JP5966617B2 - 閉断面構造体の成形方法及び閉断面構造体の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の加工材を閉断面構造体に成形するための閉断面構造体の成形方法及び閉断面構造体の成形装置に関する。

従来、閉断面構造を有する部品を製造する方法として、例えば特許文献１の技術が知られている。
特許文献１に記載の技術は、金属平板をプレス成形することで、断面平坦な連結部の両端から一対の閉断面構造体半部を立ち上がらせてなる半成品を製作する工程と、両閉断面構造体半部の間に挿入した偏平ポンチにより連結部を内側から押圧して断面Ｖ字状の屈曲部に成形しながら両閉断面構造体半部を更に立ち上がらせる工程と、両閉断面構造体半部間から偏平ポンチを引き上げた後、両閉断面構造体半部の外端を相互に突き合わせて溶接する工程とを順次実行している。

特開２００６−１１６５５２号公報

特許文献１は、円筒、角筒、５角断面、多角形断面についての閉断面構造体の成形方法が提示されている。この従来技術では、両閉断面構造体半部の間に、先端に隆起部がある偏平ポンチを挿入し、その偏平ポンチにより連結部を内側から押圧して断面Ｖ字状の屈曲部に成形しながら、両閉断面構造体半部をさらに立ち上がらせて閉断面化する技術である。

すなわち、両閉断面構造体半部を立ち上がらせる際に、断面Ｖ字状の屈曲部を形成することが必須となる。このＶ字状の屈曲部は比較的小径Ｒ（曲率半径）での曲げ加工となるため、高張力鋼板などの延びの低い材料ではわれが発生する原因となる。また、肉眼では確認できないクラックが発生しやすく、破断しやすい。
このため、特許文献１の技術は、自動車構造部品、例えばフロントサイドメンバーなどに適用した場合に、成形性の点で課題がある。また仮にＶ字状屈曲部の先端にアールを付与したとすると、両閉断面構造体半部の立ち上がり量が小さくなり、次工程の溶接が困難となる。

また、特許文献１の技術で３次元方向に曲がりを有する閉断面構造体を成形する場合には、一対の閉断面構造体半部の３次元の曲がり形状とともに、それら一対の閉断面構造体半部の幅方向両端部に設けるフランジを高精度に成形しなければならず、生産コストの面で問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、例えば自動車構造部品として適用される３次元の曲がり形状を有する閉断面構造体を、高精度に成形でき、生産コストを低減して製造することができる閉断面構造体の成形方法及び閉断面構造体成形用の成形装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の閉断面構造体の成形方法は、平板状の加工材を、幅方向中央部側に形成される底部と、この底部の幅方向両側に位置する左右の側壁部と、これら左右の側壁部の幅方向端部に形成される一対のフランジ部とを備えた閉断面構造体に成形する方法であって、長手方向及び幅方向に最終の閉断面形状で要求される曲率形状に前記加工材をプレス成形する第１工程と、前記第１工程で成形した前記加工材に対し、前記底部を板厚方向から第１ポンチとパッドで挟み込むことで、前記左右の側壁部が対向するように曲げ成形する第２工程と、前記第２工程で成形された前記加工材の前記底部を前記パッドの上に配置した状態で、一対の押圧カムの押し込み動作により前記左右の側壁部を互いに近接する方向に移動させて前記一対のフランジ部同士を突き合わせ、前記パッドの前記底部を支持している支持面と前記一対の押圧カムの前記左右の側壁部を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成するとともに、前記一対のフランジ部の上方に配置した第２ポンチの押し下げ部で前記一対のフランジ部を前記キャビティ側に押し下げることで、前記底部及び前記左右の側壁部を前記ダイキャビティの前記支持面及び前記押し込み面に向けて押し当てる第３工程と、を備えた方法である。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の閉断面構造体の成形方法において、前記最終の閉断面形状は、前記底部及び前記左右の側壁部が曲がりを有する形状である。

一方、請求項３記載の閉断面構造体の成形装置は、平板状の加工材を、幅方向中央部側に形成される底部と、この底部の幅方向両側に位置する左右の側壁部と、これら左右の側壁部の幅方向端部に形成される一対のフランジ部とを備えた閉断面構造体に成形する装置であって、長手方向及び幅方向に最終の閉断面形状で要求される曲率形状に前記加工材をプレス成形する上型及び下型を備えたプレス用金型と、前記プレス用金型で成形した前記加工材に対し、前記底部を板厚方向から第１ポンチとパッドで挟み込むことで、前記左右の側壁部が対向するように曲げ成形する曲げ加工用金型と、前記左右の側壁部を互いに近接する方向に移動させる一対の押圧カム及び前記一対のフランジ部の上方に配置され、互いに突き合わされた一対のフランジ部を押し下げる押し下げ部を設けた第２ポンチを備え、前記パッドの前記底部を支持している支持面と前記一対の押圧カムの前記左右の側壁部を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成し、前記第２ポンチの押し下げ部で互いに突き合わされた前記一対のフランジ部を前記キャビティ側に押し下げ、前記底部及び前記左右の側壁部を前記支持面及び前記押し込み面に向けて押し当てる最終閉断面曲げ加工用金型と、を備える装置である。

本発明に係る請求項１記載の閉断面構造体の成形方法によると、加工材の底部をパッドの上に配置した状態で、一対の押圧カムの押し込み動作により左右の側壁部を互いに近接する方向に移動させて一対のフランジ部同士を突き合わせ、パッドの前記底部を支持している支持面と前記一対の押圧カムの左右の側壁部を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成するとともに、一対のフランジ部の上方に配置した第２ポンチの押し下げ部で一対のフランジ部をキャビティ側に押し下げることで、底部及び左右の側壁部をダイキャビティの支持面及び押し込み面に向けて押し当てる第３工程を備えているので、高精度の閉断面構造体を容易に成形することが可能となり、生産コストを低減して閉断面構造体を成形することができる。

また、請求項２記載の閉断面構造体の成形方法によると、所定の３次元の曲がり形状の閉断面構造体を高精度に成形することができる。
さらに、請求項３記載の閉断面構造体の成形装置によると、所定形状の閉断面構造体を容易に成形することができ、生産コストを大幅に低減することができる。

本発明に係る成形方法で成形する閉断面構造を示す斜視図である。 本発明に係る第１工程の手順及び装置構成を示す模式図である。 本発明に係る第２工程の手順及び装置構成を示す模式図である。 本発明に係る第３工程の手順及び装置構成を示す模式図である。 図４のＢ−Ｂ線矢視で示した概略図であり、本発明に係る第３工程で行うヘミング接合動作を示す図である。 図４のＡ−Ａ線矢視で示した概略図であり、本発明に係る第３工程で行うフランジ部の押し下げ動作を示す図である。 本発明に係る第３工程で行うヘミング接合動作の詳細を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る変則５角形状の閉断面形状を有する閉断面構造体を成形する途中の加工材１の形状を示すものであり、変則５角形状の２辺を構成する底部２、３と、変則５角形状の２辺を構成する左側壁部４，５と、変則５角形状の残りの１辺を構成する右側壁部６と、右側壁部６及び左側壁部５に連続して形成され、互いに突き合わされる一対のフランジ部７，８とが長手方向に延在している。

そして、一方のフランジ部７の先端には、長手方向に所定間隔をあけて複数のヘミング突起９が形成されている。
そして、底部２、３、左側壁部４，５、右側壁部６及びフランジ部７，８は、長手方向をＹ軸方向、幅方向をＸ軸方向及びＹ軸とＸ軸を含む面に直交した方向をＺ軸方向とした三次元座標軸上において、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に曲率を有した形状で（３次元の曲がり形状を有して）成形されている。

（装置構成）
閉断面構造体を成形する成形装置は、加工材プレス用金型、曲げ加工用金型、及びヘミングプレス装置（最終閉断面曲げ加工用金型）で構成されている。
図２（ｂ）は、加工材プレス用金型を示す図であり、上型１０及び下型１１で構成されている。
上型１０の下方を向くプレス成形面及び下型１１の上面を向くプレス成形面は、互いに倣った形状に形成されており、上型１０及び下型１１のプレス成形面の間に、図２（ａ）で示す平板状の加工材１を配置して下型１１に向けて上型１０を差し込むことで、プレス成形が行われる。

加工材プレス用金型でプレス成形された加工材１は、図２（ｃ）に示すように、幅方向略中央部に底部２，３が成形され、底部２側の幅方向に左側壁部４，５が成形され、底部３側の幅方向に右側壁部６が成形され、左側壁部５側の幅方向端部にフランジ部８が成形され、右側壁部６側の幅方向端部にフランジ部７（ヘミング突起９付き）が成形され、各部２〜８の境界部に曲げ線Ｂ１〜Ｂ６を長手方向に沿って形成することで、線長調整が行われている。

また、図３は、曲げ加工用金型を示す図であり、第１ポンチ１５及びパッド１６で構成されている。
第１ポンチ１５の押込部分の断面形状、つまり下端部の断面形状は、閉断面構造体の底部２、３と同一形状となっている。

パッド１６は、第１ポンチ１５と上下で対向し、その上面は、第１ポンチ１５の下端部の断面形状と同一形状となっており、加工材プレス用金型でプレス成形された加工材１の底部２，３を板厚方向から第１ポンチ１５及びパッド１６で挟み込む。
さらに、図４から図６は、ヘミングプレス装置を示す図であり、上述した曲げ加工用金型のパッド１６と、パッド１６の上方に配置した第２ポンチ２１と、パッド１６の幅方向に離間して配置した一対の押圧カム２３，２４とを備えている。

第２ポンチ２１は、加工材１の長手方向と略同一長さの長尺部材であり、図５（ａ）に示すように、油圧アクチュエータ２５の動作により上下方向に移動する。
また、図５（ａ）に示すように、一対の押圧カム２３，２４も、加工材１の長手方向と略同一長さの長尺部材であり、油圧アクチュエータ２５の動作に連動するカム駆動機構２６が連結されている。そして、カム駆動機構２６は、一対の押圧カム２３，２４を押し込み位置まで移動させる、或いは離間する待機位置まで移動させる。

一方の押圧カム２３の押し込み面は、閉断面構造体の左側壁部４，５と同一形状の３次元の曲がり形状を有して形成されている。
また、他方の押圧カム２４の押し込み面も、閉断面構造体の右側壁部６と同一形状の３次元の曲がり形状を有して形成されている。
ここで、第２ポンチ２１には、ヘミング接合部３０と押し下げ部３１とが形成されている。

ヘミング接合部３０は、図５（ａ）に示すように、第２ポンチ２１の下端面の幅方向中央に形成したスリット溝２７と、このスリット溝２７の開口周縁に形成された挿入ガイド面２８とで構成されている。
また、押し下げ部３１は、図６（ａ）に示すように、第２ポンチ２１の下端面から下方に突出する凸部３２と、凸部３２の縁部から互い平行に下方に突出する一対のフランジ挟持部３３，３４とで構成されている。

（閉断面構造体の成形方法）
次に、上記構成の加工材プレス用金型、曲げ加工用金型及びヘミングプレス装置を使用した閉断面構造体の成形方法について説明する。
（第１工程）
図２（ａ）で示す平板状の加工材１を、図２（ｂ）に示すように、加工材プレス用金型の上型１０及び下型１１のプレス成形面の間に配置し、下型１１に向けて上型１０を差し込むことでプレス成形を行う。

このプレス成形により、図２（ｃ）に示すように、加工材１の幅方向略中央部に底部２，３が成形され、底部２側の幅方向に左側壁部４，５が成形され、底部３側の幅方向に右側壁部６が成形され、左側壁部５側の幅方向端部にフランジ部８が成形され、右側壁部６側の幅方向端部にフランジ部７（ヘミング突起９付き）が成形され、各部２〜８の境界部に曲げ線Ｂ１〜Ｂ６が長手方向に沿って形成される。また、曲げ線Ｂ１〜Ｂ６には、最終の閉断面形状で曲げ線となる位置に曲げ誘導線Ｇが長手方向に沿って形成される。

（第２工程）
次に、図３に示すように、上述したプレス成形後の加工材１の底部２，３を第１ポンチ１５及びパッド１６で挟み込んで挟持することで、左側壁部４，５と右側壁部６とが近づく方向に曲げ線Ｂ４を境界として曲げ成形する。
（第３工程）
次に、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、油圧アクチュエータ２５の動作により第２ポンチ２１を下方に移動させ、油圧アクチュエータ２５の動作に連動してカム駆動機構２６が待機位置にある一対の押圧カム２３，２４を押し込み面に向けて移動させる。これにより、一対の押圧カム２３，２４の押し込み面に押圧された加工材１の左側壁部５及び右側壁部６が互いに近接していく。

図５（ｃ）、図６（ｃ）に示すように、カム駆動機構２６により一対の押圧カム２３，２４が押し込み位置まで移動すると、一対のフランジ部７，８が閉じた状態になる。
そして、図６（ｃ）に示すように、油圧アクチュエータ２５の動作により第２ポンチ２１が下降して押し下げ部３１が一対の押圧カム２３，２４の間に入り込み、押し下げ部３１の凸部３２に当接した一対のフランジ部７，８が下方に押し下げられる。
これにより、底部２、３、左側壁部４，５及び右側壁部６が曲げ線Ｂ２〜Ｂ５を境界として所定の３次元の曲がり形状を有して曲げ成形される。
同時に、図５（ｃ）では、第２ポンチ２１が下降してヘミング接合部３０により、一方のフランジ部７が複数のヘミング突起９を介して他方のフランジ部８に接合される。

すなわち、図７（ａ）に示すように、一方のフランジ部７の先端に形成されている複数のヘミング突起９は、ヘミング接合部３０の挿入ガイド面２８に係合するとその先端部がスリット溝２７側へ変形していく。そして、図７（ｂ）に示すように、第２ポンチ２１の下降とともにスリット溝２７の内面を介して伝達される下方への押圧力により、ヘミング突起９が、フランジ部７との境界部付近を支点として下方へ折り曲げられ、他方のフランジ部８の先端部を挟み込む。これにより、一方のフランジ部７が複数のヘミング突起９を介して他方のフランジ部８に接合（ヘミング接合）される。また、図５（ｃ）のヘミング接合の工程は、図６（ｃ）の曲げ成形の工程と同時に行う場合のほか、図６（ｃ）の曲げ成形が完了（押し込みが完了）してから行われるように、ブランク形状、金型形状を調整しても良い。また、ヘミング接合部は、適宜、溶接等による接合を行っても良い。

（本実施形態の作用効果）
以上のように、平板状の加工材１の少なくとも底部２，３、左右の側壁部４，５，６の長手方向に沿った境界部位置にそれぞれ曲げ線Ｂ２〜Ｂ５を形成する線長調整を行う第１工程を行い、次いで、左側壁部４，５及び右側壁部６が近づく方向に曲げ線Ｂ４を曲げ成形する第２工程を行い、

加工材１の底部２，３をパッド１６の上に配置した状態で、一対の押圧カム２３，２４の押し込み動作により左側壁部４，５及び右側壁部６を互いに近接する方向に移動させて一対のフランジ部７，８同士を突き合わせ、パッド１６の底部２，３を支持している支持面と一対の押圧カム２３，２４の左右の側壁部４，５，６を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成するとともに、第２ポンチ２１の押し下げ部３１が一対のフランジ部７，８をキャビティ側に押し下げることで、底部２，３及び左側壁部４，５及び右側壁部６をダイキャビティの支持面（パッド１６）及び押し込み面（一対の押圧カム２３，２４）に向けて押し当てる第３工程を行うことで、閉断面構造体を構成する底部２，３及び左右の側壁部４，５，６を、簡単且つ高精度に成形することができる。

このように、本実施形態の成形方法を採用すると、従来、自動車、家電、その他分野において、軽量化を目的としてフランジを最小化した一体成形品を容易に製造することが可能となる。しかも、部品の側面に曲面を有する部品であっても寸法精度良く成形することが可能となる。
ここで、本実施形態の平板状の加工材１を閉断面構造体に成形する方法は、閉断面の形状は上述したものに限定されず、他の色々な形状に成形する場合であっても適用可能である。

（実施例）
９８０ＭＰａ級冷延鋼板（板厚：１．６mm、引張強度：１００５ＭＰａ、降伏強度：６８０ＭＰａ、全伸び：１７%（ＪＩＳ５号試験片にてＪＩＳＺ２２４１に準拠して鋼板圧延方向に対して垂直方向に測定））を用いて、本発明の第１〜第３工程により、閉断面構造体の成形を行った（本発明例）。また、第２ポンチの構造のみを変化させた金型として、押し下げ部を設けていない金型を用いて、第１〜第３工程の成形を行った（比較例）。その結果、本発明例では、第１〜第３工程のいずれも精度良く成形ができ、第３工程後の部品の寸法誤差（金型寸法からのずれ）は±０．４mmであり、また、比較例では、第１工程、第２工程は成形できたが、第３工程では、押し込み不足のため、曲げＲ部の形状が確保できず、成形できなかった。

１…加工材、２，３…底部、４，５…左側壁部、６…右側壁部、７，８…フランジ部、９…ヘミング突起、１０…上型、１１…下型、１５…第１ポンチ、１６…パッド、２１…第２ポンチ、２３，２４…押圧カム、２５…油圧アクチュエータ、２６…カム駆動機構、２７…スリット溝、２８…挿入ガイド面、３０…ヘミング接合部、３１…押し下げ部、３２…凸部、３３，３４…フランジ挟持部、Ｂ１〜Ｂ６…曲げ線、

Claims (3)

1. 平板状の加工材を、幅方向中央部側に形成される底部と、この底部の幅方向両側に位置する左右の側壁部と、これら左右の側壁部の幅方向端部に形成される一対のフランジ部とを備えた閉断面構造体に成形する方法であって、
   長手方向及び幅方向に最終の閉断面形状で要求される曲率形状に前記加工材をプレス成形する第１工程と、
   前記第１工程で成形した前記加工材に対し、前記底部を板厚方向から第１ポンチとパッドで挟み込むことで、前記左右の側壁部が対向するように曲げ成形する第２工程と、
   前記第２工程で成形された前記加工材の前記底部を前記パッドの上に配置した状態で、一対の押圧カムの押し込み動作により前記左右の側壁部を互いに近接する方向に移動させて前記一対のフランジ部同士を突き合わせ、前記パッドの前記底部を支持している支持面と前記一対の押圧カムの前記左右の側壁部を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成するとともに、前記一対のフランジ部の上方に配置した第２ポンチの押し下げ部で前記一対のフランジ部を前記キャビティ側に押し下げることで、前記底部及び前記左右の側壁部を前記ダイキャビティの前記支持面及び前記押し込み面に向けて押し当てる第３工程と、
   を備えたことを特徴とする閉断面構造体の成形方法。
2. 前記最終の閉断面形状は、前記底部及び前記左右の側壁部が曲がりを有する形状であることを特徴とする請求項１記載の閉断面構造体の成形方法。
3. 平板状の加工材を、幅方向中央部側に形成される底部と、この底部の幅方向両側に位置する左右の側壁部と、これら左右の側壁部の幅方向端部に形成される一対のフランジ部とを備えた閉断面構造体に成形する装置であって、
   長手方向及び幅方向に最終の閉断面形状で要求される曲率形状に前記加工材をプレス成形する上型及び下型を備えたプレス用金型と、
   前記プレス用金型で成形した前記加工材に対し、前記底部を板厚方向から第１ポンチとパッドで挟み込むことで、前記左右の側壁部が対向するように曲げ成形する曲げ加工用金型と、
   前記左右の側壁部を互いに近接する方向に移動させる一対の押圧カムと、前記一対のフランジ部の上方に配置され、互いに突き合わされた一対のフランジ部を押し下げる押し下げ部を設けた第２ポンチとを備え、前記パッドの前記底部を支持している支持面と前記一対の押圧カムの前記左右の側壁部を押し込んだ押し込み面とで最終の閉断面形状と同一空間形状のダイキャビティを画成し、前記第２ポンチの押し下げ部で互いに突き合わされた前記一対のフランジ部を前記キャビティ側に押し下げ、前記底部及び前記左右の側壁部を前記支持面及び前記押し込み面に向けて押し当てる最終閉断面曲げ加工用金型と、
   を備えることを特徴とする閉断面構造体の成形装置。

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