JP6176430B1 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents
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車体構造部品に用いられるプレス成形品の一つとして、例えばBピラーアウターのような、長手方向に沿って所定の曲率半径で湾曲した天板部およびフランジ部を有するハット形断面部品が挙げられる。このような部品にプレス成形した場合、成形下死点で、天板部に引張応力が発生すると共にフランジ部に圧縮応力が発生し、これらの応力差によりスプリングバック(キャンバーバック)が発生する。このような部品に対して、ハイテン材を適用した場合、前述の下死点での応力差が大きくなり、スプリングバックが増加するといった課題が発生する。さらに、ハイテン材では材料強度のバラツキが大きくなるため、寸法精度のバラツキも大きくなる、すなわち材料強度感受性が大きい。
特許文献1に記載の方法では、長手方向に湾曲した天板部と、天板部の長手方向に沿った両端から湾曲内側に向かって延在する二つの側壁部とを有する成形品に対して、前工程の天板部の曲率と天板部と側面部とがなす角度を変更する。これによって、特許文献1に記載の方法では、後工程で発生する応力を低減し、スプリングバックを抑制する。
特許文献2に記載の方法では、複数回のプレス成形工程を経て最終プレス成形品形状に至る金属板プレス成形工程において、成形後の形状で所定の曲率を持つ稜線付近で残留引張応力が発生する部位を、前工程で最終形状よりも小さい曲率半径で成形し、残留圧縮応力が発生する部位を、前工程で最終形状よりも大きい曲率半径で成形する。これによって特許文献2に記載の方法では、残留応力を打ち消し、スプリングバックを低減する。
特許文献3に記載の方法は、プレス成形時に発生する反りを見込んだ金型を生成する方法であり、この見込み形状を用いてプレス成形することによりスプリングバックを低減する。
特許文献2に記載の方法では、圧縮応力もしくは引張応力が発生する領域により、変更する曲率の大小傾向が変化するため、金型の設計が複雑になる。
特許文献3に記載の方法は、プレス下死点での残留応力を0にすることはできないため、材料強度感受性は低減されない。
この結果、本発明の一態様によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
天板部1の幅方向両側が側壁部3を介してフランジ部2に連続しているハット形断面部品であって、長手方向に沿って天板部1側に凸となるように湾曲したハット形断面部品に、ブランク材からなる金属板をプレス成形すると、図1(a)に示すように、湾曲部分の天板部1において引張残留応力が発生すると共に、フランジ部2において圧縮残留応力が発生する。そして、プレス金型から部品を外して、これらの応力が開放されることによって、図1(b)に示すようなスプリングバックが発生する。このとき、金属板の材料強度の増加に伴い、この残留応力が増加して、スプリングバック量が大きくなる傾向がある。すなわち、590MPa以上のハイテン材を採用するとスプリングバックが大きくなる。
本実施形態のプレス成形品の製造方法は、平板状の金属板を上記の製品形状に成形するための加工として、図3に示すように、第1の工程と、第2の工程とを有する。プレス成形品の製造のためのプレス工程を2段階の多工程とすることで、製品のスプリングバック抑制などの寸法精度を向上させることができる。
第1の工程は、天板部1及びフランジ部2について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状に、平板状の金属板(ブランク材)をプレス成形して中間部品を製造する工程である。金属板の材料強度が590MPa以上の鋼板であっても適用可能である。
このとき、第1の工程で製造される、中間部品における天板部1およびフランジ部2の長手方向の線長をそれぞれ、製品形状における天板部1およびフランジ部2の長手方向の線長と同じ値となるようにすることが好ましい。
同じ線長とするには、例えばフランジ部2と張出部5を接続する縦壁部6の線長を変更するように調整することで可能である。
例えば、製品形状における天板部1の長手方向に沿った天板部1の曲率半径をR1oと定義した場合、中間部品におけるスプリングバック後の天板部1の長手方向に沿った曲率半径R1’が下記(1)式を満たす値となるように、天板部1での第2の曲率半径の値を設定することが好ましい。すなわち、スプリングバック後の中間部品では、製品形状と比較してスプリングゴー側となる曲率半径となるように設定する。
0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00・・・・(1)
0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00・・・・(2)
ここで、第1の工程の成形には、ドロー成形またはフォーム成形を適用すればよい。
また本実施形態では、第1の工程での上記プレス成形後に、フランジ外周のトリム加工を施す。トリム加工には、せん断加工やレーザ切断加工などの公知の加工方法を採用すれば良い。
第2の工程は、第1の工程で製造した中間部品を目標とする製品形状に成形する工程である。第2の工程の成形にはリストライク加工を適用すればよい。
本実施形態のプレス成形品の製造方法では、スプリングバックを低減するために、第1の工程で、天板部1とフランジ部2の曲率半径をそれぞれ、製品形状の曲率半径よりも小さくなるようにプレス成形し、第2の工程で、第1の工程で得られた中間部品を、製品形状での曲率半径となるようにプレス成形して目標の成形形状の部品を得る。
ここで、第1の工程において、型から開放した後の中間部品の天板部1およびフランジ部2の曲率半径は、第2の曲率半径の値によっては、スプリングバックによって第1の工程で使用する金型の曲率半径よりも若干大きくなっている場合も想定される。この第1の工程で成形された中間部品のスプリングバック後の天板部1およびフランジ部2の曲率半径は、製品形状での曲率半径以下、好ましくは製品形状での曲率半径よりも小さくなるように、第1の工程の金型を設計することが好ましい。
プレス加工する金属板としてはハイテン材を対象とするが、鋼板やアルミニウム板などを用いてもよい。また、長手方向に沿った、製品形状での天板部1の曲率半径とフランジ部の曲率半径は異なっていてもよい。
第1の工程において、天板部1の線長を製品形状よりも短く成形した場合(L1>L1’)、第2の工程の成形時に、天板部1で引張応力が発生する可能性がある。また第1の工程において、フランジ部の線長を製品形状よりも長く成形した場合(L2<L2’)、第2の工程の成形時に、フランジ部で圧縮応力が発生する可能性がある。そのため、第1の工程の成形後と第2の工程の成形後との天板部1およびフランジ部の線長はそれぞれ同じ若しくは略同一にすることが望ましい。
もっとも、製品形状に対する中間部品の曲率変更量を決定するに際し、第1の工程において、スプリングバック後の天板部1の曲率半径をR1’としたときに、製品形状での天板部1の曲率半径R1oとの比を0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00 の範囲内に設定することが好ましい。
ここで、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が0.7よりも小さい場合、第2の工程での金型下死点において天板部1に過度の圧縮応力が、フランジ部2に過度の引張応力が発生し、プレス成形品に大きなスプリングゴーが発生するおそれがある。逆に、(R1’/R1o)および(R2’/R2o)が1よりも大きい場合、第2の工程の金型下死点において天板部1に引張応力が、フランジ部2に圧縮応力が残り、スプリングバックが十分抑制されない可能性がある。
この結果、本実施形態によれば、材料強度が振れた場合でも、寸法精度の高い部品が得られ、歩留りの向上に繋がる。さらに、ハット形断面形状の部品を用いて車体構造部品とする際に、部品の組立てを容易に行うことが可能となる。
本実施例では図2(a)、(b)に示す長手方向に湾曲したハット形断面部品をプレス成形する場合を対象とした。
従来法(No.1〜No.4)では、第1の工程で部品の曲率半径を変更せずに、プレス成形解析とスプリングバック解析とを実施し、スプリングバック前後の天板部1およびフランジ部2のスプリングバック量を測定した。
なお、プレス成形に使用する金属板は板厚t=2.0mmであって、材料強度(引張強度)が590MPa級〜1470MPa級の鋼板とした。
このとき、980MPa級材(材料強度980MPaの鋼板)を適用した条件を基本とした場合、スプリングバック前の天板部1およびフランジ部2の曲率半径R1、R2はそれぞれ1655[mm]および1596[mm]であり、スプリングバック後の天板部1およびフランジ部2の曲率半径R1’、R2’は、それぞれ1875[mm]および1793[mm]であった。
この結果に基づき、本発明に基づいた例(No.5〜No.16)では、第1の工程での天板部1およびフランジ部2それぞれの曲率半径倍率を、スプリングバック前の曲率半径より小さくし、プレス成形解析を行った。
上記で作製した第1の工程での金型モデルを用いてプレス成形解析を実施し、成形下死点まで成形されたプレス成形品の離型後におけるスプリングバック解析を行った。その後、スプリングバック後の成形品を第2の工程でリストライク成形する成形解析を実施し、成形下死点まで成形されたプレス成形品の離型後におけるスプリングバック解析を行った。
表1にプレス条件および評価結果をまとめて示す。
表1のNo.1〜4から分かるように、第1の工程での曲率半径を製品形状の曲率と同じにしてプレス成形およびスプリングバックの解析を実施すると、最大スプリングバック量は1470MPa級材で20.3mm発生する。590MPa級材と1470MPa級材の差を比較すると10.6mmの差が生じていることがわかる。
一方、本発明に基づく表1のNo.5〜8の場合には、第1の工程での曲率半径を(R1’/R1o)=0.9および(R2’/R2o)=0.9に変更してプレス成形およびスプリングバックの解析を実施すると、最大スプリングバック量は1470MPa級材で6.5mm発生する。また590MPa級材と1470MPa級材の差を比較すると7.6mmの差に低減していることがわかる。
また、本発明に基づく表1のNo.13〜16の場合には、第1の工程での曲率半径を(R1’/R1o)=0.7および(R2’/R2o)=0.7に変更してプレス成形およびスプリングバック解析を実施すると、最大スプリングバック量は1470MPa級材で1.2mm発生する。また590MPa級材と1470MPa級材の差を比較すると4.6mmの差に低減していることがわかる。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
2 フランジ部
3 側壁部
4 本体部
5 張出部
6 縦壁部
L1、L2 線長
Claims (7)
- 天板部とフランジ部とが側壁部を介して幅方向で連続していると共に、上記天板部及び上記フランジ部が長手方向に沿って上記天板部側に凸若しくは凹に湾曲したハット形断面を有する製品形状に、金属板をプレス成形して製造する際に、
上記天板部及びフランジ部について、それぞれ長手方向に沿った湾曲を上記製品形状での曲率半径よりも小さい第2の曲率半径のハット形断面を有する部品形状にプレス成形して中間部品を製造する第1の工程と、
上記中間部品を上記製品形状にプレス成形する第2の工程と、を有することを特徴とするプレス成形品の製造方法。 - 上記中間部品における上記天板部およびフランジ部の長手方向の線長をそれぞれ、上記製品形状における上記天板部およびフランジ部の長手方向の線長と同じ値に設定することを特徴とする請求項1に記載したプレス成形品の製造方法。
- 上記天板部及びフランジ部の上記各第2の曲率半径は、それぞれ上記第1の工程で成形した後に上記中間部品に発生するスプリングバック後の曲率半径が、上記製品形状での曲率半径以下となる値に設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したプレス成形品の製造方法。
- 上記製品形状における天板部の長手方向に沿った天板部の曲率半径をR1oと定義した場合、上記中間部品におけるスプリングバック後の天板部の長手方向に沿った曲率半径R1’が下記(1)式を満たす値となるように、上記天板部での上記第2の曲率半径の値を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したプレス成形品の製造方法。
0.70 ≦ (R1’/R1o) < 1.00・・・・(1) - 上記製品形状におけるフランジ部の長手方向に沿った曲率半径をR2oと定義した場合、上記中間部品におけるスプリングバック後のフランジ部の長手方向に沿った曲率半径R2’が下記(2)式を満たす値となるように、上記フランジ部での上記第2の曲率半径の値を設定することを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項4に記載したプレス成形品の製造方法。
0.70 ≦ (R2’/R2o) < 1.00・・・・(2) - 第1の工程の成形にドロー成形またはフォーム成形を適用し、第2の工程の成形にリストライク加工を適用することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載したプレス成形品の製造方法。
- 金属板の材料強度が590MPa以上の鋼板とすることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載したプレス成形品の製造方法。
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KR20210092295A (ko) | 2019-01-11 | 2021-07-23 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 프레스 성형 방법, 판상 재료의 블랭크재, 중간 성형품, 프레스 성형품의 제조 방법 및 프레스 성형품 |
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