JP5569661B2 - プレス成形体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形体の製造方法および製造装置に関し、具体的には、溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体の製造方法および製造装置に関する。

自動車車体のフロア（以下、単に「フロア」という）は、車両走行時には車体の捻じり剛性や曲げ剛性を第一義的に担うだけではなく、衝突時には衝撃荷重の伝達を担い、さらに、自動車車体の重量にも大きく影響するため、高剛性かつ軽量という二律背反の特性を兼ね備えることが要求される。フロアは、互いに溶接されて接合される平板状のパネル（例えばダッシュパネル、フロントフロアパネル、リアフロアパネル等）と、溶接によりこれら平板状のパネルの車幅方向へ向けて固定配置されてフロアの剛性や強度を高める略溝型断面を有する長尺のメンバ類（例えばフロアクロスメンバ、シートクロスメンバ等）と、車体前後方向へ向けて固定配置されてフロアの剛性や強度を高める略溝型断面を有する長尺のメンバ類（サイドシル、サイドメンバ等）を有する。例えばフロアクロスメンバは、通常、その長手方向の両端部に形成される外向きフランジを介して、例えばフロントフロアパネルのトンネル部およびサイドシルといった他の部材に接合される。

図１２Ａ、図１２Ｂは、フロアクロスメンバ１を示す説明図であり、図１２Ａは斜視図、図１２Ｂは図１２ＡにおけるXII矢視図である。
一般的に、フロントフロアパネル２の上面（室内側の面）にフロアクロスメンバ１が接合される。このフロアクロスメンバ１が、フロントフロアパネル２の幅方向の略中心に膨出して形成されるトンネル部（図示を省略する）およびフロントフロアパネル２の幅方向の両側部にスポット溶接されるサイドシル３をつなぐことによりフロアが補強される。フロアクロスメンバ１は略溝型断面を有し、その長手方向の両端部に形成される外向きフランジ４を介して、トンネル部およびサイドシル３にスポット溶接することにより、フロアの剛性および衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性が向上する。

図１３Ａ、図１３Ｂは、フロアクロスメンバ１の従来のプレス成形方法の概略を示す説明図である。図１３Ａは、ブランクホルダによって素材の端に拘束力を加えながら成形する絞り成形の概略を示す説明図である。図１３Ｂは、展開ブランク６を用いた曲げ成形の概略を示す説明図である。

図１３Ａに示す絞り成形によるプレス成形では、成形素材５に余肉部５ａを成形し、切断線５ｂに沿って余肉部５ａを切断した後にフランジ５ｃを立ち上げる。また、図１３Ｂに示す曲げ成形によるプレス成形では、展開ブランク形状を有する展開ブランク６に、曲げ成形によるプレス成形を行う。フロアクロスメンバ１は、これまで、図１３Ａに示す絞り成形によるプレス成形か、図１３Ｂに示す曲げ成形によるプレス成形かを行うことにより成形されていた。材料の歩留まり向上の観点からは、余肉部５ａの切断を伴う絞り成形によるプレス成形よりも曲げ成形によるプレス成形のほうが好ましい。

フロアクロスメンバ１は、自動車車体の剛性向上や側面衝突（側突）時の衝突荷重を吸収する役目を担う重要な構造部材である。このため、近年では、軽量化および衝突安全性の向上の観点から、より薄くかつより強度の高い高張力鋼板、例えば引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板（高強度鋼板又はハイテン）がフロアクロスメンバ１の素材として用いられるようになってきた。しかし、高張力鋼板の成形性は良好でないため、フロアクロスメンバ１の設計の自由度が低いことが問題になっている。

図１２Ａおよび図１２Ｂを参照しながら具体的に説明する。フロアクロスメンバ１の端部の全周に連続的な外向きフランジ４を形成し、かつある程度の長さのフランジ幅を得ることが、フロアクロスメンバ１とフロントフロアパネル２のトンネル部、サイドシル３との接合強度の強度およびねじり剛性を高めて、フロアの剛性および衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性を高めるためには望ましい。

しかし、フロアクロスメンバ１の端部の全周に連続的な外向きフランジ４を形成し、かつある程度の長さのフランジ幅を得ようとすると、基本的に外向きフランジ４の稜線部の外周に相当するフランジ部分（以下、「稜線部フランジ部分」と称する）での伸びフランジ割れや、稜線部１ａにおける外向きフランジ４の近傍部１ｂでしわを生じ、所望の形状が得られ難い。これらの成形不具合は、フロアクロスメンバ１の材料強度が高いほど、外向きフランジ４の稜線部フランジ部分４ａの成形における伸びフランジ率が高い形状であるほど（すなわち、例えば図１２Ｂにおける断面壁角度θが急峻であるほど、またフランジ高さが高いほど）、発生し易い。

フロアクロスメンバ１は、自動車車体の軽量化のために高強度化される傾向にあり、また性能や他部材との接合部形状の関係から伸びフランジ率が高い形状に設計される傾向にあるため、稜線部フランジ部分４ａを含む連続的な外向きフランジ４の成形は、従来のプレス成形法では実現し難かった。このため、フロアクロスメンバ１の性能の低下を甘受しても、このようなプレス成形技術上の制約により、高張力鋼板からなるフロアクロスメンバ１の外向きフランジ４の稜線部フランジ部分４ａに、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように切り欠きを設けざるを得ないのが現状である。

特許文献１〜３には、フロアクロスメンバ１の成形を意図するものではないが、金型のパッド機構に工夫を施すことによって、高強度材料のプレス成形品における形状凍結不良を解決する発明が開示されている。これらの発明は、パンチ頂部とパンチ頂部の向き合う部分（溝底部）の少なくとも一部を押さえるパッドの位置関係によって、成形中の素材に意図的にたわみを発生させることによって、成形後の形状凍結性の向上を図るものである。

特許第４４３８４６８号明細書 特開２００９−２５５１１６号公報 特開２０１２−０５１００５号公報

特許文献１〜３により開示された従来の発明に基づいても、外向きフランジ４の稜線部フランジ部分４ａに切り欠きを設けたり、材料の歩留まり低下を生じたりすることなく、溝底部と稜線部と縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体であるフロアクロスメンバ１を成形することは難しい。

本発明の目的は、外向きフランジの稜線部フランジ部分に切り欠きを設けたり、材料の歩留まり低下を生じたりすることなく、例えばフロアクロスメンバのような、溝底部と稜線部と縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体を製造する方法および装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下に列記の通りである。
［１］ パンチと、ダイと、前記パンチに成形素材を押し当てて拘束するパッドとを備えたプレス成形装置により前記成形素材をプレス成形することにより、
溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体の製造方法であって、
前記パッドが、前記成形素材における、前記溝底部に成形される部分と、前記稜線部に成形される部分の少なくとも一部とを拘束して、プレス成形する第１の工程と、
前記第１の工程で成形できない部分をプレス成形する第２の工程とを有することを特徴とするプレス成形体の製造方法。
［２］前記パッドは、前記溝底部との接続部を起点として前記稜線部の断面周長の１／３以上の長さの部分を拘束することを特徴とする［１］に記載のプレス成形体の製造方法。
［３］前記稜線部に成形される部分の長手方向において、前記外向きフランジの根元から前記稜線部が延びる方向の所定の範囲で、前記パッドが前記稜線部に成形される部分を拘束することを特徴とする［１］又は［２］に記載のプレス成形体の製造方法。
［４］前記プレス成形体は、前記縦壁部に連続する曲線部と、前記曲線部に連続するフランジとを更に有する略溝型断面を有することを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造方法。
［５］前記プレス成形が曲げ成形であることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造方法。
［６］前記プレス成形が絞り成形であることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造方法。
［７］ パンチと、
ダイと、
前記パンチに成形素材を押し当てて拘束するパッドとを備え、
溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体を製造するプレス成形体の製造装置であって、
前記パッドは、前記成形素材における、前記溝底部に成形される部分と、前記稜線部に成形される部分の少なくとも一部とを拘束する形状であることを特徴とするプレス成形体の製造装置。
［８］前記パッドは、前記溝底部との接続部を起点として前記稜線部の断面周長の１／３以上の長さの部分を拘束する形状であることを特徴とする［７］に記載のプレス成形体の製造装置。
［９］前記稜線部に成形される部分の長手方向において、前記外向きフランジの根元から前記稜線部が延びる方向の所定の範囲で、前記パッドが前記稜線部に成形される部分を拘束することを特徴とする［７］又は［８］に記載のプレス成形体の製造装置。
［１０］前記プレス成形体は、前記縦壁部に連続する曲線部と、前記曲線部に連続するフランジとを更に有する略溝型断面を有することを特徴とする［７］乃至［９］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造装置。
［１１］前記プレス成形が曲げ成形であることを特徴とする［７］乃至［９］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造装置。
［１２］前記プレス成形が絞り成形であることを特徴とする［７］乃至［９］のいずれか一つに記載のプレス成形体の製造装置。
なお、特許文献１〜３により開示された発明におけるパッドは、パンチ頂部とパンチ頂部の向き合う部分（溝底部）の少なくとも一部を押さえるパッドの位置関係を工夫するものであり、本発明におけるパッドは、意図的に稜線部をも押さえるような形状を有する点において、本発明は特許文献１〜３により開示された発明とは相違する。

本発明によれば、溝底部と稜線部と縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体を、外向きフランジの稜線部フランジ部分に切り欠きを設けたり、材料の歩留まり低下を生じたりすることなく、確実に成形できるようになる。

図１Ａは、実施形態に係るプレス成形体の製造装置の概略構成および第１の工程を模式的に示す図である。 図１Ｂは、本実施形態において製造するプレス成形体の横断面形状を示す断面図である。 図１Ｃは、第１の工程における稜線パッドまわりの構成を示す斜視図である。 図１Ｄは、本実施形態において製造するプレス成形体を長手方向の側方から見た図である。 図２Ａは、解析例１のプレス成形体の斜視図である。 図２Ｂは、図２ＡにおけるII矢視図である。 図２Ｃは、解析例１のプレス成形体の横断面図である。 図３Ａは、本発明法による成形時のパンチとダイと成形素材とを示す斜視図である。 図３Ｂは、本発明法による成形時のパンチと稜線パッドと成形素材を示す斜視図である。 図３Ｃは、図３Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。 図３Ｄは、図３ＣにおけるIII−III断面図である。 図４Ａは、従来法による成形時のパンチとダイとパッドと成形素材とを示す斜視図である。 図４Ｂは、従来法による成形時のパンチとパッドと成形素材を示す斜視図である。 図４Ｃは、図４Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。 図５Ａは、解析例１における、パッドによる成形素材の押さえ角度と、外向きフランジの稜線部フランジ部分の端部における板厚減少率最大値との関係の数値解析結果を示す特性図である。 図５Ｂは、解析例１での評価対象である板厚減少率の評価位置（割れ懸念部）を示す図である。 図６Ａは、解析例２のプレス成形体の斜視図である。 図６Ｂは、図６ＡにおけるVI矢視図である。 図６Ｃは、解析例２のプレス成形体の横断面図である。 図７Ａは、本発明法による成形時のパンチとダイと稜線パッドと成形素材とを示す斜視図である。 図７Ｂは、本発明法による成形時のパンチと稜線パッドと成形素材を示す斜視図である。 図７Ｃは、図７Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。 図７Ｄは、図７ＣにおけるVII−VII断面図である。 図８Ａは、従来法による成形時のパンチとダイを示す斜視図である。 図８Ｂは、従来法による成形時のパンチとパッドと成形素材を示す斜視図である。 図８Ｃは、図８Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。 図９Ａは、解析例２における、パッドによる成形素材の押さえ角度と、外向きフランジの稜線部フランジ部分の根元付近における板厚減少率最小値との関係の数値解析結果を示す特性図である。 図９Ｂは、解析例２での評価対象である板厚減少率の評価位置（しわ懸念部）を示す図である。 図１０Ａは、解析例３のプレス成形体の斜視図である。 図１０Ｂは、図１０ＡにおけるX矢視図である。 図１０Ｃは、解析例３のプレス成形体の横断面図である。 図１１Ａは、本発明法による板厚減少率の評価位置（割れ懸念部）での板厚減少率最大値を説明するための図である。 図１１Ｂは、従来法による板厚減少率の評価位置（割れ懸念部）での板厚減少率最大値を説明するための図である。 図１２Ａは、フロアクロスメンバの斜視図である。 図１２Ｂは、図１２ＡにおけるXII矢視図である。 図１３Ａは、絞り成形の概略を示す説明図である。 図１３Ｂは、曲げ成形の概略を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明を適用した実施形態に係るプレス成形体の製造方法および製造装置の特徴を概念的に示す説明図である。図１Ａは、実施形態に係るプレス成形体の製造装置の概略構成および第１の工程を模式的に示す図である。図１Ｂは、本実施形態において製造するプレス成形体の横断面形状を示す断面図である。図１Ｃは、第１の工程における稜線パッドまわりの構成を示す斜視図である。図１Ｄは、本実施形態において製造するプレス成形体を長手方向の側方から見た図である。なお、図１Ｂ、図１Ｄにおいて、板厚は太線により示している。

１．プレス成形体
図１Ｂに示すように、本実施形態において製造するプレス成形体は、長尺かつ３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体１５であり、溝底部１５ａと、溝底部１５ａに連続する稜線部１５ｂ、１５ｂと、稜線部１５ｂ、１５ｂに連続する縦壁部１５ｃ、１５ｃと、縦壁部１５ｃ、１５ｃに連続する曲線部１５ｄ、１５ｄと、曲線部１５ｄ、１５ｄに連続するフランジ１５ｅ、１５ｅとを有する略溝型断面を有する。長手方向の端部の全周、すなわち溝底部１５ａ、稜線部１５ｂ、１５ｂ、縦壁部１５ｃ、１５ｃ、曲線部１５ｄ、１５ｄおよびフランジ１５ｅ、１５ｅに沿うように外向きフランジ１６が形成されている。
本実施形態において製造するプレス成形体１５は、図１２Ａ、図１２Ｂに示したものとは異なり、外向きフランジ１６の稜線部フランジ部分１６ａに切り欠きを有さないプレス成形体である。
また、本実施形態において製造するプレス成形体１５は、断面高さが２０ｍｍ以上である。また、スポット溶接、レーザ溶接又はプラズマ溶接等の連続溶接の領域を確保するという観点からいえば、外向きフランジ１６のフランジ幅は、少なくとも溝底部１５ａ、稜線部１５ｂ、縦壁部１５ｃの一部において、フランジ平坦部で５ｍｍ程度以上である。また、稜線部１５ｂでは接合しないとしても、衝突特性、ねじり剛性等の性能を確保するという観点からは２ｍｍ程度以上である。

なお、本実施形態では、図１Ｂに示すハット型の略溝型断面を有するプレス成形体を説明するが、少なくとも溝底部１５ａと稜線部１５ｂ、１５ｂと縦壁部１５ｃ、１５ｃとを有する略溝型断面を有するプレス成形体であれば本発明を適用可能である。
また、長手方向の端部の全周に外向きフランジ１６が形成される例を説明するが、稜線部フランジ部分１６ａを含む外向きフランジ１６が形成される、換言すれば稜線部１５ｂとその両側の溝底部１５ａおよび縦壁部１５ｃのそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジ１６が形成されるプレス成形体であれば本発明を適用可能である。

２．プレス成形体の製造装置（プレス成形装置）
図１Ａに示すように、プレス成形装置１０は、パンチ１１と、ダイ１２と、パンチ１１に成形素材１３を押し当てて拘束するパッド１４とを備える。本実施形態では、以下に述べるように、パッド１４は、成形素材１３における、溝底部１５ａに成形される部分のみならず、稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分も拘束するものであり、稜線パッドと呼ぶこととする。

稜線パッド１４は、成形素材１３における、溝底部１５ａに成形される部分と、外向きフランジ１６の近傍において稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分とを拘束する形状となっている。

公知のパッドでは、溝底部１５ａに成形される部分を拘束するものの、稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分を拘束するものではない。それに対して、稜線パッド１４は、溝底部１５ａに成形される部分のみならず、外向きフランジ１６の近傍において稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分も拘束する。稜線パッド１４によれば、稜線パッド１４の形状が、概ねその部分の材料だけで張り出されることによって形成される。これにより、稜線パッド１４が当接する部分の周辺の材料の移動が抑制されて、割れやしわの要因となる周辺の材料の伸びや縮み変形が抑制されるので、フランジ１６の稜線部フランジ部分１６ａでの伸びフランジ割れや、稜線１５ｂにおけるフランジ１６の近傍部（図１２Ａの近傍部１ｂを参照のこと）でのしわの発生を低減できる。

稜線パッド１４は、外向きフランジ１６の近傍の稜線部１５ｂの形状を張り出して成形することによる周辺材料の移動を抑制する効果を狙ったものである。したがって、稜線部１５ｂに成形される部分のうちで接続部１５ａ−ｂを起点として稜線部１５ｂ、１５ｂの断面周長の１／３以上の長さの部分、より好ましくは稜線部１５ｂに成形される部分の断面周長の全体を拘束するのが望ましい。この場合に、縦壁部１５ｃの極一部、例えば稜線部１５ｂに加えて縦壁部１５ｃの２０ｍｍ以下の長さの部分を押さえる程度の形状であれば、パッド荷重が不足して押さえきれないという問題を発生しにくくなるので、本発明におけるパッドとして許容される。

また、稜線部１５ｂに成形される部分の長手方向において稜線パッド１４で拘束する範囲（図１Ｄに示すｌ）は、外向きフランジ１６の近傍、すなわち外向きフランジ１６の根元から稜線部１５ｂが延びる方向の所定の範囲の少なくとも一部とするのが好ましい。所定の範囲は、外向きフランジ１６の稜線部フランジ部分１６ａのフランジ幅と同程度とすればよい。例えば外向きフランジ１６の稜線部フランジ部分１６ａのフランジ幅が２０ｍｍであれば所定の範囲も２０ｍｍ程度、稜線部フランジ部分１６ａのフランジ幅が３０ｍｍであれば所定の範囲も３０ｍｍ程度とする。この場合に、この所定の範囲の全域で稜線部１５ｂに成形される部分を拘束する必要はなく、所定の範囲の一部でもかまわない。

上述した以外の稜線パッド１４の寸法や材質等の他の要素は、公知のパッドと同じでよい。

３．プレス成形体の製造方法
プレス成形装置１０において、稜線パッド１４を用いて、成形素材１３における、溝底部１５ａに成形される部分と、外向きフランジ１６の近傍において稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分とを拘束しながら、プレス成形する。

このプレス成形（１回目のプレス成形）で成形できない部分を成形するため、後工程である２回目のプレス成形を行う。１回目のプレス成形で成形できない部分は、具体的には、図１Ｄに斜線で示すように、稜線パッド１４で拘束した稜線部１５ｂの真下に位置する部分である。図１Ｄに斜線で示す部分、すなわち縦壁部１５ｃ、１５ｃの一部に成形される部分、曲線部１５ｄ、１５ｄの一部に成形される部分、およびフランジ１５ｅ、１５ｅの一部に成形される部分を成形するため、後工程である２回目のプレス成形を行う。
２回目のプレス成形では、パッドを使用しないダイとパンチだけのプレス成形（スタンピングプレス成形）でもよいし、通常のパッドを用いるプレス成形でもよい。

なお、稜線パッド１４で拘束する領域によっては、１回目のプレス成形では成形できなかった稜線部１５ｂに成形される部分の残り部分がある場合もある。この場合、２回目のプレス成形で、この稜線部１５ｂに成形される部分の残り部分もプレス成形する。例えば１回目のプレス成形により稜線部１５ｂに成形される部分の１／３が成形された場合には、２回目のプレス成形により稜線部１５ｂに成形される部分の残りの２／３を成形する。

以上のように、パンチ１１と、ダイ１２と、パンチ１１に成形素材１３を押し当てて拘束する稜線パッド１４とを備えたプレス成形装置により成形素材１３をプレス成形する（１回目のプレス成形、２回目のプレス成形）ことにより、図１Ａに示す、溝底部１５ａと、溝底部１５ａに連続する稜線部１５ｂ、１５ｂと、稜線部１５ｂ、１５ｂに連続する縦壁部１５ｃ、１５ｃと、縦壁部１５ｃ、１５ｃに連続する曲線部１５ｄ、１５ｄと、曲線部１５ｄ、１５ｄに連続するフランジ１５ｅ、１５ｅを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部の全周に外向きフランジ１６が形成された、長尺かつ３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体１５を製造することができる。

なお、２回のプレス成形を行うため、プレス成形時の稜線パッド１４の端部に相当する、稜線部１５ｂと縦壁部１５ｃとの境界部分に、０．１ｍｍ以上の凹凸形状部が形成される。

以下では、稜線パッド１４を用いて、溝底部１５ａに成形される部分のみならず、外向きフランジ１６の近傍において稜線部１５ｂ、１５ｂに成形される部分も拘束してプレス成形するようにした理由を、有限要素法による数値解析結果を参照しながら説明する。

［解析例１］
図２Ａ〜図２Ｃは、解析例１のプレス成形体２０の形状を示す説明図である。図２Ａはプレス成形体２０の斜視図、図２Ｂは図２ＡにおけるII矢視図、図２Ｃはプレス成形体２０の横断面図である（外向きフランジ２０ｆは不図示）。

解析例１のプレス成形体２０は、高強度鋼板（５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼）からなり、板厚は１．４ｍｍである。
プレス成形体２０は、溝底部２０ａと、溝底部２０ａに連続する稜線部２０ｂ、２０ｂと、稜線部２０ｂ、２０ｂに連続する縦壁部２０ｃ、２０ｃと、縦壁部２０ｃ、２０ｃに連続する曲線部２０ｄ、２０ｄと、曲線部２０ｄ、２０ｄに連続するフランジ２０ｅ、２０ｅとを有する。稜線部２０ｂ、２０ｂの板内側の曲率半径は１２ｍｍである。

プレス成形体２０の長手方向の両端部の全周に外向きフランジ２０ｆが形成されており、稜線部フランジ部分２０ｇは曲線部分となっている。外向きフランジ２０ｆのフランジ幅は、溝底部２０ａに沿うように形成された部分で２５ｍｍ、縦壁部２０ｃ、２０ｃに沿うように形成された部分で３０ｍｍである。

プレス成形体２０の断面壁角度は７０度であり、断面高さは１００ｍｍである。解析例１では、展開ブランクを用いた曲げ成形によるプレス成形によって、プレス成形体２０を製造する。

図３Ａは、本発明法による成形時のパンチ（下型）２１とダイ（上型）２２と成形素材２４とを示す斜視図である。図３Ｂは、本発明法による成形時のパンチ（下型）２１と稜線パッド２５と成形素材２４を示す斜視図である。図３Ｃは、図３Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。図３Ｄは、図３ＣにおけるIII−III断面図である。

一方、図４Ａは、従来法による成形時のパンチ（下型）２１とダイ（上型）２２とパッド２３と成形素材２４とを示す斜視図である。図４Ｂは、従来法による成形時のパンチ（下型）２１とパッド２３と成形素材２４を示す斜視図である。図４Ｃは、図４Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。

図５Ａは、パッド２３、２５による成形素材２４の押さえ角度と、プレス成形体２０に形成された外向きフランジ２０ｆの稜線フランジ部分２０ｇの端部における板厚減少率最大値との関係の数値解析結果を示す特性図である。図５Ｂには、解析例１での評価対象である板厚減少率の評価位置（点線で囲む範囲、割れ懸念部）を示す。押さえ角度とは、成形素材２４における稜線部２０ｂに成形される部分のうちで溝底部２０ａとの接続部の位置を０度としてパッド２３、２５が拘束する稜線部２０ｂの範囲の中心角度を意味する。また、板厚減少率最大値が大きくなると、伸びフランジ割れが発生する。

従来法、すなわち通常のパッド２３を用いる曲げ成形では、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、パッド２３は、成形素材２４における溝底部２０ａに成形される部分の全体又は一部のみを拘束する。すなわち、稜線部２０ｂに成形される部分は拘束しない形状であり、押さえ角度は０°である。

この場合、図５Ａに示すように、稜線部フランジ部分２０ｇの端部での板厚減少率最大値は３０％をはるかに超えた３６％程度の値となっており、伸びフランジ割れが発生する可能性が高いことがわかる。

これに対し、本発明法、すなわち稜線パッド２５を用いる曲げ成形では、図３Ａ〜図３Ｄに示すように、稜線パッド２５は、外向きフランジ２０ｆの近傍（外向きフランジ２０ｆの根元から稜線部２０ｂが延びる方向に１０ｍｍ以内の範囲）において、溝底部２０ａに成形される部分に加えて、稜線部２０ｂに成形される部分も拘束する。
そして、稜線パッド２５が成形素材２４を拘束する領域を、稜線部２０ｂに成形される部分のうちで接続部を起点として稜線部２０ｂの断面周長の１／３、２／３、全体と変化させた条件で解析を行った。

この場合、図５Ａに示すように、稜線パッド２５が成形素材２４を拘束する領域（押さえ角度）が大きくなるほど、稜線部フランジ部分２０ｇにおける板厚減少率最大値は抑制されることがわかる。特に拘束する領域が１／３以上の場合に抑制効果は顕著であり、伸びフランジ割れが回避可能である。

［解析例２］
図６Ａ〜図６Ｃは、解析例２のプレス成形体３０の形状を示す説明図である。図６Ａはプレス成形体３０の斜視図、図６Ｂは図６ＡにおけるVI矢視図、図６Ｃはプレス成形体３０の横断面図である（外向きフランジ３０ｆは不図示）。

解析例２のプレス成形体３０は、高強度鋼板（５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼）からなり、板厚は１．４ｍｍである。
プレス成形体３０は、溝底部３０ａと、溝底部３０ａに連続する稜線部３０ｂ、３０ｂと、稜線部３０ｂ、３０ｂに連続する縦壁部３０ｃ、３０ｃと、縦壁部３０ｃ、３０ｃに連続する曲線部３０ｄ、３０ｄと、曲線部３０ｄ、３０ｄに連続するフランジ３０ｅ、３０ｅとを有する。稜線部３０ｂ、３０ｂの板内側の曲率半径は１２ｍｍである。

プレス成形体３０の長手方向の両端部の全周に外向きフランジ３０ｆが形成されており、稜線部フランジ部分３０ｇは曲線部分となっている。外向きフランジ３０ｆのフランジ幅は、溝底部３０ａに沿うように形成された部分で２０ｍｍ、縦壁部３０ｃ、３０ｃに沿うように形成された部分で２５ｍｍである。

プレス成形体３０の断面壁角度は８２度であり、断面高さは６０ｍｍである。解析例２では、展開ブランクを用いた曲げ成形によるプレス成形によって、プレス成形体３０を製造する。

図７Ａは、本発明法による成形時のパンチ（下型）３１とダイ（上型）３２と稜線パッド３５と成形素材３４とを示す斜視図である。図７Ｂは、本発明法による成形時のパンチ（下型）３１と稜線パッド３５と成形素材３４を示す斜視図である。図７Ｃは、図７Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。図７Ｄは、図７ＣにおけるVII−VII断面図である。

一方、図８Ａは、従来法による成形時のパンチ（下型）３１とダイ（上型）３２を示す斜視図である。図８Ｂは、従来法による成形時のパンチ（下型）３１とパッド３３と成形素材３４を示す斜視図である。図８Ｃは、図８Ｂの四角囲み部を拡大して示す斜視図である。

図９Ａは、パッド３３、３５による成形素材３４の押さえ角度と、プレス成形体３０に形成された外向きフランジ３０ｆの稜線部フランジ部分３０ｇの根元付近における板厚減少率最小値との関係の数値解析結果を示す特性図である。図９Ｂには、解析例２での評価対象である板厚減少率の評価位置（点線で囲む範囲、しわ懸念部）を示す。押さえ角度とは、成形素材３４における稜線部３０ｂに成形される部分のうちで溝底部３０ａとの接続部を０度としてパッド３３、３５が拘束する稜線部３０ｂの範囲の中心角度を意味する。また、板厚減少率最小値が小さくなると、しわが発生する可能性が高くなる。

従来法、すなわち通常のパッド３３を用いる曲げ成形では、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、パッド３３は、成形素材３４における溝底部３０ａに成形される部分のみを拘束する。すなわち、稜線部３０ｂに成形される部分は拘束しない形状であり、押さえ角度は０°である。

この場合、図９Ａに示すように、稜線部フランジ部分３０ｇの根元付近での板厚減少率最小値は−６５％程度の値となっており、明らかに稜線部３０ｂにおけるフランジ３０ｆの近傍部３０ｂ−１でしわが発生することがわかる。

これに対し、本発明法、すなわち稜線パッド３５を用いる曲げ成形では、図７Ａ〜図７Ｄに示すように、稜線パッド３５は、外向きフランジ３０ｆの近傍（外向きフランジ３０ｆの根元から稜線部３０ｂが延びる方向に１０ｍｍ以内の範囲）において、溝底部３０ａに成形される部分に加えて、稜線部３０ｂに成形される部分も拘束する。
そして、稜線パッド３５が成形素材３４を拘束する領域を、稜線部３０ｂに成形される部分のうちで接続部を起点として稜線部３０ｂの断面周長の１／３、２／３、全体と変化させた条件で解析を行った。

この場合、図９Ａに示すように、稜線パッド３５が成形素材３４を拘束する領域（押さえ角度）が大きくなるほど、稜線部３０ｂにおけるフランジ３０ｆの近傍部３０ｂ−１での増肉は抑制されることがわかる。本解析結果では、もともとしわ抑制が難しい形状であるために増肉量が大きく、稜線部３０ｂを拘束する領域を２／３以上とすることによって増肉率２０％未満に抑制することが望まれるものの、稜線部３０ｂを拘束する領域が１／３程度以上であっても、しわ発生が懸念される部分の増肉が通常パッドの場合に比べて半分以下に抑制されており、稜線パッド３５による増肉抑制効果が非常に大きいことがわかる。

［解析例３］
解析例１、２では冷延鋼板を説明したが、本発明は熱延鋼板にも適用することができる。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、解析例３のプレス成形体４０の形状を示す説明図である。図１０Ａはプレス成形体４０の斜視図、図１０Ｂは図１０ＡにおけるX矢視図、図１０Ｃはプレス成形体４０の横断面図である（外向きフランジ４０ｆは不図示）。

解析例３のプレス成形体２０は、高強度鋼板（５９０ＭＰａ級熱延鋼）からなり、板厚は２．９ｍｍである。
プレス成形体４０は、溝底部４０ａと、溝底部４０ａに連続する稜線部４０ｂ、４０ｂと、稜線部４０ｂ、４０ｂに連続する縦壁部４０ｃ、４０ｃとを有する。

プレス成形体４０の長手方向の両端部の全周に外向きフランジ４０ｆが形成されており、稜線部フランジ部分４０ｇは曲線部分となっている。

プレス成形体４０の断面壁角度は８２度であり、断面高さは５０ｍｍである。解析例３では、展開ブランクを用いた曲げ成形によるプレス成形によって、プレス成形体２０を製造する。

解析例３でも、溝底部４０ａに成形される部分を拘束するものの、稜線部４０ｂ、４０ｂに成形される部分を拘束しないパッドを用いた従来法と、溝底部４０ａに成形される部分のみならず、外向きフランジ４０ｆの近傍において稜線部４０ｂ、４０ｂに成形される部分も拘束する稜線パッドを用いた本発明法とを比較する。
図１１Ｂに示すように、従来法では、板厚減少率の評価位置（点線で囲む範囲、割れ懸念部）での板厚減少率最大値が２０％程度の値となっている。それに対して、本発明法では、板厚減少率の評価位置（点線で囲む範囲、割れ懸念部）での板厚減少率最大値が１４％程度の値に抑制されていた。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば各解析例では、プレス成形が曲げ成形である場合を例にとったが、本発明はこれに限定されるものではなく、プレス成形は絞り成形であってもよい。

また、下型がパンチにより構成されるとともに上型がダイおよびパッドにより構成される態様を例にとったが、本発明はこの態様に限定されるものではない。上下の金型を逆にした構造、すなわち上型がパンチにより構成されるとともに下型がダイおよびパッドにより構成されていてもよいことはいうまでもない。

本発明は、フロアクロスメンバに限らず、溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体を製造するのに利用することができる。

Claims (12)

1. パンチと、ダイと、前記パンチに成形素材を押し当てて拘束するパッドとを備えたプレス成形装置により前記成形素材をプレス成形することにより、
   溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体の製造方法であって、
   前記パッドが、前記成形素材における、前記溝底部に成形される部分と、前記稜線部に成形される部分の少なくとも一部とを拘束して、プレス成形する第１の工程と、
   前記第１の工程で成形できない部分をプレス成形する第２の工程とを有することを特徴とするプレス成形体の製造方法。
2. 前記パッドは、前記溝底部との接続部を起点として前記稜線部の断面周長の１／３以上の長さの部分を拘束することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形体の製造方法。
3. 前記稜線部に成形される部分の長手方向において、前記外向きフランジの根元から前記稜線部が延びる方向の所定の範囲で、前記パッドが前記稜線部に成形される部分を拘束することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形体の製造方法。
4. 前記プレス成形体は、前記縦壁部に連続する曲線部と、前記曲線部に連続するフランジとを更に有する略溝型断面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプレス成形体の製造方法。
5. 前記プレス成形が曲げ成形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプレス成形体の製造方法。
6. 前記プレス成形が絞り成形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプレス成形体の製造方法。
7. パンチと、
   ダイと、
   前記パンチに成形素材を押し当てて拘束するパッドとを備え、
   溝底部と、前記溝底部に連続する稜線部と、前記稜線部に連続する縦壁部とを有する略溝型断面を有し、長手方向の端部のうち、前記稜線部とその両側の前記溝底部および前記縦壁部のそれぞれ少なくとも一部とにわたる範囲に外向きフランジが形成された、３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製のプレス成形体を製造するプレス成形体の製造装置であって、
   前記パッドは、前記成形素材における、前記溝底部に成形される部分と、前記稜線部に成形される部分の少なくとも一部とを拘束する形状であることを特徴とするプレス成形体の製造装置。
8. 前記パッドは、前記溝底部との接続部を起点として前記稜線部の断面周長の１／３以上の長さの部分を拘束する形状であることを特徴とする請求項７に記載のプレス成形体の製造装置。
9. 前記稜線部に成形される部分の長手方向において、前記外向きフランジの根元から前記稜線部が延びる方向の所定の範囲で、前記パッドが前記稜線部に成形される部分を拘束することを特徴とする請求項７又は８に記載のプレス成形体の製造装置。
10. 前記プレス成形体は、前記縦壁部に連続する曲線部と、前記曲線部に連続するフランジとを更に有する略溝型断面を有することを特徴とするに請求項７乃至９のいずれか１項記載のプレス成形体の製造装置。
11. 前記プレス成形が曲げ成形であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のプレス成形体の製造装置。
12. 前記プレス成形が絞り成形であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のプレス成形体の製造装置。

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