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

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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〜の何れか1項に記載の板金の歪み矯正装置。
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