JP6020596B2 - プレス部品の製造方法およびプレス部品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハット断面を有するとともに長手方向に平面視でＬ字状に湾曲したプレス部品とその製造方法および製造装置に関する。

自動車の車体の骨格構造は、金属板（以降の説明では素材金属板が鋼板である場合を例にとる）をプレス成形した複数の骨格部材により構成される。これらの骨格部品は、自動車の衝突安全を確保するために極めて重要な部品である。骨格部材としてサイドシル、クロスメンバー、フロントピラー等が知られる。

骨格部材は、天板部と、天板部の両側につながる２つの縦壁と、２つの縦壁にそれぞれつながる２つのフランジ部とからなるハット断面形状を有する。骨格部材の多くは、その一部または全部にこのハット断面形状を有する。骨格部材には、衝突安全性能の向上および車体の軽量化を図るため、高強度化が望まれる。

図１９は、ハット断面を有するとともに平面視および側面視で長手方向に真っ直ぐな形状を有する骨格部材０の一例の斜視図である。図２０は、ハット断面を有する骨格部材の一例であるフロントピラー０−１の説明図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は平面図である。さらに、図２１は、ハット断面を有するとともに長手方向に平面視でＬ字状に湾曲した形状を有する部品１を示す斜視図である。なお、本明細書において「平面視で」とは、部材における最も広い平面状の部分である天板部に直交する方向（図２０（ａ）においては白抜き矢印方向であり、図２０（ｂ）においては紙面に直交する方向である）から骨格部材０−１を見ることを意味する。

ハット断面を有する骨格部材のうちサイドシル等の骨格部材０は、図１９に例示するように、長手方向に略真っ直ぐな形状を有する。これに対し、フロントピラー０−１は、図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示すような形状を有する。すなわち、フロントピラー０−１は、その下部０−２側に、図２１に示す、ハット断面を有するとともに長手方向に平面視でＬ字状に湾曲した形状を含む。

これらの部品のうち骨格部材０は、長手方向に略真っ直ぐな形状を有するため、主として曲げ成形により製造される。骨格部材０は、断面の周長が長手方向について大きく変化しないため、伸び性が低い高強度鋼板からなってもプレス加工時に割れやしわが発生し難く、成形が容易である。

例えば特許文献１には、ハット断面を有するプレス部品を曲げ成形する方法が開示される。特許文献１により開示された方法は、ハット断面を有するものの長手方向に略真っ直ぐな形状を有するプレス部品を製造する。

図２２は、曲げ成形により製造された、ハット断面を有するとともに長手方向にＬ字状に湾曲した形状を有するプレス部品１を示す斜視図である。

特許文献１により開示された方法により図２１に示すハット断面を有するとともに長手方向にＬ字状に湾曲した部品１を曲げ成形すると、図２２に示すように、屈曲部１ａの外側のフランジ部（Ａ部）にしわが発生する。このため、部品１は、一般的に絞り成形のプレス加工により成形される。絞り成形では、素材金属板の流入量を制御してしわの発生を抑えるために、ダイ、パンチおよびブランクホルダーを用いて素材鋼板を成形する。

図２３は、成形しようとする長手方向にＬ字状に湾曲した部品２を示す説明図であり、図２３（ａ）は斜視図、図２３（ｂ）は上面視図である。図２４は、絞り成形の場合の素材鋼板３の形状と素材鋼板３の中のしわ押さえ領域Ｂを示す平面図である。図２５（ａ）〜図２５（ｄ）は、絞り成形のための金型構造と絞り成形の過程を示す断面図である。さらに、図２６は、絞り成形された絞りパネル５の斜視図である。

例えば、図２３に示す、長手方向に平面視でＬ字状に湾曲した部品２を絞り成形により成形するためには、図２５（ａ）〜図２５（ｄ）に示すように、ダイ４１、パンチ４２およびブランクホルダー４３を用いて成形する。

先ず、図２５（ａ）に示すように、図２４に示す素材鋼板３をパンチ４２およびブランクホルダー４３とダイ４１との間に配置する。次に、図２５（ｂ）に示すように、素材鋼板３の周囲のしわ押さえ領域Ｂ（図２４のハッチング部）をブランクホルダー４３とダイ４１により強く押さえる。次に、図２５（ｃ）に示すように、ダイ４１を相対的にパンチ４２の方向へ移動させる。そして、図２５（ｄ）に示すように、最終的にダイ４１で素材鋼板３をパンチ４２に押し付けて素材鋼板３を加工することにより、図２６に示す絞りパネル５に成形する。

この際に、素材鋼板３の周囲のしわ押さえ領域Ｂは、ブランクホルダー４３とダイ４１により強く押さえられている。このため、成形の過程で素材鋼板３における、しわ押さえ領域の内側の領域には、張力が負荷された状態で素材鋼板３が伸ばされる。このため、しわの発生を抑制しながら成形することが可能になる。成形された絞りパネル５は、その周囲の不要な部分を切り落とされ、図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示す部品２が製造される。

特開２００６−０１５４０４号公報

従来は、プレス部品１のこのような形状は、上述したように絞り成形によりプレス成形されて、素材鋼板を図２６に示す絞りパネル５に成形し、絞りパネル５の周囲の不要な部分をトリムして除去することにより、製造する。

この絞り成形法では、長手方向に平面視でＬ字状に湾曲した部品２が有するような複雑な形状を成形できる。しかし、図２４に示すように、素材鋼板３の周囲に大きなしわ押さえ領域が必要となる。このため、素材鋼板３を絞りパネルに成形した後に、不要な部分としてトリムして除去する部分が多くなり、材料の歩留まりが低下して製造コストが上昇する。

また、この絞りパネル５を成形する過程では、図２３（ａ）に示す縦壁２２，２４は同時に成形される。このため、成形の過程で天板部２１に成形される部分の素材鋼板３があまり動かず、図２５（ｂ）〜図２５（ｄ）に示すように天板部２１の両側から材料が流入して縦壁２２，２４が成形される。特に、絞りパネル５における平面視でＬ字状に湾曲する湾曲部５ａの内側のフランジ部（図２６のＤ部）は、いわゆる伸びフランジ成形と呼ばれる成形状態になり、伸び性の低い高強度鋼板では割れが発生する。特に引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板は延びが少ないため、Ｄ部での割れを発生させずに加工することは困難である。

一方、湾曲部２ａの外側の縦壁２２と天板部２１とが会合する角部（図２６のＣ部）は、大きく張り出した形状であるので、素材鋼板３が大きく伸ばされるため、やはり伸び性の低い高強度鋼板では割れが発生する。

より詳しく説明する。図２７は、絞り成形における材料の流れを説明する平面図である。

絞りパネル５を成形する際には、湾曲部１ａの外周側，内周側の縦壁１２，１４を同時に成形するため、天板部１１に成形される部分の素材鋼板はあまり動かず、図２７に示すように、天板部１１の両側から材料が流入することにより成形される。

特に、湾曲部１ａの内周側に成形される部分（図２６，２７のＤ部）の素材鋼板３は、湾曲部１ａの曲率の内側から外側に移動し、湾曲部１ａの半径方向には大きく伸ばされ、いわゆる伸びフランジ成形と呼ばれる成形状態になる。このため、伸び性の低い高強度鋼板では割れが発生する。

一方、図２６のＣ部は、湾曲部１ａの外周側の角部で大きく張り出した形状を有するので、素材鋼板が大きく伸ばされ、Ｄ部と同様に、伸び性の低い高強度鋼板では割れが発生する。

このため、従来は、長手方向のＬ字状に湾曲した部品には、伸び性の低い高強度鋼板、特に引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板からなる素材鋼板３を用いることは難しく、伸び性に優れた比較的低強度の鋼板を素材鋼板３として用いていた。このため、所定の強度を確保するために板厚を増加する必要があり、車体の軽量化の要請に反していた。

本発明の目的は、引張強度が２００〜１６００ＭＰａの素材金属板、特に引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板からなる素材金属板にプレス成形を行って、ハット断面を有するとともに平面視で長手方向へ湾曲する湾曲部を有することによりＬ字状ハット断面形状を有するプレス部品を、しわや割れを発生させることなくかつ歩留まり良く、製造することができる技術を提供することである。

本発明は、以下に列記の通りである。
（１）素材金属板にプレス加工を行うことにより、天板部と、該天板の両側につながる２つの縦壁と、該２つの縦壁それぞれにつながる２つのフランジとにより構成されるハット形状の断面を有するとともに平面視で長手方向へ湾曲する屈曲部を有することによりＬ字状ハット断面形状を有するプレス部品、もしくは、該Ｌ字状ハット断面形状をその一部に有するプレス部品に成形するプレス部品の製造方法であって、
パンチおよびブランクホルダーと、パッド、ダイおよび曲げ型との間に素材金属板を配置し、
該素材金属板における前記天板部に成形される部分を前記パッドにより前記パンチに押し付けて挟持し、さらに、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分より前記湾曲部の外側になる部分を前記ブランクホルダーで該ダイに押し付けて挟持し、
前記曲げ型を前記パンチが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の内周側の縦壁と、該縦壁につながるフランジ部とを成形した後に、
前記素材金属板を該ブランクホルダーで該ダイに押し付けて挟持する状態を維持しながら、前記ダイと前記ブランクホルダーを該素材金属板に対して該ブランクホルダーが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の外周側の縦壁と該縦壁につながるフランジ部を成形することによって、前記プレス部品を成形すること
を特徴とするプレス部品の製造方法。

すなわち、この本発明では、素材金属板における天板部に成形される部分をパッドによりパンチに押し付けて挟持し、さらに、素材金属板における天板部に成形される部分よりＬ字状の湾曲部の外側になる部分をブランクホルダーでダイに押し付けて挟持しながら、曲げ型をパンチが配置されている方向へ移動して湾曲部の内周側の縦壁およびフランジ部を成形した後に、素材金属板をブランクホルダーでダイに押し付けて挟持する状態を維持しながら、ダイとブランクホルダーを素材金属板に対してブランクホルダーが配置されている方向へ移動して湾曲部の外周側の縦壁およびフランジ部を成形する。

この際、湾曲部の内周側の縦壁およびフランジ部を成形する過程では、湾曲部の外周側の縦壁およびフランジは成形されないため、成形中の素材金属板は湾曲部の内周側からのみ引っ張られることになり、素材金属板における天板部に成形される部分は湾曲部の内周側に流入する。そのため、絞り成形の場合と異なり、素材金属板における湾曲部の内周側に成形される部分は、成形の過程で湾曲部の曲率の内周側から外周側にあまり大きく移動しない。さらに、素材金属板における長手方向の先端が湾曲部の内周側に流入することにより素材金属板が全体が曲げられ、湾曲部の内周側のフランジ部では圧縮傾向になるため、成形時の湾曲部の内周側のフランジ部の伸び量は、絞り成形に比べて、大幅に低減される。

また、湾曲部の内周側の縦壁部およびフランジ部の成形過程で、天板部と外周側のフランジ部も湾曲部の内側方向に流入するので、圧縮応力が残った状態になる。したがって、湾曲部の外周側の縦壁およびフランジ部を成形する過程で材料が大きく伸ばされる、湾曲部の外周側の縦壁と天板部との会合部である角部も、圧縮応力が残った状態から張り出した形状に成形されことになるため、圧縮応力のない状態から成形される絞り成形の場合に比べて、必要とされる材料の伸び性が小さくなる。

このため、従来技術である絞り成形を行った場合に素材金属板が大きく伸ばされて、高強度の金属板（例えば引張強度が５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板）を使用した場合に割れが発生する湾曲部の内周側のフランジ部、および湾曲部の外周側の縦壁と天板部との会合部である角部における素材金属板の伸びを小さくすることが可能になるので、伸び性の低い高強度の金属板を使用しても割れなく成形することが可能になる。

さらに、湾曲部の内周側の縦壁およびフランジ部は、曲げ型により曲げ成形されるので、湾曲部の内周側の部分や長手方向の先端部分については、絞り成形持に必要であったしわ押さえ領域が不要になるのでその分素材金属板を小さくでき、成形後にトリムして除去する部分を減らすことができ、高い材料歩留まりでの成形も可能になる。
（２）前記パンチは、前記天板部、前記縦壁、および前記Ｌ字状の湾曲部の内周側に位置する縦壁につながる前記フランジ部それぞれの板厚裏面側の形状を含む形状を有し、前記ブランクホルダーは、前記湾曲部の外周側に位置する縦壁につながるフランジ部の板厚裏面側の形状を含む形状を有し、前記パッドは、該ブランクホルダーに対向するように前記天板部の板厚表面側の形状を含む形状を有し、前記ダイは、前記湾曲部の外周側に位置する縦壁、および該縦壁につながるフランジ部それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有するとともに、前記曲げ型は、前記湾曲部の内周側に位置する縦壁、および該縦壁につながるフランジ部それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有することを特徴とする（１）項に記載されたプレス部品の製造方法。
（３）前記素材金属板は、予加工された金属板である（１）項または（２）項に記載されたプレス部品の製造方法。
（４）前記プレス部品の成形後に、前記ブランクホルダーを前記パンチに対して相対的に動かないように固定して、前記ブランクホルダーが成形された該プレス部品を前記ダイに押し付け加圧しないようにして、前記ブランクホルダーと前記パンチに対し、前記パッドと前記ダイおよび前記曲げ型とを相対的に離すことにより前記プレス部品を金型の中から取り出すことを特徴とする（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
（５）前記素材金属板は、板厚が０．８ｍｍ以上でかつ３．２ｍｍ以下で、さらに引張強度が５９０ＭＰａ以上で１８００ＭＰａ以下の高張力鋼板であることを特徴とする（１）項から（４）項までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
（６）平面視で前記天板部の幅は３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、側面視で前記縦壁の高さは３００ｍｍ以下であるとともに、平面視で前記湾曲部の内周側の曲率は５ｍｍ以上であることを特徴とする（１）項から（５）項までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
（７）パンチおよびブランクホルダーと、該パンチおよびブランクホルダーに対向して配置されるパッド、ダイおよび曲げ型とを備え、素材金属板にプレス加工を行って、天板部と、該天板の両側につながる２つの縦壁と、該２つの縦壁それぞれにつながる２つのフランジとにより構成されるハット形状の断面を有するとともに平面視で長手方向へ湾曲する湾曲部を有することによりＬ字状ハット断面形状を有するプレス部品、もしくは、該Ｌ字状ハット断面形状をその一部に有するプレス部品に成形するプレス部品の製造装置であって、
前記パッドは、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分を前記パンチに押し付けて挟持し、さらに、前記ブランクホルダーは、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分より前記湾曲部の外側になる部分を前記ダイに押し付けて挟持し、前記曲げ型が前記パンチが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の内周側の縦壁と、該縦壁につながるフランジ部とを成形する第１の成形を行うこと、および、
該第１の成形を行った後に、前記ブランクホルダーが前記素材金属板を前記ダイに押し付けて挟持する状態を維持しながら、前記ダイと前記ブランクホルダーが該素材金属板に対して該ブランクホルダーが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の外周側の縦壁と該縦壁につながるフランジ部を成形する第２の成形を行うことによって、前記プレス部品を成形すること
を特徴とするプレス部品の製造装置。
（８）成形完了後の離型時に、前記ブランクホルダーを前記パンチに対して相対的に動かないように固定するロック機構を備えることを特徴とする（７）項に記載されたプレス部品の製造装置。
（９）前記パッドおよび前記ダイを昇降自在に支持するとともに前記曲げ型と一体に構成されるサブベースと、該サブベースを出入り自在に支持するダイベースとを有する（７）項または（８）項に記載されたプレス部品の製造装置。
（１０）前記ダイを昇降自在に支持するとともに前記曲げ型と一体に構成されるサブベースと、前記パッドを昇降自在に支持するとともに前記サブベースを出入り自在に支持するダイベースとを有する（７）項または（８）項に記載されたプレス部品の製造装置。

本発明によれば、引張強度が２００〜１６００ＭＰａの素材金属板、特に引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度材からなる素材金属板にプレス成形を行って、ハット断面を有するとともに平面視で長手方向にＬ字状に湾曲したプレス部品を、しわや割れを発生させることなくかつ歩留まり良く、製造することができるようになる。

図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明に係る金型構成と成形工程を示す断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明に係る他の金型構成と成形工程を示す断面図である。 図３（ａ）は、素材金属板の成形前の形状を示す平面図であり、図３（ｂ）は素材金属板の成形過程での形状を示す平面図である。 図４は、本発明における材料の流れを示す平面図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明で用いる金型の一例を示す説明図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、本発明で用いる金型の他の一例を示す説明図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、本発明で用いる金型の他の一例を示す説明図である。 図８は、図７に示す金型の分解斜視図である。 図９（ａ）〜図９（ｃ）は、比較例１〜３と実施例１〜３において成形するプレス部品１を示す、それぞれ正面図、平面図、右側面図である。 図１０は、比較例１〜３で用いた素材金属板の形状を示す平面図である。 図１１は、実施例１〜３で用いた素材金属板の形状を示す平面図である。 図１２は、実施例１〜３で用いた金型の構成を示す斜視図である。 図１３（ａ）は、実施例４で用いた素材金属板の形状を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、プレス成形品の斜視図である。 図１４（ａ）は、実施例５で用いた素材金属板の形状を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、プレス成形品の斜視図である。 図１５は、実施例６で用いた素材金属板の形状を示す平面図である。 図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、実施例６で成形した中間形状を示す、それぞれ、正面図、平面図、右側面図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、実施例６で成形したプレス部品の形状を示す、それぞれ、正面図、平面図、右側面図である。 図１８は、実施例６で本発明により成形を行うための金型構成を示す斜視図である。 図１９は、ハット断面を有するとともに平面視および側面視で長手方向に真っ直ぐな形状を有する骨格部材の一例の斜視図である。 図２０は、ハット断面を有する骨格部材であるフロントピラーの説明図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は平面図である。 図２１は、ハット断面を有するとともに平面視で長手方向にＬ字状に湾曲した形状である部品を示す斜視図である。 図２２は、ハット断面を有するとともに長手方向にＬ字状に湾曲した形状を有するプレス部品を曲げ成形により製造した状態を示す斜視図である。 図２３は、成形しようとする長手方向にＬ字状に湾曲した部品を示す説明図であり、図２３（ａ）は斜視図、図２３（ｂ）は上面視図である。 図２４は、絞り成形の場合の素材金属板の形状と素材金属板の中のしわ押さえ領域を示す平面図である。 図２５（ａ）〜図２５（ｄ）は、絞り成形のための金型構造と絞り成形の過程を示す断面図である。 図２６は、絞り成形された絞りパネルの斜視図である。 図２７は、絞り成形における材料の流れを説明する平面図である。

本発明に係るプレス部品とその製造方法および製造装置を、順次説明する。
１．プレス部品１
上述した図２１にその形状を例示するように、プレス部品１は、ハット断面を有するとともに平面視で長手方向へＬ字状に湾曲した湾曲部１ａを有する。

プレス部品１は、天板部１１と、天板部１１の両側につながる縦壁１２，１４と、縦壁１２，１４にそれぞれつながるフランジ部１３，１５とにより構成されるハット形状の断面を有するとともに、長手方向（図３における両矢印方向）へ湾曲部１ａにより湾曲することにより平面視でＬ字状の形状を有する。

また、プレス部品１は、自動車用の骨格部材で一般的に使われる、板厚が０．８ｍｍ以上でかつ３．２ｍｍ以下で、さらに引張強度が５９０ＭＰａ以上で１８００ＭＰａ以下の高張力鋼板からなる素材金属板により、構成される。自動車用の骨格部材としての強度などの性能を確保するためには、素材金属板は引張強度が２００ＭＰａ以上で１８００ＭＰａ以下であることが好ましいが、引張強度が５００ＭＰａ以上、さらには５９０ＭＰａ以上であると板厚を薄くすることができ、部品を軽量化できるのでより好ましく、さらに、７００ＭＰａ以上であることが最も好ましい。

この高張力鋼板を用いる場合、平面視で天板部１１の幅が広過ぎると、湾曲部１ａの内周側の縦壁１４およびフランジ部１５を成形する際に、素材金属板の流入抵抗が大きくなり、素材金属板の湾曲部１ａの内周側への流入が不十分になる。このため、天板部１１の幅は４００ｍｍ以下にすることが望ましい。一方、天板部１１の幅が狭過ぎると、ガスクッション等のパッドの加圧装置を小さくしなければならないために十分なパッドの加圧力を確保できなくなる。このため、天板部１１の幅は３０ｍｍ以上であることが望ましい。

さらに、側面視で縦壁１２，１４の高さが高過ぎると、湾曲部１ａの内周側の縦壁１４およびフランジ部１５を成形する際に、素材金属板の流入抵抗が大きくなり、素材金属板の湾曲部１ａの内周側への流入が不十分になる。このため、縦壁１２，１４の高さが３００ｍｍ以下であることが望ましい。

また、平面視で湾曲部１ａの内周側の曲率が小さ過ぎると、湾曲部１ａの内周側のフランジ部１５を成形する際に、素材金属板の湾曲部１ａの内周側への流入が不十分になるので、平面視で湾曲部１ａの内周側の縦壁１４の曲率は５ｍｍ以上であることが望ましい。

このように、平面視で天板部１１の幅は３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、側面視で縦壁１２，１４の高さは３００ｍｍ以下であるとともに、平面視で湾曲部１ａの内周側の曲率は５ｍｍ以上であることが、それぞれ好ましい。

さらに、プレス部品１の板厚の減少率：｛（板厚最大値−板厚最小値）／板厚最大値｝×１００は、１５％以下である。このように低い板厚減少率を有するプレス部品１は、これまで存在しない。自動車車体の構造部材であるプレス部品１の板厚減少率がこのように低いことから、優れた衝突安全性能を有するとともに、引張強度が５９０ＭＰａ以上で１８００ＭＰａ以下の高張力鋼板により構成されるために車体の軽量化を図ることができる。

２．プレス部品の製造方法および製造装置
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明に係る金型構成と成形工程を示す断面図である。

本発明では、素材金属板にプレス成形を行ってプレス部品１を成形するために、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す金型を用いる。

この金型は、パンチ７２およびブランクホルダー７３と、パンチ７２およびブランクホルダー７３に対向して配置されるパッド７４、ダイ７１および曲げ型７５と備える。

パンチ７２は、プレス部品１の天板部１１、湾曲部１ａの内周側に位置する縦壁１４およびフランジ部１５それぞれの板厚裏面側の形状を含む形状を有する。

ブランクホルダー７３は、湾曲部１ａの外周側に位置する縦壁１２につながるフランジ部１３の板厚裏面側の形状を含む形状を有する。

パッド７４は、ブランクホルダー７３に対向するように天板部１１の板厚表面側の形状を含む形状を有する。

ダイ７１は、湾曲部１ａの外周側に位置する縦壁１２およびフランジ部１３それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有する。

さらに、曲げ型７５は、湾曲部１ａの内周側に位置する縦壁１４およびフランジ部１５それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有する。

図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明に係る他の金型構成と成形工程を示す断面図である。

図１に示す金型との違いは、パンチ７２に後述するロック機構７６が装着されている点と、曲げ型７５がサブベース（図示しない）に装着されている点である。

ロック機構７６は、パンチ７２に対して出入り自在に配置されたピンにより構成される。ロック機構７６は、成形開始から成形下死点まで（図２（ａ）〜図２（ｄ））はパンチ７２に完全に収容されており、成形下死点においてブランクホルダー７３側へ出てブランクホルダー７３をパンチ７２に固定する。ロック機構７６は、離型時にブランクホルダー７３をパンチ７２に固定した状態でダイ７５、パッド７４およびサブベースを上昇させて離型することにより、成形されたプレス部品１がパット圧により損傷することを防ぐ。

ロック機構７６として、パッド７４とサブベース(曲げ型７５)およびダイ７５(絞り型)との位置関係を固定（保持）して離型する機構を用いてもよい。例えば、（ａ）パッド７４をサブベースと固定し、また同時にダイ７５（絞り型）をパッド７４またはサブベースと固定して離型するようにしてもよいし、（ｂ）スぺーサーを挿入することによりブランクホルダー７３とパッド７４との間隔を固定して離型してもよいし、（ｃ）パッド７４と曲げ型７５の位置関係を固定(保持)して離型するようにしてもよい。サブベースは後述する。

これらの金型を用いて素材金属板をプレス部品１に成形する。
図３（ａ）は、素材金属板８の成形前の形状を示す平面図であり、図３（ｂ）は素材金属板８の成形過程での形状を示す平面図である。さらに、図４は、本発明における材料の流れを示す平面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、図３（ａ）に示す形状を有する素材金属板８を、パンチ７２およびブランクホルダー７３と、パッド７４およびダイ７１および曲げ型７５との間に配置する。

次に、図１（ｂ）に示すように、素材金属板８における天板部１１に成形される部分をパッド７４によりパンチ７２に押し付けて加圧、挟持するとともに、素材金属板８における天板部１１に成形される部分より湾曲部１ａの外側になる部分をブランクホルダー７３によりダイ７１に押し付けて加圧、挟持する。

次に、そして図１（ｃ）に示すように、曲げ型７５をパンチ７２が配置されている方向に相対的に動かして、素材金属板８を加工して湾曲部１ａの内周側の縦壁部１４およびフランジ部１５を成形することにより、素材金属板８を図３（ｂ）に示す形状に成形する。

このとき、素材金属板８は湾曲部１ａの内側のみから引っ張れるため、パンチ７２およびブランクホルダー７３とパッド７４およびダイ７１に挟持される部分も湾曲部１ａの内周側に流入して成形される。

このため、湾曲部１ａの外側と内側の両方から引っ張られる絞り成形の場合（図２７参照）とは異なり、図４に示すように、湾曲部１ａの内周側のフランジ部（Ｄ部）では、素材金属板８は、成形の過程で湾曲部１ａの曲率の内側から外側にあまり大きく移動せず、さらに、素材金属板８の長手方向の先端が湾曲部１ａの内周側に流入することにより素材金属板８の全体が曲げられる。そして、その曲げの内側になる湾曲部１ａの内側のフランジ部１５（Ｄ部）は圧縮傾向になる。このため、成形時における湾曲部１ａの内周側のフランジ部１５（Ｄ部）の伸び量は、絞り成形に比べて大幅に低減する。

さらに、図１（ｄ）に示すように、湾曲部１ａの内側の縦壁部１４とフランジ部１５の成形が終わった後に、素材金属板８をブランクホルダー７３でダイ７１に押し付けて加圧、挟持する状態を維持しながら、ダイ７１およびブランクホルダー７３を素材金属板８に対してブランクホルダー７３が配置されている方向に相対的に動かして、素材金属板８を加工して湾曲部１ａの外周側の縦壁１２およびフランジ部１３を成形する。このようにして、図３に示すプレス部品１を成形する。

このとき、湾曲部１ａの内周側の縦壁部１４およびフランジ部１５の成形過程では、天板部１１に成形される部分とフランジ部１５も湾曲部１ａの内周側に流入して長手方向に縮んで圧縮応力が残った状態になっているので、成形の過程で大きく伸ばされる湾曲部１ａの外周側の縦壁１２と天板１１との会合部である角部（図４のＣ部）も、圧縮応力が残った状態から張り出した形状に成形されることになる。このため、圧縮応力のない状態から成形される絞り成形の場合に比べて、必要とされる材料の伸び性が小さくなる。その結果、伸び特性の低い高強度材（例えば５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板）を素材金属板８として用いても、割れの発生を抑制して良好に成形することが可能になる。

また、湾曲部１ａの内周側の縦壁部１４およびフランジ部１５の成形時には、曲げ型７５により曲げ成形されるので、湾曲部１ａの内周側の部分や長手方向の先端部分については、絞り成形持に必要であったしわ押さえ領域が不要になるので、素材金属板８を小さくすることができ、高い材料歩留まりでの成形が可能になる。

最後に、図１（ｅ）に示すように、プレス部品１の成形が完了した後に、金型の中から成形後のプレス部品１を取り出す際には、例えばロック機構７６により、ブランクホルダー７３をパンチ７２に対して相対的に動かないように固定して、ブランクホルダー７３が成形後のプレス成形品１をダイ７１に押し付けて加圧しないようにして、ブランクホルダー７３とパンチ７２に対して、パッド７４とダイ７１および曲げ型７５とを相対的に離してから取り出す。これにより、成形後のプレス部品１を、加圧されたパッド７４とブランクホルダー７３とにより変形して損傷することなく、取り出すことができる。

以上がプレス部品の製造装置の概要であるが、金型の構造についてさらに詳しく説明する。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明で用いる金型の一例を示す説明図である。ロック機構７６は図５〜７では省略してある。

この金型は、曲げ型７５とダイ（絞り型）７１とパッド７４とをそれぞれダイベース７７に直接支持させるとともに、それぞれがダイベース７７に対して単独で駆動するものである。この金型は、曲げ型７５や絞り型７３を支持するフレーム等を用いないために全体を小型化できる。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、本発明で用いる金型の他の一例を示す説明図である。
この金型は、サブベース７５でパッド７４とダイ７１（絞り型）を抱える構造とし、パッド７４とダイ７１（絞り型）の偏芯荷重を、曲げ型と一体のサブベース７５で受けることにより、上記図５に示す金型例より金型変形への改善が図れる。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、本発明で用いる金型の他の一例を示す説明図であり、図８は、この金型の分解斜視図である。

この金型は、サブベース７５ではなくダイベース７７にパッド７４を組み込むことにより、サブベース７５に掛かるパット７４の荷重負担を回避できる。サブベースに掛かる垂直方向の荷重は一体の曲げ型から受けるのみになるため、上記図６に示す金型例よりサブベースの金型変形の改善が図れる。

図５（ａ）〜図５（ｄ）、図６（ａ）〜図６（ｄ）、図７（ａ）〜図７（ｄ）に例示する金型は、いずれも、本開発に係る製造方法を実施するのに特に有効な構造を有する金型であるが、金型の変形を抑制する構造は金型のコストやサイズに影響するため、製造する部品の大きさや形状、さらには使用する素材鋼板の強度などを勘案して金型に必要な剛性を考慮して、どの構造を有する金型を用いればよいかを、適宜決定すればよい。

図９（ａ）〜図９（ｃ）は、比較例１〜３と実施例１〜３において成形するプレス部品１を示す、それぞれ正面図、平面図、右側面図である。図１０は、比較例１〜３で用いた素材金属板８の形状を示す平面図である。図１１は、実施例１〜３で用いた素材金属板８の形状を示す平面図である。さらに、図１２は、実施例１〜３で用いた金型の構成を示す斜視図である。

表１に、比較例１〜３および実施例１〜６の結果をまとめて示す。
比較例１〜３および実施例１〜３では、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す形状のプレス部品１を、素材金属板として破断強度が２７０，５９０，９８０ＭＰａで板厚が１．２ｍｍの鋼板を用い、製造方法として従来技術である絞り成形法，本発明法により、それぞれ製造した。

なお、図９〜１１中の数値の単位はｍｍである。なお、表１における材料歩留まりは、素材金属板に対し部品となった材料の割合である。

比較例１および実施例１は、破断強度が２７０ＭＰａ伸び性に優れた低強度の鋼板を素材金属板として用いてプレスを行った例であり、どちらも割れなく成形できたが、材料歩留まりは、比較例１に比べて実施例１の方が非常に高く有利であることが確認できた。

比較例２，３と実施例２，３は、伸び性の低い高強度鋼板を素材金属板として用いてプレスを行った例であり、比較例２，３では割れが発生し成形できなかったが、実施例２，３によれば割れなく良好に成形できた。

図１３（ａ）は、実施例４で用いた素材金属板８の形状を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、プレス成形品１の斜視図である。

実施例４では、図１３（ｂ）に示す形状のプレス部品１を、図１３（ａ）に示す形状の予加工した破断強度５９０ＭＰａで板厚１．２ｍｍの鋼板を素材金属板として用いて成形した例である。このような平板状でない素材金属板を用いても良好に成形が可能であることが確認できた。

図１４（ａ）は、実施例５で用いた素材金属板８の形状を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、プレス成形品１の斜視図である。

実施例５は、図１４（ｂ）に示す形状を図１４（ａ）に示す平板状の破断強度５９０ＭＰａで板厚が１．２ｍｍの鋼板を素材金属板として用いて成形した例である。天板部は平坦ではないが、パッドによる加工により天板部が加工されることにより良好に成形できた。

図１５は、実施例６で用いた素材金属板の形状を示す平面図であり、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、実施例６で成形した中間形状を示す、それぞれ、正面図、平面図、右側面図であり、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、実施例６で成形したプレス部品１の形状を示す、それぞれ、正面図、平面図、右側面図であり、図１８は、実施例６で本発明により成形を行うための金型構成を示す斜視図である。

実施例６は、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示す複雑な形状を、伸び性の低い引張強度が９８０ＭＰａ，板厚１．２ｍｍの高強度鋼板を素材金属板として用いて成形した例である。素材金属板として、図１５に示す形状の素材金属板を、図１８に示す構成の金型を用いて、本発明により図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示す中間形状に成形し、さらに後加工することにより図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示す形状のプレス部品１を、割れおよびしわの発生無く良好に成形できた。

１ プレス部品
１ａ 湾曲部
８ 素材金属板
１１ 天板部
１２ 湾曲部の外周側の縦壁
１３ 湾曲部の外周側のフランジ部
１４ 湾曲部の内周側の縦壁
１５ 湾曲部の内周側のフランジ部
２ 部品
２１ 天板
２２ Ｌ字状湾曲の外側の縦壁
２３ Ｌ字状湾曲の外側の縦壁につながるフランジ
２４ Ｌ字状湾曲の内側の縦壁
２５ Ｌ字状湾曲の内側の縦壁につながるフランジ
３ 素材金属板
４１ ダイ
４２ パンチ
４３ ブランクホルダー
５ 絞りパネル
６ 絞りパネル
７１ ダイ
７２ パンチ
７３ ブランクホルダー
７４ パッド
７５ 曲げ型

Claims (10)

1. 素材金属板にプレス加工を行うことにより、天板部と、該天板の両側につながる２つの縦壁と、該２つの縦壁それぞれにつながる２つのフランジとにより構成されるハット形状の断面を有するとともに平面視で長手方向へ湾曲する湾曲部を有することによりＬ字状ハット断面形状を有するプレス部品、もしくは、該Ｌ字状ハット断面形状をその一部に有するプレス部品に成形するプレス部品の製造方法であって、
   パンチおよびブランクホルダーと、パッド、ダイおよび曲げ型との間に素材金属板を配置し、
   該素材金属板における前記天板部に成形される部分を前記パッドにより前記パンチに押し付けて挟持し、さらに、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分より前記湾曲部の外側になる部分を前記ブランクホルダーで該ダイに押し付けて挟持し、
   前記曲げ型を前記パンチが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の内周側の縦壁と、該縦壁につながるフランジ部とを成形した後に、
   前記素材金属板を該ブランクホルダーで該ダイに押し付けて挟持する状態を維持しながら、前記ダイと前記ブランクホルダーを該素材金属板に対して該ブランクホルダーが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の外周側の縦壁と該縦壁につながるフランジ部を成形することによって、前記プレス部分を成形すること
   を特徴とするプレス部品の製造方法。
2. 前記パンチは、前記天板部、前記湾曲部の内周側に位置する縦壁および該縦壁につながる前記フランジ部それぞれの板厚裏面側の形状を含む形状を有し、前記ブランクホルダーは、前記湾曲部の外周側に位置する縦壁につながるフランジ部の板厚裏面側の形状を含む形状を有し、前記パッドは、該ブランクホルダーに対向するように前記天板部の板厚表面側の形状を含む形状を有し、前記ダイは、前記湾曲部の外周側に位置する縦壁、および該縦壁につながるフランジ部それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有するとともに、前記曲げ型は、前記湾曲部の内周側に位置する縦壁、および該縦壁につながるフランジ部それぞれの板厚表面側の形状を含む形状を有することを特徴とする請求項１に記載されたプレス部品の製造方法。
3. 前記素材金属板は、予加工された金属板である請求項１または請求項２に記載されたプレス部品の製造方法。
4. 前記プレス部品の成形後に、前記ブランクホルダーを前記パンチに対して相対的に動かないように固定して、前記ブランクホルダーが成形された該プレス部品を前記ダイに押し付け加圧しないようにして、前記ブランクホルダーと前記パンチに対し、前記パッドと前記ダイおよび前記曲げ型とを相対的に離すことにより前記プレス部品を金型の中から取り出すことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
5. 前記素材金属板は、板厚が０．８ｍｍ以上でかつ３．２ｍｍ以下で、さらに引張強度が５９０ＭＰａ以上で１８００ＭＰａ以下の高張力鋼板であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
6. 平面視で前記天板部の幅は３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、側面視で前記縦壁の高さは３００ｍｍ以下であるとともに、平面視で前記湾曲部の内周側の曲率は５ｍｍ以上であること
   を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたプレス部品の製造方法。
7. パンチおよびブランクホルダーと、該パンチおよびブランクホルダーに対向して配置されるパッド、ダイおよび曲げ型とを備え、素材金属板にプレス加工を行って、天板部と、該天板の両側につながる２つの縦壁と、該２つの縦壁それぞれにつながる２つのフランジとにより構成されるハット形状の断面を有するとともに平面視で長手方向へ湾曲する湾曲部を有することによりＬ字状ハット断面形状を有するプレス部品、もしくは、該Ｌ字状ハット断面形状をその一部に有するプレス部品に成形するプレス部品の製造装置であって、
   前記パッドは、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分を前記パンチに押し付けて挟持し、さらに、前記ブランクホルダーは、前記素材金属板における前記天板部に成形される部分より前記湾曲部の外側になる部分を前記ダイに押し付けて挟持し、前記曲げ型が前記パンチが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の内周側の縦壁と、該縦壁につながるフランジ部とを成形する第１の成形を行うこと、および、
   該第１の成形を行った後に、前記ブランクホルダーが前記素材金属板を前記ダイに押し付けて挟持する状態を維持しながら、前記ダイと前記ブランクホルダーが該素材金属板に対して該ブランクホルダーが配置されている方向へ相対的に移動して前記素材金属板を加工することにより、前記湾曲部の外周側の縦壁と該縦壁につながるフランジ部を成形する第２の成形を行うことによって、前記プレス部品を成形すること
   を特徴とするプレス部品の製造装置。
8. 成形完了後の離型時に、前記ブランクホルダーを前記パンチに対して相対的に動かないように固定するロック機構を備えることを特徴とする請求項７に記載されたプレス部品の製造装置。
9. 前記パッドおよび前記ダイを昇降自在に支持するとともに前記曲げ型と一体に構成されるサブベースと、該サブベースを出入り自在に支持するダイベースとを有する請求項７または請求項８に記載されたプレス部品の製造装置。
10. 前記ダイを昇降自在に支持するとともに前記曲げ型と一体に構成されるサブベースと、前記パッドを昇降自在に支持するとともに前記サブベースを出入り自在に支持するダイベースとを有する請求項７または請求項８に記載されたプレス部品の製造装置。

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