JP5434047B2 - 曲がり部材成形方法および曲がり部材 - Google Patents

Description

本発明は、曲がり部材成形方法に関し、詳しくは、平板をプレス成形して曲がり部材とする成形方法に関する。

曲がり部材は、平面形状が細長い矩形をなし、側面形状が“く”の字形をなし、かつ、側面長さ方向のいずれの位置においてもその位置における側面長さ方向に垂直な断面の形状が“コ”の字形、“ロ”の字形、ハット形（“コ”の字の両端にフランジが付いた形）、“ロ”の字のいずれかの辺にフランジが付いた形、のうちいずれか１つの形をなす部材である。なお、長さ方向の一部に入れ子状の断面構造が存在してもよい。このような曲がり部材は、自動車のフロントサイドメンバーエクステンションなどの部品としてよく用いられている。

金属単板を曲がり部材へ成形する手段として、従来、絞り、張出し、伸びフランジおよび曲げの各変形を複合したプレス成形が行われている。
なお、金属板製の箱（これは側面形状が矩形をなす点で曲がり部材とは異なる）をプレス成形で製造する技術分野では、製造工程の簡素化や自動化の目的で、箱のコーナー部で生じる板の余り部を、予めブランクにスリットを入れて折り込み可能としておき、プレス成形の際に前記余り部を折り込んで成形する方法が提案されている（特許文献１）。
特開平３−１４６２２６号公報

しかし、車体軽量化の要請に応じた金属材料（略して材料）の高強度化により、絞り、張出し、伸びフランジ成形性が低下し、従来の、絞り、張出し、伸びフランジおよび曲げの各変形を複合したプレス成形（これを、「従来プレス成形」という）によるのでは、割れやしわなどの成形不具合が発生して、曲がり部材の目標形状を達成できない場合が生じてきた。

例えば、高強度材料（例えば引張強さＴＳが９８０，１１８０，１４７０ＭＰａの鋼板）の単板を、従来プレス成形でもって曲がり部材となるように成形しようとすると、図５に示すように、“く”の字形屈曲部30における外曲がり側の角付近の箇所WAREには割れが発生し、また、同屈曲部における内曲がり側の端付近の箇所SHIWAにはしわが発生してしまう。そこでやむなく、“く”の字を屈曲部の位置で二分した形の２つの中間成形品を個々に従来プレス成形にて製造し、それらを溶接等で接合して曲がり部材を得ているが、工程が増える、部品点数が増える、といった憂いがある。このように、従来プレス成形では、高強度材料の単板から曲がり部材への一体成形が困難であるという課題があった。

発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、以下の要旨構成になる本発明をなした。
（請求項１）
金属平板を、平面形状が細長い矩形をなし、側面形状が曲がり部の角度αが鈍角である“く”の字形をなし、かつ、側面長さ方向のいずれの位置においてもその位置における側面長さ方向に垂直な断面の形状が“コ”の字形、“ロ”の字形、ハット形（“コ”の字の両端にフランジが付いた形）、“ロ”の字のいずれかの辺にフランジが付いた形、のうちいずれか１つの形をなす部材である曲がり部材に成形するにあたり、前記金属平板を、前記曲がり部材の断面内折曲部に対応する板部分に折り目を付け、かつ、前記“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に複数の切れ目を入れ、該複数の切れ目は前記金属平板の長手方向に対し斜めになる方向に入れた切れ目も含むものとし、次いで、プレス曲げ加工にて、前記折り目に則して折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部が折曲部の一部に内接するように屈曲させて、前記曲がり部材に成形することを特徴とする曲がり部材成形方法。

ここで、前記折り目は、前記曲がり部材の断面内折曲部に対応する板部分の全部に付けることのみに限定されるものではなく、場合に応じて、前記曲がり部材の断面内折曲部に対応する板部分の一部分に付けるようにしてもよい。
（請求項２）
前記切れ目を入れた板部分が前記プレス曲げ加工時に重なって生じた重なり部を、前記プレス曲げ加工後に仮接合することを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。

ここで、前記仮接合は、これに代えて本接合としてもよい。また、前記重なって生じた重なり部は、これに代えて突き合わさって生じた突合せ部としてもよい。
（請求項３）
請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。

本発明の成形方法によれば、ほとんど曲げ変形のみの成形となるので、高強度材料の単板から曲がり部材への一体成形が容易となる。また、本発明の曲がり部材は、屈曲部に連なる切れ目と曲がり部材内面隅部との接触による補強効果が期待できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態の第１例）
本発明の実施形態の第１例において、図１は、ハット形断面形状（ただし長さ方向の一部は“コ”の字形断面形状）の曲がり部材（図１Ａ参照）に成形するための、所定形状の金属平板（ブランク）100に導入する折り目、切れ目の配置図であり、図１Ａは、図１のブランクをプレス曲げ加工で成形してなる曲がり部材の概略立体図である。この例では、ブランク100を図１Ａの曲がり部材に成形するにあたり、ブランク100の平面形状を、得ようとする曲がり部材の目標形状立体に応じて定めた図１に示すような矩形の平面形状とする。

そして、前記目標形状立体の断面内折曲部に対応するブランク100部分に折り目として、山折りA1,A2、および谷折りB1,B2,B3,B4を付ける。折り目を付ける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。
さらに、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に切れ目C1,C2,C3,C4を入れる。切れ目を入れる方法としては、刃工具で貫く、レーザーで貫くなどの方法が挙げられる。

その後、プレス曲げ加工にて、前記折り目A1,A2,B1,B2,B3,B4に則して（すなわち、折り目がこれと対応する折曲部となるように）折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部（この例では切れ目C1,C3の片割れ）が折曲部の一部（この例では折曲部A1,A2の一部）に内接する（すなわち隅部と接触する）ように屈曲させて、前記曲がり部材に成形する。かかる成形加工は、金型を用いたプレス曲げ加工の通常の技術の範囲内で容易に実施できる。

成形後は図１Ａのようなほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られる。成形加工は、ほとんど曲げ変形のみの加工であるから、図５の箇所WAREに相当する箇所に割れが発生することは無く、図５の箇所SHIWAに相当する箇所にしわが発生することも無い。
もっとも、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部30の側面に対応する板部分に入れた切れ目C1,C2,C3,C4のうち切れ目C1,C3は、前記プレス曲げ加工の際に片割れ同士が板の重なり部（２枚重ね）C11,C33を形成する。これらの重なり部は、成形後の部材形状を保定する、あるいは部材強度を高めるために、仮接合するとよい。この仮接合のための接合方法としては、スポット溶接、かしめ、接着剤適用などが挙げられる。接着剤適用の場合は前記プレス曲げ加工の実行前に切れ目の近傍に接着剤を塗布しておいてもよい。なお、仮接合は、これに代えて本接合としてもよい。

この例では、切れ目C1,C3の各片割れが、折曲部A1,A2の隅部と内接するから、それによる補強効果が期待できる。
（実施形態の第２例）
本発明の実施形態の第２例において、図２は、フランジ付き“ロ”の字形断面形状（ただし長さ方向の一部は入れ子構造をなす）の曲がり部材（図２Ａ参照）に成形するための、所定形状の金属平板（ブランク）100に導入する折り目、切れ目の配置図であり、図２Ａは、図２のブランクをプレス曲げ加工で成形してなる曲がり部材の概略立体図である。この例では、ブランク100を図２Ａの曲がり部材に成形するにあたり、ブランク100の平面形状を、得ようとする曲がり部材の目標形状立体に応じて定めた図２に示すような左右対称の平面形状とする。

そして、前記目標形状立体の断面内折曲部に対応するブランク100部分に折り目として、山折りA1,A2,A3,A4,A5,A6、および谷折りB1,B2,B3,B4を付ける。折り目を付ける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。
さらに、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に切れ目C1,C2を入れる。切れ目を入れる方法としては、刃工具で貫く、レーザーで貫くなどの方法が挙げられる。

なお、図２には、ブランクおよび折り目、切れ目の、aを単位長さとした寸法を記入し、かつ、縦横いずれかの方向から傾斜させた板部分についてはその傾斜角度を記入した。
その後、プレス曲げ加工にて、前記折り目A1,A2,A3,A4,A5,A6,B1,B2,B3,B4に則して（すなわち、折り目がこれと対応する折曲部となるように）折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部（この例では切れ目C1,C2の片割れ）が折曲部の一部（この例では折曲部A1,A2の一部）に内接する（すなわち隅部と接触する）ように屈曲させて、前記曲がり部材に成形する。かかる成形加工は、金型を用いたプレス曲げ加工の通常の技術の範囲内で容易に実施できる。

成形後は図２Ａのようなほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られる。成形加工は、ほとんど曲げ変形のみの加工であるから、図５の箇所WAREに相当する箇所に割れが発生することは無く、図５の箇所SHIWAに相当する箇所にしわが発生することも無い。
もっとも、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部30の側面に対応する板部分に入れた切れ目C1,C2は、前記プレス曲げ加工の際に片割れ同士が板の重なり部（２枚重ね）C11,C22を形成する。また、図２における谷折りB1,B2,B3,B4より外側の板部分は、前記プレス曲げ加工における折り曲げの際に、左右対称な対が重なり合った重なり部（２枚重ね）を形成し、この重なり部が図２Ａにおけるフランジ20となる。さらに、“く”の字形屈曲の際に、２枚重ねのフランジ20が“く”の字形屈曲部30において入れ子となって、４枚重ねの重なり部が形成される。

これらの重なり部は、成形後の部材形状を保定する、あるいは部材強度を高めるために、仮接合するとよい。この仮接合のための接合方法としては、スポット溶接、かしめ、接着剤適用などが挙げられる。接着剤適用の場合は前記プレス曲げ加工の実行前に切れ目の近傍、あるいはフランジとなる板部分に接着剤を塗布しておいてもよい。なお、仮接合は、これに代えて本接合としてもよい。
（実施形態の第３例）
本発明の実施形態の第３例において、図３はハット形断面形状とフランジなし“ロ”の字形断面形状（ただし長さ方向の一部は入れ子構造をなす）を組合せた曲がり部材に成形するための、所定形状の金属平板（ブランク）100に導入する折り目、切れ目の配置図であり、図３Ａは、図３のブランクをプレス曲げ加工で成形してなる曲がり部材の概略立体図である。この例では、ブランク100を図３Ａの曲がり部材に成形するにあたり、ブランク100の平面形状を、得ようとする曲がり部材の目標形状立体に応じて定めた図３に示すような左右対称の平面形状とする。

そして前記目標形状立体の断面内折曲部に相当するブランク100部分に折り目として、山折りA1,A2,A3,A4,A5、および谷折りB1,B2,B3,B4を付ける。折り目を付ける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。
さらに、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に切れ目C1,C2,C3,C4を入れる。切れ目を入れる方法としては、刃工具で貫く、レーザーで貫くなどの方法が挙げられる。

その後、プレス曲げ加工にて、前記折り目A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4に則して（すなわち、折り目がこれと対応する折曲部となるように）折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部（この例では切れ目C1,C3の片割れ）が折曲部の一部（この例では折曲部A1,A2の一部）に内接する（すなわち隅部と接触する）ように屈曲させて、前記曲がり部材に成形する。かかる成形加工は、金型を用いたプレス曲げ加工の通常の技術の範囲内で容易に実施できる。

成形後は図３Ａのようなほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られる。成形加工は、ほとんど曲げ変形のみの加工であるから図５の箇所WAREに相当する箇所に割れが発生することはなく、図５の箇所SHIWAに相当する箇所にしわが発生することもない。
もっとも、前記目標形状の立体の“く”の字形屈曲部30の側面に対応する板部分に入れた切れ目C1,C3は、前記プレス曲げ加工の際に片割れ同士が板の重なり部C11,C33を形成する。また、図３における山折りA3,A4より外側の板部分は前記プレス曲げ加工における折り曲げの際に、左右対称な対が突き合わさった突合せ部40を形成する。なお一部重なり合った重なり部としてもよい。

これらの重なり部、あるいは突合せ部は成形後の部材形状を保定する、あるいは部材強度を高めるために、接合（仮接合あるいは本接合）するとよい。この接合方法としては、スポット溶接、連続溶接、かしめ、接着剤適用などが挙げられる。接着剤適用の場合は前記プレス曲げ加工の実行前に切れ目の近傍、あるいはフランジとなる板部分に接着剤を塗布しておいてもよい。
（実施形態の第４例）
本発明の実施形態の第４例において、図４はハット形断面形状とフランジ付き“ロ”の字形断面形状（ただし長さ方向の一部は入れ子構造をなす）を組合せた曲がり部材に成形するための、所定形状の金属平板（ブランク）100に導入する折り目、切れ目の配置図であり、図４Ａは、図４のブランクをプレス曲げ加工で成形してなる曲がり部材の概略立体図である。この例では、ブランク100を図の曲がり部材に成形するにあたり、ブランク100の平面形状を、得ようとする曲がり部材の目標形状立体に応じて定めた図４に示すような左右対称の平面形状とする。

そして前記目標形状立体の断面内折曲部に相当するブランク100部分に折り目として、山折りA1,A2,A3,A4,A5、および谷折りB1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8を付ける。折り目を付ける加工方法には、コイニング等が好ましく用いうる。
さらに、前記目標形状立体の“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に切れ目C1,C2,C3,C4を入れる。切れ目を入れる方法としては、刃工具で貫く、レーザーで貫くなどの方法が挙げられる。

その後、プレス曲げ加工にて、前記折り目A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8に則して（すなわち、折り目がこれと対応する折曲部となるように）折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部（この例では切れ目C1,C3の片割れ）が折曲部の一部（この例では折曲部A1,A2の一部）に内接する（すなわち隅部と接触する）ように屈曲させて、前記曲がり部材に成形する。かかる成形加工は、金型を用いたプレス曲げ加工の通常の技術の範囲内で容易に実施できる。

成形後は図４Ａのようなほぼ目標形状どおりの曲がり部材が得られる。成形加工は、ほとんど曲げ変形のみの加工であるから図５の箇所WAREに相当する箇所に割れが発生することはなく、図５の箇所SHIWAに相当する箇所にしわが発生することもない。
もっとも、前記目標形状の立体の“く”の字形屈曲部30の側面に対応する板部分に入れた切れ目C1,C3は、前記プレス曲げ加工の際に片割れ同士が板の重なり部C11,C33を形成する。また、図４における谷折りB3,B7より外側の板部分は前記プレス曲げ加工における折り曲げの際に、左右対称な対が重なり合った重なり部（２枚重ね）を形成し、この重なり部が図４Ａにおけるフランジ21となる。また、谷折りB4,B8より外側の板部分は前記プレス曲げ加工における折り曲げの際に、金属板の折曲部A1,A2間の一部分と重なり部を形成する。

これらの重なり部は成形後の部材形状を保定する、あるいは部材強度を高めるために、接合（仮接合あるいは本接合）するとよい。この接合方法としては、スポット溶接、連続溶接、かしめ、接着剤適用などが挙げられる。接着剤適用の場合は前記プレス曲げ加工の実行前に切れ目の近傍、あるいはフランジとなる板部分に接着剤を塗布しておいてもよい。

上述の本発明の曲がり部材成形方法により得られる曲がり部材は、自動車分野をはじめ、建築、家庭用電化製品等に広く活用できる。
なお曲がり部材において、側面形状が“く”の字形を成すとは、図３Ａに示される曲がり部の角度αが90°超180°未満（すなわち鈍角）である。

さらに、“く”の字形を成すのは部材につき１箇所とは限らず、１部品に複数箇所、あるいは上下左右対称に“く”の字形をなすことも可能である。
また、金属単板とは、熱延鋼板、冷延鋼板、あるいは鋼板に電気亜鉛系めっきあるいは溶融亜鉛系めっきを施した鋼板をはじめ、ＳＵＳ、アルミニウム、マグネシウム等、各種金属類から構成される単板でもよい。溶融亜鉛系めっき鋼板の場合、合金化処理を施してもよい。また、これらのめっき鋼板には、めっき後さらに有機皮膜処理を施してもよい。

また、上述の実施形態の第１例〜第４例において、あるいはこれら以外の本発明実施形態において、折曲部に対応する板部分にはあらかじめ、精度の高い曲げ位置が容易に得られるように、例えば図６に示すように、線状、破線状あるいは点線状に、Ｖ溝による折り目を形成するのが好ましい。ここで、Ｖ溝の深さは金属板厚みの20％以下が好ましい。Ｖ溝の深さが金属板厚みの20％を超える場合は、自動車骨格部材等で必要とされる部材強度の低下、あるいは折曲部の割れを助長する可能性が高く、さらに高強度の金属材料においては、溝を深くすること自体が容易ではなく、生産面や設備コストに大きな問題があるためである。なお、溝の形態はＶ字形状に限らず、Ｕ字など各種凹み形状でもよい。また折曲部の曲率半径を大きくとる場合は、溝を複数本平行に設けてもよい。

表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ，引張強さＴＳ，伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）を、表２に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して成形方法を評価した。その結果、表２に示すとおり、従来例では、図５の箇所SHIWAに相当する箇所にはしわが、同図の箇所WAREに相当する箇所には割れが、それぞれ発生したのに対し、本発明例では、そのようなしわおよび割れは発生しなかった。

表１に示す板厚および引張特性（降伏強さＹＳ，引張強さＴＳ，伸びＥｌ）を有する薄鋼板（材料記号Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いた。折曲部に対応する板部分には、精度の高い曲げ位置が容易に得られるようにあらかじめ、図６に示すように線状、破線状あるいは点線状にＶ溝による折り目を形成した。その後、表３に示す成形方法で曲がり部材に成形し、得られた曲がり部材形状を目視観察して成形方法を評価した。その結果、表３に示すとおり、本発明例では、図５の箇所SHIWAおよびWAREに相当する箇所にしわおよび割れは発生しなかった。

本発明の実施形態の１例を示す折り目および切れ目の平面配置図である。 図１のブランクを本発明により成形してなる曲がり部材を示す概略立体図である。 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す折り目および切れ目の平面配置図である。 図２のブランクを本発明により成形してなる曲がり部材を示す概略立体図である。 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す折り目および切れ目の平面配置図である。 図３のブランクを本発明により成形してなる曲がり部材を示す概略立体図である。 本発明の実施形態の１例（既出例とは別の例）を示す折り目および切れ目の平面配置図である。 図４のブランクを本発明により成形してなる曲がり部材を示す概略立体図である。 従来プレス成形における曲がり部材の成形不具合発生箇所を示す概略立体図である。 折り目の好ましい形成方法を示す説明図である。

符号の説明

20,21 フランジ
30 “く”の字形屈曲部
40 突合せ部
100 ブランク（所定形状の金属平板）
A1,A2,A3,A4,A5,A6 山折り（折り目、成形後は折曲部）
B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8 谷折り（折り目、成形後は折曲部）
C1,C2,C3,C4 切れ目
C11,C22,C33 重なり部

Claims (3)

1. 金属平板を、平面形状が細長い矩形をなし、側面形状が曲がり部の角度αが鈍角である“く”の字形をなし、かつ、側面長さ方向のいずれの位置においてもその位置における側面長さ方向に垂直な断面の形状が“コ”の字形、“ロ”の字形、ハット形（“コ”の字の両端にフランジが付いた形）、“ロ”の字のいずれかの辺にフランジが付いた形、のうちいずれか１つの形をなす部材である曲がり部材に成形するにあたり、前記金属平板を、前記曲がり部材の断面内折曲部に対応する板部分に折り目を付け、かつ、前記“く”の字形屈曲部の側面に対応する板部分に複数の切れ目を入れ、該複数の切れ目は金属平板長手方向に対し斜めになる方向に入れた切れ目も含むものとし、次いで、プレス曲げ加工にて、前記折り目に則して折り曲げ、該折り曲げ成品を前記切れ目の一部が折曲部の一部に内接するように屈曲させて、前記曲がり部材に成形することを特徴とする曲がり部材成形方法。
2. 前記切れ目を入れた板部分が前記プレス曲げ加工時に重なって生じた重なり部を、前記プレス曲げ加工後に仮接合することを特徴とする請求項１に記載の曲がり部材成形方法。
3. 請求項１または２に記載された曲がり部材成形方法を用いて製造されてなる曲がり部材。

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