JP5948857B2

JP5948857B2 - プレス成形方法、プレス部品の製造方法

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Publication number: JP5948857B2
Application number: JP2011280463A
Authority: JP
Inventors: 貴之二塚; 雄司山▲崎▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: WO2013094182A1; TWI540005B; JP2013128955A; TW201334886A

Description

本発明は、複数のブランク材を組み合わせてプレス成形を行うプレス成形方法、及びプレス部品の製造方法に関するものである。

例えば自動車分野において、適用材料最適化による部品の軽量化あるいは高強度化、プレス部品の製造工程簡素化、金型数の削減などを目的として、２種類以上の板材を重ね合わせたテーラードブランク材をプレス成形する技術がある。テーラードブランク材は、プレス成形の前に、レーザー溶接などによる突合せ溶接や、スポット溶接などが行われる（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００１−００１０６２号公報特開２００７−０７５８８１号公報特開２００７−０２９９６６号公報

レーザー溶接では、連続的に溶接されるため接合部の強度が高く、破断などの成形不良が発生しにくいが、設備費用が高く、且つブランク材を得るためのサイクルタイムが長いため、コスト及び生産性の面で問題がある。また、良好な溶接品質を得るには、接合部における高い突合せ精度も要求される。
一方、スポット溶接では、コスト及び生産性の面で有利ではあるが、接合部の強度が充分ではなく、プレス成形時の応力集中によって接合部の近傍に破断が生じてしまう可能性がある。
本発明の課題は、複数のブランク材を組み合わせたブランク材のプレス成形に関し、成形不良を生じさせることなく、コストの増大や生産性の低下を抑制することである。

上記の課題を解決するために、複数のブランク材の一部分同士だけを重ね合わせて配置し、前記複数のブランク材を非接合の状態のまま、当該複数のブランク材に対してプレス成形を行うことを特徴とする。
また、少なくとも一つの板厚又は材質が他と異なる前記複数のブランク材に対してプレス成形を行うことを特徴とすることもできる。
また、前記複数のブランク材を重ね合わせたオーバーラップ代のうち、少なくともプレス成形に伴って変形が生じる変形領域については、非接合の状態のままとすることを特徴とすることもできる。

また、前記プレス成形を行ってから、前記複数のブランク材を重ね合わせたオーバーラップ代に接合を行うことを特徴とすることもできる。
また、前記プレス成形後の前記オーバーラップ代が、接合を行うための必要最小幅以上となるように、前記プレス成形前の前記オーバーラップ代を設定することを特徴とすることもできる。
また、上記のプレス成形方法を用いて、プレス成形することにより部品を製造することを特徴とするプレス部品の製造方法とすることもできる。

本発明によれば、複数のブランク材を接合しないままプレス成形を行うので、従来技術のような成形不良が生じてしまうことを防止できる。また、新たな設備や工程を必要としないので、コストの増大や生産性の低下を抑制することができる。

プレス成形方法を示す図である。実施例１−１の解析結果を示す図である。実施例１−２の解析結果を示す図である。実施例２−１の解析結果を示す図である。実施例２−２の解析結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《プレス成形方法》
図１は、プレス成形方法を示す図である。図中の（ａ）は従来の工法を示し、（ｂ）は本実施形態の工法を示す。
従来技術では、板厚や材質の異なる複数のブランク材を、レーザー溶接（連続溶接）やスポット溶接によって予め接合しておき、それからプレス加工している。

一方、本実施形態では、板厚や材質の異なる複数のブランク材を、部分的に重ね合わせて配置し（オーバーラップ）、これらを非接合の状態のままプレス加工する。なお、非接合の状態のままとするのは、オーバーラップ代のうち、少なくともプレス成形に伴って変形（圧縮、引張）が生じる変形領域についてである。したがって、変形領域以外、つまりダイとしわ押さえ板によって拘束される領域や、その外方で後にトリム加工などによって除去する切捨て部などには、予め接合（仮止め）しておいてもよい。
そして、プレス加工した後に、ブランク材を重ね合わせたオーバーラップ代に接合を行う。この接合は、例えば生産性やコストの観点からスポット溶接によって行うことが好ましいが、アーク溶接、ろう付け、かしめ、リベット接合、ねじ接合、接着剤などを適用することもできる。なお、この接合工程は、プレス工程内、例えばストローク最下点（下死点）で実施してもよい。

《作用》
従来技術では、プレス成形を行う前に、複数のブランク材をレーザー溶接やスポット溶接によって接合している。先ず、複数のブランク材をレーザー溶接によって接合する場合には、その設備費用が高くなってしまう。また、サイクルタイムも長いため、生産性の低下にもつながる。一方、複数のブランク材をスポット溶接によって接合する場合は、レーザー溶接と比べて、接合部の強度が充分ではなく、プレス成形時の応力集中によって接合部の近傍に破断が生じてしまうこともある。

これに対して、本実施形態では、複数のブランク材を接合しない非接合の状態のままプレス成形を行う。つまり、ブランク材同士のオーバーラップ代を非拘束状態にしておくので、プレス成形の前にスポット溶接を行ったときのような破断などの成形不良が生じることを防止できる。これは、プレス成形による外力を受けたときに、ブランク材同士の相対変位が許容されるからである。

そして、プレス成形の後に、ブランク材同士のオーバーラップ代にスポット溶接などで接合を行う。このように、スポット溶接を適用した場合、レーザー溶接のための設備を必要としないので、既存設備を活用することができ、設備導入コストの増大を抑制することができる。また、プレス成形の前に接合を行うか、プレス成形の後に接合を行うかが異なるだけで、新たな工程を追加している訳ではなく、しかもサイクルタイムの短いスポット溶接を採用した場合は、生産性の低下を抑制することもできる。

プレス成形後は、プレス成形前よりもオーバーラップ代が縮小するので、その縮小分を見越してプレス成形前のオーバーラップ代を設定する必要がある。すなわち、スポット溶接を行うために、最低限必要となる必要最小幅があるので、プレス成形後のオーバーラップ代が、その必要最小幅以上となるように、プレス成形前のオーバーラップ代を設定する。

《実施例１》
実施例１−１は、軟鋼同士の組み合わせとなる二つのブランク材で円筒形状をプレス成形するものである。成形シミュレーションには、汎用の動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡｖｅｒ．９７１（Livermore Software Technology Corporation製）を用いた。
図２は、実施例１−１の解析結果を示す図である。図２の（ａ）はプレス成形前に二つのブランク材を連続溶接（レーザー溶接）した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図２の（ｂ）はプレス成形前に二つのブランク材をスポット溶接した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図２の（ｃ）はプレス成形前に接合をしない場合の割れ判定結果と板厚減少率である。

ここでは、板厚が異なり、材質が同一の軟鋼Ａ及びＢを使用している。ブランク材Ａは、板厚０.７ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａであり、ブランク材Ｂは、板厚１.２ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａである。双方を重ね合わせたブランク材のサイズは、２００ｍｍ×２００ｍｍである。プレス成形条件は、１５０ｍｍφの円筒成形であり、ブランク材の外周を全周に亘って拘束している。

図２の（ａ）に示すように、予め連続溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、円筒高さが１５.７ｍｍに到達した時点で、円筒上面における周縁の一部に割れが発生した。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、軟鋼Ｂと比べて全体的に板厚減少率が高くなっている。
図２の（ｂ）に示すように、予めスポット溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、円筒高さが８.９ｍｍに到達した時点で、円筒上面の中心に位置するスポット溶接部に割れが発生した。スポット溶接のナゲット径は４√ｔであり（ｔ：板厚）、オーバーラップ代は１２ｍｍであり、スポット溶接部の間隔は４０ｍｍであり、計５箇所をスポット溶接している。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、板厚減少率が高いのは、スポット溶接部に集中している。

図２の（ｃ）に示すように、ブランク材を非接合のままプレス加工を行うと、円筒高さが１８.７ｍｍに到達してもまだ割れは発生せず、（ａ）や（ｂ）のような成形不良を防止することができた。プレス成形前のオーバーラップ代は４０ｍｍである。なお、オーバーラップ代には、プレス成形の後にスポット溶接を行うので、プレス成形後のオーバーラップ代に、スポット溶接を行えるだけの幅が残るように、プレス成形前のオーバーラップ代を設定する。

実施例１−２は、軟鋼同士の組み合わせとなる二つのブランク材でハット形状をプレス成形するものである。成形シミュレーションには、汎用の動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡｖｅｒ．９７１を用いた。
図３は、実施例１−２の解析結果を示す図である。図３の（ａ）はプレス成形前に二つのブランク材を連続溶接（レーザー溶接）した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図３の（ｂ）はプレス成形前に二つのブランク材をスポット溶接した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図３の（ｃ）はプレス成形前に接合をしない場合の割れ判定結果と板厚減少率である。
ここでは、板厚が異なり、材質が同一の軟鋼Ａ及びＢを使用している。ブランク材Ａは、板厚０.７ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａであり、ブランク材Ｂは、板厚１.２ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａである。双方を重ね合わせたブランク材のサイズは、１００ｍｍ×２００ｍｍである。プレス成形条件は、ハット型成形であり、ブランク材の両端を拘束している。

図３の（ａ）に示すように、予め連続溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、ハット高さが１５.８ｍｍに到達した時点で、上面角の一部に割れが発生した。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、軟鋼Ｂと比べて全体的に板厚減少率が高くなっている。
図３の（ｂ）に示すように、予めスポット溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、ハット高さが９.０ｍｍに到達した時点で、スポット溶接部に割れが発生した。スポット溶接のナゲット径は４√ｔであり（ｔ：板厚）、オーバーラップ代は１２ｍｍであり、スポット溶接部の間隔は４０ｍｍであり、計３箇所をスポット溶接している。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、板厚減少率が高いのは、スポット溶接部に集中している。

図３の（ｃ）に示すように、ブランク材を非接合のままプレス加工を行うと、ハット高さが２６.６ｍｍに到達してもまだ割れは発生せず、（ａ）や（ｂ）のような成形不良を防止することができた。プレス成形前のオーバーラップ代は６０ｍｍである。なお、オーバーラップ代には、プレス成形の後にスポット溶接を行うので、プレス成形後のオーバーラップ代に、スポット溶接を行えるだけの幅が残るように、プレス成形前のオーバーラップ代を設定する。

《実施例２》
実施例２−１は、軟鋼と高張力鋼（ハイテン）との組み合わせとなる二つのブランク材で円筒形状をプレス成形するものである。成形シミュレーションには、汎用の動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡｖｅｒ．９７１を用いた。
図４は、実施例２−１の解析結果を示す図である。図４の（ａ）はプレス成形前にブランク材を連続溶接（レーザー溶接）した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図４の（ｂ）はプレス成形前にブランク材をスポット溶接した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図４の（ｃ）はプレス成形前に接合をしない場合の割れ判定結果と板厚減少率である。

ここでは、板厚も材質も異なる軟鋼Ａ及び高張力鋼Ｃを使用している。ブランク材Ａは、板厚０.７ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａであり、ブランク材Ｃは、板厚１.２ｍｍ、引張強度４４０ＭＰａである。双方を重ね合わせたブランク材のサイズは、２００ｍｍ×２００ｍｍである。プレス成形条件は、１５０ｍｍφの円筒成形であり、ブランク材の外周を全周に亘って拘束している。

図４の（ａ）に示すように、予め連続溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、円筒高さが１５.７ｍｍに到達した時点で、円筒上面における周縁の一部に割れが発生した。割れが発生したのは、板厚が薄く、引張強度の低い軟鋼Ａであり、高張力鋼Ｃと比べて全体的に板厚減少率が高くなっている。
図４の（ｂ）に示すように、予めスポット溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、円筒高さが８.９ｍｍに到達した時点で、円筒上面の中心に位置するスポット溶接部に割れが発生した。スポット溶接のナゲット径は４√ｔであり（ｔ：板厚）、オーバーラップ代は１２ｍｍであり、スポット溶接部の間隔は４０ｍｍであり、計５箇所をスポット溶接している。割れが発生したのは、板厚が薄く、引張強度の低い軟鋼Ａであり、板厚減少率が高いのは、スポット溶接部に集中している。

図４の（ｃ）に示すように、ブランク材を非接合のままプレス加工を行うと、円筒高さが２０.８ｍｍに到達してもまだ割れは発生せず、（ａ）や（ｂ）のような成形不良を防止することができた。プレス成形前のオーバーラップ代は４０ｍｍである。なお、オーバーラップ代には、プレス成形の後にスポット溶接を行うので、プレス成形後のオーバーラップ代に、スポット溶接を行えるだけの幅が残るように、プレス成形前のオーバーラップ代を設定する。

実施例２−２は、軟鋼と高張力鋼（ハイテン）との組み合わせとなる二つのブランク材でハット形状をプレス成形するものである。成形シミュレーションには、汎用の動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡｖｅｒ．９７１を用いた。
図５は、実施例２−２の解析結果を示す図である。図５の（ａ）はプレス成形前に二つのブランク材を連続溶接（レーザー溶接）した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図５の（ｂ）はプレス成形前に二つのブランク材をスポット溶接した場合の割れ判定結果と板厚減少率であり、図５の（ｃ）はプレス成形前に接合をしない場合の割れ判定結果と板厚減少率である。

ここでは、板厚も材質も異なる軟鋼Ａ及び高張力鋼Ｃを使用している。ブランク材Ａは、板厚０.７ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａであり、ブランク材Ｃは、板厚１.２ｍｍ、引張強度４４０ＭＰａである。双方を重ね合わせたブランク材のサイズは、１００ｍｍ×２００ｍｍである。プレス成形条件は、ハット型成形であり、ブランク材の両端を拘束している。

図５の（ａ）に示すように、予め連続溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、ハット高さが１４.３ｍｍに到達した時点で、上面角に割れが発生した。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、高張力鋼Ｃと比べて全体的に板厚減少率が高くなっている。
図５の（ｂ）に示すように、予めスポット溶接を行ったブランク材に対してプレス加工を行うと、ハット高さが８.９ｍｍに到達した時点で、スポット溶接部に割れが発生した。スポット溶接のナゲット径は４√ｔであり（ｔ：板厚）、オーバーラップ代は１２ｍｍであり、スポット溶接部の間隔は４０ｍｍであり、計３箇所をスポット溶接している。割れが発生したのは、板厚の薄い軟鋼Ａであり、板厚減少率が高いのは、スポット溶接部に集中している。

図５の（ｃ）に示すように、ブランク材を非接合のままプレス加工を行うと、ハット高さが２６.６ｍｍに到達してもまだ割れは発生せず、（ａ）や（ｂ）のような成形不良を防止することができた。プレス成形前のオーバーラップ代は６０ｍｍである。なお、オーバーラップ代には、プレス成形の後にスポット溶接を行うので、プレス成形後のオーバーラップ代に、スポット溶接を行えるだけの幅が残るように、プレス成形前のオーバーラップ代を設定する。

上記のように、複数のブランク材を接合しないままプレス成形を行うことで、プレス成形の前にスポット溶接を行ったときのような破断などの成形不良が生じることを防止できることが確認できた。
また、図２〜図５に示した板厚減少率の図からも明らかなように、板厚減少の分布に斑がつきにくいので、剛性（強度）を保つ面でも有利である。

Claims

複数のブランク材の一部分同士だけを重ね合わせて配置し、
前記複数のブランク材を非接合の状態のまま、当該複数のブランク材に対してプレス成形を行うことを特徴とするプレス成形方法。
少なくとも一つの板厚又は材質が他と異なる前記複数のブランク材に対してプレス成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
前記複数のブランク材を重ね合わせたオーバーラップ代のうち、少なくともプレス成形に伴って変形が生じる変形領域については、非接合の状態のままと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方法。
前記プレス成形を行ってから、前記複数のブランク材を重ね合わせたオーバーラップ代に接合を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプレス成形方法。
前記プレス成形後の前記オーバーラップ代が、接合を行うための必要最小幅以上となるように、前記プレス成形前の前記オーバーラップ代を設定することを特徴とする請求項４に記載のプレス成形方法。
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法を用いて、プレス成形することにより部品を製造することを特徴とするプレス部品の製造方法。