JP5385732B2 - プレス成形装置及びプレス成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、薄くて強度の高い高張力鋼板製のブランクであるハイテン材をプレス成形する場合に好適なプレス成形装置及びプレス成形方法に関するものである。

近年、自動車に対して安全面や軽量化を図る観点から、高張力鋼板製のブランク（ハイテン材）を車体部品に使用する傾向にある。このようなハイテン材をプレス成形する場合、一般には、通常の鋼板製ブランクをプレス成形する場合と同様に、ハイテン材の周縁部を上下のブランクホルダーで挟持し、この状態でダイとパンチとでハイテン材をプレス成形することが行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２３７３４７号公報（段落０００２欄、段落００１６欄、段落００２１欄、図１〜５）

しかし、ハイテン材は材料強度が高いため伸びが低く、プレス成形されたプレス成形品にスプリングバックや反りが発生するという問題がある。上記スプリングバックはハイテン材が曲げられた後に弾性回復することにより発生し、上記反りは、ハイテン材が曲げられる際にその板厚方向で生じる残留応力の差に起因して発生する。このような傾向は、ハイテン材をプレス成形する場合に顕著であるが、通常の鋼板製ブランクをプレス成形する際にも程度の差はあれ発生する。また、伸び難いハイテン材の場合には、プレス成形時に亀裂が発生し易くなる。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プレス成形品にスプリングバックや反り、亀裂等が発生しないようにすることである。

上記の目的を達成するため、この発明は、成形初期段階から成形終了直前段階まではブランクに張力を掛けずに成形し、成形終了間際で張力を掛けて成形するようにしたことを特徴とし、具体的には、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、下型と、該下型の上方に昇降可能に対向配置された上型と、上記下型と上型との間に昇降可能に配置され、ブランクが載置されるとともに該ブランクの周縁部を上記上型とで挟持するブランクホルダーと、上記上型又はブランクホルダーに設けられ、該上型又はブランクホルダーに当接することでこれら上型とブランクホルダーとの間に上記ブランクの厚みを超える隙間を形成する第１付勢手段と、上記ブランクホルダーを常時上方に当接支持するように上記下型側に配置された第２付勢手段と、プレス成形途中において上記ブランクホルダーと距離を隔てるように上記下型側に配置された第３付勢手段とを備え、上記第１〜３付勢手段の付勢力の大きさは、第１付勢手段の付勢力をＰ１、第２付勢手段の付勢力をＰ２、第３付勢手段の付勢力をＰ３として、Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２の関係に設定されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であって、ブランクをブランクホルダーに載置した状態で上型を下降させ、第１付勢手段を上記上型又はブランクホルダーに当接させてこれら上型とブランクホルダーとの間に上記ブランクの厚みを超える隙間を形成し、次いで、上記上型及びブランクホルダーを上記隙間を保持した状態で、ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止するまで第２付勢手段の付勢力に抗して一体に下降させることで上記ブランクを上型と下型とで予備成形し、その後、上記ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止した後、上記上型を第１付勢手段の付勢力に抗して下降させることで上型とブランクホルダーとの間の上記隙間をなくして、上記ブランクの周縁部を上型とブランクホルダーとで挟持し、しかる後、上記上型及びブランクホルダーを第２及び第３付勢手段の付勢力に抗して下降させ、上記ブランクを上型と下型とで仕上げ成形することを特徴とする。

第１，２の発明によれば、ブランクホルダーに載置されたブランクは、周縁部が上型とブランクホルダーとで挟持されないフリー状態にある。この状態は、上記ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止するまで続き、この間に上記ブランクが上型と下型とで予備成形される。上記ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止すると、上型のみが下降して上記ブランクの周縁部が上型とブランクホルダーとで挟持され、この状態で上型及びブランクホルダーが第２及び第３付勢手段の付勢力に抗して下降し、ブランクが上型と下型とで仕上げ成形される。

したがって、成形初期段階から成形終了直前段階まではブランクに張力が掛からず、予備成形段階では曲げ応力が小さくなり、成形終了間際では、ブランクに張力が掛かって曲げ応力の分布が均一化されるため、曲げ・曲げ戻しで発生した残留応力が低下してスプリングバック及び反りが低減し、さらには、亀裂の発生も抑えられる。

ブランクをブランクホルダーに載置した状態を示すプレス成形装置の断面図である。 図１の状態から上型ホルダーが下降し始めた状態を示すプレス成形装置の断面図である。 図２の状態から上型ホルダーとブランクホルダーとが一体となって下降している状態を示すプレス成形装置の断面図である。 図３の状態から上型ホルダーとブランクホルダーとが一体となってさらに下降し、ブランクホルダーがクッションピンに当接して下降を停止した状態を示すプレス成形装置の断面図である。 図４の状態から上型ホルダーがさらに下降し、ブランクの周縁部を上型ダイとブランクホルダーのホルダー部とで挟持した状態を示すプレス成形装置の断面図である。 図５の状態から上型ホルダーとブランクホルダーとが一体となって下降し、ブランクを所定形状にプレス成形した状態を示すプレス成形装置の断面図である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１〜図６はこの実施形態に係るプレス成形装置Ａを示す。図１〜図６において、１は下型、３は、該下型１の上方に図示しない昇降駆動装置に支持されて昇降可能に対向配置された上型である。

上記上型３は、中央に装着孔５ａを有する上型ホルダー５と、該上型ホルダー５下面の中央に固定されたダイ７とを備え、該ダイ７の中央には貫通孔７ａが形成されている。上記装着孔５ａには、上記ダイ７の一部を構成するプレッサー９がプレッサーガススプリング１１に下向きに支持されて上下方向に進退可能に装着され、プレッサー９とプレッサーガススプリング１１との間にはストローク調整ブロック１３が介在されている。また、上記上型ホルダー５下面のダイ７側方には、第１付勢手段としての上型ガススプリング１５が下向きに支持されて上下方向に進退可能に配置されている。なお、上記ダイ７下面には、プレス成形時にブランクＢの材料の流入を制限するためのビード７ｂが形成されている。

一方、上記下型１は、上方突出するホルダー部１７ａを中央に有する下型ホルダー１７と、上記ホルダー部１７ａ先端に上記プレッサー９と対向するように固定されたパンチ１９とを備え、上記下型ホルダー１７上面のパンチ１９側方には、第２付勢手段としての下型ガススプリング２１が上下方向に進退可能に上向きに配置されているとともに、後述するブランクホルダー２７が当接する当接ブロック２３が設けられている。また、上記ホルダー部１７ａ近傍には、第３付勢手段としての複数本（図では２本のみ表れる）のクッションピン２５が下型ホルダー１７を上下方向に貫通して配置されている。

上記下型１と上型３との間には、高張力鋼板製のハイテン材等からなるブランクＢが載置されるブランクホルダー２７が上記下型ガススプリング２１に昇降可能に支持されて配置されている。該ブランクホルダー２７中央には、挿入孔２７ａが上下方向に貫通形成され、上記下型１（下型ホルダー１７）のホルダー部１７ａ及びパンチ１９が上記挿入孔２７ａに挿入されている。また、上記ブランクホルダー２７上面の挿入孔２７ａ周りには、上記パンチ１９が挿通される挿通孔２９ａを有するホルダーブロック２９が上記ダイ７と対向するように固定され、該ホルダーブロック２９に載置されたブランクＢの周縁部を上記上型３のダイ７とホルダーブロック２９とで挟持するようになっている。また、上記ブランクホルダー２７上面のホルダーブロック２９側方には、ストローク調整ブロック３１が上記上型ガススプリング１５に対応するように固定されているとともに、上記上型ホルダー５が当接する当接ブロック３３が設けられている。さらに、上記ブランクホルダー２７下面には、上記下型ガススプリング２１と対向するように凹部２７ｂが形成され、該凹部２７ｂ底面には、ストローク調整ブロック３５が固定されている。なお、上記ホルダーブロック２９上面には、プレス成形時に上記ダイ７のビード７ｂとでブランクＢの周縁部を挟持するための凹部２９ｂが形成されている。

そして、上記上型ガススプリング１５、下型ガススプリング２１及びクッションピン２５の付勢力の大きさは、上型ガススプリング１５の付勢力をＰ１、下型ガススプリング２１の付勢力をＰ２、クッションピン２５の付勢力をＰ３として、Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２の関係に設定されている
また、上記下型ガススプリング２１は、上記ブランクホルダー２７の凹部２７ｂ底面のストローク調整ブロック３５に下方から当接して、ブランクホルダー２７を常時上方に当接支持し、プレス成形前段階において上記パンチ１９はホルダーブロック２９の挿通孔２９ａ内に臨んでいる（図１参照）。また、上記クッションピン２５は、プレス成形途中において上記ブランクホルダー２７と距離を隔てている（図１参照）。さらに、上記上型３が下降して上型ガススプリング１５が上記ブランクホルダー２７上面のストローク調整ブロック３１に上方から当接することで、これら上型３（ダイ７）とブランクホルダー２７（ホルダーブロック２９）との間に上記ブランクＢの厚みを超える隙間Ｃ１（図２〜図４参照）を形成するようになっている。

次に、上述の如く構成されたプレス成形装置Ａを用いてブランクＢをプレス成形する要領について説明する。

プレス成形前段階では、上型３、下型１及びブランクホルダー２７の位置関係は図１の状態になっている。

まず、ブランクＢをブランクホルダー２７のホルダーブロック２９上に載置し、図２に示すように、この状態で上型３を下降させる。これにより、上型ガススプリング１５がブランクホルダー２７上面のストローク調整ブロック３３に上方から当接し、ダイ７とホルダーブロック２９との間に上記ブランクＢの厚みを超える隙間Ｃ１が形成される。

次いで、ブランクホルダー２７は、上型ガススプリング１５から下向きの付勢力Ｐ１と、下型ガススプリング２１から上向きの付勢力Ｐ２とを受けており、上型ガススプリング１５の付勢力Ｐ１は、下型ガススプリング２１の付勢力Ｐ２よりも大きく設定されているため、図３に示すように、上型３がさらに下降すると、これら上型３及びブランクホルダー２７は、上記隙間Ｃ１を保持した状態で、ブランクホルダー２７がクッションピン２５に上方から当接して下降停止するまで下型ガススプリング２１の付勢力に抗して一体に下降する。これにより、パンチ１９がホルダーブロック２９の挿通孔２９ａから上方に突出した状態となって、ブランクＢ中央部を上方に押し上げながらプレッサー９に下方から当接し、ブランクＢをダイ７とプレッサー９とで予備成形する。この間、ダイ７とホルダーブロック２９との間には、ブランクＢの厚みを超える隙間Ｃ１が形成されたままであり、ブランクＢには張力が掛かっていない。

その後、上記上型３及びブランクホルダー２７が、上記隙間Ｃ１を保持した状態で、下型ガススプリング２１の付勢力Ｐ２に抗して一体に下降して、図４に示すように、ブランクホルダー２７がクッションピン２５に当接すると、該ブランクホルダー２７は下降を停止する。つまり、ブランクホルダー２７は、下型ガススプリング２１の上向きの付勢力Ｐ２に加え、クッションピン２５の上向きの付勢力Ｐ３が付加され、これにより、ブランクホルダー２７に作用する付勢力は、上型ガススプリング１５の下向きの付勢力Ｐ１よりも下型ガススプリング２１及びクッションピン２５の上向きの付勢力Ｐ２，Ｐ３の合計が大きくなることから、ブランクホルダー２７は下降を停止するのである。この間も、ダイ７とホルダーブロック２９との間には、ブランクＢの厚みを超える隙間Ｃ１が形成されたままであり、ブランクＢには張力が掛かっていない。この段階では、下型ホルダー１７上面の当接ブロック２３はブランクホルダー２７下面に当接せず、両者間には僅かな隙間Ｃ２が形成されている。

上述の如くブランクホルダー２７が下降停止しても、上記上型３は上型ガススプリング１５の上向きの付勢力Ｐ１に抗して下降し続け、図５に示すように、ブランクホルダー２７上面の当接ブロック３３が上型ホルダー５下面に下方から当接するとともに、ダイ７とホルダーブロック２９との間の上記隙間Ｃ１がなくなり、ブランクＢの周縁部をダイ７とホルダーブロック２９とで挟持する。この段階においても、下型ホルダー１７上面の当接ブロック２３はブランクホルダー２７下面に当接せず、両者間には僅かな隙間Ｃ２が形成されている。

しかる後、上記上型３を下降させると、図６に示すように、上型３及びブランクホルダー２７は下型ガススプリング２１及びクッションピン２５の上向きの付勢力Ｐ２，Ｐ３に抗して一体に下降し、下型ホルダー１７上面の当接ブロック２３がブランクホルダー２７下面に当接して両者間の隙間Ｃ２がなくなるとともに、この隙間Ｃ２に相当してパンチ１９がホルダーブロック２９の挿通孔２９ａから上方にさらに突出して、ブランクＢがダイ７とプレッサー９とで仕上げ成形される。この際、ブランクＢの周縁部は、クッションピン２５から受ける上向きの大きな付勢力Ｐ３でダイ７とホルダーブロック２９とで挟持され、パンチアール部及び縦壁部に大きな張力を付加しながら下死点まで下降し、成形完了となる。

このように、この実施形態では、上型１及びブランクホルダー２７を隙間Ｃ１を保持した状態で、上記ブランクホルダー２７がクッションピン２５に当接して下降停止するまで下型ガススプリング２１の付勢力Ｐ２に抗して一体に下降させることで、ブランクＢを上記上型３と下型１とで予備成形し、上記ブランクホルダー２７が上記クッションピン２５に当接して下降停止した後、上記上型３を上型ガススプリング１５の付勢力Ｐ１に抗して下降させることで上型３とブランクホルダー２７との間の上記隙間Ｃ１をなくして、ブランクＢの周縁部を上型３とブランクホルダー２７とで挟持し、その後、上記上型３及びブランクホルダー２７を上記下型ガススプリング２１及びクッションピン２５の付勢力Ｐ２，Ｐ３に抗して下降させ、上記ブランクＢを上型３と下型１とで仕上げ成形する。

これによれば、成形初期段階から成形終了直前段階まではブランクＢに張力を掛けず、予備成形段階では曲げ応力を小さくすることができ、成形終了間際では、ブランクＢに張力を掛けて曲げ応力の分布を均一化することができるので、曲げ・曲げ戻しで発生した残留応力を低下してスプリングバック及び反りを低減でき、さらには、亀裂の発生も抑えることができる。

なお、上記の実施形態において、プレス成形時に、必要以上にブランクＢの材料が流入する場合や、プレス終了間際でブランクＢに張力を適切に付加できない場合には、ストローク調整ブロック１３の厚みを変更してプレッサー９でブランクＢの材料の張出しを適切に行えばよい。同様に、ブランクホルダー２７側のストローク調整ブロック３１，３５の厚さを調整することで、上型３とブランクホルダー２７との間の隙間Ｃ１の量、及びブランクホルダー２７の下降ストロークを変更することができる。

また、上記の実施形態では、第１付勢手段として上型ガススプリング１５を上型３に設けたが、ガススプリングをブランクホルダー２７に第１付勢手段として設けてもよい。

さらに、上記の実施形態では、ブランクＢに対するプレス終了間際での張力付与をクッションピン２５の付勢力で行ったが、これとは逆に、クッションピン２５でブランクホルダー２７を保持してプレス終了間際での張力付与を下型ガススプリング２１の付勢力で行うか、あるいはクッションピン２５を使用せずに、ストロークの異なる２種類のガススプリングだけで張力付与を行うようにしてもよい。

さらにまた、上記の実施形態では、プレッサー９をダイ７の一部として設けたが、プレス成形時にブランクＢの材料流入が適切に行われる場合や、プレス終了間際においてブランクＢに張力を適切に付加できる場合には、プレッサー９をなくしてダイ７のみにしてもよい。

この発明は、例えば、薄くて強度の高い高張力鋼板製のブランクであるハイテン材をプレス成形する場合に好適なプレス成形装置及びプレス成形方法について有用である。

１ 下型
３ 上型
１５ 上型ガススプリング（第１付勢手段）
２１ 下型ガススプリング（第２付勢手段）
２５ クッションピン（第３付勢手段）
２７ ブランクホルダー
Ａ プレス成形装置
Ｂ ブランク
Ｃ１ 隙間

Claims (2)

1. 下型と、
   該下型の上方に昇降可能に対向配置された上型と、
   上記下型と上型との間に昇降可能に配置され、ブランクが載置されるとともに該ブランクの周縁部を上記上型とで挟持するブランクホルダーと、
   上記上型又はブランクホルダーに設けられ、該上型又はブランクホルダーに当接することでこれら上型とブランクホルダーとの間に上記ブランクの厚みを超える隙間を形成する第１付勢手段と、
   上記ブランクホルダーを常時上方に当接支持するように上記下型側に配置された第２付勢手段と、
   プレス成形途中において上記ブランクホルダーと距離を隔てるように上記下型側に配置された第３付勢手段とを備え、
   上記第１〜３付勢手段の付勢力の大きさは、第１付勢手段の付勢力をＰ１、第２付勢手段の付勢力をＰ２、第３付勢手段の付勢力をＰ３として、Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２の関係に設定されていることを特徴とするプレス成形装置。
2. 請求項１に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であって、
   ブランクをブランクホルダーに載置した状態で上型を下降させ、第１付勢手段を上記上型又はブランクホルダーに当接させてこれら上型とブランクホルダーとの間に上記ブランクの厚みを超える隙間を形成し、
   次いで、上記上型及びブランクホルダーを上記隙間を保持した状態で、ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止するまで第２付勢手段の付勢力に抗して一体に下降させることで上記ブランクを上型と下型とで予備成形し、
   その後、上記ブランクホルダーが第３付勢手段に当接して下降停止した後、上記上型を第１付勢手段の付勢力に抗して下降させることで上型とブランクホルダーとの間の上記隙間をなくして、上記ブランクの周縁部を上型とブランクホルダーとで挟持し、
   しかる後、上記上型及びブランクホルダーを第２及び第３付勢手段の付勢力に抗して下降させ、上記ブランクを上型と下型とで仕上げ成形することを特徴とするプレス成形方法。

Images