JP5609630B2 - 板金の歪み矯正装置 - Google Patents

Description

本発明は、板金の歪みを矯正する矯正装置に関し、特にプレス成形品の曲げ癖のような局所的なＲ形状の歪みを矯正する板金の歪み矯正装置に関する。

自動車車体の大部分は、薄鋼板をプレス成形した多数のプレス成形品から構成される。このような自動車用のプレス成形品として、例えば図７に示すような部材１がある。この部材１は、図７（ａ）に示すように底壁３の両側に側壁２が曲げ成形された形状となっており、図７（ｂ）に示すように断面ハット型形状の部材である。このような部材１は、主に車体の強度補強部材として用いられる。

部材１のような断面ハット型形状の部材をプレス成形する際には、一般に複数工程で成形が行われる。すなわち、図８（ａ）に示すように、先ず１工程目で、割れやしわが発生しないように比較的浅いハット型形状部材を成形する。その後、図８（ｂ）に示すように、２工程目で金型４を用いて側壁２の曲げ加工部２ａを平らに伸ばし、正規の形状とする。

ところがこのとき、図９に示すように、側壁２には、１工程目で形成した曲げ加工部２ａの曲げ癖５が残留する。特に４４０ＭＰａ級を超える高強度鋼板において、曲げ加工部２ａが平らに成形できず、局所的なＲ形状を持つ凹凸状の形状不良が発生しやすい。
このような曲げ癖を解消するために、高い荷重をかけて凹凸を押し潰すことも考えられるが、金属の剛性やプレス装置の能力には限界があり、曲げ癖を完全に解消することはできない。
一方、反りに代表される広範囲に曲率を持つ形状不良の対策としては、部材の表面を部分的に板厚方向に押圧することで応力の不均一を緩和し、当該形状不良を改善する方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第３７４５２０２号公報 特許第３７５０４２１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の方法にあっては、広範囲に曲率を持つ形状不良には対応できるものの、上述した曲げ癖のように局所的なＲ形状を持つ形状不良には対応できない。
そこで、本発明は、板金の局所的な歪みを矯正可能な板金の歪み矯正装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る板金の歪み矯正装置は、ダイ及びパンチを備え、前記ダイ及び前記パンチによって板金の両面を板厚方向に押圧することで、前記板金の凸状のＲ形状の歪みを矯正する板金の歪み矯正装置であって、前記パンチは、所定間隔で並設された３つの凸状の曲げ成形部を備え、前記ダイは、前記３つの成形部の間に形成される２つの凹状の成形空間に対向配置する２つの凸状の曲げ成形部を備え、前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部を前記板金の歪みの凸部に凸側から当接させて、前記ダイ及び前記パンチによって前記板金の両面を板厚方向に押圧し、前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部を、当該中央の曲げ成形部の先端位置が両端の曲げ成形部の先端位置に対して突出するように設けると共に、これら先端位置の差を前記板金の板厚以下とすることを特徴としている。
このように、３つの曲げ成形部が設けられたパンチと２つの曲げ成形部が設けられたダイとを用いて板金の両面を板厚方向に押圧することで、板金の凸状のＲ形状の歪みを矯正するので、特殊なプレス設備を用いることなく上記歪みを矯正し、凹凸状の形状不良のない部品を得ることができる。

また、板金に対して局所的な小変形を与えることができるので、曲げ成形後のリストライクによって残留する曲げ癖のような局所的なＲ形状を持つ形状不良を矯正することができる。さらに、このように局所的な小変形を与えるだけなので、矯正に必要な荷重が小さくて済み、矯正対象の部品・部位及び矯正装置の制限を少なくすることができる。したがって、比較的容易且つ低コストで局所的なＲ形状を持つ凸状の形状不良を平らな形状に矯正することができる。

また、前述したように、前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部を、当該中央の曲げ成形部の先端位置が両端の曲げ成形部の先端位置に対して突出するように設けると共に、これら先端位置の差を前記板金の板厚以下としている。
これにより、歪み矯正後に、板金の矯正前の歪みの凸部両側が反り返ったり沈み込んだりするのを防止することができ、板金を適切に平らな形状に矯正することができる。

さらに、上記において、前記ダイ及び前記パンチは、互いの成形空間内に相対的に移動可能に構成されており、前記３つの曲げ成形部うち中央の曲げ成形部による前記板金の歪みの凸部の前記成形空間内への押し込み量を、前記板金の板厚の２倍以下とすることを特徴としている。
これにより、歪み矯正後に、矯正前の歪みとは逆方向の変形が生じるのを防止することができ、板金を適切に平らな形状に矯正することができる。

また、上記において、前記曲げ成形部は、前記板金との当接部がＲ形状をなしていることを特徴としている。
これにより、歪み矯正後の板金を適切に平らな形状とすることができる。
さらにまた、上記において、前記曲げ成形部の前記Ｒ形状は、半径Ｒを５ｍｍより小さく設定し、前記板金は、前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部の中央位置を基準とした、前記板金の歪みの凸部の中央位置のずれ量が５ｍｍ以下となるように配置することを特徴としている。

これにより、曲げ癖などの局所的なＲ形状を持つ形状不良に対して、適切に対応することができ、確実に当該形状不良を矯正することができる。
また、上記において、前記板金は、高強度鋼板であることを特徴としている。
このように、軟鋼と比較して著しく曲げ癖のような形状不良が発生しやすい高強度鋼板であっても、当該形状不良を適切に矯正することができる。

本発明によれば、特殊なプレス設備を用いることなく、簡単且つ低コストで、プレス成形品の曲げ癖のような局所的なＲ形状を持つ凸状の形状不良を平らな形状に矯正することができる。

本実施形態における曲げ癖矯正装置の主要部を示す図である。 押し込み量を示す図である。 矯正実験に用いる試験片を示す図である。 矯正実験装置を示す図である。 矯正実験条件を示す図である。 矯正実験結果を示す図である。 プレス成形品の一例を示す図である。 プレス成形方法を説明する図である。 プレス成形品の曲げ癖を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における曲げ癖矯正装置の主要部を示す図である。
図中、符号１０は曲げ癖矯正装置である。この曲げ癖矯正装置１０は、板金の凸状のＲ形状の歪みを矯正する、板金の歪み矯正装置である。本実施形態では、矯正対象の板金として、例えば図７に示すような鋼板からなる断面ハット型形状のプレス成形品１を適用し、図９に示すような曲げ癖５を矯正するものとする。

図１に示すように、曲げ癖矯正装置１０は、矯正対象のプレス成形品１の両面を板厚方向に押圧するパンチ１１とダイ１２とを備える。パンチ１１の下面には、３つの凸状の曲げ成形部１１ａ〜１１ｃが幅方向（図１の左右方向）に所定間隔Ｌ１で並設されている。また、ダイ１２の上面には、２つの凸状の曲げ成形部１２ａ，１２ｂが上記幅方向に所定間隔Ｌ２で並設されている。

ここで、曲げ成形部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ及び１２ｂの先端部はＲ形状となっており、その大きさは半径Ｒ＜５ｍｍである。また、曲げ成形部１１ｂの先端位置（下端位置）は、高さ方向（図１の上下方向）において、曲げ成形部１１ａ及び１１ｃの先端位置（下端位置）と同等、又は当該先端位置より下方に位置しているものとし、その先端位置の差（高さの差）ΔＨは矯正対象のプレス成形品１の板厚ｔ［ｍｍ］以下とする。

また、パンチ１１及びダイ１２は、パンチ１１の曲げ成形部１１ｂの幅方向中央位置が、ダイ１２の曲げ成形部１２ａの先端位置（上端位置）と曲げ成形部１２ｂの先端位置（上端位置）との幅方向中間位置に一致するように対向配置する。パンチ１１は、ダイ１２に対して近接及び離反可能となっており、パンチ１１及びダイ１２によってプレス成形品１の両面を板厚方向に押圧することで、プレス成形品１に形成された曲げ癖５を矯正するようになっている。

このとき、パンチ１１をダイ１２に最も近接させた状態で、各曲げ成形部の先端部が接触しないように構成する。すなわち、ダイ１２の曲げ成形部１２ａは、パンチ１１の曲げ成形部１１ａと曲げ成形部１１ｂとの間に形成される凹状の成形空間に対向配置される。同様に、ダイ１２の曲げ成形部１２ｂは、パンチ１１の曲げ成形部１１ｂと曲げ成形部１１ｃとの間に形成される凹状の成形空間に対向配置される。そして、パンチ１１をダイ１２に最も近接させた状態では、パンチ１１及びダイ１２の各曲げ成形部は、対向配置された成形空間内に位置することになる。したがって、Ｌ１＞Ｌ２／２である。

プレス成形品１の曲げ癖矯正を行う際には、先ず、曲げ癖５の凸側がパンチ１１と対向するように、プレス成形品１をダイ１２上に載置する。このとき、パンチ１１の曲げ成形部１１ｂの幅方向中央位置を０として、図１の右方向を正、左方向を負としたとき、曲げ癖５の凸部の幅方向中央位置が−５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内となるように、プレス成形品１を配置する。

そして、この状態からパンチ１１を下降させ、パンチ１１の曲げ成形部１１ｂにより、プレス成形品１の曲げ癖５を、押し込み量ΔＰだけダイ１２の曲げ成形部１２ａと１２ｂとの間に形成された成形空間内へ押し込む。ここでは、押し込み量ΔＰを０＜ΔＰ≦２ｔとする。
押し込み量ΔＰは、プレス成形品１の板厚をｔとしたとき、曲げ成形部１２ａ及び１２ｂの先端位置より板厚ｔだけ上方の位置に、曲げ成形部１１ｂの先端位置が位置した状態でΔＰ＝０となる。すなわち、図２（ａ）に示すように、曲げ成形部１１ｂの先端位置が曲げ癖５の凸部の先端位置に当接している状態から、パンチ１１を更に下降し、図２（ｂ）に示す状態となったときが押し込み量ΔＰ＝０である。また、この状態から更にパンチ１１を下降し、図２（ｃ）に示すように、曲げ成形部１１ｂの先端位置が曲げ成形部１２ａ及び１２ｂの先端位置より板厚ｔだけ下方の位置となった状態が押し込み量ΔＰ＝２ｔである。

このように、パンチ１１及びダイ１２によって、プレス成形品１の曲げ癖５を板厚方向で反対方向に曲げるように、プレス成形品１を変形させる。本実施形態では、上記曲げ癖５として局所的なＲ形状を持つ形状不良を対象とし、曲げ成形部の間隔Ｌ１及びＬ２は、板厚ｔや曲げ癖５の凸部のＲに応じて適宜設定するものとする。
このように、本実施形態では、３つの曲げ成形部１１ａ〜１１ｃが設けられたパンチ１１と、２つの曲げ成形部１２ａ，１２ｂが設けられたダイ１２とによって、プレス成形品１の両面を板厚方向に押圧し、曲げ癖５を矯正する。このとき、曲げ癖５の凸側にパンチ１１の曲げ成形部１１ａ〜１１ｃ、曲げ癖５の凹側にダイ１２の曲げ成形部１２ａ，１２ｂが配置するようにし、曲げ成形部１１ｂを曲げ癖５の凸部に凸側から当接させた状態で、プレス成形品１の曲げ癖５に対して局所的に小変形を与える。

また、各曲げ成形部の先端部を半径Ｒ＜５［ｍｍ］のＲ形状とし、曲げ成形部１１ａ及び１１ｃと曲げ成形部１１ｂとの高さの差ΔＨをプレス成形品１の板厚ｔ以下とする。さらに、曲げ癖矯正時には、プレス成形品１の曲げ癖５の凸部の幅方向中央位置が曲げ成形部１１ｂの幅方向中央位置に対して−５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内となるように、プレス成形品１を配置する。また、曲げ成形部１１ｂによる曲げ癖５の押し込み量ΔＰを板厚ｔに対して２ｔ以下とする。

（実施例）
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
ここでは、図３に示す試験片１１０に対して、図４に示す矯正実験装置１００を用いて曲げ癖を矯正する実験を行った。試験片１１０としては、４４０ＭＰａ級を超える高強度鋼板（ハイテン）を用い、図３（ａ）に示すようにＶ字状に曲げ成形した後、曲げ加工部１１０ａをリストライクし、その結果、図３（ｂ）に示すような曲げ癖１１０ｂが残留している部材を適用した。なお、試験片１１０の板厚はｔ［ｍｍ］とする。

矯正実験装置１００は、パンチ１０１とダイ１０２とを備える。パンチ１０１は上述したパンチ１１に相当し、ダイ１０２は上述したダイ１２に相当する。したがって、パンチ１０１は、曲げ成形部１１ａ〜１１ｃにそれぞれ相当する曲げ成形部１０１ａ〜１０１ｃを備え、ダイ１０２は、曲げ成形部１２ａ及び１２ｂにそれぞれ相当する曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂを備える。

実施例として、押し込み量ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］、曲げ成形部１０１ｂの先端位置と曲げ成形部１０１ａ及び１０１ｃの先端位置との高さの差ΔＨ＝ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。すなわち、パンチ１０１をダイ１０２に対して最も押し込んだ状態では、図５（ａ）に示すように、曲げ成形部１０１ｂの先端位置が、曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ下方に位置する。また、このとき、曲げ成形部１０１ａ及び１０１ｃの先端位置と曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置とは同じ高さ位置となる。

また、比較例１として、押し込み量ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］、曲げ成形部の高さの差ΔＨ＝２ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。この場合、パンチ１０１をダイ１０２に対して最も押し込んだ状態では、図５（ｂ）に示すように、上記実施例と同様に曲げ成形部１０１ｂの先端位置が、曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ下方に位置する。ところが、このとき曲げ成形部１０１ａ及び１０１ｃの先端位置は、上記実施例とは異なり、曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ上方に位置することになる。

さらに、比較例２として、押し込み量ΔＰ＝２．５ｔ［ｍｍ］、曲げ成形部の高さの差ΔＨ＝ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。この場合、パンチ１０１をダイ１０２に対して最も押し込んだ状態では、図５（ｃ）に示すように、曲げ成形部１０１ｂの先端位置が、曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置に対して１．５ｔ下方に位置する。また、このとき曲げ成形部１０１ａ及び１０１ｃの先端位置は、曲げ成形部１０２ａ及び１０２ｂの先端位置に対して０．５ｔ下方に位置する。

上記の条件でそれぞれ矯正実験を行い、矯正実験後の試験片１１０の端面形状を調査した。その結果を図６に示す。図６において、横軸は曲げ癖１１０ｂの凸部の幅方向中央位置を０としたときの試験片１１０の幅方向位置、縦軸は矯正実験後の曲げ癖１１０ｂの凸部の幅方向中央位置の高さを０としたときの試験片１１０の高さ方向位置であり、実線Ａは実施例、一点鎖線Ｂは比較例１、破線Ｃは比較例２の実験結果を示している。
図６を参照すると、実施例では、曲げ癖が矯正されて試験片１１０が凹凸の無い平らな部材となっていることがわかる。

一方、比較例１のように、押し込み量ΔＰが上記実施例と同じであっても、曲げ成形部の高さの差ΔＨが大きい、即ちパンチ１０１の両側の曲げ成形部１０１ａ及び１０１ｃの先端位置が曲げ成形部１０１ｂの先端位置よりも大幅に上方にあると、曲げ癖の両側が反り上がってしまい平らに矯正できない。
また、比較例２のように、曲げ成形部の高さの差ΔＨが上記実施例と同じであっても、押し込み量ΔＰが大きいと曲げ癖とは逆方向の変形が生じてしまい、やはり平らに矯正できない。
したがって、押し込み量ΔＰ及び曲げ成形部の高さの差ΔＨは、ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］及びΔＨ＝ｔ［ｍｍ］をそれぞれ超えないように設定することが好ましい。そこで、本実施形態では、押し込み量ΔＰを０＜ΔＰ≦２ｔ、曲げ成形部の高さの差ΔＨをΔＨ≦ｔに設定する。これにより、軟鋼と比較して著しく曲げ癖が発生しやすい高強度鋼板であっても、当該曲げ癖を適切に矯正することができる。

このように、本実施形態では、３つの曲げ成形部が設けられたパンチと２つの曲げ成形部が設けられたダイとを用いて曲げ癖を矯正するので、特殊なプレス設備を用いることなく曲げ癖の矯正し、凹凸状の形状不良のないプレス部品を得ることができる。また、局所的に小変形を与えることでプレス成形品の曲げ癖を矯正するので、曲げ癖矯正に必要な荷重が小さくて済む。そのため、矯正対象の部品・部位及びプレス装置の制限が少ない。したがって、比較的容易且つ低コストで局所的なＲ形状を持つ凸状の形状不良を平らな形状に矯正することができる。

さらにこのとき、曲げ成形部の高さの差ΔＨを板厚ｔ以下とすると共に、押し込み量ΔＰを板厚ｔに対して２ｔ以下とするので、曲げ癖の凸部両側の反り上がりや沈み込み、曲げ癖とは逆方向の変形等を防止して、曲げ癖を適正に平らな形状に矯正することができる。
（変形例）
なお、上記実施形態においては、矯正対象の板金をプレス成形品とし、矯正対象の歪みをプレス成形品の曲げ癖とする場合について説明したが、局所的なＲ形状を持つ凸状の歪みであれば矯正が可能である。

１…プレス成形品、２…側壁、２ａ…曲げ加工部、３…底壁、４…金型、５…曲げ癖、１０…曲げ癖矯正装置、１１…パンチ、１１ａ〜１１ｃ…曲げ成形部、１２…ダイ、１２ａ，１２ｂ…曲げ成形部、１００…矯正実験装置、１０１…パンチ、１０１ａ〜１０１ｃ…曲げ成形部、１０２…ダイ、１０２ａ，１０２ｂ…曲げ成形部、１１０…試験片、１１０ａ…曲げ加工部、１１０ｂ…曲げ癖

Claims (5)

1. ダイ及びパンチを備え、前記ダイ及び前記パンチによって板金の両面を板厚方向に押圧することで、前記板金の凸状のＲ形状の歪みを矯正する板金の歪み矯正装置であって、
   前記パンチは、所定間隔で並設された３つの凸状の曲げ成形部を備え、
   前記ダイは、前記３つの成形部の間に形成される２つの凹状の成形空間に対向配置する２つの凸状の曲げ成形部を備え、
   前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部を前記板金の歪みの凸部に凸側から当接させて、前記ダイ及び前記パンチによって前記板金の両面を板厚方向に押圧し、
   前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部を、当該中央の曲げ成形部の先端位置が両端の曲げ成形部の先端位置に対して突出するように設けると共に、これら先端位置の差を前記板金の板厚以下とすることを特徴とする板金の歪み矯正装置。
2. 前記ダイ及び前記パンチは、互いの成形空間内に相対的に移動可能に構成されており、
   前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部による前記板金の歪みの凸部の前記成形空間への押し込み量を、前記板金の板厚の２倍以下とすることを特徴とする請求項１に記載の板金の歪み矯正装置。
3. 前記曲げ成形部は、前記板金との当接部がＲ形状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の板金の歪み矯正装置。
4. 前記曲げ成形部の前記Ｒ形状は、半径Ｒを５ｍｍより小さく設定し、
   前記板金は、前記３つの曲げ成形部のうち中央の曲げ成形部の中央位置を基準とした、前記板金の歪みの凸部の中央位置のずれ量が５ｍｍ以下となるように配置することを特徴とする請求項３に記載の板金の歪み矯正装置。
5. 前記板金は、高強度鋼板であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の板金の歪み矯正装置。

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