JP6052479B1 - プレス成形品の製造方法、プレス成形品及びプレス装置 - Google Patents

プレス成形品の製造方法、プレス成形品及びプレス装置 Download PDF

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Abstract

本開示に係るプレス成形品を製造する方法は、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、急湾曲部を有する壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びるフランジとを含むプレス成形品の製造方法であって、プレスによって、仮フランジとを含む中間成形品を成形する第1工程と、プレスによって、前記仮フランジにおける前記急湾曲部に繋がる特定部分が前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の各部で一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているように前記仮フランジを変形させて、前記仮フランジを前記フランジにする第2工程と、を含む。

Description

本開示は、プレス成形品の製造方法、プレス成形品及びプレス装置に関する。
自動車の車体は、多数の成形パネルの縁部同士を重ね合わせて、スポット溶接により接合して箱体とし、この箱体の要所に構造部材をスポット溶接により接合することにより、組み立てられる。例えば、自動車の車体の側部(ボディサイド)には、構造部材として、フロアパネルの両側部に接合されるサイドシル、サイドシルの前部に上方へ向けて立設されるAピラーロアー及びAピラーアッパー、Aピラーアッパーの上端部に接合されるルーフレール、更には、サイドシル及びルーフレールを接合するBピラー等が用いられる。
Aピラーロアー、Aピラーアッパー、ルーフレール等の構造部材の構成要素(例えば、それぞれのアウターパネル)は、一般的に、長手方向へ延びて存在する天板と、この天板の両側にそれぞれつながる2つの凸稜線部と、これら2つの凸稜線部にそれぞれつながる2つの縦壁と、これら2つの縦壁にそれぞれつながる2つの凹稜線部と、これら2つの凹稜線部にそれぞれつながる2つのフランジとからなる略ハット型の横断面形状を有することが多い。
上述の構成要素は、比較的複雑な横断面形状を有するとともに長尺である。そこで、製造コストの上昇を抑制するために、上述の構成要素は、一般的に、冷間でのプレス成形により製造されている。また、燃費向上のための車体の軽量化及び強度向上を両立するために、上述の構造部材として、例えば、引張強度が440MPa以上の高張力鋼板を用いる薄肉化も推進されている。
しかし、高張力鋼板を冷間でのプレス成形により、例えば、ルーフレールアウターパネル(以下、ルーフ部材という。ルーフ部材とは、自動車の構造部材である。)のような、長手方向に湾曲している構成要素を製造しようとすると、プレス型から離型の際にスプリングバックが発生して、天板にねじれが生じるおそれがある。その結果、ルーフ部材を所望の形状に成形できないという形状凍結性の問題が生じる。
例えば、日本国特許出願公開2004−314123号公報(以下、特許文献1という。)には、長手方向へ均一なハット型の横断面を有するプレス成形品を製造する際に、段差を付与することにより口開きの発生を抑制して形状凍結性を高める発明が開示されている。
また、日本国特許第5382281号明細書(以下、特許文献2という。)には、天板、縦壁及びフランジを有し、長手方向に湾曲するプレス成形品を製造する際に、1工程目で形成したフランジを2工程目で曲げ戻してフランジの残留応力を低減することで形状凍結性を高める発明が開示されている。
特許文献1に開示された発明により、例えば、Aピラーロアー、Aピラーアッパー及びルーフレールの構成部材の構成要素のような、その長手方向に湾曲した形状のプレス成形品を製造すると、離型後のスプリングバックにより湾曲壁に曲がりが生じ、所望の形状に成形できない。
特許文献2に開示された発明により、長手方向及び高さ方向へ湾曲するとともに長手方向中心付近に屈曲部を有するプレス成形品を製造すると、フランジの残留応力、縦壁及び天板の面内の残留応力並びに縦壁及び天板の面内の偏差残留応力が発生する。その結果、プレス成形品には離型後のスプリングバックにより天板側から見た曲がりが生じ、所望の形状に成形できない。
本開示は、天板側から見た曲がりの発生が抑制されたプレス成形品の製造方法の提供を目的とする。ここで、本明細書において、プレス成形品とは、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びるフランジとを含む。
本開示に係るプレス成形品の製造方法は、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びるフランジとを含むプレス成形品の製造方法であって、プレスによって、前記天板と、前記壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びる仮フランジとを含む中間成形品を成形する第1工程と、プレスによって、前記仮フランジにおける前記急湾曲部に繋がる特定部分が前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の各部で一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているように前記仮フランジを変形させて、前記仮フランジを前記フランジにする第2工程と、を含む。
本開示に係るプレス成形品は、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁と、該壁の他端に繋がり、前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延び、前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているフランジと、を備えている。
また、本開示に係るプレス成形品は、上記のプレス成形品であって、前記フランジにおける前記急湾曲部に繋がっている部分のビッカース硬さの値は、前記フランジにおける前記急湾曲部に対して前記長手方向の一端側及び他端側の前記壁に繋がっている部分のうちビッカース硬さの値が大きい部分のビッカース硬さの値よりも小さい。
本開示に係るプレス装置は、第1ダイと第1パンチとでブランクをプレスして中間成形品を成形する第1プレス装置と、第2ダイと第2パンチとで前記中間成形品をプレスする第2プレス装置とを備えたプレス装置であって、前記第1ダイには、長尺な第1底面と、第1側面とを含んで構成される長尺な第1溝が形成され、前記第1側面は、前記第1底面の短手方向の端部に一端が繋がり、型閉じ方向から見て前記第1底面側と反対側に凸状に湾曲し、前記第1底面の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい第1急湾曲部を有する第1湾曲面と、該第1湾曲面の他端に繋がり、型閉じ方向から見て前記第1底面側と反対側に形成され、前記第1湾曲面に対して傾斜する第1傾斜面とを含んで構成され、前記第1パンチの形状は、型閉じ時に前記第1溝の形状に合わせて嵌る形状である、第1プレス装置と、前記第2ダイには、長尺な第2底面と、第2側面とを含んで構成される長尺な第2溝が形成され、前記第2側面は、前記第2底面の短手方向の端部に一端が繋がり、前記第1急湾曲部に対応する位置に形成され、型閉じ方向から見て前記第2底面側と反対側に凹状に湾曲し、前記第2底面の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい第2急湾曲部を有する第2湾曲面と、該第2湾曲面の他端に繋がり、型閉じ方向から見て前記第2底面側と反対側に形成され、前記第2急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の一端から他端に亘って連続的に増加又は減少している第2傾斜面とを含んで構成され、前記第2パンチの形状は、型閉じ時に前記第2溝の形状に合わせて嵌る形状である、第2プレス装置と、を備えている。
本開示に係るプレス成形品の製造方法を用いれば、天板側から見た曲がりの発生が抑制されたプレス成形品を製造することができる。
本開示に係るプレス成形品は、天板側から見た曲がりが小さい。
本開示に係るプレス装置を用いれば、天板側から見た曲がりの発生が抑制されたプレス成形品を製造することができる。
本実施形態のルーフ部材の上面図及びルーフ部材の一端部の正面図である。 本実施形態のルーフ部材の一部を断面とした斜視図である。 図2AにおけるB−B切断線により切断させたルーフ部材の断面図(B−B断面図)である。 図2AにおけるC−C切断線により切断させたルーフ部材の断面図(C−C断面図)である。 図2AにおけるD−D切断線により切断させたルーフ部材の断面図(D−D断面図)である。 図2AにおけるE−E切断線により切断させたルーフ部材の断面図(E−E断面図)である。 図2AにおけるF−F切断線により切断させたルーフ部材の断面図(F−F断面図)である。 本実施形態の中間成形品の一部を断面とした斜視図である。 図3AにおけるB−B切断線により切断させた中間成形品の断面図(B−B断面図)である。 図3AにおけるC−C切断線により切断させた中間成形品の断面図(C−C断面図)である。 図3AにおけるD−D切断線により切断させた中間成形品の断面図(D−D断面図)である。 図3AにおけるE−E切断線により切断させた中間成形品の断面図(E−E断面図)である。 図3AにおけるF−F切断線により切断させた中間成形品の断面図(F−F断面図)である。 本実施形態のルーフ部材の製造方法における第1工程で用いられる第1プレス装置の金型の斜視図である。 本実施形態のルーフ部材の製造方法における第1工程で用いる第1プレス装置の縦断面図である。 本実施形態のルーフ部材の製造方法における第2工程で用いられる第2プレス装置の金型の斜視図である。 本実施形態のルーフ部材の製造方法における第2工程で用いる第2プレス装置の縦断面図である。 ねじれ及び曲がりの評価方法を説明するための図である。 本実施形態の実施例(実施例1〜12)のルーフ部材のねじれ及び曲がりと、比較例(比較例1〜4)のルーフ部材のねじれ及び曲がりとについてのシミュレーションによる評価結果を示す表である。 本実施形態のルーフ部材のフランジのビッカース硬さを長手方向に沿って一端から他端に亘って測定した値の近時曲線を示すグラフである。
≪概要≫
以下、本開示を実施するための形態、すなわち、本実施形態について説明する。次いで、本実施形態の実施例について説明する。
≪本実施形態≫
以下、本実施形態について説明する。まず、例えば、図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されている、本実施形態のルーフ部材1の構成について説明する。次いで、例えば、図4〜図7に示されている、本実施形態のプレス装置17の構成について説明する。次いで、本実施形態のルーフ部材の製造方法について説明する。次いで、本実施形態の作用について説明する。なお、本実施形態のルーフ部材1は、図9に示される、後述する実施例1に相当する。
<ルーフ部材の構成>
まず、本実施形態のルーフ部材1の構成について、図面を参照しつつ説明する。ここで、ルーフ部材1は、プレス成形品の一例である。
図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、ルーフ部材1は、天板2と、2つの縦壁4a、4bと、2つのフランジ6a、6bと、を一体的に含んで構成されている、断面形状が略ハット型の長尺部材とされている。ルーフ部材1は、一例として、引張強度が1310MPa級の高張力鋼板を素材とする冷間プレス成形品とされている。すなわち、本実施形態のルーフ部材1は、例えば、引張強度が440MPa以上1600MPa以下の高張力鋼板を素材とする冷間プレス成形品とされている。
天板2は、図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、長尺とされている。また、天板2は、天板2の上側から見ると、図1に示されるように、長手方向、すなわち、図中矢印L1に沿って湾曲している。
2つの縦壁4a、4bは、それぞれ天板2の短手方向の両端から延びた状態で互いに対向している。また、2つの縦壁4a、4bは、図1に示されるように、天板2の上側から見て、天板2の長手方向に沿って湾曲している。すなわち、本実施形態の2つの縦壁4a、4bは、それぞれ天板2の短手方向の両端から延びた状態で互いに対向し、天板2の上側から見て湾曲している。縦壁4aは縦壁4b側、すなわち、縦壁4b側に対向する側と反対側に向かって凹状に湾曲し、縦壁4bは縦壁4a側すなわち、縦壁4a側に対向する側と反対側に向かって凸状に湾曲している。別の見方をすると、縦壁4bは、天板2の短手方向の端部にその一端が繋がり、天板2の上側から見て天板2の反対側、すなわち、図中矢印A側に凸状に湾曲している。ここで、縦壁4bは、壁の一例である。
また、ルーフ部材1は、図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、一方の端部1aを含む第1の部分8と、他方の端部1bを含む第3の部分10と、第1の部分8と第3の部分10とを繋ぐ第2の部分9と、を含んで一体的に構成されているといえる。
ここで、本実施形態では、上面視で、すなわち、天板2の上側から見て、第1の部分8の曲率半径R1が一例として2000(mm)より大きく9000(mm)以下とされ、第2の部分9の曲率半径R2が一例として500(mm)以上2000(mm)以下とされ、第3の部分10の曲率半径R3が一例として2000(mm)より大きく9000(mm)以下とされている。また、第1の部分8の縦壁4b(以下、部分4b1という。)の曲率半径R1は一例として2000(mm)より大きく9000(mm)以下とされ、第2の部分9の縦壁4b(以下、部分4b2という。)の曲率半径R2は一例として500(mm)以上2000(mm)以下とされ、第3の部分10の縦壁4b(以下、部分4b3という。)の曲率半径R3は一例として2000(mm)より大きく9000(mm)以下とされている。すなわち、部分4b2は、天板2の長手方向の両側(部分4b1及び部分4b3)よりも曲率半径Rが小さい。ここで、部分4b2は、急湾曲部の一例である。
フランジ6aは、図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、縦壁4aにおける天板2に繋がっている側と反対側の端にその一端が繋がっている。そして、フランジ6aは、天板2の上側から見て天板2の反対側に凹状に湾曲している。なお、フランジ6aは、縦壁4aにおける天板2に繋がっている側と反対側の端における長手方向の全域に繋がっている。そして、フランジ6aは、縦壁4aの板厚方向において天板2とは反対側に延びている。また、フランジ6aにおける縦壁4aに対して形成する角度のうち小さい方の角度は、一例として長手方向全域に亘り120(°)とされている。
フランジ6bは、図1並びに図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、縦壁4bにおける天板2に繋がっている側と反対側の端にその一端が繋がっている。そして、フランジ6bは、天板2の上側から見て天板2の反対側に凸状に湾曲している。また、フランジ6bは、縦壁4bの板厚方向において天板2とは反対側に延びている。なお、フランジ6aは、縦壁4bにおける天板2に繋がっている側と反対側の端における長手方向の全域に繋がっている。
フランジ6bにおける縦壁4bの部分4b1に対して形成する角度のうち小さい方の角度は、図2Fに示されるように、一例として140(°)、すなわち、鈍角とされている。また、フランジ6bにおける縦壁4bの部分4b3に対して形成する角度のうち小さい方の角度は、図2Aに示されるように、一例として150(°)、すなわち、鈍角とされている。これに対して、フランジ6bにおける縦壁4bの部分4b2に対して形成する角度のうち小さい方の角度は、長手方向の各部で異なっている。具体的には、フランジ6bにおける部分4b2の長手方向の各部に対して形成する各角度のうち小さい方の角度は、図2A、B、C、D、E及びFに示されるように、部分4b1との境界で140(°)、部分4b3との境界で150(°)とされ、部分4b1との境界、すなわち、部分4b1の長手方向の一端から部分4b3との境界、すなわち、部分4b1の長手方向の他端に亘って140(°)から150(°)に連続的に増加している。別の見方をすると、フランジ6bにおける部分4b2の長手方向の各部に対して形成する各角度のうち小さい方の角度は、部分4b3との境界で150(°)、部分4b1との境界で140(°)とされ、部分4b3との境界、すなわち、部分4b1の長手方向の一端から部分4b1との境界、すなわち、部分4b1の長手方向の他端に亘って150(°)から140(°)に連続的に減少している。さらに別の見方をすると、部分4b2に繋がっているフランジ6bは、長手方向の一端から他端に亘って捩れている。ただし、フランジ6bにおける部分4b2の長手方向の各部に対して形成する各角度のうち小さい方の角度は、鈍角とされている。
ここで、図10のグラフは、本実施形態のルーフ部材1のフランジ6bのビッカース硬さ(HV)を天板2の長手方向に沿って一端1aから他端1bに亘って測定した値(測定点を■で示す。)の近時曲線をプロットしたものである。本実施形態の場合、フランジ6bにおける第1の部分8の縦壁4b、すなわち、部分4b1に繋がっている部分(以下、部分6b1という。)の短手方向における端部のビッカース硬さ(HV)の値は、一例として410(HV)である。また、フランジ6bにおける第3の部分10の縦壁4b、すなわち、部分4b3に繋がっている部分(以下、部分6b3という。)の短手方向における端部のビッカース硬さ(HV)の値は、一例として420(HV)である。そして、フランジ6bにおける第2の部分9の縦壁4b、すなわち、部分4b2に繋がっている部分(以下、部分6b2という。)の短手方向における端部のビッカース硬さ(HV)の値は、部分6b1との境界で410(HV)であり、部分6b3との境界で420(HV)であり、長手方向における部分6b1との境界から部分6b3との境界までに亘って、徐々に減少し、最小値(一例として395(HV))となり、徐々に増加している。すなわち、部分6b2の端部のビッカース硬さ(HV)の値は、部分6b1の端部及び部分6b3の端部のビッカース硬さ(HV)の値のうち大きい方のビッカース硬さ(HV)の値よりも小さいといえる。別の見方をすると、部分6b2の端部は、部分6b1の端部及び部分6b3の端部のビッカース硬さ(HV)の値のうち小さい方の部分よりも、ビッカース硬さ(HV)の値が小さい部分を有するといえる。さらに別の見方をすると、部分6b2の端部のビッカース硬さ(HV)の値の最小値は、部分6b1の端部及び部分6b3の端部のビッカース硬さ(HV)の値よりも小さいといえる。なお、端部に限らずフランジの短手方向における同じ位置の硬さで有れば、同様に6b2は、部分6b1及び部分6b3のビッカース硬さ(HV)の値のうち小さい方の部分よりも、ビッカース硬さ(HV)の値が小さい部分を有している。
以上が、本実施形態のルーフ部材1の構成についての説明である。
<プレス装置の構成>
次に、本実施形態のプレス装置17の構成について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のプレス装置17は、本実施形態のルーフ部材1を製造するためのものである。プレス装置17は、図4〜図7に示されるように、第1プレス装置18と、第2プレス装置19と、を含んで構成されている。本実施形態のプレス装置17では、図3A、B、C、D、E及びF、図5並びに図7に示されるように、第1プレス装置18を用いてブランクBLを絞り加工によりプレス成形して中間成形品30を成形し、次いで、第2プレス装置19により中間成形品30をプレス成形して、製品、すなわち、ルーフ部材1を製造するようになっている。なお、ブランクBLは、ルーフ部材1を製造するための基材である長尺の高張力鋼板とされている。
ここで、中間成形品30は、図3A、B、C、D、E及びFに示されるように、天板2と、2つの縦壁4a、4bと、2つの仮フランジ7a、7bと、を含んで構成される略ハット型の部材とされている。また、本明細書において、「プレス成形する」とは、例えば、ブランクBL、中間成形品30等の成形対象品を、例えば、後述する第1金型20、第2金型40等の金型にセットしてから型閉じして型開きをするまでの行為のことをいう。なお、「プレス成形する」とは、成形対象品をプレス又はプレス加圧して成形することを意味する。
[第1プレス装置]
第1プレス装置18は、成形対象品であるブランクBLをプレスして、中間成形品30を成形する機能を有する。
第1プレス装置18は、図5に示されるように、第1金型20と、第1移動装置25と、を含んで構成されている。第1金型20は、図4に示されるように、上型21と、下型22と、第1のホルダ23と、第2のホルダ24とを有している。上型21は上側、下型22は下側に配置されている。ここで、上型21は第1ダイの一例、下型22は第1パンチの一例である。
上型21と下型22とは、図4に示されるように、それぞれ長尺とされている。上型21と下型22とを、上型21と下型22との対向方向(以下、本明細書では、上型21と下型22との対向方向を上下方向という場合がある。)から見ると、下型22は長手方向に沿って湾曲して突出し、図4及び図5に示されるように、上型21には下型22に沿って湾曲する長尺な溝21aが形成されている。ここで、上型21の長尺な溝21aは、図4及び図5に示されるように、長尺な底面21a1と、底面21a1の短手方向の一端に繋がる湾曲面21a2と、他端に繋がる湾曲面21a3とを含む面により形成されている。ここで、底面21a1は第1底面の一例、湾曲面21a2は第1側面の一例である。また、湾曲面21a2は、底面21a1の短手方向の一端に繋がる第1湾曲面21a21と、第1湾曲面21a21に対して傾斜する傾斜面21a22とを含んで構成されている。傾斜面21a22は、上下方向から見て、すなわち、型閉じ方向から見て、第1湾曲面21a21における底面21a1側と反対側に繋がり、底面21a1側と反対側に形成されている。傾斜面21a22は、一例として縦壁4bに対して160(°)傾斜している。ここで、傾斜面21a22は、第1傾斜面の一例である。また、図4に示されるように、上型21を上下方向から見ると、湾曲面21a2は短手方向に凹状に湾曲し、湾曲面21a3は短手方向に凸状に湾曲している。なお、第1湾曲面21a21の長手方向の中央には、長手方向の両端側よりも曲率半径の小さい急湾曲部21a4が形成されている。ここで、急湾曲部21a4は、第1急湾曲部の一例である。なお、急湾曲部21a4の曲率半径Rは、一例として500(mm)以上2000(mm)以下とされている。
また、上型21は、上型21の長手方向から見て、溝21aの底、すなわち、底面21a1から溝21aの開口側に向けて、すなわち、上側から下側に向けて、溝21aの幅が連続的に広くなっている。下型22は、下型22の長手方向から見ると、下側から上側に向けて、突出する部分の幅が連続的に狭くなっている。
第1のホルダ23及び第2のホルダ24は、図4に示されるように、長尺とされ、下型22の短手方向両側に配置さている。また、第1のホルダ23及び第2のホルダ24は、それぞれ、ばね26、27により上側に付勢されている。
第1移動装置25は、上型21を下型22に向けて移動させるようになっている。すなわち、第1移動装置25は、上型21を下型22に対して相対的に移動させるようになっている。
そして、上型21と下型22との隙間の定められた位置にブランクBLが配置された状態で、第1移動装置25が上型21を下型22に向けて移動させると、図5に示されるように、ブランクBLにおける短手方向の両端側がそれぞれ第1のホルダ23及び第2のホルダ24と上型21とに挟まれた状態で、ブランクBLがプレスされて中間成形品30が成形されるようになっている。
以上のとおり、第1プレス装置18について説明したが、第1プレス装置18について別の見方をすると、以下のとおりとなる。すなわち、上型21には、長尺な底面21a1と、底面21a1の短手方向の端部に一端が繋がる湾曲面21a2とを含んで構成される長尺な溝21aが形成されている。そして、湾曲面21a2は、型閉じ方向から見て底面21a1側と反対側に凹状に湾曲し、底面21a1の長手方向の両側よりも曲率半径Rが小さい急湾曲部21a4を有する第1湾曲面21a21と、第1湾曲面21a21の他端に繋がり型閉じ方向から見て底面21a側と反対側に形成され、第1湾曲面21a21に対して傾斜する傾斜面21a22とを含んで構成されている。さらに、下型22の形状は、型閉じ時に前記第1溝の形状に合わせて嵌る形状である。
[第2プレス装置]
第2プレス装置19は、成形対象品である中間成形品30をプレスして、中間成形品30をルーフ部材にする機能を有する。
第2プレス装置19は、図7に示されるように、第2金型40と、第2移動装置45と、を含んで構成されている。第2金型40は、図7に示されるように、上型41と、下型43とを有している。ここで、上型41は第2ダイの一例、下型42は第2パンチの一例である。上型41は上側、下型42は下側に配置されている。下型42は、ばね43により下側から付勢されている。そして、第2プレス装置19は、下型42に中間成形品30が嵌め込まれた状態で、第2移動装置19により上型41を下型42側に移動させて、中間成形品30の仮フランジ7bの角度を変更するようになっている。
上型41と下型42とは、図6に示されるように、それぞれ長尺とされている。上型41と下型42とを、上型41と下型42との対向方向(以下、本明細書では、上型41と下型42との対向方向を上下方向という場合がある。)から見ると、図6及び図7に示されるように、下型42は長手方向に沿って湾曲して突出し、上型41には下型42に沿って湾曲する長尺な溝41aが形成されている。ここで、上型41の長尺な溝41aは、図6及び図7に示されるように、長尺な底面41a1と、底面41a1の短手方向の一端に繋がる湾曲面41a2と、他端に繋がる湾曲面41a3とを含む面により形成されている。ここで、底面41a1は第2底面の一例、湾曲面41a2は第2側面の一例である。また、湾曲面41a2は、底面41a1の短手方向の一端に繋がる第2湾曲面41a21と、第2湾曲面41a21に対して傾斜する傾斜面41a22とを含んで構成されている。傾斜面41a22は、上下方向から見て、すなわち、型閉じ方向から見て、第2湾曲面41a21における底面21a1側と反対側に繋がり、底面41a1側と反対側に形成されている。ここで、傾斜面41a22は、第2傾斜面の一例である。
また、図6に示されるように、上型41を上下方向から見ると、湾曲面41a2は短手方向に凹状に湾曲し、湾曲面41a3は短手方向に凸状に湾曲している。なお、第2湾曲面41a21の長手方向の中央には、長手方向の両端側よりも曲率半径の小さい急湾曲部41a4が形成されている。ここで、急湾曲部41a4は、第2急湾曲部の一例である。急湾曲部41a4の曲率半径Rは、一例として500(mm)以上2000(mm)以下とされている。
なお、傾斜面41a22における縦壁4bに対する角度は、上型41の長手方向の各部で異なっている。具体的には、傾斜面41a22における急湾曲部41a4に繋がっている部分の長手方向の各部での角度は、一端の角度が150(°)、他端の角度が140(°)とされ、一端から他端に亘って150(°)から140(°)に連続的に減少している。別の見方をすると、傾斜面41a22における急湾曲部41a4に繋がっている部分の長手方向の各部での角度は、一端の角度が140(°)、他端の角度が150(°)とされ、一端から他端に亘って140(°)から150(°)に連続的に増加している。また、傾斜面41a22における急湾曲部41a4の一端側の長手方向の各部での角度は150(°)、傾斜面41a22における急湾曲部41a4の他端側の長手方向の各部での角度は140(°)とされている。
また、上型41は、上型41の長手方向から見て、溝41aの底、すなわち、底面41a1から溝41aの開口側に向けて、すなわち、上側から下側に向けて、溝41aの幅が連続的に広くなっている。下型42は、下型42の長手方向から見ると、下側から上側に向けて、突出する部分の幅が連続的に狭くなっている。
そして、下型42に中間成形品30が配置された状態で、第2移動装置が上型41を下型42に向けて移動させると、中間成形品30がプレスされてルーフ部材1が成形されるようになっている。
以上のとおり、第2プレス装置19の構成について説明したが、第2プレス装置19について別の見方をすると、以下のとおりとなる。すなわち、上型41には、長尺な底面21a1と、底面41a1の短手方向の端部に一端が繋がる湾曲面41a2とを含んで構成される長尺な溝41aが形成されている。そして、湾曲面41a2は、型閉じ方向から見て底面41a1側と反対側に凸状に湾曲し、底面41a1の長手方向の両側よりも曲率半径Rが小さい急湾曲部41a4を有する湾曲面41a2と、湾曲面41a2の他端に繋がり型閉じ方向から見て底面41a1側と反対側に形成され、急湾曲部41a4に対し成す角の角度が長手方向の各部で異なる傾斜面41a22とを含んで構成されている。さらに、下型42の形状は、型閉じ時に溝41aの形状に合わせて嵌る形状である。
以上が、本実施形態のプレス装置17の構成についての説明である。
<ルーフ部材の製造方法>
次に、本実施形態のルーフ部材1の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のルーフ部材1の製造方法は、プレス装置17を用いて行われる。また、本実施形態のルーフ部材1の製造方法は、第1プレス装置18により行われる工程とされる第1工程と、第2プレス装置19により行われる工程とされる第2工程と、を含む。
[第1工程]
第1工程では、図5に示されるように、上型21と下型22との隙間の定められた位置にブランクBLを配置する。次いで、作業者が第1プレス装置18を操作すると、第1移動装置により上型21が下型22側に移動されて、ブランクBLが絞り加工によりプレス成形される。すなわち、第1工程では、上型21と下型22とを用いて成形対象品であるブランクBLをプレスする。その結果、ブランクBLから中間成形品30が成形される。なお、仮フランジ7aは、図3A、B、C、D、E及びFに示されるように、中間成形品30のフランジ6aにおける縦壁4aに対して形成する角度のうち小さい方の角度が長手方向全域に亘って120(°)となるように成形される。また、仮フランジ7bは、図3A、B、C、D、E及びFに示されるように、中間成形品30の仮フランジ7bにおける縦壁4bに対して形成する角度のうち小さい方の角度が長手方向全域に亘って160(°)となるように、すなわち、縦壁4bに対する仮フランジ7bの角度が鈍角となるように成形される。
[第2工程]
次いで、中間成形品30は、図7に示されるように、第2プレス装置19の第2金型40の下型43に嵌め込まれる。そして、作業者が第2プレス装置19を操作すると、第2移動装置19により上型41が下型42側に移動されて、中間成形品30がプレスされる。その結果、中間成形品30からルーフ部材1が成形される。なお、第2工程において、上型41と下型42とで中間成形品30がプレスされると、仮フランジ7aの縦壁4aに対する角度は変わらない。これに対して、仮フランジ7bにおける縦壁4bの部分4b1に繋がっている部分の角度は140(°)に、縦壁4bの部分4b3に繋がっている部分の角度は150(°)に、変更される。また、縦壁4bの部分4b2に繋がっている部分(特定部分の一例)の角度は、部分4b3との境界での角度を150(°)、部分4b1との境界での角度を140(°)とし、長手方向における部分4b3との境界から部分4b1との境界に亘って連続的に減少しているように変更される。そして、第2工程において、以上のように、仮フランジ7bが変形されると、仮フランジ7bがフランジ6bになる。これに伴い、フランジ6bにおける縦壁4bの部分4b2に繋がっている部分の先端側の長さは、仮フランジ7bにおける縦壁4bの部分4b2に繋がっている部分の先端側の長さよりも長くなる。
以上が、本実施形態のルーフ部材1の製造方法についての説明である。
<作用>
次に、本実施形態の作用について、本実施形態を後述する比較形態と比較して説明する。なお、図示を省略した比較形態のルーフ部材1は、後述する図9における比較例1に相当する。
比較形態の場合、第2工程において、仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度が長手方向の一端から他端に亘って150(°)に変更される。すなわち、比較形態の場合、仮フランジ7bの急湾曲部、すなわち、部分4b2に繋がっている部分の長手方向の各部での角度は、一端から他端に亘って同じとされている。
そして、比較形態とされる比較例1についての評価結果によると、図9の表に示されるように、先端部ねじれが21.64(°)、後端部ねじれが17.63(°)、先端部曲がりが6.66(mm)、後端部曲がりが9.78(mm)、平均曲がり量が8.22(mm)であった。
ここで、先端部ねじれ及び後端部ねじれの評価では、図示を省略したコンピュータを用いて、比較形態のルーフ部材の製造に基づくシミュレーションで作成したルーフ部材のデータSDと、設計データDDとを比較した。具体的には、天板2の長手方向の中心部分の断面を一致、すなわち、ベストフィットさせて、設計データDDにおける先端部又は後端部の天板2の短手方向の角度を基準として、当該基準からの測定したデータSDの先端部又は後端部の天板2の角度の変化量、すなわち、図8に示されるX(°)を、ねじれとして評価した。また、設計データDDにおける先端部又は後端部の中心位置O1に対する、測定したデータSDの先端部又は後端部の中心位置O2の幅方向におけるずれ量、ずなわち、図8に示されるYを、曲がりとし、先端部曲がりの値と後端部曲がりの値との平均の値を、平均曲がり量とした。
これに対して、本実施形態とされる実施例1の評価結果によると、図9の表に示されるように、本実施形態のルーフ部材の製造に基づくシミュレーションで作成したルーフ部材1の先端部ねじれが16.64(°)、後端部ねじれが14.38(°)、先端部曲がりが9.55(mm)、後端部曲がりが3.28(mm)、平均曲がり量が6.42(mm)であった。すなわち、本実施形態の評価結果におけるすべての評価項目の値は、比較形態の評価結果におけるすべての評価項目の値に比べて小さい。別言すれば、本実施形態は、比較形態に比べて、ねじれの発生が抑制されているといえる。また、本実施形態は、比較形態に比べて、曲がりの発生が抑制されているといえる。
以上のように、本実施形態の場合、比較形態の場合に比べて、ねじれの発生及び曲がりの発生が抑制されている理由は、以下のように推認される。すなわち、比較形態の場合、前述のとおり、仮フランジ7bにおける部分4b2に繋がっている部分の長手方向の各部での角度は、一端から他端に亘って同じ角度に変更される。これに対して、本実施形態の場合、第2工程において、仮フランジ7bにおける縦壁4bの部分4b2に繋がっている部分の角度は、長手方向における部分4b3との境界から部分4b1との境界に亘って連続的に減少しているように変更されてフランジ6bになる。これに伴い、フランジ6bにおける部分4b2に繋がっている部分の先端側の長さは、仮フランジ7bにおける部分4b2に繋がっている部分の先端側の長さよりも長くなる。そして、本実施形態の場合、仮フランジ7bがフランジ6bに変形されることにより長くなる部分4b2に繋がっている部分の先端側の長さが、比較形態の場合に比べて大きい。その結果、本実施形態のルーフ部材1は、比較形態のルーフ部材に比べて、フランジ6bにおける4b2に繋がっている部分、すなわち、フランジ6bにおける長手方向の部分のうち最も圧縮応力が大きい部分の圧縮応力が低減される。なお、本明細書でいう、圧縮応力とは、プレス下死点で材料に残存している応力を意味する。
したがって、本実施形態によれば、第2工程において、仮フランジ7bの急湾曲部、すなわち、部分4b2に繋がっている部分の長手方向の各部での角度を一端から他端に亘って同じ角度に変更する場合に比べて、天板2側から見た曲がりの発生が抑制される。また、本実施形態によれば、第2工程において、仮フランジ7bの急湾曲部、すなわち、部分4b2に繋がっている部分の長手方向の各部での角度を一端から他端に亘って同じ角度に変更する場合に比べて、長手方向から見たねじれの発生が抑制される。
以上が、本実施形態の作用についての説明である。
≪実施例≫
次に、実施例及び比較例について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、本実施形態及び比較形態で用いた部品等の符号と同様の部品等の符号を用いる場合、その部品等の符号をそのまま用いる。
<図9の表についての説明>
図9の表には、実施例1〜12及び比較例1〜5についてのシミュレーションの条件と、評価結果とが記載されている。ここで、図9の表について説明すると、板厚とは、シミュレーションに用いたブランクBLの厚みである。強度とは、シミュレーションに用いたブランクBLの引張強度である。第1工程の項目には、部分4b1、部分4b2、部分4b3と記載されている。それぞれ、部分4b1に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)、部分4b2に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)、部分4b3に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)を示す。また、第2工程の項目には、部分4b1、部分4b2、部分4b3と記載されている。それぞれ、部分4b1に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)、部分4b2に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)、部分4b3に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)を示す。なお、実施例2の場合、第1工程の項目において、部分4b2に繋がる仮フランジ7bの縦壁4bに対する角度(°)が160〜165とあるが、これは、部分4b2における部分4b1との境界から部分4b3との境界まで、160(°)から165(°)まで連続的に異なるようになっていることを意味する。また、実施例2〜7の場合、第2工程の項目において、部分4b2に繋がるフランジ6bの縦壁4bに対する角度(°)が140〜150とあるが、これは、部分4b2における部分4b1との境界から部分4b3との境界まで、140(°)から150(°)まで連続的に異なるようになっていることを意味する。さらに、実施例8、10及び11の場合、第2工程の項目において、部分4b2に繋がるフランジ6bの縦壁4bに対する角度(°)が100〜90とあるが、これは、部分4b2における部分4b1との境界から部分4b3との境界まで、100(°)から90(°)まで連続的に異なるようになっていることを意味する。実施例9及び12の場合は、実施例8、10及び11の場合と角度の範囲が異なる点以外は同様に、第2工程において、部分4b2における部分4b1との境界から部分4b3との境界まで、130(°)か110(°)まで連続的に異なるようになっていることを意味する。先端部ねじれ、後端部ねじれ、先端部曲がり、後端部曲がり及び平均曲がり量については、前述の説明のとおりである。
<評価結果及び考察>
図9の表から、実施例1〜12のルーフ部材1は、比較例1〜4のルーフ部材に比べて、板厚及び強度が同じ条件の場合に、平均曲がり量が少ない、別言すれば、曲がりが小さいことがわかる。また、実施例1〜12のルーフ部材1は、比較例1〜4のルーフ部材に比べて、板厚及び強度が同じ条件の場合に、ねじれが小さいことがわかる。以上のことから、本実施形態とされる実施例1の例である実施例2〜12は、比較形態とされる比較例1の例である比較例2〜4に比べて、前述の本実施形態の作用を奏すると考えられる。
以上のとおり、本開示について本実施形態及び本実施形態の例である実施例2〜12を用いて説明したが、本開示に係る技術的範囲には前述した本実施形態及び実施例2〜12以外の形態も含まれる。例えば、本開示に係る技術的範囲には、下記のような形態も含まれる。
本実施形態及び実施例では、プレス成形品の一例はルーフ部材であるとして説明した。しかしながら、本実施形態の第1工程及び第2工程を含む方法により製造される物であれば、プレス成形品は、ルーフ部材以外の自動車用の部品であってもよい。また、本実施形態の第1工程及び第2工程を含む方法により製造される物であれば、自動車用の部品以外の部品であってもよい。
実施形態及び実施例では、第1工程及び第2工程では、絞り加工により行われるとして説明した。しかしながら、第1工程において仮フランジ7bが形成され、第2工程において仮フランジ7bにおける縦壁4bの部分4b2に繋がっている部分の角度が長手方向における部分4b3との境界から部分4b1との境界に亘って連続的に異なるように変更されれば、絞り加工でなくてもよい。例えば、曲げ加工であってもよい。
本実施形態及び実施例のプレス成形品は、天板と、2つの縦壁と、2つのフランジとを含んで構成されているとして説明した。しかしながら、プレス成形品が、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁(縦壁)と、該壁の他端に繋がり、前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延び、前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の各部で一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているフランジと、を含む構成であれば、その他の構成要素の有無は問わない。例えば、本開示に係る技術的範囲に含まれるプレス成形品には、急湾曲部を有する壁(縦壁)に対向する縦壁がなくてもよい。また、本開示に係る技術的範囲に含まれるプレス成形品には、急湾曲部に対向する縦壁にフランジが繋がっていなくてもよい。
本実施形態及び実施例のプレス成形品は、天板と、2つの縦壁と、2つのフランジとを含んで構成され、2つの縦壁は、天板の上側から見て長手方向に沿って湾曲しているとして説明した。しかしながら、プレス成形品が、長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁、すなわち、縦壁と、該壁の他端に繋がり、前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延び、前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の各部で異なるフランジと、を含む構成であれば、急湾曲部に対向する縦壁の形状は本実施形態及び実施例の形状に限られない。例えば、本開示に係る技術的範囲に含まれるプレス成形品は、急湾曲部に対向する縦壁が天板の上側から見て直線状であってもよい。
≪付記≫
本明細書からは、以下の他の開示が概念化される。
すなわち、他の開示とは、
「引張強度が440MPa〜1600MPaの鋼板とされるブランクに、パンチ、ダイ及びホルダを用いる第1のプレス成形を行うことにより、長手方向へ延びて存在する天板と、該天板の両側にそれぞれつながる2つの稜線と、該2つの稜線にそれぞれつながる2つの縦壁と、該2つの縦壁にそれぞれつながる2つの凹稜線部と、該2つの凹稜線部にそれぞれつながる2つのフランジとを含んで構成される略ハット型の横断面形状を有するとともに前記天板が上部に位置する姿勢で配置された場合の上面視及び側面視のそれぞれで前記長手方向の一方の端部から他方の端部へ向けて湾曲する湾曲部を有する中間成形品を製造し、
該中間成形品に、パンチ、ダイ及びホルダを用いる第2のプレス成形を行うことにより、前記一方の端部を含む前記長手方向への第1の部分及び前記他方の端部を含む前記長手方向への第3の部分それぞれの曲率半径は前記第1の部分及び前記第3の部分それぞれに連続する第2の部分の曲率半径よりも大きく、前記2つのフランジのうち少なくとも一方のフランジは、該フランジに前記凹稜線部を介して連続する前記縦壁に対する角度が前記長手方向に変化するプレス成形品を製造する方法であって、
前記第1のプレス成形では、下記(1)式を満足するように前記中間成形品における前
記湾曲部の外側の前記縦壁及び前記フランジを形成し、かつ、前記第2のプレス成形では、前記中間成形品における前記湾曲部の外側の前記縦壁及び前記フランジを前記プレス成形品における前記湾曲部の外側の前記縦壁及び前記フランジに成形するとともに、下記(2)式を満足するように、前記プレス成形品における前記湾曲部の外側の前記フランジの角度の長手方向変化量を前記中間成形品における前記湾曲部の外側の前記フランジの角度の長手方向変化量よりも大きくするプレス成形品の製造法。
(1)式 0.9≦DOF1/DOR1≦1
(2)式 ΔDO2>ΔDO1
ここで、
DOF1は、前記中間成形品の前記一方の端部を含む前記湾曲部の外側における前記縦壁及び前記フランジのなす角度である。
DOR1は、前記中間成形品の前記他方の端部を含む前記湾曲部の外側における前記縦壁及び前記フランジのなす角度である。
ΔDO1は、前記中間成形品における前記湾曲部の外側の前記フランジの角度の長手方向変化量である。
ΔDO2は、前記プレス成形品における前記湾曲部の外側の前記フランジの角度の長手方向変化量である。」
とされる。
2015年4月22日に出願された日本国特許出願2015−087506号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載されたすべての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (4)

  1. 長尺な天板と、該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びるフランジとを含むプレス成形品の製造方法であって、
    プレスによって、前記天板と、前記壁と、該壁の他端に繋がりかつ前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延びる仮フランジとを含む中間成形品を成形する第1工程と、
    プレスによって、前記仮フランジにおける前記急湾曲部に繋がる特定部分が前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の各部で一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているように前記仮フランジを変形させて、前記仮フランジを前記フランジにする第2工程と、
    を含むプレス成型品の製造方法。
  2. 長尺な天板と、
    該天板の短手方向の端部に一端が繋がり、前記天板の上側から見て前記天板の反対側に凸状に湾曲し、前記天板の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい急湾曲部を有する壁と、
    該壁の他端に繋がり、前記壁の板厚方向において前記天板側とは反対側に延び、前記急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の一端から他端に亘って連続的に増加又は減少しているフランジと、
    を備えたプレス成形品。
  3. 前記フランジにおける前記急湾曲部に繋がっている部分のビッカース硬さの値は、前記フランジにおける前記急湾曲部に対して前記長手方向の一端側及び他端側の前記壁に繋がっている部分のうちビッカース硬さの値が大きい部分のビッカース硬さの値よりも小さい、
    請求項2に記載のプレス成形品。
  4. 第1ダイと第1パンチとでブランクをプレスして中間成形品を成形する第1プレス装置と、第2ダイと第2パンチとで前記中間成形品をプレスする第2プレス装置とを備えたプレス装置であって、
    前記第1ダイには、長尺な第1底面と、第1側面とを含んで構成される長尺な第1溝が形成され、
    前記第1側面は、前記第1底面の短手方向の端部に一端が繋がり、型閉じ方向から見て前記第1底面側と反対側に凸状に湾曲し、前記第1底面の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい第1急湾曲部を有する第1湾曲面と、該第1湾曲面の他端に繋がり、型閉じ方向から見て前記第1底面側と反対側に形成され、前記第1湾曲面に対して傾斜する第1傾斜面とを含んで構成され、
    前記第1パンチの形状は、型閉じ時に前記第1溝の形状に合わせて嵌る形状である、
    第1プレス装置と、
    前記第2ダイには、長尺な第2底面と、第2側面とを含んで構成される長尺な第2溝が形成され、
    前記第2側面は、前記第2底面の短手方向の端部に一端が繋がり、前記第1急湾曲部に対応する位置に形成され、型閉じ方向から見て前記第2底面側と反対側に凹状に湾曲し、前記第2底面の長手方向の両側よりも曲率半径が小さい第2急湾曲部を有する第2湾曲面と、該第2湾曲面の他端に繋がり、型閉じ方向から見て前記第2底面側と反対側に形成され、前記第2急湾曲部に対し成す角の角度が前記長手方向の一端から他端に亘って連続的に増加又は減少している第2傾斜面とを含んで構成され、
    前記第2パンチの形状は、型閉じ時に前記第2溝の形状に合わせて嵌る形状である、
    第2プレス装置と、
    を備えたプレス装置。
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