JP5983585B2 - プレス成形方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2および非特許文献1にはプレス金型によって余肉を付与する方法が記載されている。
また、特許文献3および特許文献4には伸びフランジワレの発生しにくいブランク形状を用いる方法が開示されている。
また、特許文献5には、パッドを素材金属板に近接又は接触させた状態で、前記素材金属板の少なくとも一部を、ダイ金型の天板部に対応する部位の上でスライドさせつつ、縦壁部およびフランジ部を成形するL字状形状を有するプレス部品の成形方法が開示されている。
また、非特許文献2および非特許文献3には逐次接触パンチを用いて成形を行うことにより、変形を分散させて伸びフランジ部位への変形の集中を抑え、伸びフランジ割れの発生を回避する方法が記載されている。
また、特許文献2、非特許文献1に開示されたように、プレス金型によって余肉を付与する方法についても、上記同様に効果が限定的であり、根本的な解決とは言えない。
また、特許文献3および特許文献4に開示されたように、伸びフランジワレの発生しにくいブランク形状を用いる方法の場合、ブランク形状が制約を受けるため製品形状の自由度が低下する。また、最終的に目標形状にするために該当部位の形状を整えるための加工が必要となり、コスト増大の原因ともなる。
また、特許文献5に開示された方法では、素材金属板の少なくとも一部を、ダイ金型の天板部に対応する部位の上でスライドさせるため、パッドとダイ金型との間に素材金属板の板厚以上で板厚の1.1倍以下の隙間を設けるとしており、該隙間を厳格に規定する必要があり、金属板はその製造上、板厚のバラツキがあることから、操作が煩雑になるという課題がある。
ブランク材における前記天板部に相当する部位の一部を板押えによって押える板押え工程と、前記縦壁部を曲げ成形する第1成形工程と、前記天板部を平坦に成形する第2成形工程を備えてなり、
前記板押え工程は、前記天板部における前記凹状外周縁部のR止まりから前記ブランク材の加工前の板厚の10倍以上100倍以下の距離を離して前記凹状外周縁部に沿うように板押えを行い、
前記第2成形工程は、前記第1成形工程において前記天板部における板押えをしていない部位について成形を行うことを特徴とするものである。
また、本発明に使用する金型構造は一般のプレス成形とほぼ同一のため、本発明のプレス成形方法を用いることで製造コストが増加する懸念もない。
なお、図1(a)はブランク材9設置後の状態、図1(b)は第1成形工程直後の状態、図1(c)は下死点状態をそれぞれ図示したものである。図1(b)及び図1(c)の隣には、そのときのブランク材9の状態を示すために、パンチ15の図示を省略したもの{図1(b−1)及び図1(c−1)}を図示している。
以下、成形部品1、使用するプレス成形金型11、本発明に係るプレス成形方法について図1〜図5に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態におけるプレス成形の目標形状となる成形部品1は、図2に示すように、外周縁の一部が内方に凹んだ凹状外周縁部3を有する天板部5と、天板部5における凹状外周縁部3に沿って曲げ成形された縦壁部7を有するものである。
このような形状の成形部品1は、縦壁部7が伸びフランジ変形となり、縦壁部7における屈曲部7aに伸びが集中して、当該部位に割れが発生しやすい。
プレス成形金型11は、図3に示すように、下金型となるダイ13と、ダイ13の上方から下動するパンチ15と、ブランク材9を押える板押え17を備えている。
パンチ15の形状は、成形部品1の天板部5を成形する天板成形部15aと、成形部品1の縦壁部7を成形する縦壁成形部15bとを備えている。
ダイ13は、パンチ15の各成形部の形状に対応した形状を有している。
板押え17の端部は、図1(b−1)や図1(c−1)に示すように、成形部品1の凹状外周縁部3と同様に中央部が内方に凹んだ形状をしている。
板押え17によるブランク材9をダイ13に押圧する押圧力は、パンチ15の下動による成形に際して、天板部5における板押えをしている部位に変形が生じないような十分強い圧力であることが望ましい。
次に、上記のプレス成形金型11を用いたプレス成形方法について、前述した板押え工程、第1成形工程及び第2成形工程を詳細に説明する。
板押え工程は、図1(a)に示すように、ブランク材9をダイ13の上面に配置して板押え17で押える工程である。
ブランク材9は、縦壁部7に相当する部分をパンチ15で押し曲げ可能なように配置する。
板押え17は、板押え17の端部を天板部5における凹状外周縁部3のR止まりに相当する部位からブランク材9の加工前の板厚の10倍以上100倍以下の距離だけ離して配置する(図1(b−1)参照)。すなわち、図1(b−1)において板押え17端部形状の最も凹んだ位置と、凹状外周縁部3の屈曲の中心8のR止まりとを距離Lだけ離して、板押え17端部とR止まりがほぼ平行になるよう配置する。
従来の方法(通常の伸びフランジ成形)では板押え17を凹状外周縁部3のR止まりに相当する部位に沿って配置して、天板部5の全体を押さえるが、これに対し、本発明では上述したように板押え17を凹状外周縁部3のR止まりに相当する部位からから所定の距離Lだけ離して配置して、天板部5の一部を押えるようにする。こうすることで、第1成形工程において、成形中にブランク材9の板押えをしていない部位がある程度自由に変形することができる。この点についての詳細は後述する。
凹状外周縁部3のR止まりから板押え17の端部のまで距離L(以下、「板押え隙間距離L」という)をブランク材9の加工前の板厚の10倍以上100倍以下とした理由については後述する。
第1成形工程は、図1(a)の状態から、パンチ15を下動させて、図1(b)に示すように、曲げ成形を行う工程である。この工程では、天板部5における凹状外周縁部3のR止まりからブランク材9の加工前の板厚の10倍以上100倍以下の距離Lの部位については板押えをしないで、天板部5における他の部位については板押えをしてプレス成形を行う。
第1成形工程によって、凹状外周縁部3と縦壁部7が形成される(図1(b−1)参照)。
一方、本発明であれば、ブランク材9の変形は、凹状外周縁部3、縦壁部7に加えて、天板部5の板押えをしていない部位でも発生する。
具体的には、凹状外周縁部3から天板部5にかけて、凹状外周縁部3の屈曲の中心8から両側にある距離だけ離れた部分(図1(b−1)において、ブランク材9の点線の楕円で囲んだ部分)において、ダイ13から浮き上がる方向に変形が発生する。このような変形が天板部5に発生することで縦壁部7の変形は、従来の方法に比べて小さくなり、上述したような縦壁部7における屈曲部7a(図2参照)に伸びが集中することによる割れの発生を防止するという効果が得られる。
そこで、この点について検討したところ、板押え隙間距離Lは、ブランク材9の剛性と極めて高い相関を持つ板厚との比率で表すことが妥当であり、具体的には、板厚の10倍以上、100倍以下(例えば板厚が1mmであれば、板押え隙間距離Lは10mm以上、100mm以下)であることが望ましい。この理由については、後述の実施例で詳細に説明する。
第2成形工程は、図1(c)に示すように、図1(b)の状態からパンチ15をさらに下動させて、第1成形工程において天板部5における板押えをしていない部位、すなわち、天板部5における凹状外周縁部3のR止まりから板押え隙間距離Lの部位について成形を行う工程である。
天板部5における板押えをしていない部位は、成形下死点において、ダイ13とパンチ15に挟圧されて成形される。このようにして、金型形状と同一形状の製品を得ることができる(図1(c−1)を参照)。
第1成形工程では、凹状外周縁部3のR止まりからブランク材9の加工前の板厚の10倍以上100倍以下の距離Lの部位については板押えをしないで、天板部5における他の部位については板押えをして成形を行うようにしているので、板押えをしない部位に変形を生じさせて、縦壁部7の板厚減少を抑制することができ、これによって板厚減少が最大となる縦壁部7の屈曲部7aに伸びを集中させることなく、割れの発生を効果的に防止できる。
なお、図6のパンチ19は図3のパンチ15の変形例である。そのため、図6において、図3と同様のものには同一の符号を付しており、パンチ19においてパンチ15と同様のものには同様の添え字を付している。
また、上記の図では天板部5は平坦であるが、天板部5にある程度凹凸形状があってもよく、上記と同様に屈曲部7aの割れを防止できる。
実験は、板押え隙間距離L(mm)を変更してプレス成形を行い、割れ傾向を評価するというものである。成形対象は図2に示す成形部品1とした。また、板押え17はその端部が成形部品1の凹状外周縁部3のR止まりと平行になるようにした。
板押え隙間距離Lは、0mm、5mm、7.5mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、75mm、100mm、125mm、150mmの13水準とした。なお、板押え隙間距離Lが0mmのものは従来のプレス成形方法であり、比較のために行った。
プレス成形は有限要素法を用いたコンピュータ解析計算により行った。解析計算プログラムとしてはLSTC社製のLS−DYNAバージョン971の動的陽解法ソルバーを用いた。
プレス成形金型11は、図1及び図3に示すものを用いた。
割れ傾向の評価には成形下死点における板厚減少率の計算結果の最大値(最大板厚減少率(%))を用いた。また、天板部5の平坦度の指標となる天板部板厚増加率(%)も求めた。
プレス成形の結果を表1に示す。
表1の最大板厚減少率と、天板部板厚増加率について作成したグラフを図4及び図5に示す。
図4は最大板厚減少率についてのグラフである。図4において、縦軸は最大板厚減少率(%)を表している。横軸は2段に併記しており、板押え隙間距離L(mm)と板押え隙間距離L/板厚をそれぞれ表している。
図5は天板部板厚増加率についてのグラフである。図5において、縦軸は天板部板厚増加率(%)を表している。横軸は2段に併記しており、図4と同様に、板押え隙間距離L(mm)と板押え隙間距離L/板厚をそれぞれ表している。
なお、図5から分かるとおり、板押え隙間距離Lが12mmから120mmまでの範囲においては、天板部板厚増加率が20%以下に低く抑えられており、シワ発生の問題はない。
以下、変更したパラメータ毎に説明する。
板厚は0.6mmと1.8mmの2水準とした。板押え隙間距離Lは0mm、10mm、50mmの3水準とした。0.6mmの場合、板押え隙間距離Lが6mm〜60mmが本発明の範囲内(本発明例1、本発明例2)であり、1.8mmの場合18mm〜180mmが本発明の範囲内(本発明例3)である。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。
プレス成形の結果を表2に示す。
天板部板厚増加率も、本発明例1〜本発明例3のいずれの場合も20%以下であり、シワ発生の問題はない。
このように、板厚を変更した場合においても、板押え隙間距離Lを本発明の範囲内とすることで、より好適にプレス成形可能であることが実証された。
材質は270MPa級、980MPa級の2水準とした。板押え隙間距離Lは、0mm、50mmの2水準とした。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。なお、板厚は1.2mmであり、板押え隙間距離Lが12mm〜120mmが本発明の範囲に相当する。
プレス成形の結果を表3に示す。
また、天板部板厚増加率についても、本発明例4及び本発明例5のいずれの場合も20%以下に抑えられており、シワ防止に好適であった。
このように、材質を変更した場合においても、板押え隙間距離Lを本発明の範囲内とすることで、より好適にプレス成形可能であることが実証された。
凹状外周縁部Rは2.5mm、10mmの2水準とした。板押え隙間距離Lは、0mm、50mmの2水準とした。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。なお、板厚は1.2mmであり、板押え隙間距離Lは12mm〜120mmが本発明の範囲に相当する。
プレス成形の結果を表4に示す。
天板部板厚増加率も、本発明例7及び本発明例8のいずれの場合も20%以下であり、シワ防止に問題はない。
このように、凹状外周縁部Rを変更した場合においても、板押え隙間距離Lを本発明の範囲内とすることで、より好適にプレス成形可能であることが実証された。
凹形状角度θは120°、160°の2水準とした。板押え隙間距離Lは、0mm、50mmの2水準とした。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。なお、板厚は1.2mmであり、板押え隙間距離Lが12mm〜120mmが本発明の範囲に相当する。
プレス成形の結果を表5に示す。
板押え隙間距離Lは、0mm、5mm、7.5mm、10mm、15mm、20mm、50mm、100mmの8水準とした。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。なお、板厚は1.2mmであり、板押え隙間距離Lが12mm〜120mmが本発明の範囲に相当する。
プレス成形の結果を表6に示す。
天板部板厚増加率に関しても、特にシワ発生の問題はない。
上記実施の形態では、板押え17は、その端部が成形部品1の凹状外周縁部3に沿う形状をしたものであったが、本例では端部が真直ぐなものを用いてプレス成形を行った。本実施例の場合、板押え隙間距離L´は、天板部5における凹状外周縁部3の屈曲の中心8のR止まりから板押え17の幅方向中央における距離とし、0mm、50mmの2水準とした。その他のパラメータは上記実施の形態と同様である。なお、板厚は1.2mmであり、板押え隙間距離L´は12mm〜120mmが本発明の範囲に相当する。
プレス成形の結果を表7に示す。
また、本発明例15の天板部板厚増加率においても12%程度であり、シワ防止に特に問題ない。
このように、板押え形状を変更した場合においても、好適にプレス成形可能であることが実証された。
3 凹状外周縁部
5 天板部
7 縦壁部
7a 屈曲部
8 凹状外周縁部の屈曲の中心
9 ブランク材
11 プレス成形金型
13 ダイ
15 パンチ
15a 天板成形部
15b 縦壁成形部
17 板押え
19 パンチ
19a 天板成形部
19b 縦壁成形部
19c 段部
19d 延出部
Claims (1)
- 外周縁の一部が内方に凹んだ凹状外周縁部を有する天板部と、該天板部における凹状外周縁部に沿って曲げ成形された縦壁部とを有する成形部品をプレス成形するプレス成形方法であって、
ブランク材における前記天板部に相当する部位の一部を板押えによって押える板押え工程と、前記縦壁部を曲げ成形する第1成形工程と、前記天板部を平坦に成形する第2成形工程を備えてなり、
前記板押え工程は、前記天板部における前記凹状外周縁部のR止まりから前記ブランク材の加工前の板厚の10倍以上100倍以下の距離を離して前記凹状外周縁部に沿うように板押えを行い、
前記第2成形工程は、前記第1成形工程において前記天板部における板押えをしていない部位について成形を行うことを特徴とするプレス成形方法。
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