JP5262303B2

JP5262303B2 - 金属板のプレス成形方法

Info

Publication number: JP5262303B2
Application number: JP2008141893A
Authority: JP
Inventors: 正樹卜部
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP2009285696A

Description

本発明は、金属板のプレス成形方法に関するものである。

金属板（例えば、鋼板）を用いて、閉断面部材等のような、通常のプレス成形設備では製造が困難な形状の部材を製造する場合、従来は、複数のプレス加工工程に分割して行うか、複数の部材の接合によって行ってきた（例えば、特許文献１〜５参照）。
特開平０３−１８４６８５号公報特開２００１−１６２３２４号公報特開２００１−３００６７２号公報特開２００４−１６０５５３号公報特開２００６−１１６５５２号公報

しかし、特許文献１〜５等に記載のような従来の製造方法では、複数のプレス加工工程や複数部材のつなぎ合わせなど、複雑な工程が必要であった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、通常のプレス成形設備（複雑な機構を一切使用しない通常のプレス機と金型）を用いて、金属板から閉断面部材を容易に製造することができる金属板のプレス成形方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。

［１］一工程のプレス加工によって、１枚の金属板から、複数の角部を有する閉断面部材を成形する方法において、
中央が凸形状のパンチ、中央が凹形状のパッド、前記パッドを収納するダイを有するプレス成形装置を用いて、
前記金属板の端部から２番目の角部を、前記中央が凸形状のパンチと前記中央が凹形状のパッドで成形する際に、
前記金属板の前記２番目の角部となる位置に塑性曲げ変形を与えるとともに、前記２番目の角部となる位置と、当該２番目の角部と隣接する角部となる位置の間に弾性曲げ変形を与えることで、前記閉断面部材を成形することを特徴とする金属板のプレス成形方法。

本発明においては、通常のプレス成形設備を用いて、金属板から閉断面部材を複数の工程を要することなく容易に製造することができる。

本発明は、金属板のスプリングバックを活用して、通常のプレス成形設備（複雑な機構を一切使用しない通常のプレス機と金型）を用いて、金属板から閉断面部材を一工程のプレス成形で製造するものであり、永久的な変形を与えたい部位に塑性曲げ変形を与えるとともに、所定の部位に弾性曲げ変形を与えておき、除荷後に、弾性曲げ変形を与えておいた部位のスプリングバックによって金属板の成形を進行させて、所望の形状の閉断面部材を得るようにしたものである。

なお、本発明において、「閉断面部材」とは、互いに向き合った面が２組以上ある断面形状を備えた部材を意味しており、例えば、図１に一例を示すような断面形状を備えた部材である。すなわち、図１（ａ）は正方形断面の部材、図１（ｂ）は矩形断面の部材、図１（ｃ）は一部が開口した矩形断面の部材、図１（ｄ）は矩形に仕切りを入れた断面の部材である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
この実施形態１においては、図２に示すように、通常のプレス機と金型（ここでは、パンチ１１、ダイ１２、パッド１３）を用いて、金属板（ブランク）１０を一工程のプレス成形によって、図１（ａ）に示したような正方形断面の部材に成形するものである。

すなわち、図３（ａ）〜（ｅ）に成形過程を示すように、パンチ１１の上昇に伴って、金属板１０の成形が進行していき、パンチ１１が上昇を完了した時点で、図３（ｆ）に示すような形状となる。なお、図３（ｂ）〜（ｅ）ではパンチ１１は省略している。

これによって、図３（ｆ）においては、正方形の角部となるＢ点とＣ点とＤ点には、塑性曲げ変形が与えられているとともに、正方形の辺となるＢＣ間とＣＤ間には弾性曲げ変形が与えられている。

そして、図３（ｆ）の状態から除荷すると、ＢＣ間およびＣＤ間がスプリングバックで復元して直線になるとともに、金属板１０の両端のＡ点とＥ点が接近する方向に成形が進行する。これによって、最終的に、図３（ｇ）に示すように、正方形断面が得られる。

なお、上記において、Ｂ点とＣ点とＤ点に与える塑性曲げ変形の曲げ角度は、Ｂ点とＣ点とＤ点におけるスプリングバックを見込んだ角度としておく（例えば、８４°）。また、ＢＣ間とＣＤ間に与える弾性曲げ変形の曲げ半径は、Ｂ点等に与える曲げ角度を考慮しながら、ＢＣ間およびＣＤ間が塑性変形しないように適切に定める。

ここで、このプレス成形方法について、有限要素法によって確認した結果を図４〜図６に示す。図４は、その際の解析モデルを示す斜視図であり、図５は、ダイ１２が下降を完了した時点での金属板１０の形状である。そして、図６は、金属板１０が図５に示した形状から除荷した後にどのような形状になるかを計算した結果である。

なお、ここでは、金属板（ブランク）１０は、材料強度が１１８０ＭＰａで、板厚が１．２ｍｍ、板幅が１５０ｍｍの鋼板とし、パッド圧は１０ｔｏｎ、摩擦係数は０．１２、パンチ１１の上昇速度は０．５ｍ／ｓとした。

その結果、図６（ａ）に示した形状（図５に示した形状）から、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように正方形断面の部材となり、このプレス成形方法によって、所望の形状が得られることが確認された。

このようにして、この実施形態１においては、通常のプレス成形設備を用いて、金属板１０から正方形断面の部材を一工程で製造することができる。

ちなみに、鋼板に対して弾性範囲内で与えることができる最小の曲げ半径（弾性限界曲げ半径）を図７に示すが、降伏点ＹＰが高く、板厚が薄いほど、弾性限界曲げ半径は小さくなる。

そして、上記のプレス成形方法によって製造が可能な正方形断面の一辺の最小長さを図８に示すが、降伏点ＹＰが高く、板厚が薄いほど、製造が可能な正方形断面の一辺の最小長さは短くなる。

［実施形態２］
この実施形態２においては、上記の実施形態１と同様の手法によって、金属板を一工程のプレス成形で、図１（ｄ）に示したような複雑な閉断面形状に成形するものである。

すなわち、図９（ａ）に示すように、角部となるＢ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点には、所定の曲げ角度の塑性曲げ変形を与えるとともに、辺となるＢＣ間、ＣＤ間、ＤＥ間、ＥＦ間には所定の曲げ半径の弾性曲げ変形を与えておく。

そして、図９（ａ）の状態から順序よく除荷すると、ＢＣ間、ＣＤ間、ＤＥ間、ＥＦ間がスプリングバックして直線になるとともに、各部位が接近する方向に成形が進行する。これによって、最終的に、図９（ｂ）に示すような閉断面形状が得られる。

このようにして、この実施形態２においては、通常のプレス成形設備を用いて、金属板から複雑な閉断面形状の部材を一工程で製造することができる。

本発明において成形する閉断面形状の部材の例を示す図である。本発明の実施形態１において用いるプレス成形設備の説明図である。本発明の実施形態１の説明図である。本発明の実施形態１に関する解析モデルを示す図である。本発明の実施形態１に関する解析モデルの説明図である。本発明の実施形態１に関する解析結果を示す図である。本発明の実施形態１に関する弾性限界曲げ半径を示すグラフである。本発明の実施形態１に関する一辺の最小長さを示すグラフである。本発明の実施形態２の説明図である。

符号の説明

１０金属板（ブランク）
１１パンチ
１２ダイ
１３パッド

Claims

一工程のプレス加工によって、１枚の金属板から、複数の角部を有する閉断面部材を成形する方法において、
中央が凸形状のパンチ、中央が凹形状のパッド、前記パッドを収納するダイを有するプレス成形装置を用いて、
前記金属板の端部から２番目の角部を、前記中央が凸形状のパンチと前記中央が凹形状のパッドで成形する際に、
前記金属板の前記２番目の角部となる位置に塑性曲げ変形を与えるとともに、前記２番目の角部となる位置と、当該２番目の角部と隣接する角部となる位置の間に弾性曲げ変形を与えることで、前記閉断面部材を成形することを特徴とする金属板のプレス成形方法。