JP6075333B2 - プレス成形方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品を成形するプレス成形方法及び装置に関する。

プレス成形とは、その対象物である材料（ブランク）に金型を押し付けることにより、金型の形状をブランクに転写して加工を行う方法のことである。プレス成形においては、プレス成形品を金型から取り出した後に、そのプレス成形品内の残留応力が弾性回復することによって起こる形状不良、いわゆるスプリングバックが発生し、所望の形状とは異なってしまう問題がしばしば発生する。

スプリングバックがどの程度生じるかは、主に材料の強度に大きく影響される。昨今では、特に自動車業界を中心に、自動車車体の軽量化の観点から車体部品に高強度な鋼板を使用する傾向が強くなっており、このような材料の高強度化に伴いスプリングバックの生じる程度が大きくなっている。
このため、スプリングバック後の形状を設計形状に近づけるために、生産現場では熟練者によって金型を幾度も修正して、トライアル＆エラーを重ねなければならず、その結果、生産期間が長期化してしまう。
したがって、スプリングバックを効果的に低減できる方法を開発することは、自動車の開発期間やコストを削減する上でもますます重要な課題であると言える。

スプリングバックの低減には、その発生原因である応力のコントロールが必要不可欠である。
応力をコントロールしてスプリングバックを低減するものとして、例えば特許文献1に記載の「薄鋼板のプレス成形用金型装置」がある。特許文献１は、ハット断面部品をフォーム成形する際に、フランジ部に凸ビードを設けた金型でプレス成形する方法である。この方法は、下死点直前でブランクが凸ビードにロックされてブランクの縦壁部に引張変形が付与され、縦壁部の反りの原因であった板厚方向の応力差が解消されるというものである。

また、他の例として、パンチの外周に設置されたブランクホルダに窪みを設けた金型で成形する方法が特許文献２に提案されている。この方法は、成形中、ブランクホルダの窪みにブランク端部が入り込み、さらに成形が進むとブランク端部が窪み内壁に引っ掛かって拘束された状態となる。このため、ブランクが外へ流出しなくなるので、下死点直前でブランクの縦壁部に面内圧縮応力を付与することができ、板厚方向の応力差が解消されるというものである。

特許文献３では同様にパンチを分割し、分割した部分を独立に動かすことにより材料を金型内部に引き込むことで材料の割れ防止をおこなっている。
また、特許文献４ではパンチを分割し、分割した一方のパンチを動かすことによりスプリングバックの一形態である壁部反りの抑制を行っている。

特許第4090028号公報 特開2010-99700号公報 特開2007-326112号公報 特許第4158028号公報

特許文献１の方法では、成形された部品のフランジ部にビード形状が残ってしまうため、組立工程において他部品との溶接時に不具合が生じる可能性がある。そのため、製品内にビード形状が入らないようにブランク長さを長くとりビード形状が残存する部分をカットする必要がある。

また、特許文献１乃至特許文献４は、スプリングバックによってある断面に生じる形状変化に対する対策である。
しかし、実際の部品では捩れや曲がりといった部品全体に生ずる３次元的なスプリングバックが問題となる場合も多く、特許文献１乃至特許文献４はこのような問題に対する充分な対策とはなり得ない。
さらには、溝形状部を有する成形品の場合、スプリングバックの形態としていわゆる口開きが問題となるが、捩れや曲がりに加えて口開きに対する対策を行うことができるものはない。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、製品形状を変えることなく、捩れや曲がり、さらには口開きといった３次元的なスプリングバックを低減するプレス成形方法及び装置を提供することを目的としている。

発明者は上記課題を解決するため、図１９に示すような溝底部１９ａ、縦壁部１９ｂからなる溝形状部１９及びフランジ部（外側フランジ２３及び内側フランジ２１）で形成され、かつ長手方向に沿って湾曲するフランジを有する成形品１７をフォーム成形した際に成形品１７に生じるスプリングバックの形態について検討した。

従来のフォーム成形では図２０の斜視図、図２１の断面図に示すようにダイ６３とパンチ６５でブランク１５を挟み込むことで成形を行う。図２２は成形前後のブランク外形線を示した図である。湾曲曲率の大きい（曲率半径の小さい）側のフランジ（以下、内側フランジ２１）に該当する外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は小さくなり（曲率半径は大きくなり）、線長が長くなる（A₀B₀→A₁B₁）。つまり、内側フランジ２１は伸びフランジ変形となり下死点では長手方向に引張応力が残存する。

一方、湾曲曲率の小さい（曲率半径の大きい）側のフランジ（以下、外側フランジ２３）ではその逆で、外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は大きくなり（曲率半径は小さくなり）、線長が短くなる（C₀D₀→C₁D₁）。つまり、外側フランジ２３は縮みフランジ変形となり下死点では長手方向に圧縮応力が残留する。

これらの残留応力は離型時に解放されると、内側フランジ２１では縮み変形、外側フランジ２３は伸び変形となり、その結果、図２３（ａ）に示すように、成形品１７に軸方向の捩じれのスプリングバックを生じさせる。なお図２３において、破線が離型前でスプリングバックが生じる前の形状を示しており、実線が離型後でスプリングバックが生じた後の形状を示している。

また、パンチ肩部にも応力が残留し、該残留応力は離型時に解放されると、図２３（ｂ）に示すように、成形品に口開きのスプリングバックを生じさせる。
その結果、成形品１７には図２３に示すように軸方向の捩れと口開きのスプリングバックが複合的に生じる。

以上のように、長手方向に湾曲したフランジ部を有する成形部品では、フランジ部の残留応力の低減が成形品の捩じれのスプリングバック低減に非常に重要であると言える。
また、溝形状部１９を有する成形品では、口開きのスプリングバックについても、捩れと同様に対策が必要である。
そこで、発明者はこれら２種類のスプリングバックを同時に低減する方法として、成形途中において、製品形状の溝形状部よりも溝底幅の狭い溝形状部を有し、かつ縮みフランジ変形を受けるフランジ部又は伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも長くなる中間形状を成形し、このような中間形状を製品形状に成形することを考えた。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、溝状凹陥部と該溝状凹陥部の少なくとも片側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記溝状凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働してフランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記パンチの上面よりも幅狭で該パンチの上面から突き出し可能に設けられた突き出しパンチとを有する金型を用いて、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
前記突き出しパンチを前記パンチの上面から突き出して、前記突き出しパンチと前記ダイによってブランクを挟むことで、前記製品形状の溝形状部よりも溝底幅の狭い溝形状部を有し、縮みフランジ変形を受けるフランジ部又は伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも長くなる中間形状を成形する第１成形工程と、
前記パンチとフランジ成形用ダイと前記ダイによって、前記中間形状を前記製品形状に成形する第２成形工程とを備え、
前記第１成形工程と前記第２成形工程を１度のプレス成形中に行うことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第２成形工程は、前記パンチと前記ダイによって溝形状部を製品形状に成形する工程と、該工程の後で、前記ダイおよび前記フランジ成形用ダイにより前記フランジ部を製品形状に成形する工程を含んでいることを特徴とするものである。

（３）本発明に係るプレス成形装置は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品をプレス成形するプレス成形装置であって、
溝状凹陥部と該溝状凹陥部の少なくとも片側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記溝状凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記パンチの上面よりも幅狭で該パンチの上面に出没可能に設けられた突き出しパンチと、該突き出しパンチを、常時はその上部が前記パンチの上面から突出するように支持し、所定の圧力が作用したときに前記パンチの上面から没入するように支持する支持装置と、前記フランジ成形用ダイを、前記ダイの下死点よりも下方に位置させて該位置から上方に前記パンチと独立に移動させるフランジ成形用ダイ移動装置とを備え、
前記パンチに対する前記フランジ成形用ダイの相対移動距離をh1、前記パンチに対する前記突き出しパンチの相対移動距離をh2、前記製品形状のフランジ幅をLとしたときに、
0.05＜h1／L＜1.0および0.05＜h2／L＜1.0
の条件を満たすことを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記フランジ成形用ダイ及び前記フランジ成形用ダイ移動装置が、前記パンチの一方の側部に設けられていることを特徴とするものである。

（５）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記フランジ成形用ダイ及び前記フランジ成形用ダイ移動装置が、前記パンチの両方の側部に設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、第１成形工程で中間形状の溝底幅を製品形状の溝形状部よりも狭く成形し、第２成形工程で中間形状を製品形状に成形するようにしたので、口開きのスプリングバックを低減することができる。
また、第１成形工程で縮みフランジ変形を受けるフランジ部又は伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも長くなるように中間形状を成形し、第２成形工程で中間形状を製品形状に成形するようにしたので、第１成形工程でフランジ部に生ずる長手方向のひずみを第２成形工程で戻すことができ、これによってフランジ部に生ずる残留応力を減少させ成形品全体の捩れのスプリングバックを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部の縦断面図である。 本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の効果発生のメカニズムの説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法の効果発生のメカニズムの説明図である（その２）。 本発明の他の実施の形態に係るプレス成形装置の要部の斜視図である。 図７のプレス成形装置を用いたプレス成形方法の説明図である（その１）。 図７のプレス成形装置を用いたプレス成形方法の説明図である（その２）。 本発明のさらに他の実施の形態に係るプレス成形装置の要部の斜視図である。 本発明を適用可能なプレス成形品の断面形状の態様の説明図である。 本発明を適用可能なプレス成形品の製品形状の一例である（その１）。 本発明を適用可能なプレス成形品の製品形状の一例である（その２）。 図１３のプレス成形品を成形するためのプレス成形金型の一例である。 本発明を適用可能なプレス成形品の製品形状の一例である（その３）。 本発明の実施例１に係るプレス成形品の製品形状の説明図である（その１）。 本発明の実施例１に係るプレス成形品の製品形状の説明図である（その２）。 本発明の実施例１に係るスプリングバックの評価方法の説明図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、本発明の成形対象とする製品形状を有するプレス成形品の斜視図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、従来のプレス成形装置の金型の斜視図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、従来のプレス成形方法の説明図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの発生メカニズムの説明図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの説明図である（その１）。 本発明が解決しようとする課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの説明図である（その２）。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置１は、図１９に示す製品形状を有する成形品１７を成形するプレス成形装置１であって、図１及び図２に示すように、溝状凹陥部３ａと溝状凹陥部３ａの両側にフランジ成形部３ｂを有するダイ３と、ダイ３の溝状凹陥部３ａに上部が挿入されるパンチ５と、ダイ３のフランジ成形部３ｂと協働してフランジ部（内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３）を成形するフランジ成形用ダイ７と、パンチ５の上面よりも幅狭でパンチ５の上面に出没可能に設けられた突き出しパンチ９と、突き出しパンチ９を支持する支持装置１１と、フランジ成形用ダイ７をパンチ５と独立に移動させるフランジ成形用ダイ移動装置１３とを備えている。
以下に、まず成形品１７について概説した後、プレス成形装置１の各構成について図１及び図２に基づいて詳細に説明する。

〔成形品１７〕
成形品１７は、図１９に示すように、全体形状が長手方向に沿って湾曲してなり、長手方向に延びる溝形状部１９と、溝形状部１９の両側に連続する内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３とを有している。
溝形状部１９は、溝底部１９ａと、溝底部１９ａの両側に形成された一対の縦壁部１９ｂからなる。
内側フランジ部２１は成形品１７の湾曲する円弧の内側のフランジ部であり、外側フランジ部２３は外側のフランジ部である。
内側フランジ部２１は、そのフランジ端部が成形過程において曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）方向に成形されるので、フランジ端部の線長が伸びるため伸びフランジ成形となる。他方、外側フランジ部２３のフランジ端部は成形過程において曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に成形されるので、フランジ端部の線長が短くなるため、縮みフランジ成形となる。
したがって、内側フランジ部２１が本発明の伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対応し、外側フランジ部２３が本発明の縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対応している。

〔プレス成形装置〕
＜ダイ＞
ダイ３は、図１及び図２に示すように、成形品１７の溝形状部１９を成形する溝状凹陥部３ａと、溝状凹陥部３ａの両側にフランジ成形部３ｂを有している。

＜パンチ＞
パンチ５は、図１及び図２に示すように、長手方向に沿って湾曲した凸条からなり、該凸条の上面が溝底部１９ａを成形する溝底成形部５ａになっており、溝底部１９ａの両側が縦壁部１９ｂを成形する縦壁成形部５ｂになっている。
これら溝底成形部５ａと縦壁成形部５ｂがダイ３の溝状凹陥部３ａに挿入されることで、溝底部１９ａと縦壁部１９ｂが成形される。
パンチ５の内部には、図２に示すように、支持装置１１を設置するための設置空間５ｃが形成されており、溝底成形部５ａから設置空間５ｃに連通する挿通孔５ｄが複数設けられている。この挿通孔５ｄには、後述するように、突き出しパンチ５が出没可能に挿通されている。

＜突き出しパンチ＞
突き出しパンチ９は、例えば、図１及び図２に示すように、棒状からなり、パンチ５の挿通孔５ｄに挿入されて下端が支持装置１１で支持され、上部がパンチ５の溝底成形部５ａに出没可能に設けられている。
突き出しパンチ９は、常時は上端が溝底成形部５ａから所定の高さだけ突き出しており、この状態でダイ３の溝状凹陥部３ａに挿入されることで、突き出しパンチ９の上端と溝状凹陥部３ａによってブランク１５を挟持できるようになっている。

＜支持装置＞
支持装置１１は、突き出しパンチ９を、その上端がパンチ５の溝底成形部５ａの上面から出没可能な状態で支持するものであり、図２に示すように、パンチ５の設置空間５ｃ内に設け、突き出しパンチ９を支持する支持部１１ａと、支持部１１ａを所定の付勢力で上方に向けて付勢する弾性部材１１ｂとを有している。
弾性部材１１ｂとしては例えばバネ、ゴム等の弾性体、圧力流体圧シリンダ等を適用できる。
弾性部材１１ｂの支持力は、ダイ３の押圧力が所定値以内では突き出しパンチ９に作用しても、突き出しパンチ９がパンチ５の溝底成形部５ａから没入することがなく、ダイ３の押圧力が所定の値を超えて作用したときに、突き出しパンチ９が没入するように設定されている。
なお、上述した突き出しパンチ９のパンチ５の溝底成形部５ａからの所定の高さが、突き出しパンチ９のパンチ５に対する相対移動距離であり、該相対移動距離を以下の説明において第２相対移動距離h2という（図２参照）。

＜フランジ成形用ダイ＞
フランジ成形用ダイ７は、ダイ３のフランジ成形部３ｂと協働してフランジ部を成形するためのものであり、図１及び図２に示すように、フランジ成形部３ｂに対向するフランジ成形面７ａを有している。
フランジ成形用ダイ７は、本実施の形態ではパンチ５の両側に配置されてフランジ成形用ダイ移動装置１３によってダイ３に対して離接可能（この例では上下動可能）に支持されている。

＜フランジ成形用ダイ移動装置＞
フランジ成形用ダイ移動装置１３は、フランジ成形用ダイ７を上下動させるためのものである。
フランジ成形用ダイ移動装置１３としては例えば、NCダイクッション等の圧力流体圧シリンダや、バネ等の弾性体が適用できる。
フランジ成形用ダイ移動装置１３は、プレス成形開始前にフランジ成形用ダイ７をダイ３の下死点よりも下方に位置させておき、該位置から上方にパンチ５とは独立に移動させる。なお、このフランジ成形用ダイ７の下死点までの移動距離がパンチ５に対するフランジ成形用ダイ７の相対移動距離であり、該相対移動距離を以下の説明において、第１相対移動距離h1という。

以上のように構成されたプレス成形装置１を用いた本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法について以下に説明する。

〔プレス成形方法〕
本発明の一実施に係るプレス成形方法は、中間形状を成形する第１成形工程と、中間形状を製品形状に成形する第２成形工程とを備えており、第１成形工程と第２成形工程を１度のプレス成形中に行うものである。

本発明のプレス成形方法の一つの特徴は、プレス成形中において、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３の長手方向の線長を僅かに変化させることによってスプリングバックを緩和するという点にある。この点について図５に基づいて説明する。

図５は、内側フランジ２１と外側フランジ部２３におけるプレス成形開始前から第２成形工程のフランジ成形用ダイ７の下死点までの線長の変化を説明する説明図である。図５では、湾曲の内側及び外側について、破線の丸で囲んだ部分を拡大して示している。各拡大図において、破線がプレス成形前（図３（ａ）参照）のブランク１５の内側端１５ａ及び外側端１５ｂ、点線が第１工程終了時（クランプ時、図３（ｂ）参照）における内側端１５ａ及び外側端１５ｂ、一点鎖線が第２成形工程のダイ３の下死点（第１下死点、図４（ｃ）参照）における内側端１５ａ及び外側端１５ｂ、そして実線がフランジ成形用ダイ７の下死点（第２下死点、図４（ｄ）参照）における内側端１５ａ及び外側端１５ｂをそれぞれ示している。
図５に示すように、例えば、内側端１５ａにおいて、プレス成形開始前のA₀点、B₀点はそれぞれ、第１下死点ではA₁点、B₁点となり、A₂点、B₂点を経て、第２下死点ではA₃点、B₃点となり、線長はA₀B₀→A₁B₁→A₂B₂→A₃B₃と変化する。

上記の線長変化について踏まえた上で、各工程について詳細に図１〜図４に基づいて以下に説明する。

＜第１成形工程＞
第１成形工程は、突き出しパンチ９をパンチ５の溝底成形部５ａから突き出して、突き出しパンチ５とダイ３によってブランク１５を挟むことで、製品形状の溝形状部１９よりも溝底幅の狭い溝形状部を有し、縮みフランジ変形を受ける外側フランジ部に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受ける内側フランジ部に対しては長手方向の線長が製品形状のフランジ部の線長よりも長くなる中間形状を成形する工程である。

図３（ａ）はプレス加工前の初期状態を示す図である。フランジ成形用ダイ７は、図３（ａ）に示すように、第１相対移動距離h1でフランジ成形用ダイ移動装置１３によって支持されており、突き出しパンチ９は第２相対移動距離h2で支持装置１１によって支持されている。また、ブランク１５が突き出しパンチ９の上面に載置されている。

この状態でダイ３を移動させると、上述したとおり、第１成形工程において突き出しパンチ９はダイ３の押圧力を受けても没入しないようになっているため、ブランク１５は突き出しパンチ９の肩部で曲げ加工され、さらにブランク１５は、図３（ｂ）に示すように、ダイ３と突き出しパンチ９とで挟持（クランプ）される。
このようにして、溝形状部１９の溝底幅が製品形状のものよりも幅狭の中間形状が成形される。

ダイ３の移動によって、ブランク１５の内側端１５ａ及び外側端１５ｂは、図３（ｂ）中の太矢印に示すようにパンチ５側に移動（流入）し、内側端１５ａの線長は図５の拡大図に示すとおり引き伸ばされて長くなり（A₀B₀→A₁B₁、伸びフランジ変形）、一方、外側端１５ｂの線長は縮められて短くなる（C₀D₀→C₁D₁、縮みフランジ変形）。

なお、従来の成形方法でも上記のようなブランク１５の流入（図２１中の太矢印参照）は起こるが、本発明方法の第１成形工程では、突き出しパンチ９を突出させ、かつ、フランジ成形用ダイ７を下方に位置させているので、ブランク１５の内側端１５ａ及び外側端１５ｂが金型（フランジ成形用ダイ７）に当接するのが遅れ、このことによって、従来方法の場合よりもパンチ５側に多く流入するようになっている。そのため、クランプ時における内側端１５ａの線長（A₁B₁）は製品形状における線長（A₃B₃）より長く、外側端１５ｂの線長（C₁D₁）は製品形状における線長（C₃D₃）より短くなっている。

また、図３（ｂ）に示す中間形状では、溝底幅が製品形状よりも幅狭になっている。このように溝底幅を製品形状よりも幅狭にすることで、第２成形工程において、溝底幅を製品形状に成形する際に、溝底幅を拡幅する成形となり、口閉じ方向のスプリングバックを生じさせることができ、口開きのスプリングバックを低減することができる。
このような低減効果は、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2を変えて曲げ加工の度合い（曲げ角度）を変化させることで、調整することができる。この点については後述する。

＜第２成形工程＞
第２成形工程は、第１成形工程で成形した中間形状を製品形状に成形する工程であり、パンチ５とダイ３によって溝形状部１９を製品形状に成形する工程と、該工程の後で、ダイ３及びフランジ成形用ダイ７によりフランジ部を製品形状に成形する工程を含んでいる。

溝形状部１９を製品形状に成形する工程では、支持装置１１による突き出しパンチ９の支持力よりも強い押圧力でダイ３をパンチ５側に移動させる。これによって、突き出しパンチ９がパンチ５内部に没入して、パンチ５の溝底成形部５ａと縦壁成形部５ｂがダイ３の溝状凹陥部３ａに挿入することで、溝形状部１９が製品形状に形成される（第１下死点、図４（ｃ）参照）。

このとき、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2やブランク１５の大きさ等の関係によっては、内側フランジ２１と外側フランジ部２３は、図４（ｃ）に示すようにフランジ成形用ダイ７に当接するため、図４（ｃ）中の太矢印に示すように押し出されるように移動（流出）する。これによって、内側端１５ａの線長は図５の拡大図に示すとおり僅かに短くなり（A₁B₁→A₂B₂）、一方、外側端１５ｂの線長は僅かに長くなる（C₁D₁→C₂D₂）。

また、このとき溝底幅が拡幅されるように成形されるため、成形品１７の溝底部１９ａには、口開きとは逆方向のスプリングバック（スプリングゴー）を発生させる残留応力を蓄積させることができ、これによって離型後において口開きが低減される。
口開きのスプリングバックの低減効果は上述したように、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2を変化させることで調整することができる。例えば、第２相対移動距離h2を高くして曲げ角度を急にする（曲げ加工の度合いを大きくする）ことでスプリングゴーを大きくすることができる。特に第２相対移動距離h2を変化させることは第１相対移動距離h1を変化させることよりも口開きのスプリングバック低減に対して効果が大きい。この点は後述する実施例で実証している。

フランジ部を製品形状に成形する工程では、パンチ５及びダイ３を第１下死点の状態で保持したまま、フランジ成形用ダイ移動装置１３によってフランジ成形用ダイ７をダイ３側に移動させる。これにより、ダイ３のフランジ成形部３ｂとフランジ成形用ダイ７によって内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３が製品形状に成形される（第２下死点、図４（ｄ）参照）。

このとき、内側端１５ａ及び外側端１５ｂの線長は以下のように変化する。
内側端１５ａは、図５の拡大図に示すとおり、外側に押し出される変形をするため、内側端１５ａの線長はさらに短くなり（A₂B₂→A₃B₃）、製品形状における内側フランジ部２１の線長となる。
一方、外側端１５ｂの線長は、図５の拡大図に示すとおり、さらに長くなり（C₂D₂→C₃D₃）、製品形状における外側フランジ部２３の線長となる。

以上のように、内側フランジ部２１においては、第１成形工程で一旦、成形品１７の製品形状よりも線長が長くなる成形を行い、第２成形工程で成形品１７の製品形状の線長にするという成形をしている。一方、外側フランジ部２３においては、第１成形工程で一旦、成形品１７の製品形状よりも線長が短くなる成形を行い、第２成形工程で成形品１７の製品形状の線長にするという成形を行うようにしている。このため、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３において、第１成形工程で生じたひずみが第２成形工程で僅かに戻されることになり、これに伴い残留応力が大幅に低減される。

この点について、図６に基づいて説明する。図６は、成形開始から第２下死点までのフランジ部の長手方向の応力―ひずみ線図である。図６に示すように、第１成形工程によりクランプ時のフランジ部には大きな残留応力が蓄積されている。しかし、第２成形工程で中間形状を製品形状に成形する際に、クランプ時から第１下死点を経て第２下死点に至るまでひずみを僅かに戻すことができ、これによって残留応力は大幅に低減する。
このように、本発明は、ひずみの僅かな戻りに対して残留応力が敏感に大きく変化する特徴を利用したものである。

本実施の形態では、第１成形工程で突き出しパンチ９によってブランク１５を突き上げて成形するため、突き上げない場合と比較して、内側フランジ部２１においてはより線長を長く、外側フランジ部２３においてはより線長を短くすることができ、そのため、第２成形工程におけるひずみの戻し代を大きくとることができ、ひずみの戻し量の調整が容易である。
すなわち、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2が大きければひずみの戻し量は大きく応力の低減効果（スプリングバックの低減効果）は大きい。なお、第１相対移動距離h1を調整することは第２相対移動距離h2を調整するよりも、捩れのスプリングバックの低減効果が大きい。この点は後述する実施例で実証している。

以上のように、ひずみの戻し量は、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2によって決まるため、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2を調整することにより、成形現場で捩れのスプリングバックをコントロールすることができる。
また、ひずみの戻し量を調整して内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３とで残留応力のバランスを取ることで、離型後のスプリングバックによる捩れを低減させることもできる。

なお、ひずみの戻し量が大きすぎると、逆方向の残留応力を蓄積させてしまうため、適切な戻し量が必要である。
この点、成形品１７のフランジ幅をL（図１９参照）とすると、フランジ幅Lと第１相対移動距離h1の関係は、0.05＜h1/L＜1.0の範囲内に設定することが望ましい。また、フランジ幅Lと第２相対移動距離h2の関係も、0.05＜h2/L＜1.0の範囲内に設定することが望ましい。
フランジ幅Lと第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2の下限を上記にすることについては、後述する実施例に基づくものであり、上限を上記にすることは、h1/L≧1.0、h2/L≧1.0では成形開始時のフランジ端部がフランジ成形用ダイ７に接触しないため、フランジ端部の線長が変わらなくなって、製品形状に影響しないためである。

以上のように、本実施の形態においては、第１成形工程で中間形状の溝底幅を製品形状の溝形状部１９よりも狭く成形し、第２成形工程で中間形状を製品形状と同形に成形するようにしたので、口開きのスプリングバックを相殺するスプリングゴーを生じさせることができ、これによって口開きのスプリングバックを低減することができる。

また、成形過程において一旦、成形品１７の内側に入り込んだフランジ部の材料を成形品１７の外側に押し戻して、長手方向のひずみを僅かに戻すことで残留応力を低減させることが可能となり、これによって内側フランジ２１と外側フランジ２３とで残留応力のバランスを取ることができ、製品形状を変えることなく、捩れや曲がり、さらには口開きといった３次元的なスプリングバックを低減することができる。

そして、上記のような口開きのスプリングバック及び捩れのスプリングバックの低減効果は、成形現場で第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2を変化させることで調整することができ、スプリングバックを低減するのに、金型を修正してトライアル＆エラーによって行う場合に比べ、はるかに安価でなおかつ短期間で実現できる。

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、捩れのスプリングバックを低減させるために、内側フランジ２１及び外側フランジ２３の両方においてひずみを戻すようにしたものを例に挙げて説明したが、捩れのスプリングバックを低減させるには、成形品１７全体として内側フランジ２１と外側フランジ２３との間で残留応力のバランスが取れればよく、内側フランジ部２１または外側フランジ部２３の一方についてのみ、ひずみを戻すようにしてもよい。

例えば、内側フランジ部２１についてのみひずみを戻す場合、図７〜図９に示すように、ダイ３と、突き出しパンチ９と、支持装置１１と、フランジ成形用ダイ移動装置１３と、外側フランジ成形部２７ａを有するパンチ２７と、内側フランジ部２１を成形するためのフランジ成形用ダイ７を備えたプレス成形装置２５を用いてプレス成形を行う。なお、図７において、支持装置１１とフランジ成形用ダイ移動装置１３の図示は省略しており、図７〜図９において、プレス成形装置１と同様のものには同一の符号を付している。
パンチ２７は、ダイ３と協働して溝底部１９ａと縦壁部１９ｂと外側フランジ部２３を成形するものであり、外側フランジ部２３は図２１に示す従来のプレス成形と同様に成形される。

プレス成形装置２５を用いたプレス成形方法について図８及び図９に基づいて説明する。なお、図８及び図９において、図１、図２及び図４と同様のものには同一の符号を付している。
まず、図８（ａ）に示すようにブランク１５を載置し、ダイ３を移動させて、ブランク１５をクランプする（図８（ｂ）参照）。
クランプ時においては、上記実施の形態１の場合と同様に、内側フランジ部２１では伸びフランジ変形となる。
一方、外側フランジ部２３でも実施の形態１の場合と同様に縮みフランジ変形となるが、第１相対移動距離h1が設定されていない分、実施の形態１の場合よりも早い段階で外側端１５ｂが金型（外側フランジ成形部２７ａ）に当接して材料の流入が阻害されるので、変形量は小さい。

第１下死点（図９（ｃ）参照）及び第２下死点（図９（ｄ）参照）においては、内側フランジ部２１では、実施の形態１の場合と同様に、長手方向の線長が僅かに短くなり、伸びフランジ変形が緩和されて引張応力が大幅に減少する。
一方、外側端１５ｂでは、長手方向の線長が僅かに長くなり、縮みフランジ変形が緩和されて圧縮応力が減少する点は実施の形態１の場合と同様であるが、上述したように、クランプ時の縮みフランジ変形量が実施の形態１の場合と比べわずかであるため、ひずみの戻し量も小さい。
従って、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３とのひずみの戻し量により、残留応力の緩和効果を異ならせることができ、これによって、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３とでの残留応力のバランスを調整し、成形品１７全体としてスプリングバックによる変形を緩和することができる。

［実施の形態３］
実施の形態２に示したものとは逆に、外側フランジ部２３のみに第１相対移動距離h1を設定するようにしてもよく、この場合、図１０に示すように、内側フランジ成形部３０ａを有するパンチ３０と、外側フランジ部２３を成形するためのフランジ成形用ダイ７を有するプレス成形装置２９を用いる。なお、図１０において支持装置１１とフランジ成形用ダイ移動装置１３の図示は省略しており、プレス成形装置１と同一のものには同一の符号を付している。
パンチ３０は、ダイ３と共に溝底部１９ａと縦壁部１９ｂと内側フランジ部２１を成形する。

この場合、第１下死点においては、内側フランジ部２１では伸びフランジ変形となり、外側フランジ部２３では縮みフランジ変形となる点は、上記実施の形態２と同様である。
その後成形が進むと第２下死点までに、内側フランジ部２１においては、線長が僅かに短くなり、実施の形態１の場合ほどではないが伸びフランジ変形がわずかに緩和されて引張応力が減少する。一方、外側フランジ部２３においては線長が僅かに長くなり縮みフランジ変形が緩和されて圧縮応力が大幅に減少する。
このように、実施の形態２と同様に、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３で残留応力のバランスを取ることができ、捩じれのスプリングバックを緩和することができる。

なお、本発明の効果が得られる成形品の製品形状としては長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有し、かつ溝形状部１９を形成する一対の縦壁部１９ｂの少なくとも一方にフランジ部を有する形状であればよい。図１１に、本発明を適用可能な成形品の製品形状の断面の例を複数示し、各断面について以下に説明する。
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、内側及び外側の両方に湾曲したフランジ部を有するものである。図１１（ａ）、（ｄ）は縦壁が垂直になっているものである。図１１（ｂ）、（ｅ）は上述した成形品１７の断面と同様であり、縦壁が傾斜しているものである。図１１（ｃ）、（ｆ）は両縦壁が傾斜して三角形を形成しているものである。図１１（ｃ）、（ｆ）の断面を成形するには、先端がＲになっているパンチを使用するとよい。
また、図１１（ｇ）〜図１１（ｉ）に示すように、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の内側または外側のいずれか一方のみに湾曲したフランジ部を有するものであってもよい。
フランジ部の長さ、高さ位置や角度について制限はない。

また、図１２（ａ）の成形品３１及び図１２（ｂ）の成形品３３に示すように、内側または外側のいずれか一方に湾曲したフランジ部を有し、他方は湾曲しない真っ直ぐなフランジ部を有するものであってもよく、成形品の製品形状全体が湾曲していなくともよい。

また、成形品の長手方向をｘ方向、幅方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向（図１２参照）とすると、上記の実施の形態１〜３及び図１２の説明では、成形品はｘｙ平面内における湾曲であったが、本発明の対象とする成形品はこのような湾曲にのみ限られず、図１３に示すように、フランジ部がｚ方向に湾曲するものも含む。
図１３（ａ）は、成形品全体が長手方向中央で上に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品３５)を図示したものであり、図１３（ｂ）は長手方向中央で下に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品３７)を図示したものである。なお、成形品３５は図１４（ａ）に示すプレス成形装置３９を用いて成形され、成形品３７は図１４（ｂ）に示すプレス成形装置４７を用いて成形される。図１４において図１〜図４と同様のものには同一の符号を付している。
また、図１５に示すように、成形品の溝形状部は湾曲せずに、フランジ部のみが湾曲するようなものも含む。
図１５（ａ）は、成形品のフランジ部のみが長手方向中央で上に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品５５)を図示したものであり、図１５（ｂ）は成形品のフランジ部のみが長手方向中央で下に凸となるように湾曲した形状の一例(成形品５７)を図示したものである。

本発明のプレス成形方法による作用効果について具体的な実験を行ったので、その結果について図１６〜図１８に基づいて、他の図を適宜参照して以下に説明をする。
まず、実験方法について概説する。実験は、プレス成形装置１を用いて、第１相対移動距離h1と、第２相対移動距離h2を変えてプレス成形を行い、成形された成形品のスプリングバック量を比較するというものである。
成形対象となる成形品１７は、図１６及び図１７に示すように、ハット断面を有する長手方向に沿って湾曲した形状であり、長さは600mm、断面の高さは40mm、溝底部１９ａの幅は30mm、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２３の幅はともに15mm、部品幅中央の長手方向湾曲曲率半径は800mmである。ブランク１５は厚さ1.2mmの780MPa級鋼板を使用した。プレス機には1200tonf油圧プレス機を用いた。

第１相対移動距離h1は0、2、4、6、8、10mmの6水準とし、第２相対移動距離h2も0、2、4、6、8、10mmの6水準とした。
また、比較例として、図２０に示す通常のプレス成形金型でフォーム成形を行った。比較例はh1=0mm、h2=0mmに相当する。

成形された成形品形状は３次元形状測定器で測定した。その後、CADソフトウェア上で長手方向中央の湾曲部が設計形状と合うように測定データの位置合わせを行った後、スプリングバック量として、部品端における捩れ角Δθ及び口開き量ΔWを測定した。
捩れ角Δθは、図１８に示すように溝底部１９ａの回転角度とした。
捩れ角Δθは、正の値なら端面側から見て時計周り方向に捩れていることを意味し、0に近いほど捩れが少ないことを意味している。
口開き量ΔWは、図１８に示すように離型前形状の開口広さをW₀、離型後形状の開口広さをW₁とし、W₁-W₀で求めた。ここで開口広さとは、内側フランジ部２１のＲ留まりから外側フランジ部２３のＲ留まりまでの距離のことである。
口開き量Wは、正の値なら口開きが発生したことを意味し、0に近いほど口開きが小さいことを意味している。

表１及び表２に各成形条件で成形された成形品１７の捩れ角Δθ、口開き量ΔWを示す。比較例の結果は、表１及び表２中のh1=0、h2=0のところに記載した。

表１及び表２に示すように、第１相対移動距離h1及び第２相対移動距離h2が増加するのに従って捩れ角Δθ及び口開き量ΔWは、それぞれ比較例よりも減少している。
第１相対移動距離h1を増加させた場合の方が、第２相対移動距離h2を増加させた場合よりも捩れ角Δθの減少量が大きくなっており、捩れのスプリングバックの低減効果が高いことが分かる。
また、第２相対移動距離h2を増加させた場合の方が、第１相対移動距離h1を増加させた場合よりも口開き量ΔWの減少量が大きくなっており、口開きのスプリングバックの低減効果が高いことが分かる。
さらにまた、h1=4mm、h2=6mm程度に設定した場合、捩れ角Δθが0.1°、口開き量ΔWが0mmであり、非常に好適であった。

１ プレス成形装置（実施の形態１）
３ ダイ
３ａ 溝状凹陥部
３ｂ フランジ成形部
５ パンチ
５ａ 溝底成形部
５ｂ 縦壁成形部
５ｃ 設置空間
５ｄ 挿通孔
７ フランジ成形用ダイ
７ａ フランジ成形面
９ 突き出しパンチ
１１ 支持装置
１１ａ 支持部
１１ｂ 弾性部材
１３ フランジ成形用ダイ移動装置
１５ ブランク
１５ａ 内側端
１５ｂ 外側端
１７ 成形品
１９ 溝形状部
１９ａ 溝底部
１９ｂ 縦壁部
２１ 内側フランジ部
２３ 外側フランジ部
２５ プレス成形装置（実施の形態２）
２７ パンチ
２７ａ 外側フランジ成形部
２９ プレス成形装置（実施の形態３）
３０ パンチ
３０ａ 内側フランジ成形部
３１ 内側に湾曲フランジを有する成形品
３３ 外側に湾曲フランジを有する成形品
３５ 上に凸となる湾曲形状の成形品
３７ 下に凸となる湾曲形状の成形品
３９ 本発明のプレス成形装置（他の態様）
４１ ダイ
４３ パンチ
４５ フランジ用成形ダイ
４７ 本発明のプレス成形装置（さらに他の態様）
４９ ダイ
５１ パンチ
５３ フランジ用成形ダイ
５５ フランジ部のみが上に凸となる湾曲形状の成形品
５７ フランジ部のみが下に凸となる湾曲形状の成形品
６１ プレス成形金型（従来例）
６３ ダイ
６５ パンチ

Claims (5)

1. 溝状凹陥部と該溝状凹陥部の少なくとも片側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記溝状凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働してフランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記パンチの上面よりも幅狭で該パンチの上面から突き出し可能に設けられた突き出しパンチとを有する金型を用いて、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
   前記突き出しパンチを前記パンチの上面から突き出して、前記突き出しパンチと前記ダイによってブランクを挟むことで、前記製品形状の溝形状部よりも溝底幅の狭い溝形状部を有し、縮みフランジ変形を受けるフランジ部又は伸びフランジ変形を受けるフランジ部の少なくとも一方について、縮みフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも短く、伸びフランジ変形を受けるフランジ部に対しては長手方向の線長が前記製品形状のフランジ部の線長よりも長くなる中間形状を成形する第１成形工程と、
   前記パンチとフランジ成形用ダイと前記ダイによって、前記中間形状を前記製品形状に成形する第２成形工程とを備え、
   前記第１成形工程と前記第２成形工程を１度のプレス成形中に行うことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記第２成形工程は、前記パンチと前記ダイによって溝形状部を製品形状に成形する工程と、該工程の後で、前記ダイおよび前記フランジ成形用ダイにより前記フランジ部を製品形状に成形する工程を含んでいることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
3. 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する製品形状の成形品をプレス成形するプレス成形装置であって、
   溝状凹陥部と該溝状凹陥部の少なくとも片側にフランジ成形部を有するダイと、該ダイの前記溝状凹陥部に上部が挿入されるパンチと、前記ダイの前記フランジ成形部と協働して前記フランジ部を成形するフランジ成形用ダイと、前記パンチの上面よりも幅狭で該パンチの上面に出没可能に設けられた突き出しパンチと、該突き出しパンチを、常時はその上部が前記パンチの上面から突出するように支持し、所定の圧力が作用したときに前記パンチの上面から没入するように支持する支持装置と、前記フランジ成形用ダイを、前記ダイの下死点よりも下方に位置させて該位置から上方に前記パンチと独立に移動させるフランジ成形用ダイ移動装置とを備え、
   前記パンチに対する前記フランジ成形用ダイの相対移動距離をh1、前記パンチに対する前記突き出しパンチの相対移動距離をh2、前記製品形状のフランジ幅をLとしたときに、
   0.05＜h1／L＜1.0および0.05＜h2／L＜1.0
   の条件を満たすことを特徴とするプレス成形装置。
4. 前記フランジ成形用ダイ及び前記フランジ成形用ダイ移動装置が、前記パンチの一方の側部に設けられていることを特徴とする請求項３記載のプレス成形装置。
5. 前記フランジ成形用ダイ及び前記フランジ成形用ダイ移動装置が、前記パンチの両方の側部に設けられていることを特徴とする請求項３記載のプレス成形装置。