JP5773109B1 - プレス成形方法及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
ハット型部材の形状の制約を低減しつつ、ハット型部材に発生するキャンバーバックを低減可能なプレス成形方法を提供する。プレス成形時に、湾曲面（凸状面（２ａ）、凹状面（３ａ））を有する一対のプレス型（下型（２）、上型（３））の間に、少なくともハット型部材（５）の天板部の長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材（４）を上方、つまり、下型（２）、上型（３）の湾曲方向に撓ませて固定する。続いて、固定したブランク材（４）に凸状面（２ａ）、凹状面（３ａ）を用いてハット型部材（５）の湾曲部をプレス成形する。
Description
本発明は、天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品をプレス成形で製造するための技術に関する。
近年、自動車の構造部材として、車体軽量化を図るために、薄肉の高張力鋼板やアルミニウム合金板の使用が増加している。このような高張力鋼板やアルミニウム合金板をプレス成形した後に、プレス型から成形品を離型すると、成形品に発生した残留応力が解放されることでスプリングバック変形が発生し、成形品の寸法精度が悪くなる原因となる。それゆえ、スプリングバック変形が発生し難いプレス成形の方法がいくつか提案されている。
なかでも、天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品（例えば、コ字状型部材、ハット型部材）に発生するスプリングバック変形（例えば、キャンバーバック）の対策としては、従来から特許文献１、２に開示されている方法がある。ここで、キャンバーバックとは、上述の湾曲部を有する成形品を成形した場合に離型後に湾曲が僅かにもとに戻る現象である。
なかでも、天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品（例えば、コ字状型部材、ハット型部材）に発生するスプリングバック変形（例えば、キャンバーバック）の対策としては、従来から特許文献１、２に開示されている方法がある。ここで、キャンバーバックとは、上述の湾曲部を有する成形品を成形した場合に離型後に湾曲が僅かにもとに戻る現象である。
特許文献１には、ハット型部材の天板部の曲率半径とハット型部材のフランジ部の曲率半径との差を側壁部の高さより大きくすることで、プレス成形による成形品の残留応力を低減し、成形品に発生するキャンバーバックを抑制する方法が開示されている。
また、特許文献２には、成形品のプレス成形の途中に、成形品の湾曲部を反膨出方向に加圧変形することで、プレス成形による成形品の残留応力を低減し、成形品に発生するキャンバーバックを抑制する方法が開示されている。
また、特許文献２には、成形品のプレス成形の途中に、成形品の湾曲部を反膨出方向に加圧変形することで、プレス成形による成形品の残留応力を低減し、成形品に発生するキャンバーバックを抑制する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では、成形品に発生するキャンバーバックを抑制できるものの、成形品の形状を制約する必要があり、汎用性に欠けるという問題があった。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、プレス成形品の形状の制約を低減しつつ、プレス成形品に発生するキャンバーバックを低減可能なプレス成形の技術を提供することを目的とする。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、プレス成形品の形状の制約を低減しつつ、プレス成形品に発生するキャンバーバックを低減可能なプレス成形の技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様のプレス成形方法は、天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、前記成形品のプレス成形時に、前記成形品の前記湾曲部をプレス成形するための湾曲面を有する一対のプレス型の間に、少なくとも前記成形品の前記天板部の長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定した前記ブランク材に、前記一対のプレス型の前記湾曲面を用いて前記湾曲部をプレス成形することを特徴とする。
また、本発明の一態様のプレス成形品の製造方法は、天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品をプレス成形で製造する際に、前記成形品の前記湾曲部をプレス成形するための湾曲面を有する一対のプレス型の間に、少なくとも前記成形品の前記天板部の長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定した前記ブランク材に、前記一対のプレス型の前記湾曲面を用いて前記湾曲部をプレス成形することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、プレス型の頭部とブランク材との間に隙間が形成される。そのため、本発明の一態様によれば、プレス成形中に、プレス型の頭部とブランク材との間の隙間がブランク材の湾曲方向と反対方向に押しつぶされ、ブランク材の長手方向に圧縮応力が発生する。この結果、本発明の一態様によれば、成形品の湾曲外側の引張残留応力を低減でき、成形品の残留曲げモーメントを低減できる。そのため、本発明の一態様によれば、成形品におけるキャンバーバックの発生を抑制できる。これにより本発明の一態様によれば、成形品の形状の制約を低減しつつ、成形品に発生するキャンバーバックを低減できる。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
（キャンバーバック）
まず、第１実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法で採用するプレス成形の方法を説明する前に、一般的なプレス成形における、キャンバーバックの発生のメカニズムについて説明する。
通常、図１〜図３に示すように、プレス成形装置１（下型２、上型３）を用い、ブランク材４を、ハット断面で且つ天板部５ａ方向に凸に湾曲する湾曲部を有するプレス成形品（以下、「ハット型部材」とも呼ぶ）５にプレス成形で製造すると、天板部５ａが湾曲外側（凸側）になるため、天板部５ａに長手方向への引張応力が発生する。ブランク材４は、例えば、プレス成形のために切断した板状の素材である。また、ハット断面には、例えば、天板部５ａとその幅方向両側に連続する側壁部５ｂとを少なくとも有するコ字状断面（Ｕ字状断面）に、更に、フランジ部５ｃを付加したものがある（図２（ｂ）参照）。すなわち、ハット断面は、少なくともコ字状断面（Ｕ字状断面）を含んだ断面形状である。また、フランジ部５ｃが湾曲内側になるため、フランジ部５ｃに長手方向への圧縮応力が発生する。
（第１実施形態）
（キャンバーバック）
まず、第１実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法で採用するプレス成形の方法を説明する前に、一般的なプレス成形における、キャンバーバックの発生のメカニズムについて説明する。
通常、図１〜図３に示すように、プレス成形装置１（下型２、上型３）を用い、ブランク材４を、ハット断面で且つ天板部５ａ方向に凸に湾曲する湾曲部を有するプレス成形品（以下、「ハット型部材」とも呼ぶ）５にプレス成形で製造すると、天板部５ａが湾曲外側（凸側）になるため、天板部５ａに長手方向への引張応力が発生する。ブランク材４は、例えば、プレス成形のために切断した板状の素材である。また、ハット断面には、例えば、天板部５ａとその幅方向両側に連続する側壁部５ｂとを少なくとも有するコ字状断面（Ｕ字状断面）に、更に、フランジ部５ｃを付加したものがある（図２（ｂ）参照）。すなわち、ハット断面は、少なくともコ字状断面（Ｕ字状断面）を含んだ断面形状である。また、フランジ部５ｃが湾曲内側になるため、フランジ部５ｃに長手方向への圧縮応力が発生する。
ここで、図２（ａ）は、側壁部５ｂ側から見た場合のハット型部材５を表し、図２（ｂ）は、ハット型部材５を図２（ａ）のＡ−Ａ断面で破断した場合の端面を表す。また、図３は、天板部５ａ側から見た場合のハット型部材５のＦＥＭ(Finite Element Method)解析結果を表す。図３の例では、天板部５ａに約５００ＭＰａ（引張応力）が掛かり、フランジ部５ｃに約−１２００ＭＰａ（圧縮応力）が掛かっている。
それゆえ、プレス成形後、下型２、上型３からハット型部材５を離型させると、引張応力と圧縮応力とに起因して、曲げモーメントＭが発生し、ハット型部材５にキャンバーバックが発生する。キャンバーバックとは、一般に、材料を湾曲させた場合に、材料の湾曲が僅かにもとに戻る現象を指す。
なお、ハット型部材５の引張応力および圧縮応力は、ブランク材４の強度（降伏応力）が高いほど大きくなる。そのため、ブランク材４の強度が高いほどキャンバーバックが大きくなる。
本発明の発明者は、このキャンバーバックは、天板部５ａに発生する引張応力を低減し、曲げモーメントＭを低減することで抑制できると考え、そのために、引張応力と逆方向の圧縮応力を天板部５ａに付与するプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法を考えた。
それゆえ、プレス成形後、下型２、上型３からハット型部材５を離型させると、引張応力と圧縮応力とに起因して、曲げモーメントＭが発生し、ハット型部材５にキャンバーバックが発生する。キャンバーバックとは、一般に、材料を湾曲させた場合に、材料の湾曲が僅かにもとに戻る現象を指す。
なお、ハット型部材５の引張応力および圧縮応力は、ブランク材４の強度（降伏応力）が高いほど大きくなる。そのため、ブランク材４の強度が高いほどキャンバーバックが大きくなる。
本発明の発明者は、このキャンバーバックは、天板部５ａに発生する引張応力を低減し、曲げモーメントＭを低減することで抑制できると考え、そのために、引張応力と逆方向の圧縮応力を天板部５ａに付与するプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法を考えた。
（プレス成形装置）
次に、第１実施形態で用いるプレス成形装置１の構成を説明する。
本実施形態のプレス成形装置１は、図４に示すように、下型２と、下型２に対向して配置された上型３とを備える。下型２の上面には、上方に湾曲する湾曲部をプレス成形するための湾曲面（以下、「凸状面」とも呼ぶ）２ａが形成されている。また、凸状面２ａには更に、上方（湾曲方向）に天板部５ａが形成され下方に開口部が形成されたハット断面をプレス成形するための形状が付与されている。また、上型３の下面には、凸状面２ａの形状に対応する湾曲面３ａ（以下、「凹状面３ａ」とも呼ぶ）が形成されている。そして、上型３は、図示しない昇降手段によって下型２に接近して、下型２と上型３との間に介挿されているブランク材４を押圧してプレス成形品にプレス可能となっている。これにより、ハット断面で且つ該ハット断面の天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形（フォーム成形）する。
次に、第１実施形態で用いるプレス成形装置１の構成を説明する。
本実施形態のプレス成形装置１は、図４に示すように、下型２と、下型２に対向して配置された上型３とを備える。下型２の上面には、上方に湾曲する湾曲部をプレス成形するための湾曲面（以下、「凸状面」とも呼ぶ）２ａが形成されている。また、凸状面２ａには更に、上方（湾曲方向）に天板部５ａが形成され下方に開口部が形成されたハット断面をプレス成形するための形状が付与されている。また、上型３の下面には、凸状面２ａの形状に対応する湾曲面３ａ（以下、「凹状面３ａ」とも呼ぶ）が形成されている。そして、上型３は、図示しない昇降手段によって下型２に接近して、下型２と上型３との間に介挿されているブランク材４を押圧してプレス成形品にプレス可能となっている。これにより、ハット断面で且つ該ハット断面の天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形（フォーム成形）する。
本実施形態のプレス成形装置１は更に、下型２の長手方向両端それぞれの外周に対し、互いに対向する一対の壁部６が設けられている。一対の壁部６は、成形後のハット型部材５の長手方向両端の距離と等しい距離だけ離間して設けられている。そして、上型３と下型２とで押圧してプレス成形する前に、一対の壁部６に、ブランク材４の長手方向両端それぞれを当接することで、一対の壁部６は、ブランク材４の長手方向両端を固定（拘束）する、すなわちブランク材４の長手方向変位を抑制可能となっている。
（プレス成形の方法）
次に、第１実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品を製造するためのプレス成形の方法を説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、ブランク材４を下型２と上型３との間に介挿する。ブランク材４としては、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いもの、つまり、凸状面２ａ及び凹状面３ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いものを採用する。ここで、図６に示すように、ハット型部材５のキャンバーバック量は、ハット型部材５の長手方向の長さ（線長）Ｌoに対するブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌの比率Ｌ/Ｌoが１．０２０（１０２％）以下の範囲では、比率Ｌ/Ｌoが大きくなるほど減少する。しかしながら、比率Ｌ/Ｌoが１．０２０（１０２％）より大きくなると、ブランク材４の長手方向端部付近に座屈が発生し、キャンバーバックの低減効果が見られなくなる。それゆえ、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌは、Ｌo＜Ｌ≦１．０２０×Ｌoの条件を満たすようにする。すなわち、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌとハット型部材５の長手方向の長さ（線長）Ｌoとの差を２％以下とすることが好ましい。
次に、第１実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品を製造するためのプレス成形の方法を説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、ブランク材４を下型２と上型３との間に介挿する。ブランク材４としては、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いもの、つまり、凸状面２ａ及び凹状面３ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いものを採用する。ここで、図６に示すように、ハット型部材５のキャンバーバック量は、ハット型部材５の長手方向の長さ（線長）Ｌoに対するブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌの比率Ｌ/Ｌoが１．０２０（１０２％）以下の範囲では、比率Ｌ/Ｌoが大きくなるほど減少する。しかしながら、比率Ｌ/Ｌoが１．０２０（１０２％）より大きくなると、ブランク材４の長手方向端部付近に座屈が発生し、キャンバーバックの低減効果が見られなくなる。それゆえ、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌは、Ｌo＜Ｌ≦１．０２０×Ｌoの条件を満たすようにする。すなわち、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌとハット型部材５の長手方向の長さ（線長）Ｌoとの差を２％以下とすることが好ましい。
続いて、図５（ｂ）に示すように、介挿したブランク材４を上方、つまり、下型２、上型３の湾曲方向に撓ませて、ブランク材４の長手方向両端それぞれを一対の壁部６の対向面それぞれに当接させ、ブランク材４の長手方向両端それぞれの下面を下型２の上面に接触させる。これにより、ブランク材４の長手方向両端をハット型部材５の長手方向両端と等しい距離離間させるとともに、ブランク材４の長手方向両端を固定（拘束）する。このとき、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間に隙間が形成される。
なお、一対の壁部６は対向方向に位置調整可能な構成として、一対の壁部６を一旦左右に退避させた後に、再度接近させて、一対の壁部６を図５（ｂ）の状態に設定するようにしても良い。この場合、一対の壁部６の距離をブランク材４の線長に合わせて微調整可能となる。
続いて、図５（ｃ）に示すように、昇降手段により上型３を下降させ、下型２の凸状面２ａと上型３の凹状面３ａとを用いて、固定したブランク材４に、湾曲部をプレス成形する。これにより、ブランク材４をハット断面で且つ上方（ハット断面の天板部５ａ板厚方向）に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５にプレス成形（フォーム成形）する。
なお、一対の壁部６は対向方向に位置調整可能な構成として、一対の壁部６を一旦左右に退避させた後に、再度接近させて、一対の壁部６を図５（ｂ）の状態に設定するようにしても良い。この場合、一対の壁部６の距離をブランク材４の線長に合わせて微調整可能となる。
続いて、図５（ｃ）に示すように、昇降手段により上型３を下降させ、下型２の凸状面２ａと上型３の凹状面３ａとを用いて、固定したブランク材４に、湾曲部をプレス成形する。これにより、ブランク材４をハット断面で且つ上方（ハット断面の天板部５ａ板厚方向）に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５にプレス成形（フォーム成形）する。
プレス成形中には、図５（ｄ）に示すように、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間の隙間が下方、つまり、ブランク材４の湾曲方向と反対方向に押しつぶされる。そして、上記の隙間が押しつぶされると、図７に示すように、ブランク材４に長手方向への圧縮応力が発生する。図７は、天板部５ａ側から見た場合のハット型部材５のＦＥＭ解析結果を表す。図７の例では、天板部５ａに約−２５０ＭＰａ（圧縮応力）が掛かり、フランジ部５ｃに約−１２００ＭＰａ（圧縮応力）が掛かっている。
そのため、プレス成形後、下型２、上型３からハット型部材５を離型させると、ハット型部材５に発生する曲げモーメントＭを低減できる。これにより、図８に示すように、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生量を抑制できる。ここで、このプレス成形方法において、ハット型部材５の形状は制約されない。
第１実施形態では、図４、図５の下型２、上型３がプレス型を構成する。プレス型は、一般には「プレス金型」を指す。
そのため、プレス成形後、下型２、上型３からハット型部材５を離型させると、ハット型部材５に発生する曲げモーメントＭを低減できる。これにより、図８に示すように、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生量を抑制できる。ここで、このプレス成形方法において、ハット型部材５の形状は制約されない。
第１実施形態では、図４、図５の下型２、上型３がプレス型を構成する。プレス型は、一般には「プレス金型」を指す。
（第１実施形態の効果）
第１実施形態に係るプレス成形の方法は、以下の効果を奏する。
（１）第１実施形態に係るプレス成形の方法によれば、プレス成形時に、湾曲面（凸状面２ａ、凹状面３ａ）を有する一対のプレス型（下型２、上型３）の間に、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材４を上方、つまり、下型２、上型３の湾曲方向に撓ませて固定する。続いて、固定したブランク材４に、凸状面２ａ、凹状面３ａを用いてハット型部材５の湾曲部をプレス成形する。
このような構成によれば、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間に隙間が形成される。それゆえ、プレス成形中に、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間の隙間がブランク材４の湾曲方向と反対方向に押しつぶされ、ブランク材４の長手方向に圧縮応力が発生する。そのため、ハット型部材５の湾曲外側の長手方向への引張残留応力が低減するため、ハット型部材５に発生する残留曲げモーメントを低減できる。そのため、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生を抑制できる。これにより、ハット型部材５の形状の制約を低減しつつ、ハット型部材５に発生するキャンバーバックを低減できる。
第１実施形態に係るプレス成形の方法は、以下の効果を奏する。
（１）第１実施形態に係るプレス成形の方法によれば、プレス成形時に、湾曲面（凸状面２ａ、凹状面３ａ）を有する一対のプレス型（下型２、上型３）の間に、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材４を上方、つまり、下型２、上型３の湾曲方向に撓ませて固定する。続いて、固定したブランク材４に、凸状面２ａ、凹状面３ａを用いてハット型部材５の湾曲部をプレス成形する。
このような構成によれば、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間に隙間が形成される。それゆえ、プレス成形中に、下型２の凸状面２ａの頭部とブランク材４との間の隙間がブランク材４の湾曲方向と反対方向に押しつぶされ、ブランク材４の長手方向に圧縮応力が発生する。そのため、ハット型部材５の湾曲外側の長手方向への引張残留応力が低減するため、ハット型部材５に発生する残留曲げモーメントを低減できる。そのため、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生を抑制できる。これにより、ハット型部材５の形状の制約を低減しつつ、ハット型部材５に発生するキャンバーバックを低減できる。
（２）第１実施形態に係るプレス成形の方法によれば、ブランク材４を下型２、上型３の湾曲面（凸状面２ａ、凹状面３ａ）の湾曲方向に撓ませて介挿する際に、ブランク材４の長手方向両端をハット型部材５の長手方向両端と等しい距離離間させて固定する。
このような構成によれば、プレス成形によって得られるハット型部材５の長手方向両端をより適切な距離離間できるので、ハット型部材５をより適切にプレス成形できる。
（３）第１実施形態に係るプレス成形の方法によれば、ブランク材４の長手方向の線長をＬとし、ハット型部材５の長手方向の線長をＬoとした場合に、Ｌo＜Ｌ≦１．０２×Ｌoの条件を満たすようにした。
このような構成によれば、ブランク材４の長手方向の線長を制約できる。それゆえ、ブランク材４の座屈荷重の低減を抑制でき、プレス成形中に、ブランク材４の長手方向に発生する圧縮応力によるブランク材４の座屈を防止できる。
このような構成によれば、プレス成形によって得られるハット型部材５の長手方向両端をより適切な距離離間できるので、ハット型部材５をより適切にプレス成形できる。
（３）第１実施形態に係るプレス成形の方法によれば、ブランク材４の長手方向の線長をＬとし、ハット型部材５の長手方向の線長をＬoとした場合に、Ｌo＜Ｌ≦１．０２×Ｌoの条件を満たすようにした。
このような構成によれば、ブランク材４の長手方向の線長を制約できる。それゆえ、ブランク材４の座屈荷重の低減を抑制でき、プレス成形中に、ブランク材４の長手方向に発生する圧縮応力によるブランク材４の座屈を防止できる。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
第２実施形態に係るプレス成形の方法では、ブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程と、第１工程でハット断面がプレス形成されたブランク材４に湾曲部をプレス成形する第２成形工程と、を実行する。ここで、第１成形工程では、第１プレス成形装置７を用いる。また、第２成形工程では、第２プレス成形装置８を用いる。
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
第２実施形態に係るプレス成形の方法では、ブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程と、第１工程でハット断面がプレス形成されたブランク材４に湾曲部をプレス成形する第２成形工程と、を実行する。ここで、第１成形工程では、第１プレス成形装置７を用いる。また、第２成形工程では、第２プレス成形装置８を用いる。
（プレス成形装置）
第１プレス成形装置７は、図９に示すように、下型９と、下型９の上方に昇降可能に設けられた上型１０とを備える。下型９の上面には、上方に天板部５ａが形成され下方に開口部が形成されたハット断面をブランク材４にプレス成形するための形状（以下、「凸状面」とも呼ぶ）９ａが形成されている。また、上型１０の下面には、凸状面９ａの形状に対応する形状（以下、「凹状面」とも呼ぶ）１０ａが形成されている。そして、上型１０は、図示しない昇降手段により下降され、下型９と上型１０との間に介挿されているブランク材４を押圧する。これにより、ハット断面をプレス成形（フォーム成形）する。
第１プレス成形装置７は、図９に示すように、下型９と、下型９の上方に昇降可能に設けられた上型１０とを備える。下型９の上面には、上方に天板部５ａが形成され下方に開口部が形成されたハット断面をブランク材４にプレス成形するための形状（以下、「凸状面」とも呼ぶ）９ａが形成されている。また、上型１０の下面には、凸状面９ａの形状に対応する形状（以下、「凹状面」とも呼ぶ）１０ａが形成されている。そして、上型１０は、図示しない昇降手段により下降され、下型９と上型１０との間に介挿されているブランク材４を押圧する。これにより、ハット断面をプレス成形（フォーム成形）する。
第２プレス成形装置８は、図１０に示すように、下型１１と、下型１１の上方に昇降可能に設けられた上型１２とを備える。下型１１と上型１２との間には、ハット断面がプレス形成されたブランク材４が上方に天板部５ａを向け下方に開口部を向けて介挿される。
下型１１の上面には、第１プレス成形装置７でハット断面が形成されたブランク材４を上方（ハット断面の天板部５ａ方向）に湾曲する湾曲部をプレス成形するための湾曲面（以下、「凸状面」とも呼ぶ）１１ａが形成されている。また、上型１２の下面には、凸状面２ａに対応する湾曲面（以下、「凹状面」とも呼ぶ）１２ｂが形成されている。そして、上型１２は、図示しない昇降手段により下降され、下型９と上型１２との間に介挿されているブランク材４を押圧する。これにより、ハット断面で且つ該ハット断面の天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形（フォーム成形）する。
下型１１の上面には、第１プレス成形装置７でハット断面が形成されたブランク材４を上方（ハット断面の天板部５ａ方向）に湾曲する湾曲部をプレス成形するための湾曲面（以下、「凸状面」とも呼ぶ）１１ａが形成されている。また、上型１２の下面には、凸状面２ａに対応する湾曲面（以下、「凹状面」とも呼ぶ）１２ｂが形成されている。そして、上型１２は、図示しない昇降手段により下降され、下型９と上型１２との間に介挿されているブランク材４を押圧する。これにより、ハット断面で且つ該ハット断面の天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形（フォーム成形）する。
第２プレス成形装置８は、更に、下型１１の長手方向両端それぞれの外周には、互いに対向する一対の壁部１３を有する。一対の壁部１３は、ハット型部材５の長手方向両端の距離と等しい距離だけ離間して設けられている。そして、一対の壁部１３に、第１プレス成形装置７でハット断面が形成されたブランク材４の長手方向両端それぞれが当接することで、一対の壁部１３は、ブランク材４の長手方向両端を固定（拘束）する、つまりブランク材４の長手方向変位を抑制する。
（プレス成形の方法）
次に、第２実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法に採用するプレス成形の方法を説明する。
まず、第１プレス成形装置７を用いて、ブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程を実行する。具体的には、まず、図１１（ａ）に示すように、ブランク材４を第１プレス成形装置７の下型９の上面に載置する。ブランク材４としては、第１実施形態と同様に、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いものを採用する。
具体的には、ブランク材４としては、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）をＬとし、ハット型部材５の長手方向の長さ（線長）をＬoとした場合に、Ｌo＜Ｌ≦１．０２×Ｌoの条件を満たすものを採用する。続いて、図１１（ｂ）に示すように、昇降手段によりブランク材４の上型１０を下降させ、下型９の凸状面９ａと上型１０の凹状面１０ａとを用いて、載置したブランク材４に、ハット断面をプレス成形（フォーム成形する。このプレス成形時には、ブランク材４の長手方向両端部の固定は行わない。
次に、第２実施形態に係るプレス成形方法及びプレス成形品の製造方法に採用するプレス成形の方法を説明する。
まず、第１プレス成形装置７を用いて、ブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程を実行する。具体的には、まず、図１１（ａ）に示すように、ブランク材４を第１プレス成形装置７の下型９の上面に載置する。ブランク材４としては、第１実施形態と同様に、少なくともハット型部材５の天板部５ａの長手方向の長さ（線長）よりも長手方向の長さ（線長）が長いものを採用する。
具体的には、ブランク材４としては、ブランク材４の長手方向の長さ（線長）をＬとし、ハット型部材５の長手方向の長さ（線長）をＬoとした場合に、Ｌo＜Ｌ≦１．０２×Ｌoの条件を満たすものを採用する。続いて、図１１（ｂ）に示すように、昇降手段によりブランク材４の上型１０を下降させ、下型９の凸状面９ａと上型１０の凹状面１０ａとを用いて、載置したブランク材４に、ハット断面をプレス成形（フォーム成形する。このプレス成形時には、ブランク材４の長手方向両端部の固定は行わない。
続いて、第２プレス成形装置８を用いて、第１工程でハット断面がプレス形成されたブランク材４に湾曲部をプレス成形する第２成形工程を実行する。具体的には、まず、図１２（ａ）に示すように、第１工程でハット断面がプレス成形されたブランク材４を第２プレス成形装置８の下型１１と上型１２との間に介挿する。第１工程でハット断面をプレス成形されたブランク材４は、上方に天板部５ａを向け下方に開口部を向けて介挿する。続いて、図１２（ｂ）に示すように、介挿したブランク材４を上方、つまり、下型１１、上型１２の湾曲方向に撓ませて、ブランク材４の長手方向両端それぞれを一対の壁部１３の対向面それぞれに当接させ、ブランク材４の長手方向両端それぞれの下面を下型１１の上面に接触させる。これにより、ブランク材４の長手方向両端をハット型部材５の長手方向両端と等しい距離離間させるとともに、ブランク材４の長手方向両端を固定（拘束）する。また、下型１１の凸状面１１ａの頭部とブランク材４との間に隙間が形成される。
続いて、図１２（ｃ）に示すように、昇降手段により上型１２を下降させ、下型１１の凸状面１１ａと上型１２の凹状面１２ａとを用いて、固定したブランク材４に、湾曲部をプレス成形する。これにより、ブランク材４をハット断面で且つ上方（ハット断面の天板部５ａ板厚方向）に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５にプレス成形する。
プレス成形中には、図１２（ｄ）に示すように、下型１１の凸状面１１ａの頭部とブランク材４との間の隙間が下方、つまり、ブランク材４の湾曲方向と反対方向に押しつぶされる。そして、隙間が押しつぶされると、ブランク材４に長手方向への圧縮応力が発生する。そのため、プレス成形後、下型１１、上型１２からハット型部材５を離型させると、ハット型部材５に発生する曲げモーメントＭを低減できる。これにより、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生量を抑制できる。
第２実施形態では、図１０、図１２の下型１１、上型１２がプレス型を構成する。プレス型は、一般には「プレス金型」を指す。
プレス成形中には、図１２（ｄ）に示すように、下型１１の凸状面１１ａの頭部とブランク材４との間の隙間が下方、つまり、ブランク材４の湾曲方向と反対方向に押しつぶされる。そして、隙間が押しつぶされると、ブランク材４に長手方向への圧縮応力が発生する。そのため、プレス成形後、下型１１、上型１２からハット型部材５を離型させると、ハット型部材５に発生する曲げモーメントＭを低減できる。これにより、ハット型部材５におけるキャンバーバックの発生量を抑制できる。
第２実施形態では、図１０、図１２の下型１１、上型１２がプレス型を構成する。プレス型は、一般には「プレス金型」を指す。
（第２実施形態の効果）
第２実施形態に係るプレス成形の方法は、第１実施形態で記載した効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）第２実施形態に係るプレス成形の方法によれば、ハット型部材５よりも長手方向の長さが長いブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程を実行する。続いて、一対のプレス型（下型１１、上型１２）の間に、第１成形工程でハット断面がプレス成形されたブランク材４を下型１１、上型１２の湾曲方向に撓ませて固定し、固定したブランク材４に、湾曲面（凸状面２ａ、凹状面３ａ）を用いてハット型部材５の湾曲部をプレス成形する第２成形工程を実行する。
このような構成によれば、断面形状の成形とブランク材４の湾曲とを異なるプレス型で実現できる。それゆえ、プレス型をより単純な形状のものとすることができる。
第２実施形態に係るプレス成形の方法は、第１実施形態で記載した効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）第２実施形態に係るプレス成形の方法によれば、ハット型部材５よりも長手方向の長さが長いブランク材４にハット断面をプレス成形する第１成形工程を実行する。続いて、一対のプレス型（下型１１、上型１２）の間に、第１成形工程でハット断面がプレス成形されたブランク材４を下型１１、上型１２の湾曲方向に撓ませて固定し、固定したブランク材４に、湾曲面（凸状面２ａ、凹状面３ａ）を用いてハット型部材５の湾曲部をプレス成形する第２成形工程を実行する。
このような構成によれば、断面形状の成形とブランク材４の湾曲とを異なるプレス型で実現できる。それゆえ、プレス型をより単純な形状のものとすることができる。
（変形例）
（１）なお、第１、第２実施形態では、プレス成形として、フォーム成形を行う例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、しわ押さえを用いたドロー成形を行う構成としてもよい。
（２）また、第１、第２実施形態では、成形品として、図２に示すように、単純なハット断面を有するハット型部材５を成形する例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、図１３に示すように、天板部５ａの全体または一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５を成形する構成としてもよい。
ここで、図１３（ａ）は、側壁部５ｂ側から見た場合のハット型部材５を表し、図１３（ｂ）は、ハット型部材５を図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面で破断した場合の端面を表す。また、フランジ部５ｃの全体または一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５を成形する構成としてもよく、長手方向で断面形状が変化するハット型部材５を成形する構成としてもよい。
（１）なお、第１、第２実施形態では、プレス成形として、フォーム成形を行う例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、しわ押さえを用いたドロー成形を行う構成としてもよい。
（２）また、第１、第２実施形態では、成形品として、図２に示すように、単純なハット断面を有するハット型部材５を成形する例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、図１３に示すように、天板部５ａの全体または一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５を成形する構成としてもよい。
ここで、図１３（ａ）は、側壁部５ｂ側から見た場合のハット型部材５を表し、図１３（ｂ）は、ハット型部材５を図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面で破断した場合の端面を表す。また、フランジ部５ｃの全体または一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５を成形する構成としてもよく、長手方向で断面形状が変化するハット型部材５を成形する構成としてもよい。
（３）さらに、成形品として、ハット断面の側壁部５ｂの高さ方向に湾曲するハット型部材５、つまり、側壁部５ｂ側から見た場合に湾曲しているハット型部材５を成形する例を示したが、他の構成としてもよい。例えば、側壁部５ｂ側から見た場合の湾曲に加え天板部５ａ側から見た場合に湾曲しているハット型部材５を成形する構成としてもよい。
（４）また、成形品として、ハット断面の天板部５ａを湾曲外側として湾曲させたハット型部材５を成形する例を示したが、他の構成としてもよい。例えば、ハット断面のフランジ部５ｃを湾曲外側として湾曲させたハット型部材５を成形する構成としてもよい。
（４）また、成形品として、ハット断面の天板部５ａを湾曲外側として湾曲させたハット型部材５を成形する例を示したが、他の構成としてもよい。例えば、ハット断面のフランジ部５ｃを湾曲外側として湾曲させたハット型部材５を成形する構成としてもよい。
（５）さらに、第１、第２実施形態では、成形品として、天板部５ａとその幅方向両側に連続する側壁部５ｂとフランジ部５ｃとを少なくとも有するハット断面を有し且つ天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形する例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、図１４に示すように、天板部５ａとその幅方向両側に連続する側壁部５ｂとを少なくとも有するコ字状断面（Ｕの字状断面）を有し且つ天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するコ字状型部材５を成形する構成としてもよい。
ここで、図１４（ａ）は、側壁部５ｂ側から見た場合のコ字状型部材５を表し、図１４（ｂ）は、コ字状型部材５を図１４（ａ）のＣ−Ｃ断面で破断した場合の端面を表す。
ここで、図１４（ａ）は、側壁部５ｂ側から見た場合のコ字状型部材５を表し、図１４（ｂ）は、コ字状型部材５を図１４（ａ）のＣ−Ｃ断面で破断した場合の端面を表す。
（６）また、第１、第２実施形態では、成形品として、長手方向の全部に、天板部５ａとその幅方向両側に連続する側壁部５ｂとフランジ部５ｃとを少なくとも有するハット断面を有し且つ天板部５ａ板厚方向に湾曲する湾曲部を有するハット型部材５をプレス成形する例を示したが、他の構成を採用することもできる。
例えば、図１５に示すように、成形品として、長手方向の一部に、天板部５ａ板厚方向に湾曲していない非湾曲部（例えば、直線部）を更に有する成形品をプレス成形する構成としてもよい。この場合、上型３をハット型部材５の非湾曲部をプレス成形するための部分（以下、「非湾曲部型」とも呼ぶ）３ｂと湾曲部をプレス成形するための部分（以下、「湾曲部型」とも呼ぶ）３ｃとに分割し、成形品のプレス成形時に、図１６（ａ）に示すように、非湾曲部型３ｂを用いて、非湾曲部のプレス成形を先に行い、図１６（ｂ）に示すように、その後に湾曲部型３ｃを用いて、湾曲部のプレス成形を行う。このような構成によれば、非湾曲部のプレス成形後、湾曲部のプレス成形時に、非湾曲部がプレス成形されたブランク材４を、下型２、湾曲部型３ｃの湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定したブランク材４に、下型２、湾曲部型３ｃを用いて湾曲部をプレス成形できる。それゆえ、長手方向の一部に非湾曲部をプレス成形可能としつつ、湾曲部のプレス成形時に発生するキャンバーバックを効果的に低減できる。
例えば、図１５に示すように、成形品として、長手方向の一部に、天板部５ａ板厚方向に湾曲していない非湾曲部（例えば、直線部）を更に有する成形品をプレス成形する構成としてもよい。この場合、上型３をハット型部材５の非湾曲部をプレス成形するための部分（以下、「非湾曲部型」とも呼ぶ）３ｂと湾曲部をプレス成形するための部分（以下、「湾曲部型」とも呼ぶ）３ｃとに分割し、成形品のプレス成形時に、図１６（ａ）に示すように、非湾曲部型３ｂを用いて、非湾曲部のプレス成形を先に行い、図１６（ｂ）に示すように、その後に湾曲部型３ｃを用いて、湾曲部のプレス成形を行う。このような構成によれば、非湾曲部のプレス成形後、湾曲部のプレス成形時に、非湾曲部がプレス成形されたブランク材４を、下型２、湾曲部型３ｃの湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定したブランク材４に、下型２、湾曲部型３ｃを用いて湾曲部をプレス成形できる。それゆえ、長手方向の一部に非湾曲部をプレス成形可能としつつ、湾曲部のプレス成形時に発生するキャンバーバックを効果的に低減できる。
（実施例）
以下、第１実施形態に係るプレス成形の方法の実施例について説明する。
本実施例では、第１実施形態に係るプレス成形の方法を用い、図１７（ａ）に示す単純なハット断面を有するハット型部材５をプレス成形した場合の、ハット型部材５のキャンバーバック量および座屈有無を評価した。キャンバーバック量および座屈有無の評価には、ＦＥＭ解析を用いた。ＦＥＭ解析では、LS-DYNAバージョン９７１をソルバーとし、動的陽解法を用いて演算を行った。メッシュサイズは２ｍｍ、摩擦係数は０．１２とした。材料は１．２ｍｍの１１８０ＭＰａ級冷延鋼板とした。また、ＪＩＳ５号引張試験から求まる真応力−真ひずみ曲線を基にSwiftの式で近似した真応力−真ひずみ関係を用いた。
以下、第１実施形態に係るプレス成形の方法の実施例について説明する。
本実施例では、第１実施形態に係るプレス成形の方法を用い、図１７（ａ）に示す単純なハット断面を有するハット型部材５をプレス成形した場合の、ハット型部材５のキャンバーバック量および座屈有無を評価した。キャンバーバック量および座屈有無の評価には、ＦＥＭ解析を用いた。ＦＥＭ解析では、LS-DYNAバージョン９７１をソルバーとし、動的陽解法を用いて演算を行った。メッシュサイズは２ｍｍ、摩擦係数は０．１２とした。材料は１．２ｍｍの１１８０ＭＰａ級冷延鋼板とした。また、ＪＩＳ５号引張試験から求まる真応力−真ひずみ曲線を基にSwiftの式で近似した真応力−真ひずみ関係を用いた。
図１８（ａ）に示すように、比較例のプレス成形の方法（図１８（ａ）中の「Ｎｏ.１」「比較例」）では、キャンバーバック量が１５．５[mm]になった。比較例のプレス成形方法としては、ハット型部材５と長手方向の長さ（線長）が等しいブランク材４を用いるプレス成形方法を採用した。これに対し、第１実施形態に係るプレス成形の方法（図１８（ａ）中の「Ｎｏ.２」「Ｎｏ.３」「Ｎｏ.４」「Ｎｏ.５」「発明例」）、つまり、ハット型部材５よりも長手方向の長さ（線長）が長いブランク材４を用いたプレス成形方法では、キャンバーバック量が１１．４〜３．６[mm]になった。これにより、第１実施形態に係るプレス成形方法では、比較例のプレス成形方法に比べ、ハット型部材５に発生するキャンバーバック量を低減できることが確認できた。
また、図１８（ａ）のＮｏ．６に示すように、第１実施形態に係るプレス成形の方法では、ハット型部材５の長手方向の長さ（線長）Ｌoに対するブランク材４の長手方向の長さ（線長）Ｌの比率Ｌ/Ｌoが１．０２０よりも大きくなると、長手方向両端部に座屈が発生することが確認できた。
同様に、第１実施形態に係るプレス成形の方法を用い、図１７（ｂ）に示す天板部５ａの一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５をプレス成形した場合の、ハット型部材５のキャンバーバック量および座屈有無を評価した。この場合、図１８（ｂ）のＮｏ.８〜１１に示すように、キャンバーバック量および座屈有無に関し、図１７（ｂ）のハット型部材５についても図１７（ａ）のハット型部材５と同様の傾向を確認できた。
同様に、第１実施形態に係るプレス成形の方法を用い、図１７（ｂ）に示す天板部５ａの一部に形状が付与されているハット断面を有するハット型部材５をプレス成形した場合の、ハット型部材５のキャンバーバック量および座屈有無を評価した。この場合、図１８（ｂ）のＮｏ.８〜１１に示すように、キャンバーバック量および座屈有無に関し、図１７（ｂ）のハット型部材５についても図１７（ａ）のハット型部材５と同様の傾向を確認できた。
以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１４−１６０２６（２０１４年１月３０日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
１ プレス成形装置
２ 下型（プレス型）
３ 上型（プレス型）
４ ブランク材
５ ハット型部材
６ 壁部
７ プレス成形装置
８ プレス成形装置
１１ 下型（プレス型）
１２ 上型（プレス型）
１３ 壁部
２ 下型（プレス型）
３ 上型（プレス型）
４ ブランク材
５ ハット型部材
６ 壁部
７ プレス成形装置
８ プレス成形装置
１１ 下型（プレス型）
１２ 上型（プレス型）
１３ 壁部
Claims (5)
- 天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
前記成形品の前記湾曲部をプレス成形するための湾曲面を有する一対のプレス型の間に、少なくとも前記成形品の前記天板部の長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定した前記ブランク材に、前記一対のプレス型の前記湾曲面を用いて前記湾曲部をプレス成形することを特徴とするプレス成形方法。 - 前記ブランク材に前記コ字状断面をプレス成形する第１成形工程と、
前記一対のプレス型の間に、前記第１成形工程で前記コ字状断面がプレス成形された前記ブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定した前記ブランク材に、前記一対のプレス型の前記湾曲面を用いて前記湾曲部をプレス成形する第２成形工程と、を実行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。 - 前記成形品は、長手方向の一部に、前記天板部板厚方向に湾曲していない非湾曲部を更に有し、
前記成形品のプレス成形時に、前記非湾曲部のプレス成形を先に行い、その後に前記湾曲部のプレス成形を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形方法。 - 前記ブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて介挿する際に、前記ブランク材の長手方向両端を前記成形品の長手方向両端と等しい距離だけ離間させて固定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
- 天板部とその幅方向両側に連続する側壁部とを少なくとも有するコ字状断面で且つ天板部板厚方向に湾曲する湾曲部を有する成形品をプレス成形で製造する際に、
前記成形品の前記湾曲部をプレス成形するための湾曲面を有する一対のプレス型の間に、少なくとも前記成形品の前記天板部の長手方向の線長よりも長手方向の線長が長いブランク材を前記一対のプレス型の前記湾曲面の湾曲方向に撓ませて固定し、固定した前記ブランク材に、前記一対のプレス型の前記湾曲面を用いて前記湾曲部をプレス成形することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
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