JP5835768B2

JP5835768B2 - フレーム部品の製造方法

Info

Publication number: JP5835768B2
Application number: JP2011164779A
Authority: JP
Inventors: 茂樹沖野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: JP2013027894A

Description

本発明は、フレーム部品の製造方法及びフレーム部品に関し、特に、フレーム部品の補強のためのプレス成形技術に関する。

近年、自動車の衝突安全性能の向上と軽量化による環境負荷低減とを共に図るべく、ハイテン材や超ハイテン材と呼ばれる高強度鋼板の車体フレーム部品への適用が検討され始めている。しかしながら、この種の鋼板は一般的に高価であり、また、高剛性であるが故に加工性の面でも問題がある。そのため、上記鋼板の適用は、未だ限られた範囲に留まっているのが現状である。

そこで、従来、車体フレーム部品を構成する鋼板に対する加工技術を工夫することにより、上記フレーム部品の強度向上を図る技術が種々提案されている。

例えば、下記特許文献１には、プレス成形によりフレーム部品としての断面ハット状部品を構成する一対の縦壁部にビード部を成形する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、一対の縦壁部と、これら縦壁部を連結する天壁部との連結部となる領域に肉盛り溶接を施し、連結部の長手方向に沿って溶接ビードを形成する技術が開示されている。さらに、下記特許文献３には、プレス成形により、一対の側壁部と天壁部との一方又は双方に厚肉部を成形する技術が開示されている。

特開２０１１−８３８０７号公報特開２００３−１１２２６０号公報特開２０１０−１２００５９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、プレス成形金型に対して複雑かつ精密な動作が要求されるため、金型構成及び制御機構が複雑化し、結果、設備コストの高騰を招くおそれがある。また、上記特許文献２に記載の技術では、溶接ビードを設けるための溶接工程を別途設ける必要があり、工数増加による人的コストの高騰や設備コストの高騰を招くおそれがある。また、上記特許文献３に記載の技術では、厚肉部を設けるために相当の成形精度が要求されるために、金型構成及び制御機構が複雑化し、他の技術と同様、設備コストの高騰を招くおそれがある。このように、上記何れの特許文献に記載された技術であっても、コスト増加が避けられず、また高い成形制度が要求されることから、量産には適さない。

以上の事情に鑑み、本明細書では、この種のフレーム部品における高強度化を量産性を維持しつつも低コストに図ることを、本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るフレーム部品の製造方法により達成される。すなわち、この製造方法は、第一の壁部と、第一の壁部の両側でつながる一対の第二の壁部とを有するフレーム部品の成形方法であって、フレーム部品の板状素材のうち、第一の壁部と、第二の壁部との連結部となる領域に、第一の壁部の外方に向けて膨出する膨出部を成形する膨出部成形工程と、膨出部をその膨出方向と異なる向きに押し潰すことで、膨出部の長手方向に沿って壁部の重ね合わせ部を成形する重ね合わせ部成形工程と、型締めにより重ね合わせ部をその先端側から押し曲げていくことによって、重ね合わせ部の全体を第一の壁部の外側で半筒状に丸めるカーリング工程とを具備する点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係る製造方法によれば、フレーム部品を構成する複数の壁部の連結部となる領域に、筒状に丸めた形状を成す部分が成形されるため、当該部分はフレーム部品の補強部として機能し得る。また、この筒状に丸めた形状をなす部分は、隣接する壁部間の連結部となる領域に膨出部を成形し、成形した膨出部を重ね合わせ部、筒状に丸めた部分へと変形させる（再成形する）ことで成形される。ここで、連結部となる領域への膨出部の成形は、例えば曲げ成形や絞り成形などにより容易に実施することができる。また、壁部の重ね合わせ部についても、例えばプレス金型の一方にスライド部を設け、型締めに伴いこのスライド部を型締め方向と交わる向きに移動させることで、容易に膨出部を押し潰して重ね合わせ部を成形することができる。さらに、重ね合わせ部を筒状に丸める成形動作についても、汎用のプレス金型に、例えば筒状の一部をなす成形面を設けておき、型締めにより重ね合わせ部を上記成形面に沿わせて押し曲げる等することで、容易に実施可能である。このように、上記一連の成形動作は、汎用のプレス成形用金型を利用して行うことができるので、成形設備の大幅な改良、変更を行わずに済む。また、個々の成形動作は単純でそれほど加工時間を要しないため、工数の増加や作業効率の低下を招くおそれもない。従って、従来のような複雑な成形設備や工程を経ることなく、簡易な設備及び最小限の工数でフレーム部品の補強加工を実施することが可能となる。また、上述のような形状の補強部であればそれほど高い成形精度は必要ないため、量産性を確保することもできる。

また、前記課題の解決は、本発明に係るフレーム部品によっても達成される。すなわち、このフレーム部品は、第一の壁部と、第一の壁部の両端でつながる一対の第二の壁部との間に補強部が形成されたフレーム部品であって、補強部は、互いに連続する第一の壁部の一部と第二の壁部の一部とが重なり合った重ね合わせ部からなり、第一の壁部の外方に向けて立ち上がった重ね合わせ部の全体を第一の壁部の外側で半筒状に丸めた形状をなす点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係るフレーム部品の補強部は、筒状に丸めた形状をなすものであり、フレーム部品の全方向からの曲げ剛性向上に寄与する。また、隣接する壁部同士を重ね合わせた部分を筒状に丸めているので、単位断面積に占める材料（壁部）の割合を高めて、補強部（筒状に丸めた部分）自体の強度を効果的に高めることができる。よって、全体として従来技術と同等あるいはそれ以上の補強効果をフレーム部品に付与することが可能となる。もちろん、このような形状をなす補強部であれば、上述のように、汎用のプレス金型を利用して容易に成形することができるので、簡素な設備で足り、これにより設備コストを低く抑えることができる。従って、優れた強度を有するフレーム部品を低コストに提供することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、この種のフレーム部品における高強度化を量産性を維持しつつも低コストに図ることができる。

本発明の一実施形態に係るフレーム部品の斜視図である。本発明の一実施形態に係る第一のプレス成形装置の断面図である。図１に示すプレス成形装置を用いたフレーム部品の板状素材へのプレス成形が完了した状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る第二のプレス成形装置の断面図である。図４に示すプレス成形装置を用いたフレーム部品の一次成形品へのプレス成形が完了した状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る第三のプレス成形装置の断面図である。図６に示すプレス成形装置を用いたフレーム部品の二次成形品へのプレス成形が完了した状態を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るフレーム部品の斜視図である。

以下、本発明に係るフレーム部品の製造方法の一実施形態を図面に基づき説明する。この実施形態では、フレーム部品として、自動車の車体フレーム部品をなす中空柱状部品の要部となる断面ハット状部品に補強部を成形する場合を例にとって説明する。なお、以下の説明における「上」「下」方向は、単に各図におけるプレス成形用金型の型締め方向に準じて規定したものであって、構成要素間の位置関係を容易に理解するために規定したに過ぎない。よって、以下に述べる断面ハット状部品等のフレーム部品の車体における設置方向や使用態様、あるいは他部品への組付け方向等を特定するものではない。「天」と「底」の方向についても同様である。

図１は、本発明に係る製造方法により成形されるフレーム部品の斜視図を示している。同図に示すフレーム部品１は、いわゆる断面ハット状部品であり、天壁部２と、天壁部２とその幅方向（フレーム部品の長手方向及び天壁部の厚み方向に直交する向きをいう。図２でいえば左右方向に相当する。）両端でつながる一対の縦壁部３，３と、縦壁部３と天壁部２との連結部４に形成される補強部５とを具備する。ここで、補強部５は、互いに連続する天壁部２の一部と縦壁部３の一部とが重なり合った重ね合わせ部６からなるもので、重ね合わせ部６を筒状に丸めた形状をなしている。この実施形態では、補強部５は、天壁部２の幅方向端部から立ち上がった重ね合わせ部６を円筒状に半周分丸め込んだ形状をなしている。また、上記形状の補強部５が天壁部２の幅方向両端に形成されている。

上記構成のフレーム部品１は、フレーム部品１の板状素材１１のうち、完成品における天壁部２と縦壁部３との連結部４となる領域に膨出部３２（後述する図３を参照）を成形する膨出部成形工程と、膨出部３２をその膨出方向と異なる向きに押し潰すことで、膨出部３２の長手方向に沿って壁部２，３の重ね合わせ部６を成形する重ね合わせ部成形工程と、重ね合わせ部６を押し曲げることによって筒状に丸めるカーリング工程とを少なくとも経て製造される。以下、各成形工程を順に詳述する。

（膨出部成形工程）
図２は、フレーム部品１の板状素材１１に膨出部３２を成形するためのプレス成形装置（第一のプレス成形装置）２０の断面図を示している。このプレス成形装置２０は、同図に示すように、ダイ２１と、パンチ２２と、ブランクホルダ２３とを具備する。ダイ２１及びブランクホルダ２３には、板状素材１１の幅方向両端をその長手方向全長にわたって保持する保持面２１ａ，２３ａがそれぞれ設けられる。また、パンチ２２には、板状素材１１に膨出部３２を成形するための膨出部成形面２２ａが設けられる。この実施形態では、天壁部２と一対の縦壁部３との連結部４となる領域それぞれに対して膨出部３２を成形するための膨出部成形面２２ａが設けられる。膨出部成形面２２ａの幅方向外側には、完成品の縦壁部３となる領域を成形するための縦壁部成形面２２ｂが設けられる。また、この場合、ダイ２１には、膨出部３２，３２間の凹状領域３３を成形するための凹状領域成形面２１ｂが設けられる。

上記構成のプレス成形装置２０において、まず図２に示すように、ダイ２１を上死点に配置した状態で、ブランクホルダ２３の保持面２３ａに平板状の板状素材１１を載置する。次に、ダイ２１をパンチ２２に対して降下させ、昇降方向に対向するダイ２１の保持面２１ａとブランクホルダ２３の保持面２３ａとで板状素材１１の幅方向両端部を保持する。そして、ダイ２１とブランクホルダ２３とで板状素材１１の幅方向両端部を保持した状態で、これらを一体的にパンチ２２に対して降下させ、板状素材１１をパンチ２２の膨出部成形面２２ａに押し付ける。このように板状素材１１をパンチ２２に押し付けながらダイ２１の下死点まで降下させることで、図３に示すように、板状素材１１の所定領域（完成品の連結部４となる領域）に膨出部３２が成形される。また、膨出部成形面２２ａの幅方向外側に設けた縦壁部成形面２２ｂに板状素材１１が押し付けられ、膨出部３２の幅方向外側に縦壁部３となる領域が成形されると共に、ダイ２１の凹状領域成形面２１ｂにより膨出部３２，３２間に凹状領域３３が成形される。このようにして板状素材１１の絞り成形が完了し、図３に示す形状の一次成形品３１が成形される。なお、この段階では、一次成形品３１の縦壁部３に対応する領域は、完成品における縦壁部３に比べると、天壁部２（に対応する領域）に対して若干緩やかに傾いた状態となっている。

（重ね合わせ部成形工程）
次に、上述のようにして成形した膨出部３２を、その膨出方向と異なる向きに押し潰すことで、膨出部３２の長手方向に沿って壁部２，３の重ね合わせ部６を成形する。図４は、この成形を行うためのプレス成形装置（第二のプレス成形装置）４０の断面図を示している。このプレス成形装置４０は、相互に型締め可能な上型４１及び下型４２と、型締め動作に伴い幅方向で相互に接近する一対のスライド型４３と、一次成形品３１を下型４２との間で保持するパッド４４とを備える。一対のスライド型４３は、スライドカム機構４５を介して上型４１に取付けられており、型締め動作に伴い上型４１と同期して降下する。そして、下型４２上に載置された状態の一次成形品３１の幅方向両端部と当接した後、これら一対のスライド型４３は、上型４１の降下に伴い縦壁部３に対応する領域の幅方向内側に向けて共にスライドを開始するようになっている。また、パッド４４は、スライド型４３が上記スライド動作を開始する以前に一次成形品３１と当接し、下型４２との間で一次成形品３１の天壁部２に対応する領域（ここでは凹状領域３３）を保持するようになっている。これにより、スライド型４３による膨出部３２の圧潰変形（押し潰し）時、一次成形品３１は幅方向への移動を規制される。

上記構成のプレス成形装置４０において、まず図４に示すように、下型４２上に一次成形品３１を載置した後、上型４１を下型４２に対して降下させ、パッド４４を一次成形品３１に当接させる。そして、引き続き上型４１を降下させることで、上型４１に設けた一対のスライド型４３を一次成形品３１の幅方向両端部に当接させ、さらに上型４１の降下を続行することで、一対のスライド型４３は、一次成形品３１の縦壁部３に対応する領域の幅方向内側に向けて共にスライドを開始する。これにより、一次成形品３１の膨出部３２が一対のスライド型４３によりそれぞれ幅方向内側に向けて押圧され、押し潰されることで、重ね合わせ部５２（完成品の重ね合わせ部６に相当）が成形される（図５を参照）。この実施形態では、スライド型４３による押圧により、完成品の縦壁部３が成形されると共に、天壁部２に対応する領域の幅方向両端部から縦壁部３に沿った向きに直立した形態の重ね合わせ部５２が成形される。このようにしてプレス成形装置４０による一次成形品３１のプレス成形が完了し、図５に示す形状の二次成形品５１が成形される。

（カーリング工程）
このようにして、隣接する壁部２，３同士の重ね合わせ部５２を成形した後、当該重ね合わせ部５２を押し曲げることによって筒状に丸めることで、完成品における補強部５を成形する。図６は、この成形を行うためのプレス成形装置（第三のプレス成形装置）６０の断面図を示している。このプレス成形装置６０は、相互に型締め可能な上型６１及び下型６２と、型締め時、二次成形品５１を下型６２との間で保持するパッド６３とを備える。上型６１には、型締め動作に伴い、二次成形品５１の重ね合わせ部５２を押し曲げて、幅方向内側に向けて筒状に丸めるためのカーリング面６１ａが設けられる。

上記構成のプレス成形装置６０において、まず図６に示すように、下型６２上に二次成形品５１を設置した後、上型６１を下型６２に対して降下させ、パッド６３を二次成形品５１に当接させる。そして、引き続き上型６１を降下させることで、上型６１に設けたカーリング面６１ａを二次成形品５１の幅方向両側に成形された略直立状態の重ね合わせ部５２に当接させる。そして、当接後も引き続き上型６１を降下させることで、重ね合わせ部６がその先端側からカーリング面６１ａの周方向に沿って徐々に押し曲げられる。この結果、図７に示すように、重ね合わせ部５２が筒状に丸め込まれ、完成品における補強部５が成形される（図１を参照）。この実施形態では、重ね合わせ部５２が円周方向で略反周分だけ幅方向内側に丸め込まれた形状の補強部５が、天壁部２と縦壁部３との連結部４に成形される。このようにしてプレス成形装置６０による二次成形品５１のプレス成形が完了し、図１に示す形状のフレーム部品１が完成する。

このようにして成形されたフレーム部品１は、天壁部２と一対の縦壁部３との連結部４に、筒状に丸めた形状をなす補強部５を有する。そのため、フレーム部品１の全方向からの曲げ剛性向上に寄与する。また、この補強部５は、隣接する壁部２，３同士を重ね合わせた部分を筒状に丸めたものであるから、単位断面積に占める材料（天壁部２及び縦壁部３）の割合を高めて、補強部５自体の強度を効果的に高めることができる。よって、フレーム部品１全体として従来品と同等あるいはそれ以上の補強効果を得ることが可能となる。また、上記補強部５の成形手段に関し、まず膨出部３２を板状素材１１の絞り成形で膨出部３２を成形し、然る後、他のプレス成形装置４０の上型４１に設けたスライド型４３によって、膨出部３２を押し潰して重ね合わせ部５２を成形した後、また別のプレス成形装置６０の上型６１に設けたカーリング面６１ａを重ね合わせ部５２に押し当てて、筒状に丸めることで補強部５を成形している。このように、板状素材１１から補強部５を成形するまでの一連の成形動作は、汎用のプレス成形用金型を利用して行うことができるので、成形設備の大幅な改良、変更を行わずに済む。また、個々の成形動作は単純でそれほど加工時間を要しないため、工数の増加を招くおそれもない。従って簡易な設備かつ最小限の工数でフレーム部品１の補強加工を実施することが可能となる。また、上述のような形状の補強部５であればそれほど高い成形精度は必要ないため、量産性を確保することもできる。

また、この実施形態のように、重ね合わせ部５２を、プレス成形装置６０の型締め動作により押し曲げて、筒状に丸めることにより補強部５を成形する場合、カーリング面６１ａのストローク位置（下死点）を調整することで、重ね合わせ部５２の押し曲げ量（丸め込み量）を調整することができる。そのため、下死点におけるカーリング面６１ａの相対位置（二次成形品５１に対する）を調整するだけで、補強部５の強度をある程度制御することも可能となる。また、重ね合わせ部６を押し曲げるほど、フレーム部品１の外寸法を小さくすることができるので、各壁部の薄肉化による材料コストの低減化だけでなく、強度を確保したままでフレーム部品１を小型化することによる車体内部空間の拡大化（居住空間の確保）を図る上でも有利といえる。

なお、上記実施形態では、板状素材１１への膨出部３２の成形手段として、絞り成形を利用した場合を説明したが、これ以外の成形手段を用いることも可能である。例えば、フレーム部品１の長手方向で断面形状が変化しない場合などは、曲げ成形を利用して膨出部３２を成形しても構わない。もちろん、板状素材１１として図２に例示の形状以外の形状をなすものについて、膨出部３２を成形するようにしても構わない。

また、本発明に係るフレーム部品１は、上述の成形方法で得られたものに限定されない。すなわち、補強部５の形状に関しても、図１に示すように重ね合わせ部６を円筒状に丸めた形状に限らず、他の形状を採ってもよい。図８はその一例を示すもので、同図に示すフレーム部品１’は、天壁部２と縦壁部３との連結部４に、重ね合わせ部６を断面略多角形状に折り曲げた形状をなす補強部５を有する点で、図１に示すフレーム部品１とその構成を異にする。この場合、例えば二次成形品５１の重ね合わせ部５２に対して二度の折り曲げ加工を施すことで、図８に示す形状の補強部５を成形することができる。

また、以上の説明では、補強加工の対象となるフレーム部品１として、断面ハット状部品を例示したが、本発明は、例えばインパクトビームなど断面ハット状部品以外のフレーム部品にも適用可能であることはもちろんである。

１フレーム部品
２天壁部
３縦壁部
４連結部
５補強部
６重ね合わせ部
１１板状素材
２０第一のプレス成形装置
２１ダイ
２１ｂ凹状領域成形面
２２パンチ
２２ａ膨出部成形面
２２ｂ縦壁部成形面
２３ブランクホルダ
３１一次成形品
３２膨出部
３３凹状領域
４０第二のプレス成形装置
４１上型
４２下型
４３スライド型
４４パッド
４５スライドカム機構
５１二次成形品
５２重ね合わせ部（二次成形品）
６０第三のプレス成形装置
６１上型
６１ａカーリング面
６２下型
６３パッド

Claims

第一の壁部と、第一の壁部の両側でつながる一対の第二の壁部とを有するフレーム部品の製造方法であって、
前記フレーム部品の板状素材のうち、前記第一の壁部と、前記第二の壁部との連結部となる領域に、前記第一の壁部の外方に向けて膨出する膨出部を成形する膨出部成形工程と、
前記膨出部をその膨出方向と異なる向きに押し潰すことで、前記膨出部の長手方向に沿って壁部の重ね合わせ部を成形する重ね合わせ部成形工程と、
型締めにより前記重ね合わせ部をその先端側から押し曲げていくことによって、前記重ね合わせ部の全体を前記第一の壁部の外側で半筒状に丸めるカーリング工程とを具備するフレーム部品の製造方法。