半径を３ｍｍ（実施例２９）、５ｍｍ（実施例３０）、１０ｍｍ（実施例３１）、２０ｍｍ（実施例３２）に設定し、図２８に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例から、弧の最大曲率部の曲率半径を５ｍｍ以上とすることにより、縦壁部のシワを抑えることができることが示された。

実施例３３〜３６では、弧の最大曲率半径を２００ｍｍ（実施例３３）、２５０ｍｍ（実施例３４）、３００ｍｍ（実施例３５）、３５０ｍｍ（実施例３６）に設定し、図２９に示す成形体をプレス成形した。これらの実施例から、弧の最大曲率部の曲率半径を３００ｍｍ以内に設定することにより、縦壁部のシワの発生を抑えることができることが示された。

実施例３７、３８では、図３０に示すＴ字型の成形体をプレス成形した。尚、素材金属板には図３３に示す形状に予加工を行った鋼板（実施例３７）、及び予加工を行ったアルミ板（実施例３８）を用いた。これらの実施例から、本発明にかかるプレス成形方法は、Ｔ字型の成形体の成形にも採用できること、及び、本発明の素材金属板が鋼板に限定されるものではないことが示された。

実施例３９、実施例４０では、図３１に示す左右非対称のＴ字型の成形体（実施例３９）、及び、図３２に示すＹ字型の成形体（実施例４０）をプレス成形した。これらの実施例から、本発明に係るプレス成形方法は、Ｌ字形状を一つ以上有する成形体の成形にも十分に適用できることが示された。

本発明によれば、延性が小さい高強度の素材金属板を用いても、Ｌ字状形状を有する部品をシワや割れの発生を抑制してプレス成形することができる。

１０ Ｌ字状形状部品
１１ 天板部
１２ 縦壁部
１３ フランジ部
１５ 屈曲部
１５ａ 弧状に湾曲している部位
５０ 金型ユニット
５１ ダイ金型
５２ パッド
５３ 曲げ型
１００ 骨格構造
１１０ 骨格部材
１１０’ 骨格部材
１１１ 天板部
１１２ 縦壁部
１１３ フランジ部
１２０ 骨格部材
１３０ 骨格部材
１４０ 骨格部材
２０１ ダイ
２０２ パンチ
２０３ シワ押さえ
３００ 部品
３００Ａ 素材金属板
３００Ｂ 成形体
Ｓ 鋼板（素材金属板）
ｈ_ｉ フランジ幅
Ｈ 縦壁部高さ

Claims (12)

1. 天板部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介して、前記天板部につながり、且つ、前記屈曲部と反対側にフランジ部を有する縦壁部とを有し、当該縦壁部は弧の外側が前記天板部になっている部品を素材金属板から成形する方法であって、
   前記素材金属板をダイ金型とパッド及び曲げ型との間に配置し、
   面外変形抑制領域としての前記素材金属板の前記天板部に相当する部位の少なくとも一部を前記パッドにより加圧した状態、且つ、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部が前記天板部と同一平面上にある状態で、前記ダイ金型と前記曲げ型とを鉛直方向に相対移動させることにより、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部を前記ダイ金型のうち前記天板部に対応する部位の上でスライドさせつつ、前記縦壁部および前記フランジ部を成形する
   ことを特徴とするＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
2. 天板部と、弧状に湾曲している部位を有する屈曲部を介して、前記天板部につながり、且つ、前記屈曲部と反対側にフランジ部を有する縦壁部とを有し、当該縦壁部は弧の外側が前記天板部になっている部品を素材金属板から成形する方法であって、
   前記素材金属板をダイ金型とパッド及び曲げ型との間に配置し、
   面外変形抑制領域としての前記素材金属板の前記天板部に相当する部位の少なくとも一部に前記パッドを近接又は接触し、前記パッドと前記ダイ金型との隙間を、前記素材金属板の板厚以上で且つ前記素材金属板の板厚の１．１倍以下に保った状態、且つ、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部が前記天板部と同一平面上にある状態で、前記ダイ金型と前記曲げ型とを鉛直方向に相対移動させることにより、前記素材金属板のＬ字の下側に相当する部分の端部を前記ダイ金型のうち前記天板部に対応する部位の上でスライドさせつつ、前記縦壁部および前記フランジ部を成形する
   ことを特徴とするＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
3. 前記面外変形抑制領域は、前記素材金属板の、前記天板部の面の垂直方向からみた場合に前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の一方の端部である第１の端部における、前記屈曲部と前記天板部との境界線の接線で二分される前記天板部の領域のうち、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の他方の端部である第２の端部を含む側で、前記ダイ金型のうち前記天板部に対応する部位に接する部分の領域である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
4. 前記素材金属板の端部のうち、前記素材金属板の前記面外変形抑制領域に対応する部位の中で前記屈曲部より前記天板部側にある部位の端部となる部分が、前記天板部と同一平面上にある
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
5. 前記天板部が、Ｌ字状形状、Ｔ字状形状、又はＹ字状形状を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
6. 前記縦壁部の高さが、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位の長さの０．２倍以上、又は２０ｍｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
7. 前記縦壁部および前記フランジ部の成形では、前記素材金属板のうち、前記天板部の、前記天板部と前記屈曲部のうち前記弧状に湾曲している部位との境界線に接する部位の、当該境界線から少なくとも５ｍｍ以内の領域に、前記パッドを近接又は接触させる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
8. 前記フランジ部のうち、前記縦壁部の、前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位につながる部分の、前記天板部の反対側につながる部分のフランジ長方向の中央部より、前記第１の端部側のフランジ部分、及び、前記第１の端部側のフランジ部分より５０ｍｍ以上先の部分のフランジ部分の幅が２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項３に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
9. 前記屈曲部の前記弧状に湾曲している部位と前記天板部との境界線の最大曲率部の曲率半径が５ｍｍ以上３００ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
10. 予加工した素材金属板を前記素材金属板としてプレス成形する
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
11. 前記素材金属板として、破断強度が４００ＭＰａ以上、１６００ＭＰａ以下の素材金属板を用いる
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。
12. 複数のＬ字状形状を有する形状をプレス成形するにあたり、１つのＬ字状形状もしくは複数のＬ字状形状もしくは全てのＬ字状形状の成形について、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のＬ字状形状の成形方法により成形を行う
    ことを特徴とするＬ字状形状を有するプレス部品の成形方法。

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