JP5531422B2 - プレス成形方法およびプレス成形装置 - Google Patents

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本発明は、プレス成形方法およびプレス成形装置に関する。
開断面を有する部品は、例えば、板材を折り曲げてプレス成形することで製造されるが、当該部品が湾曲部を有する場合、湾曲部の外側壁面(縮みフランジ)を構成する板材の肉余りが生じ、湾曲部の外側壁面にシワが発生し易い。シワは、型の磨耗や損傷を引き起こし、型のメンテナンスや修復を必要とするため、型コストを増加させる。そのため、成形途中において、湾曲部の外側壁面と、湾曲部から連続的に延長する直線部の外側壁面との間において、材料流動を可能とし、肉余りを削減することで、シワの発生を抑制している(例えば、特許文献1参照。)。
特開平10−305316号公報
しかし、シワの発生位置は、予測できないため、事後的に型(ダイおよびポンチ)の調整や設計変更を必要し、シワ対策を施す必要があり、型コストの抑制効果が十分ではない。また、シワ対策には、ビードが適用されるが、部品の機能や剛性にも影響を及ぼすため、位置や大きさに制限があり、型設計の自由度に問題を有する。
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な型設計の自由度を有し、開断面を有する部品における湾曲部の外側壁面におけるシワの発生を制御し得るプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一様相は、開断面を有し、かつ前記開断面の延長する方向の湾曲部を有する部品を、板材を折り曲げて成形するプレス成形方法である。当該プレス成形方法、前記部品の内面形状に対応するポンチと、前記部品の外面形状に対応しかつ型彫り部がダイフェース面に配置されるダイと、の間に前記板材を配置し、前記ポンチに対して前記ダイを近接させて、前記板材を折り曲げる成形工程を有する。前記型彫り部は、誘導部と、前記誘導部と連続的に連結される凹部からなる逃げ部と、を有し、前記成形工程における前記板材を折り曲げる成形途中において、前記部品の湾曲部の外側壁面を構成する前記板材の余剰材料を、前記外側壁面に対応するダイフェース面に位置する前記型彫り部の誘導部によって、前記誘導部と連続的に連結される前記型彫り部の凹部からなる前記逃げ部に向かって前記誘導部の傾斜面によって誘導し、前記誘導部によって誘導された材料を、凹部からなる前記逃げ部に導入する。
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、開断面を有し、かつ前記開断面の延長する方向の湾曲部を有する部品を、板材を折り曲げて成形するプレス成形装置であって、前記部品の内面形状に対応するポンチと、前記ポンチに対して近接離間自在に配置され、前記部品の外面形状に対応するダイと、前記ダイのダイフェース面に配置される型彫り部と、を有する。前記型彫り部は、誘導部と、前記誘導部と連続的に連結される凹部からなる逃げ部と、を有する。前記誘導部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面に位置し、前記外側壁面を構成する前記板材の余剰材料を、凹部からなる前記逃げ部に向かって前記誘導部の傾斜面によって誘導する。そして、凹部からなる前記逃げ部は、前記誘導部によって誘導された材料が導入される。
本発明の一様相に係るプレス成形方法および別の一様相に係るプレス成形装置によれば、成形途中において、部品の湾曲部の外側壁面を構成する板材の余剰材料を、型彫り部の誘導部から逃げ部に向かって誘導することにより、削減することができるため、シワの発生が抑制される。また、逃げ部は、凹部からなり、余剰材料の流動の終点であるため、シワが発生する場合においても、逃げ部に対応する位置となり、シワの発生位置を事前に決定できるため、設計の自由度が良好である。更に、誘導部の傾斜面を利用することで、逃げ部に向かってスムーズに誘導することができるため、部品の湾曲部の外側壁面におけるシワの発生がより安定的に抑制される。したがって、良好な型設計の自由度を有し、開断面を有する部品における湾曲部の外側壁面におけるシワの発生を制御し得るプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することができる。
実施の形態1に係るブランクおよびプレス成形品を説明するための斜視図である。 実施の形態1に係るプレス成形装置を説明するための断面図である。 図2に示される上型のダイフェース面を説明するための平面図である。 図2に示される上型のダイフェース面を説明するための側面図である。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形途中における湾曲加工面の中央部を示している。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形途中における型彫り部の誘導部を示している。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形途中における型彫り部の逃げ部を示している。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形完了時における湾曲加工面の中央部を示している。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形完了時における型彫り部の誘導部を示している。 実施の形態1に係るプレス成形方法を説明するための断面図であり、成形完了時における型彫り部の逃げ部を示している。 実施の形態1に係る変形例を説明するための斜視図である。 実施の形態2に係るプレス成形装置の上型のダイフェース面を説明するための斜視図である。 実施の形態2に係るプレス成形品を説明するための斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1は、実施の形態1に係るブランクおよびプレス成形品を説明するための斜視図である。
実施の形態1に係るプレス成形品(部品)110は、例えば、車両のバンパー部品に適用される開断面をする略多角形状長尺物であり、ブランク(板材)100を折り曲げて成形(プレス成形)することで得られる。
プレス成形品110は、長手方向(開断面の延長する方向)Dの湾曲部124と、湾曲部124から連続的に延長する直線部122,126と、からなり、離間して配置される一対の側壁112,114と、側壁112,114の端部同士を連結する頂面116とを有し、コ字形断面を呈している。側壁112,114と頂面116との間に位置し、側壁112,114と頂面116を連結するコーナー部は、円弧状である。
側壁112は、湾曲部124の縮みフランジ部である外側壁面112Aを含んでいる。側壁114は、湾曲部124の伸びフランジ部である内側壁面114Aを含んでいる。プレス成形品110の外側壁面112Aは、後述するように、成形途中において、外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料(肉余り)を、型彫り部によって削減することによって、シワの発生が抑制されている。
ブランク100は、例えば、圧延材をプレスによって押抜き(裁断)することにより製造される平板であり、湾曲部104と、湾曲部104から連続的に延長する直線部102,106と、を有する。
図2は、実施の形態1に係るプレス成形装置を説明するための断面図である。
実施の形態1に係るプレス成形装置140は、ブランク100からプレス成形品110を製造するために使用され、下型(ポンチ)150、上型(ダイ)160および押圧装置190を有する。
下型150は、固定式に配置され、プレス成形品110の内面形状に対応する加工面152を有し、ブランク100が設置される。上型160は、下型150に対して近接離間自在に配置され、プレス成形品110の外面形状に対応する加工面(ダイフェース面)170を有する。押圧装置190は、例えば、油圧シリンダ装置を有し、上型160と下型150とを型締めするために使用される。
なお、プレス成形装置140は、しわ押さえ機構を有しておらず、フォーム成形法が適用されており、良好な寸法精度を有する。
図3および図4は、図2に示される上型のダイフェース面を説明するための平面図および側面図である。以下の図面においては、下型150および上型160に関し、その内部を透明として扱い、加工面152,170の輪郭のみを示す。
上型加工面170は、型彫り部174A,174Bが配置されており、プレス成形品110の側壁112に対応する側壁加工面172を有する。側壁加工面172は、プレス成形品110の側壁112における湾曲部124および直線部122,126に対応する湾曲加工面184および直線加工面182,186を有する。
型彫り部174A,174Bは、ブランク100の板厚より大きなクリアランスを形成する凹部からなり、湾曲加工面(外側壁面112Aに対応するダイフェース面)184に位置する誘導部175と、誘導部175と連続的に連結される逃げ部176を有する。誘導部175は、外側壁面112Aを構成する板材の余剰材料を、逃げ部176に向かって誘導する。逃げ部176は、予想されるシワの大きさに対応しており、誘導部175によって誘導された材料が導入される。
したがって、成形途中において、縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料を、型彫り部174A,174Bの誘導部175から逃げ部176に向かって誘導することにより、削減することができるため、シワの発生が抑制される。また、逃げ部176が余剰材料の流動の終点であるため、シワが発生する場合においても、逃げ部176に対応する位置となり、シワの発生位置を事前に決定できるため、設計の自由度が良好である。
例えば、型設計および製作の高品質化を支援するため、一般に、成形シミュレーションが利用されており、ツールとしては、パムスタンプ(PAM−STAMP)、オートフォーム(AutoForm(登録商標))、エルエス・ダイナ(LS−DYNA)等が挙げられる。これらのツールは、高品質のプレス成形シミュレーションが可能であるが、シワの発生は、成形環境や材料特性の変化に左右されやすく、定量的な予測をすることは非常に困難である。そのため、大きなシワやシワ重なりが発生する部品では、特に寸法精度に関する予測精度が低下する原因となる。
シワの発生は、上記のように、シミュレーションで予測することが困難であるため、過去の経験に基づいて、シワ対策(シワ吸収用ビードの設置など)が施される。しかし、部品形状が異なればシワの発生位置や大きさは変化するため、事前に施されたシワ対策が十分な効果を有するかは確実ではなく、製造された型による実機テスト後に、調整や設計変更が発生する場合もある。
一方、実施の形態1においては、上記のように、シワの発生位置を事前に決定でき、シミュレーションの予測精度の低下を防ぐことができるため、型製作の段階において、寸法精度に関する対策を適宜施すことが可能となる。
シワ対策が必要な位置(部位)が事前に特定できるため、製造された型による実機テスト後における修正工数を削減することが可能である。特に、シワ吸収用ビードは、製品形状が変わることにより、部品の機能や剛性に影響を及ぼすため、設置位置やサイズに制限があり、最適な構成を採用することができない場合がある。この場合、対策が不十分となり、事後的な修正工数が発生する。しかし、実施の形態1においては、対策に必要な大きさの型彫り部を、部品制約上許される部位に設置する場合、当該部位へシワを誘導することができるため、設計の自由度も上がり、対策ミスも削減される。
型彫り部174A,174Bは、湾曲加工面184の中央部184Aを挟んで、両側に配置されており、誘導部175は、逃げ部176と中央部184Aとの間に位置している。中央部184Aは、余剰材料によってシワの発生(シワ重なり)がもっとも懸念される領域である。したがって、外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料が、誘導部175によって逃げ部176に向かって誘導されるため、外側壁面112Aの中央部におけるシワの発生が抑制される。
また、逃げ部176は、ブランク100の成形方向Pと反対の方向に先細のガイド傾斜面176Aを有する。誘導部175は、逃げ部176のガイド傾斜面176Aと交差する方向に延長するガイド傾斜面175Aを有する。これにより、外側壁面112Aを構成するブランク100の材料を、誘導部175のガイド傾斜面175Aを利用することで、逃げ部176に向かってスムーズに誘導することができるため、外側壁面112Aにおけるシワの発生が安定的に抑制される。
例えば、外側壁面112Aを構成するブランク100の成形開始が、同一タイミングで実施される場合、同時に発生するシワが相互に影響を及ぼすため、わずかな成形条件の違いによっても、シワの発生位置や高さに差異が生じる。しかし、実施の形態1においては、誘導部175のガイド傾斜面175Aおよび逃げ部176の逃げ部のガイド傾斜面176Aの存在によって、外側壁面112Aを構成するブランク100の成形開始時のタイミングがずれている(タッチ差が生じる)。つまり、逃げ部間のダイフェース面である中央部184Aと接触することで成形が開始され、その後、誘導部175のガイド傾斜面175Aおよび逃げ部176のガイド傾斜面176Aに沿って、成形が順次進行し、材料がスムーズに流動する。
次に、実施の形態1に係るプレス成形方法を説明する。
図5、図6および図7は、成形途中における湾曲加工面の中央部、型彫り部の誘導部および逃げ部を説明するための断面図、図8、図9および図10は、成形完了時における湾曲加工面の中央部、型彫り部の誘導部および逃げ部を説明するための断面図である。
本プレス成形方法は、下型150と上型160との間にブランク100を配置し、型締めするセット工程と、ブランク100を折り曲げる成形工程と、を有する。そして、成形工程における成形途中において、プレス成形品110の湾曲部124の縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料を、型彫り部174A,174Bの誘導部175によって、誘導部175に連続的に連結される逃げ部176に向かって誘導し、逃げ部176を導入する。
したがって、成形工程における成形途中において、縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料を、削減することができるため、シワの発生が抑制される。また、逃げ部176が余剰材料の流動の終点であるため、シワが発生する場合においても、逃げ部176に対応する位置となり、シワの発生位置を事前に決定できるため、設計の自由度が良好である。
詳述すると、セット工程においては、固定式に配置される下型150におけるプレス成形品110の内面形状に対応する加工面152に相対するように、ブランク100が配置される。そして、押圧装置190が作動し、プレス成形品110の外面形状に対応する加工面170を有する上型160が、下型150に向かって降下し、型締めされる。
成形工程においては、上型160の降下が継続する。湾曲加工面184の中央部184Aは、図5に示されるように、型彫り部174A,174Bが配置されておらず、シワの発生を許容する空間(クリアランス)がない。そのため、湾曲加工面184に対応する外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料は、中央部184Aに隣接する型彫り部174A,174Bに向かって流動する。
中央部184Aは、余剰材料によってシワの発生(シワ重なり)がもっとも懸念される領域である。しかし、外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料が、誘導部175によって逃げ部176に向かって誘導されるため、外側壁面112Aの中央部におけるシワの発生が抑制される。
また、型彫り部174A,174Bの誘導部175は、移動してきた余剰材料を、図6に示されるように、ガイド傾斜面175Aによって逃げ部176に向かって誘導する。逃げ部176は、予想されるシワ(余剰材料)の大きさに対応しており、ブランク100の板厚より大きなクリアランスを形成する凹部からなり、余剰材料の流動の終点である。そのため、誘導部175によって誘導された余剰材料が、逃げ部176に導入され、図7に示されるように、シワが誘導されてきている(ランク100が下型150の加工面152から浮いている)。
つまり、誘導部175のガイド傾斜面175Aおよび逃げ部176の逃げ部のガイド傾斜面176Aの存在によって、外側壁面112Aを構成するブランク100の成形開始時のタイミングがずれており、余剰材料を、逃げ部176に向かってスムーズに誘導することができるため、シワの発生が安定的に抑制される。
そして、上型160の降下が継続し、図8〜10に示されるように、下死点に到達することで、成形が完了する。これにより、型彫り部174A,174Bの逃げ部176に張り付く高さのシワB(図10参照)を有するプレス成形品が得られる。なお、プレス成形品の側壁を適宜トリミングすることによって、シワが発生している部位を削除することも可能である。
図11は、実施の形態1に係る変形例を説明するための斜視図である。
型彫り部174A,174Bの逃げ部176は、誘導部175が上型加工面170の湾曲加工面184に配置されておれば、直線加工面182,186に配置することも可能である。なお、プレス成形品110の湾曲部124の縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成する板材の肉余り分は、最終的には、部分的な板厚増加およびシワの発生となって現れる。本変形例においては、誘導部175が長くなっているため、誘導部175に対応する板厚増加領域が拡大している。そのため、肉余り分に占めるシワを形成するための材料の割合が低下するため、逃げ部176において発生するシワの形状(高さ)を小さくすることが可能である。
以上のように、実施の形態1に係るプレス成形方法およびプレス成形装置においては、成形途中において、縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成するブランク100の余剰材料を、型彫り部174A,174Bの誘導部175から逃げ部176に向かって誘導することにより、削減することができるため、シワの発生が抑制される。また、逃げ部176が余剰材料の流動の終点であるため、シワが発生する場合においても、逃げ部176に対応する位置となり、シワの発生位置を事前に決定できるため、設計の自由度が良好である。つまり、実施の形態1は、開断面を有する部品における湾曲部の外側壁面におけるシワの発生を制御し得るプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することが可能である。
また、外側壁面112Aを構成するブランク100の材料を、誘導部175のガイド傾斜面175Aを利用することで、逃げ部176に向かってスムーズに誘導することができるため、外側壁面112Aにおけるシワの発生が安定的に抑制される。
さらに、型彫り部174A,174Bは、湾曲加工面184の中央部184Aを挟んで、両側に配置されており、外側壁面112Aを構成するブランク100の材料が、誘導部175によって逃げ部176に向かって誘導されるため、外側壁面112Aの中央部におけるシワの発生が抑制される。
次に、実施の形態2を説明する。なお、実施の形態1と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
図12は、実施の形態2に係るプレス成形装置の上型のダイフェース面を説明するための斜視図、図13は、実施の形態2に係るプレス成形品を説明するための斜視図である。
実施の形態2は、型彫り部の設置数に関し、実施の形態1と概して異なる。図12に示されるように、上型加工面170の湾曲加工面184に、単一の型彫り部274が配置されている。
型彫り部274は、上型加工面170の湾曲加工面184の中央部に位置する逃げ部276と、逃げ部276の両側に位置する誘導部275と、を有する。したがって、プレス成形品110の湾曲部124の縮みフランジ部である外側壁面112Aを構成する板材の材料が、誘導部275によって逃げ部276に向かって誘導されるため、図13に示されるように、外側壁面112Aに中央部にシワBが形成され、外側壁面112Aの中央部近傍におけるシワの発生が抑制される。
つまり、実施の形態1は、複数の型彫り部によってシワを分散させているのに対し、実施の形態2は、通常はランダムな位置に発生するシワを集約して、任意の1箇所に発生させるものである。なお、逃げ部276は、上型加工面170の湾曲加工面184の中央部に配置する形態に限定されない。
また、型彫り部274においては、シワの発生を抑制した範囲の両端を通常の成形開始タイミングとしたとき、その両端の直近の部分を誘導部275として,シワを発生させたい位置へ向かって徐々に成形タイミングがずれるようにガイド傾斜面275Aを形成し、逃げ部276においては、予想されるシワの高さに対応させた先細のガイド傾斜面276Aを形成することで、余剰材料をスムーズに誘導している。
以上のように、実施の形態2においては、プレス成形品110の湾曲部124の縮みフランジ部である外側壁面112Aの中央部近傍におけるシワの発生が抑制される。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
例えば、プレス成形品は、車両のバンパー部品に限定されない。また、プレス成形品の開断面は、コ字形に限定されず、U字形やアングル形を適用することも可能である。プレス成形は、フォーム成形法が適用される形態に限定されない。ブランク(板材)を、予備成形体によって構成し、2次成形に適用することも可能である。さらに、型彫り部の誘導部および逃げ部の構成を適宜調整することで、シワの発生自体を抑制することも可能である。
100 ブランク(板材)、
102,106 直線部、
104 湾曲部、
110 プレス成形品(部品)、
112 側壁、
112A 外側壁面、
114 側壁、
114A 内側壁面、
116 頂面、
122,126 直線部、
124 湾曲部、
140 プレス成形装置、
150 下型(ポンチ)、
152 加工面、
160 上型(ダイ)、
170 加工面(ダイフェース面)、
172 側壁加工面、
174A,174B 型彫り部、
175 誘導部、
175A ガイド傾斜面、
176 逃げ部、
176A ガイド傾斜面、
182,186 直線加工面、
184 湾曲加工面(外側壁面に対応するダイフェース面)、
184A 中央部、
190 押圧装置、
274 型彫り部、
275 誘導部、
275A ガイド傾斜面、
276 逃げ部、
276A ガイド傾斜面、
B シワ、
D 長手方向(開断面の延長する方向)、
P 成形方向。

Claims (8)

  1. 開断面を有し、かつ前記開断面の延長する方向の湾曲部を有する部品を、板材を折り曲げて成形するプレス成形方法であって、
    前記部品の内面形状に対応するポンチと、前記部品の外面形状に対応しかつ型彫り部がダイフェース面に配置されるダイと、の間に前記板材を配置し、前記ポンチに対して前記ダイを近接させて、前記板材を折り曲げる成形工程を有し、
    前記型彫り部は、誘導部と、前記誘導部と連続的に連結される凹部からなる逃げ部と、を有し、
    前記成形工程における前記板材を折り曲げる成形途中において、
    前記部品の湾曲部の外側壁面を構成する前記板材の余剰材料を、前記外側壁面に対応するダイフェース面に位置する前記型彫り部の誘導部によって、前記誘導部と連続的に連結される前記型彫り部の凹部からなる前記逃げ部に向かって前記誘導部の傾斜面によって誘導し、前記誘導部によって誘導された材料を、凹部からなる前記逃げ部に導入する
    ことを特徴とするプレス成形方法。
  2. 前記外側壁面を構成する前記板材の材料を、前記板材の成形方向と反対の方向に先細の傾斜面を有する前記逃げ部に向かって、前記逃げ部の傾斜面と交差する方向に延長する前記誘導部の傾斜面によって誘導し、前記逃げ部に導入する
    ことを特徴とする請求項1に記載のプレス成形方法。
  3. 前記型彫り部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面の中央部を挟んで、両側に配置され、
    前記誘導部は、前記逃げ部と前記中央部との間に位置しており、
    前記部品の湾曲部の外側壁面の中央部を構成する前記板材の材料を、前記誘導部によって前記逃げ部に向かって誘導する
    ことを特徴とする請求項2に記載のプレス成形方法。
  4. 前記逃げ部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面の中央部に位置し、前記誘導部は、前記逃げ部の両側に位置しており、
    前記部品の湾曲部の外側壁面の中央部の両側を構成する前記板材の材料を、前記誘導部によって前記逃げ部に向かって誘導する
    ことを特徴とする請求項2に記載のプレス成形方法。
  5. 開断面を有し、かつ前記開断面の延長する方向の湾曲部を有する部品を、板材を折り曲げて成形するプレス成形装置であって、
    前記部品の内面形状に対応するポンチと、
    前記ポンチに対して近接離間自在に配置され、前記部品の外面形状に対応するダイと、
    前記ダイのダイフェース面に配置される型彫り部と、を有し、
    前記型彫り部は、誘導部と、前記誘導部と連続的に連結される凹部からなる逃げ部と、を有し、
    前記誘導部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面に位置し、前記外側壁面を構成する前記板材の余剰材料を、凹部からなる前記逃げ部に向かって前記誘導部の傾斜面によって誘導し、
    凹部からなる前記逃げ部は、前記誘導部によって誘導された材料が導入される
    ことを特徴とするプレス成形装置。
  6. 前記逃げ部は、前記板材の成形方向と反対の方向に先細の傾斜面を有し、
    前記誘導部は、前記逃げ部の傾斜面と交差する方向に延長する傾斜面を有する
    ことを特徴とする請求項5に記載のプレス成形装置。
  7. 前記逃げ部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面の中央部に位置し、前記誘導部は、前記逃げ部の両側に位置することを特徴とする請求項6に記載のプレス成形装置。
  8. 前記型彫り部は、前記部品の湾曲部の外側壁面に対応するダイフェース面の中央部を挟んで、両側に配置され、
    前記誘導部は、前記逃げ部と前記中央部との間に位置している
    ことを特徴とする請求項6に記載のプレス成形装置。
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