JP5471649B2 - 金属製中空断面部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造する金属製中空断面部材の製造方法に関する。

例えば車体の基本構造の一部を構成するサイドシルなどの車体部材では、強度及び剛性を確保するとともに軽量化を図るため、中空断面部材が用いられており、このような中空断面部材は一般に、金属製の板状素材をプレス成形して製造されることが知られている。

例えば特許文献１には、板状素材の両端部をプレス加工して凹状となるように成形する第１工程と、該板状素材の中心部をプレス加工することにより、板状素材の中心部が凸状となる凸部を有するとともに該凸部の両側が凹状となるようにＷ字状断面に成形する第２工程と、凸部を平坦状にプレス加工することにより中空状断面に成形する第３工程とを順に実施して中空断面部材を成形する方法が開示されている。かかる方法によれば、中子を用いることなく、平板状の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造することが可能である。

特開平１０−０５８０４０号公報

しかしながら、底壁部と該底壁部の両側から同一方向に延びる縦壁部と有する凹部を備えて中空断面に形成された中空断面部材を板状素材から製造する場合、前記特許文献１に記載されるように、底壁部の中心部に成形された１つの凸部を平坦状にプレス成形することにより該底壁部の両側の縦壁部をそれぞれ内方側に変位させて中空断面部材を製造したときに該中空断面部材をプレス成形型から取り出すと、底壁部の凸部に対応する部分が僅かに元の形状に戻って縦壁部が外方側に開くスプリングバックが生じ、中空断面部材を精度良く成形できない畏れがある。特に、板状素材として高張力鋼板を用いる場合には、このような傾向がより顕著になり得る。

そこで、本発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、スプリングバックを抑制することができ、金属製中空断面部材を精度良く製造することができる金属製中空断面部材の製造方法を提供することを目的とする。

このため、本願の請求項１に係る発明は、金属製の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造する金属製中空断面部材の製造方法であって、底壁部と該底壁部の両側から同一方向に延びる両側の縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備え、該底壁部に該縦壁部が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで断面に直交する方向に延びる２つ以上の凸部が形成された中間成形体を板状素材から成形する第１成形工程と、前記中間成形体をダイに保持した状態でパンチにより前記２つ以上の凸部をその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、前記２つ以上の凸部を略平坦状に成形するとともに前記両側の縦壁部をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造する第２成形工程とを備えていることを特徴とする。

ここで、「中空断面」とは、底壁部と該底壁部の両側に同一方向に延びる縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備え、コ字状断面やハット状断面など、底壁部と両側の縦壁部とによって囲まれた中空状の空間を有する断面をいうものであり、底壁部と該底壁部の両側に同一方向に延びる縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備えて閉断面状に形成される断面も含むものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記第２成形工程は、前記中間成形体の底壁部の断面上での長さが前記中空断面部材における前記中間成形体での底壁部に対応する部分の長さに略等しくなるようにプレス成形することを特徴とする。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記第１成形工程は、隣り合う前記凸部の間に形成される谷部の底部が、前記底壁部と前記両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線より前記凸部の突出方向に位置するように中間成形体を成形することを特徴とする。

また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記第１成形工程において、前記中間成形体は、前記凸部の最も縦壁部側に位置する凸部の縦壁部側の端部近傍部が、前記底壁部と前記両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線に対して略４５度の角度をなすように成形されることを特徴とする。

また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記第１成形工程において、前記中間成形体は、前記凸部の頂部と、隣り合う前記凸部の間に形成される谷部の底部とが断面曲線状に形成され、前記底壁部における前記凸部の頂部と前記谷部の底部とを除く部分が断面直線状に成形されることを特徴とする。

本願の請求項１に係る金属製中空断面部材の製造方法によれば、底壁部と両側の縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備えた中間成形体を板状素材から成形する第１成形工程において、底壁部に該縦壁部が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで断面に直交する方向に延びる２つ以上の凸部を形成し、第２成形工程において、２つ以上の凸部をその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、２つ以上の凸部を略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造する。これにより、成形工程を複雑化させることなく比較的簡単な方法によって、スプリングバックを抑制することができ、金属製中空断面部材を精度良く製造することができる。

この理由としては、後述するように、２つの凸部を略平坦状にプレス成形した場合に、凸部の湾曲外面側で生じる引張方向の残留応力が２つの凸部の間の谷部において生じる圧縮方向の残留応力と打ち消し合って小さくなるとともに、凸部の湾曲内面側で生じる圧縮方向の残留応力が２つの凸部の間の谷部において生じる引張方向の残留応力と打ち消し合って小さくなることによって、スプリングバックが抑制されると考えられる。

また、２つの凸部を形成した場合は１つの凸部を形成した場合に比べて凸部の曲率が大きくなるので、２つの凸部を略平坦状にプレス成形した場合に１つの凸部をプレス成形した場合に比べて変形量が大きくなり、塑性領域の板厚方向における幅が大きく、実質的にスプリングバックを引き起こす弾性領域の板厚方向における幅が小さくなることによって、スプリングバックが抑制されるとも考えられる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、第２成形工程は、中間成形体の底壁部の断面上での長さが中空断面部材における中間成形体での底壁部に対応する部分の長さに略等しくなるようにプレス成形することにより、底壁部の断面に沿う方向の伸びや縮みが抑制され、比較的簡単な方法によって前記効果をより具体的に実現することができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、第１成形工程は、隣り合う凸部の間に形成される谷部の底部が、底壁部と両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線より凸部の突出方向に位置するように中間成形体を成形することにより、前記効果をより有効に奏することができる。また、第２成形工程において中間成形体を安定してダイに保持することができるので、金属製中空断面部材をより精度良く製造することができる。

また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、第１成形工程において、中間成形体は、凸部の最も縦壁部側に位置する凸部の縦壁部側の端部近傍部が、底壁部と両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線に対して略４５度の角度をなすように成形されることにより、第２成形工程において凸部がプレス成形される際に、凸部の最も縦壁部側に位置する凸部の縦壁部側の端部が好適な摩擦力を受けながらダイに沿って移動することができるので、スプリングバックの抑制効果をより有効に得ることができる。

ここに、略４５度の角度としたのは、凸部がプレス成形される際に、略４５度の角度より大きい場合には凸部が座屈して金属製中空断面部材を精度良く製造することができず、略４５度の角度より小さい場合には、凸部の角度変化量が小さく変形量が少なくなり、それにより、塑性領域の板厚方向における幅が小さく実質的にスプリングバックを引き起こす弾性領域の板厚方向における幅が大きくなって、スプリングバックの抑制効果を得ることが難しいと考えられるからである。

また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、第１成形工程において、中間成形体は、凸部の頂部と、隣り合う凸部の間に形成される谷部の底部とが断面曲線状に形成され、底壁部における凸部の頂部と谷部の底部とを除く部分が断面直線状に成形されることにより、第２成形工程において変形する部分を少なくしてスプリングバックの抑制効果を高めることができ、金属製中空断面部材をより精度良く製造することができる。

本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材を製造するための第１成形工程を説明するための断面説明図である。 第１成形工程において成形された中間成形体を説明するための断面説明図である。 本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材を製造するための第２成形工程を説明するための断面説明図である。 前記中間成形体及び前記中空断面部材を示す斜視図である。 １つの凸部が形成された中間成形体と、２つの凸部が形成された中間成形体とについて、凸部のプレス成形後のスプリングバックをシミュレーション解析した結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材の製造方法によるスプリングバックの抑制効果を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材の製造方法によるスプリングバックの抑制効果を説明するための別の説明図である。 第１成形工程において成形された中間成形体の変形例を示す断面説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材の製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態では、後述するように、金属製の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造するに際し、底壁部と該底壁部の両側から同一方向に延びる両側の縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備え、底壁部に縦壁部が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで断面に直交する方向に延びる２つ以上の凸部が形成された中間成形体を板状素材から成形する第１成形工程と、中間成形体をダイに保持した状態でパンチにより２つ以上の凸部をその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、２つ以上の凸部を略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造する第２成形工程とを備えている。

図１は、本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材を製造するための第１成形工程を説明するための断面説明図であり、第１成形工程に用いるプレス成形型及び板状素材の断面を示している。本実施形態では、先ず、高張力鋼板などの略平板状に形成された矩形状の金属製の板状素材を第１のプレス成形装置によってプレス成形し、中空断面に形成された中空断面部材を製造するための中間成形体を成形する。

ここで、「中空断面」とは、底壁部と該底壁部の両側に同一方向に延びる縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備え、コ字状断面やハット状断面など、底壁部と両側の縦壁部とによって囲まれた中空状の空間を有する断面をいうものであり、底壁部と該底壁部の両側に同一方向に延びる縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備えて閉断面状に形成される断面も含むものである。

図１に示すように、金属製の板状素材をプレス成形して中間成形体を成形するための第１のプレス成形装置は、板状素材Ｗを保持する下型１と、下型１に対して相対的に移動され、下型１とともに板状素材Ｗを所定形状の中間成形体に成形するための上型２とを有する第１のプレス成形型１０を備えている。

プレス成形型１０の下型１は、成形されるべき中空断面部材の形状に応じて所定形状に形成され、その上面１ａに凹状に窪む凹部１ｂが設けられ、凹部１ｂは、略水平方向に延びる底壁部１ｃと該底壁部１ｃの両側において底壁部１ｃから略垂直方向に延びる縦壁部１ｄ、１ｅとを備え、底壁部１ｃと両側の縦壁部１ｄ、１ｅとの間にそれぞれ所定の角部が形成されている。

下型１にはまた、底壁部１ｃに、凹部１ｂの内方側、すなわち底壁部１ｃと縦壁部１ｄ、１ｅとによって囲まれる領域の内方側に突出する２つの凸部１ｆ、１ｇが形成されており、２つの凸部１ｆ、１ｇは、底壁部１ｃに沿って並んで設けられ断面に直交する方向に略平行に延びている。また、２つの凸部１ｆ、１ｇはそれぞれ、縦壁部１ｄ、１ｅ側の端部が縦壁部１ｄ、１ｅと連続して設けられている。

一方、プレス成形型１０の上型２は、図示しない上型移動機構によって上下方向に移動され、下型１に対して相対的に移動されるようになっている。上型２は、下型１との間で板状素材Ｗをプレス成形するために、その下面２ａに、下型１の凹部１ｂに対応して凸状に突出する凸部２ｂが設けられている。

上型２の凸部２ｂもまた、略水平方向に延びる底壁部２ｃと該底壁部２ｃの両側において略垂直方向に延びる縦壁部２ｄ、２ｅとを備え、底壁部２ｃと両側の縦壁部２ｄ、２ｅとの間に所定の角部が形成されている。上型２にはまた、底壁部２ｃに、凸部２ｂの内方側、すなわち底壁部２ｃと縦壁部２ｄ、２ｅとによって囲まれる領域の内方側に窪む２つの凹部２ｆ、２ｇが形成されており、２つの凹部２ｆ、２ｇは、底壁部２ｃに沿って並んで設けられ断面に直交する方向に略平行に延びている。

また、第１のプレス成形装置は、該第１のプレス成形装置を総合的に制御する第１のプレス成形装置用制御ユニット（不図示）を備えており、該制御ユニットは、上型２の移動機構などの各種作動を制御する。なお、第１のプレス成形装置用制御ユニット、及び後述する第２のプレス成形装置用制御ユニットは、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成されている。

第１のプレス成形装置を用いて板状素材Ｗをプレス成形する際には、図１（ａ）に示すように、下型１と上型２とが離間して配置された状態で、下型１の上面１ａに板状素材Ｗが保持される。そして、上型２が下方へ移動され、図１（ｂ）に示すように、上型２の下面２ａによって板状素材Ｗが下方へ押圧され、さらに上型２が下方へ移動されると、図１（ｃ）に示すように、上型２の下面２ａと下型１の上面１ａとによって板状素材Ｗがプレス成形され、所定形状の中間成形体が成形される。

図２は、第１成形工程において成形された中間成形体を説明するための断面説明図である。図２に示すように、第１のプレス成形装置によってプレス成形された中間成形体としての板状素材Ｗは、上型２の下面２ａと下型１の上面１ａとによって所定形状にプレス成形され、上型２の凸部２ｂと下型１の凹部１ｂとによって、略水平方向に延びる底壁部Ｗ２と該底壁部Ｗ２の両側から同一方向に略垂直方向に延びる縦壁部Ｗ３、Ｗ４とで断面凹状とされる凹部Ｗ１を備え、凹部Ｗ１の両側、すなわち縦壁部Ｗ３、Ｗ４の両側にはそれぞれ略水平方向外側に延びるフランジ部Ｗ５、Ｗ６を有している。

板状素材Ｗの底壁部Ｗ２にはまた、上型２の凸部２ｂと下型１の凹部１ｂとによって、底壁部Ｗ２と両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４とによって囲まれる領域の内方側に縦壁部Ｗ３、Ｗ４が延びる方向に突出するとともに断面と直交する方向に略平行に並んで延びる２つの凸部Ｗａ、Ｗｂが形成されている。２つの凸部Ｗａ、Ｗｂはそれぞれ、縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部が縦壁部Ｗ３、Ｗ４と連続して設けられ、底壁部Ｗ２と縦壁部Ｗ３、Ｗ４との間に所定の角部Ｗｃ、Ｗｄが形成されている。

また、中間成形体Ｗには、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの間に谷部Ｗｅが形成され、図２に示すように、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの間に形成される谷部Ｗｅの底部は、両側の角部Ｗｃ、Ｗｄを結ぶ直線Ｌ１よりも、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの突出方向に位置付けられるように成形されている。

中間成形体Ｗではまた、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの頂部が断面曲線状に形成されるともに隣り合う２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの間に形成される谷部Ｗｅの底部が断面曲線状に形成され、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部もまた、断面曲線状に形成されている。そして、底壁部Ｗ２におけるそれ以外の部分、すなわち図２においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示される部分が断面直線状に形成されている。

また、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側に位置する凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部近傍部である断面直線状に形成された部分Ｓ１、Ｓ４が、両側の角部Ｗｃ、Ｗｄを結ぶ直線Ｌ１に対して所定の角度θをなすように成形されており、この角度θは、これに限定するものではないが、好ましくは略４５度に設定される。なお、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部近傍部がそれぞれ、両側の角部Ｗｃ、Ｗｄを結ぶ直線Ｌ１に対して異なる所定の角度を有するようにすることも可能である。

このようにしてプレス成形型１０を備えた第１のプレス成形装置によって板状素材Ｗをプレス成形して中間成形体を成形した後に、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂがその突出方向と逆方向にプレス成形されることにより、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂが略平坦状に成形されるとともに両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４がそれぞれ内方側へ変位させられて中空断面部材が製造される。

図３は、本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材を製造するための第２成形工程を説明するための断面説明図であり、第２成形工程に用いるプレス成形型及び板状素材の断面を示している。図３に示すように、底壁部Ｗ２に形成された２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをプレス成形するための第２のプレス成形装置は、中間成形体Ｗを保持するダイ２１と、ダイ２１の上方に配置され、ダイ２１に保持された中間成形体Ｗの２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形するためのパンチ２２とを有する第２のプレス成形型２０を備えている。

プレス成形型２０のダイ２１は、中間成形体Ｗの底壁部Ｗ２を保持するための略平坦状に形成された上面２１ａを備えている。一方、プレス成形型２０のパンチ２２は、中間成形体Ｗの２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形するようにダイ２１の上方に配置され、図示しないパンチ移動機構によって上下方向に移動され、ダイ２１に対して相対的に移動されるようになっている。パンチ２２はまた、その略平坦状に形成された下面２２ａと、該下面２２ａの両側に側面２２ｂ、２２ｃとを備えている。

また、第２のプレス成形装置は、該第２のプレス成形装置を総合的に制御する第２のプレス成形装置用制御ユニット（不図示）を備えており、該制御ユニットは、パンチ２２の移動機構などの各種作動を制御する。

第２のプレス成形装置を用いて２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形する際には、図３（ａ）に示すように、ダイ２１とパンチ２２とが離間して配置された状態で、ダイ２１の上面２１ａに底壁部Ｗ２が保持されるように中間成形体Ｗが所定位置に保持される。

中間成形体Ｗは、隣り合う凸部Ｗａ、Ｗｂの間に形成される谷部Ｗｅの底部が、底壁部Ｗ２と両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４との間にそれぞれ形成される両側の角部Ｗｃ、Ｗｄを結ぶ直線Ｌ１より凸部Ｗａ、Ｗｂの突出方向に位置するように成形されているので、両側の角部Ｗｃ、Ｗｄによって安定してダイ２１に保持することができる。

そして、中間成形体Ｗをダイ２１に保持した状態で、図３（ｂ）に示すように、パンチ２２が下方へ移動され、パンチ２２により２つの凸部Ｗａ、Ｗｂがその突出方向と逆方向にプレス成形される。パンチ２２によって２つの凸部Ｗａ、Ｗｂが下方へ押圧される際、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂはそれぞれ押し広げられるようにプレス成形される。また、これに伴って、両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４及びフランジ部Ｗ５、Ｗ６がそれぞれ、角部Ｗｃ、Ｗｄを支点として、底壁部Ｗ２と縦壁部Ｗ３、Ｗ４とによって囲まれる領域の内方側へ変位させられる。

さらに、パンチ２２が下方へ移動され、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂがパンチ２２の下面２２とダイ２１の上面２１ａとによってプレス成形されると、図３（ｃ）に示すように、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂがそれぞれさらに押し広げられて２つの凸部Ｗａ、Ｗｂが略平坦状に成形されるとともに両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４及びフランジ部Ｗ５、Ｗ６がそれぞれさらに内方側へ変位させられて、底壁部Ｗ２と該底壁部Ｗ２の両側から同一方向に延びる縦壁部Ｗ３、Ｗ４とで断面凹状とされる凹部Ｗ７を備えてハット状断面に形成された中空断面部材が製造される。

なお、本実施形態では、第２成形工程は、中間成形体Ｗの底壁部Ｗ２の断面上での長さ、すなわち底壁部Ｗ２の断面に沿った角部Ｗｃから角部Ｗｄまでの長さが中空断面部材における中間成形体での底壁部Ｗ２に対応する部分の長さＤ１に略等しくなるようにプレス成形される。これにより、底壁部の断面に沿う方向の伸びや縮みが抑制される。

図４は、前記中間成形体及び前記中空断面部材を示す斜視図であり、図４（ａ）は、中間成形体を示し、図４（ｂ）は、中空断面部材を示している。なお、図４（ａ）における二点鎖線Ｌ２は、図１（ｃ）に示す中間成形体の断面を示し、図４（ｂ）における二点鎖線Ｌ３は、図３（ｃ）に示す中空断面部材の断面を示している。

前述したように、本実施形態では、金属製の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造するに際し、図４（ａ）に示すように、第１成形工程において、底壁部Ｗ２と該底壁部Ｗ２の両側から同一方向に延びる両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４とで断面凹状とされる凹部Ｗ１を備え、底壁部Ｗ２に縦壁部Ｗ３、Ｗ４が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで断面に直交する方向に延びる２つの凸部Ｗａ、Ｗｂが形成された中間成形体を板状素材Ｗから成形し、図４（ｂ）に示すように、第２成形工程において、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂを略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造する。

本実施形態ではまた、１つの凸部を形成した中間成形体と、２つの凸部を形成した中間成形体とについて、凸部のプレス成形後に中空断面部材に生じるスプリングバックを、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｎｅｒｉｎｇ）を用いてシミュレーション解析した。２つの凸部を形成した中間成形体についてはさらに、２つの凸部の間に形成される谷部の深さが異なる３種類についてシミュレーション解析を行った。

図５は、１つの凸部が形成された中間成形体と、２つの凸部が形成された中間成形体とについて、凸部のプレス成形後のスプリングバックをシミュレーション解析した結果を示す図である。なお、図５では、１つの凸部を形成した場合を比較例として表し、２つの凸部を形成した場合について、谷部の深さが浅いものを実施例１として表し、谷部の深さが少し深いものを実施例２として表し、谷部の深さが深く谷部の底部が両側の角部を結ぶ直線と接するものを実施例３として表している。また、図５では、中間成形体を二点鎖線で示し、中間成形体の凸部がプレス成形された後にスプリングバックが生じる前の状態を破線で示し、スプリングバックが生じた後の状態を実線で示している。

図５に示すように、１つの凸部が形成された中間成形体の場合（比較例１）に比して、２つの凸部が形成された中間成形体の場合（実施例１、実施例２、実施例３）では、凸部のプレス成形後に、底壁部の凸部に対応する部分の戻りが少なくなるとともに縦壁部の外方側への開きが少なく、凸部のプレス成形後に生じるスプリングバックが抑制されるという結果が得られた。

また、２つの凸部が形成された中間成形体の場合においては、谷部の深さが深く谷部の底部が両側の角部を結ぶ直線と接するもの（実施例３）に比して、谷部の深さが浅いもの（実施例１）や少し深いもの（実施例２）では、凸部のプレス成形後に生じるスプリングバックの抑制効果が高く、また、谷部の深さが浅いもの（実施例１）に比して、谷部の深さが少し深いもの（実施例２）では、凸部のプレス成形後に生じるスプリングバックの抑制効果が高いという結果が得られた。

なお、前述したシミュレーション解析に加えて、比較例、実施例１〜実施例３の中間成形体をそれぞれ板状素材Ｗからプレス成形し、それぞれについて凸部をプレス成形して、凸部のプレス成形後のスプリングバックを調べる実験を行ったが、かかる実験においても、前述したシミュレーション解析と略同様の結果が得られた。

本実施形態では、金属製の中空断面部材を製造するに際し、中間成形体において底壁部に２つの凸部を形成することにより、底壁部に１つの凸部を形成した場合に比してスプリングバックの抑制効果を高めているが、これについては、以下の２つの理由が考えられる。

図６は、本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材の製造方法によるスプリングバックの抑制効果を説明するための説明図である。図６（ａ）に示すように、１つの凸部Ｗ１０ａを形成した中間成形体Ｗ１０について、この凸部Ｗ１０ａを略平坦状にプレス成形すると、凸部Ｗ１０ａの湾曲外面側Ｗ１１に引張方向の残留応力が生じ、凸部Ｗ１０ａの湾曲内面側Ｗ１２に圧縮方向の残留応力が生じ、プレス成形後には、これら残留応力によってスプリングバックが生じることとなる。

一方、図６（ｂ）に示すように、２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂを形成した中間成形体Ｗ２０について、２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂを略平坦状にプレス成形した場合には、それぞれの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂについて、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲外面側Ｗ２１に引張方向の残留応力が生じ、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲内面側Ｗ２２に圧縮方向の残留応力が生じることとなるが、２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの間に形成された谷部Ｗ２０ｃでは、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲外面側Ｗ２１に圧縮方向の残留応力が生じ、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲内面側Ｗ２２に引張方向の残留応力が生じることとなる。

これにより、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲外面側Ｗ２１では２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂをプレス成形して生じる引張方向の残留応力が谷部Ｗ２０ｃに生じる圧縮方向の残留応力と打ち消し合って引張方向の残留応力が小さくなるとともに、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲内面側Ｗ２２では２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂをプレス成形して生じる圧縮方向の残留応力が谷部Ｗ１１ｃに生じる引張方向の残留応力と打ち消し合って圧縮方向の残留応力が小さくなり、スプリングバックが抑制されるものと考えられる。

また、図７は、本発明の実施形態に係る金属製中空断面部材の製造方法によるスプリングバックの抑制効果を説明するための別の説明図である。図７（ａ）に示すように、１つの凸部Ｗ１０ａを形成した中間成形体Ｗ１０について、この凸部Ｗ１０ａを略平坦状にプレス成形すると、凸部Ｗ１０ａの湾曲外面側Ｗ１１と湾曲内面側Ｗ１２から変形が生じ、凸部Ｗ１０ａの湾曲外面側Ｗ１１と湾曲内面側Ｗ１２の表面から所定領域では、塑性変形した塑性領域（斜線ハッチングを施した領域）Ｗ１１ａ、Ｗ１２ａが形成され、それらの間に弾性領域Ｗ１３ａが形成され、プレス成形後には実質的に該弾性領域Ｗ１３ａによってスプリングバックが生じることとなる。

一方、図７（ｂ）に示すように、２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂを形成した中間成形体Ｗ２０についても、これらの凸部２０ａ、Ｗ２０ｂを略平坦状にプレス成形すると、凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂの湾曲外面側Ｗ２１と湾曲内面側Ｗ２２の表面から所定領域では、塑性変形した塑性領域Ｗ２１ａ、Ｗ２２ａが形成され、それらの間に弾性領域Ｗ２３ａが形成されることとなるが、２つの凸部Ｗ２０ａ、Ｗ２０ｂを形成した場合には、１つの凸部Ｗ１０ａを形成した場合と凸部の高さが同じであれば、凸部の曲率が大きく変形量が大きくなるので、塑性領域Ｗ２１ａ、Ｗ２２ａの板厚方向における幅が大きくなり、実質的にスプリングバックを引き起こす弾性領域Ｗ２３ａの板厚方向の幅が小さくなるので、スプリングバックが抑制されるものと考えられる。

なお、本実施形態では、第１成形工程において、底壁部Ｗ２に縦壁部Ｗ３、Ｗ４が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで延びる２つの凸部Ｗａ、Ｗｂを形成しているが、例えば３つなど、２つ以上の凸部を形成し、第２成形工程において、２つ以上の凸部をその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、２つ以上の凸部を略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、底壁部Ｗ２と両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４とで断面凹状とされる凹部Ｗ１を備えた中間成形体を板状素材Ｗから成形する第１成形工程において、底壁部Ｗ２に縦壁部Ｗ３、Ｗ４が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで延びる２つ以上の凸部Ｗａ、Ｗｂを形成し、第２成形工程において、２つ以上の凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、２つ以上の凸部Ｗａ、Ｗｂを略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造することにより、成形工程を複雑化させることなく比較的簡単な方法によって、スプリングバックを抑制することができ、金属製中空断面部材を精度良く製造することができる。

また、第１成形工程において、中間成形体は、凸部Ｗａ、Ｗｂの最も縦壁部Ｗ３、Ｗ４側に位置する凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部近傍部が、底壁部Ｗ２と両側の縦壁部Ｗ３との間にそれぞれ形成される両側の角部Ｗｃ、Ｗｄを結ぶ直線Ｌ１に対して略４５度の角度をなすように成形されることにより、第２成形工程において凸部Ｗａ、Ｗｂがプレス成形される際に、凸部Ｗａ、Ｗｂの最も縦壁部Ｗ３、Ｗ４側に位置する凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部が好適な摩擦力を受けながらダイ２１に沿って移動することができるので、スプリングバックの抑制効果をより有効に得ることができる。

ここに、略４５度の角度としたのは、凸部Ｗａ、Ｗｂがプレス成形される際に、略４５度の角度より大きい場合には凸部Ｗａ、Ｗｂが座屈して金属製中空断面部材を精度良く製造することができず、略４５度の角度より小さい場合には、凸部Ｗａ、Ｗｂの角度変化量が小さく変形量が少なくなり、それにより、塑性領域の板厚方向における幅が小さく実質的にスプリングバックを引き起こす弾性領域の板厚方向における幅が大きくなって、スプリングバックの抑制効果を得ることが難しいと考えられるからである。

前述した実施形態では、板状素材Ｗから成形された中間成形体において、底壁部Ｗ２と両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４との間に形成された角部Ｗｃ、Ｗｄが断面曲線状に形成されているが、角部Ｗｃ、Ｗｄを断面直線状に形成することも可能である。

図８は、第１成形工程において成形された中間成形体の変形例を示す断面説明図である。図８に示す中間成形体は、前述した図２に示す中間成形体と、両側の角部Ｗｃ、Ｗｄが断面直線状に形成されること以外は同様であるので、同様に成形される部分については同一符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、第１成形工程において板状素材Ｗから成形される中間成形体Ｗ３０において、底壁部Ｗ２と縦壁部Ｗ３、Ｗ４との間に形成された両側の角部Ｗｃ’、Ｗｄ’を断面直線状に形成し、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂの縦壁部Ｗ３、Ｗ４側の端部、すなわち図８においてＳ１’、Ｓ４’で示される部分を断面直線状に形成するようにすることも可能である。

かかる場合においても、第２成形工程において、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂをその突出方向と逆方向にプレス成形して、２つの凸部Ｗａ、Ｗｂを略平坦状に成形するとともに両側の縦壁部Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造することにより、成形工程を複雑化させることなく比較的簡単な方法によって、スプリングバックを抑制することができ、金属製中空断面部材を精度良く製造することができる。

このように、第１成形工程において、中間成形体Ｗ３０は、凸部Ｗａ、Ｗｂの頂部と、隣り合う凸部Ｗａ、Ｗｂの間に形成される谷部Ｗｅの底部とが断面曲線状に形成され、底壁部Ｗ２における凸部Ｗａ、Ｗｂの頂部と谷部Ｗｅの底部とを除く部分が断面直線状に成形されることにより、第２成形工程において変形する部分を少なくしてスプリングバックの抑制効果を高めることができ、金属製中空断面部材をより精度良く製造することができる。

以上のように、本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、スプリングバックを抑制することができ、金属製中空断面部材を精度良く製造することができる金属製中空断面部材の製造方法を提供するができ、例えばサイドシルなどの車体の一部を構成する車体部材など、中空断面に形成された中空断面部材の製造に広く利用される可能性がある。

２１ ダイ
２２ パンチ
Ｗ 板状素材
Ｗ１ 凹部
Ｗ２ 底壁部
Ｗ３、Ｗ４ 縦壁部
Ｗ１０、Ｗ２０、Ｗ３０ 中間成形体
Ｗａ、Ｗｂ 凸部
Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｃ’、Ｗｄ’ 角部
Ｗｅ 谷部

Claims (5)

1. 金属製の板状素材をプレス成形して中空断面部材を製造する金属製中空断面部材の製造方法であって、
   底壁部と該底壁部の両側から同一方向に延びる両側の縦壁部とで断面凹状とされる凹部を備え、該底壁部に該縦壁部が延びる方向に突出するとともに略平行に並んで断面に直交する方向に延びる２つ以上の凸部が形成された中間成形体を板状素材から成形する第１成形工程と、
   前記中間成形体をダイに保持した状態でパンチにより前記２つ以上の凸部をその突出方向と逆方向にプレス成形することにより、前記２つ以上の凸部を略平坦状に成形するとともに前記両側の縦壁部をそれぞれ内方側へ変位させて中空断面部材を製造する第２成形工程と、
   を備えていることを特徴とする金属製中空断面部材の製造方法。
2. 前記第２成形工程は、前記中間成形体の底壁部の断面上での長さが前記中空断面部材における前記中間成形体での底壁部に対応する部分の長さに略等しくなるようにプレス成形する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属製中空断面部材の製造方法。
3. 前記第１成形工程は、隣り合う前記凸部の間に形成される谷部の底部が、前記底壁部と前記両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線より前記凸部の突出方向に位置するように中間成形体を成形する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属製中空断面部材の製造方法。
4. 前記第１成形工程において、前記中間成形体は、前記凸部の最も縦壁部側に位置する凸部の縦壁部側の端部近傍部が、前記底壁部と前記両側の縦壁部との間にそれぞれ形成される両側の角部を結ぶ直線に対して略４５度の角度をなすように成形される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の金属製中空断面部材の製造方法。
5. 前記第１成形工程において、前記中間成形体は、前記凸部の頂部と、隣り合う前記凸部の間に形成される谷部の底部とが断面曲線状に形成され、前記底壁部における前記凸部の頂部と前記谷部の底部とを除く部分が断面直線状に成形される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の金属製中空断面部材の製造方法。

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