JP6233505B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プレス加工によって素材金属板からプレス成形品(例:自動車用ロアアーム)を製造する方法に関する。また、本発明は、その製造方法によって製造された自動車用ロアアーム(以下、単に「ロアアーム」ともいう)に関する。
自動車において、車輪は懸架装置(サスペンション)を介して車体に取り付けられる。この懸架装置を構成する部材の一つがロアアームである。ロアアームの一端部は、懸架装置のフレーム(具体的にはサスペンションメンバー)を介して車体に取り付けられる。ロアアームの他端部には、車輪(具体的にはホイール)が取り付けられる。軽量化の観点から、ロアアームにプレス成形品を採用することが望まれる。
図1及び図2は、ロアアームとして成り立つプレス成形品の形状例を模式的に示す斜視図である。これらの図のうち、図1は第1例のプレス成形品を示し、図2は第2例のプレス成形品を示す。図1及び図2に示すプレス成形品10は、本体部11と、突起部12とを含む。本体部11は、平面視において長手方向に沿ってL字形又は弓形に湾曲しつつ伸びる。本体部11の両端のうち、一方の端部(以下、「第1端部」ともいう)11aは、自動車車体に取り付けられる端部である。以下、この第1端部11aを「車体取付け用端部」ともいう。他方の端部(以下、「第2端部」ともいう)11bは、自動車車輪に取り付けられる端部である。以下、この第2端部11bを「車輪取付け用端部」ともいう。なお、図1及び図2には、車輪に連結される側を符号「W」で示し、車体に連結される側を符号「B」で示す。
突起部12は、本体部11の湾曲部から湾曲の外側に突出する。図1及び図2には、本体部11の長手方向のほぼ中間に突起部12が設けられた態様を示す。突起部12は、本体部11の第1端部11aとともに自動車車体に取り付けられる部分である。
本体部11及び突起部12の断面形状はいずれも溝形である。つまり、本体部11及び突起部12は、それぞれ、天板部13a及び13bと、縦壁部14a、14b及び14cとを備える。縦壁部14a〜14cは、天板部13a及び13bの両側部からそれぞれ伸びる。本体部11の天板部13aの表面には、本体部11の長手方向に沿った溝部15が設けられる。
図1に示す第1例のプレス成形品10の場合、溝部15は、本体部11の天板部13aの表面のうち、突起部12の根元より第1端部(車体取付け用端部)11a側の領域に設けられる。つまり、溝部15は、突起部12の根元近傍から第1端部11aの近傍まで設けられる。この溝部15は、第1端部11aに近づくに伴って深くなる。このため、溝部15の底面は傾斜面である。なお、溝部の底面を傾斜させることなく、溝部の深さを一定とする場合もある。
図2に示す第2例のプレス成形品10の場合、溝部15は、本体部11の天板部13aの表面のうち、突起部12の根元を通るように、第1端部(車体取付け用端部)11aから第2端部(車輪取付け用端部)11bまでの領域に設けられる。
縦壁部14a〜14cのうちで本体部11の第1端部(車体取付け用端部)11aから突起部12に至る縦壁部14aは、本体部11と突起部12とを繋ぐ湾状のコーナー部16を有する。以下、その縦壁部14aを「第1縦壁部」ともいう。この第1縦壁部14aと、天板部13a及び13bとにより、稜線部17が形成される(図1及び図2中の太線部参照)。その稜線部17のうちでコーナー部16に重なる部分は、円弧状である。稜線部17において、コーナー部16より本体部11側になる部分と、コーナー部16より突起部12側になる部分とのなす角度は、鋭角である。
なお、以下では、本体部11の第1端部(車体取付け用端部)11aから本体部11の第2端部(車輪取付け用端部)11bに至る縦壁部14bを「第2縦壁部」ともいう。本体部11の第2端部(車輪取付け用端部)11bから突起部12に至る縦壁部14cを「第3縦壁部」ともいう。
このような形状のプレス成形品10は、素材金属板にプレス加工を施すことにより成形される。必要に応じ、微小なR部といったプレス加工で成形できなかった部位に、リストライク加工が施され、これにより形状仕上げ又は形状凍結が行われる。また、最終形状への仕上げのため、必要に応じ、トリム加工、穴開け加工、溶接加工等が施される。
プレス成形品のロアアームを製造する場合、素材金属板に施される成形形態の主体は、伸びフランジ成形である。伸びフランジ成形に関する従来技術は下記のものがある。
特開2011−230189号公報(特許文献1)は、鋼板を加熱して温間でプレス加工する技術を開示する。特許文献1の技術では、鋼板として析出強化型の高強度鋼板を用い、所定の温度Tに加熱した鋼板を、200mm/s以上の平均成形速度でプレス加工する。その際、鋼板の加熱温度Tと、鋼板の軟化温度TLとが、TL−100≦T≦TLの関係を満足する。これにより、プレス加工が困難な高強度鋼板を素材とする場合であっても、生産効率を低下させることなく、プレス成形品を製造できる、と特許文献1には記載される。
特開2009−160655号公報(特許文献2)は、フランジ(縦壁部)付きのプレス成形品を製造するための技術を開示する。特許文献2の技術では、素材金属板として、平坦状の基体に対応する基体用ブランク部と、その基体用ブランク部の凹状外周縁に曲げ成形される凹状フランジ用ブランク部と、で構成されるブランクを用いる。凹状ブランク部は、伸びフランジ変形が生じる凸状フランジ用ブランク部と、これに隣接する隣接フランジ用ブランク部とからなる。凸状フランジ用ブランク部の外周縁は、所定範囲内に成形される。これにより、プレス成形品の凸状フランジ部に生じる引っ張りの応力集中をその両端部に分散することができ、伸びフランジ割れを抑制できる、と特許文献2には記載される。
特開平6−87039号公報(特許文献3)は、穴の周縁に筒状部を成形するバーリング加工の技術を開示する。特許文献3の技術では、第1工程において、絞り角半径を大きく設定して絞り加工を行う。続く第2工程において、第1工程で成形された絞り部にリストライク加工を施し、更に、その加工末期に絞り部の底部全体を穴抜きする。これにより、底部の穴抜きにより残った絞り部の縦壁部がそのまま筒状のバーリング部になり、伸びフランジ成形が不要になる。このため、絞り角半径を大きく設定して加工限界まで絞り高さを拡大しても、割れなどの成形上の問題が発生しない、と特許文献3には記載される。
特開2011−230189号公報 特開2009−160655号公報 特開平6−87039号公報
従来、プレス成形品のロアアームは、下記の第1工程及び第2工程を順に経て製造される。第1工程では、プレス加工によって素材金属板に絞り成形を施す。第2工程では、第1工程で絞り成形された金属板に、プレス加工によって曲げ成形を施す。
図3A〜図3C、及び図4A〜図4Cは、ロアアームとして成り立つプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図である。これらの図のうち、図3A〜図3Cは、図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合を示し、図4A〜図4Cは、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合を示す。また、図3A及び図4Aは、それぞれの素材金属板の形状を示す。図3B及び図4Bは、それぞれの第1工程後の金属板の形状を示す。図3C及び図4Cは、それぞれの第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。なお、図3C及び図4Cに示す形状のプレス成形品10を得るために、第2工程の前工程又は後工程でトリム加工を行うこともある。
図5及び図7は、従来法の第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。図6及び図8は、従来法の第2工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。これらの図のうち、図5及び図6は、図1に示す第1例のプレス成形品を製造する場合を示し、図7及び図8は、図2に示す第2例のプレス成形品を製造する場合を示す。
図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合、第1工程では、図5に示すように、上型40aとしてダイ41aが用いられる。下型50aとしては、上型40aと対になるパンチ51a及びブランクホルダ52aが用いられる。図7に示すように、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合も同様である。なお、図5及び図7には、構成の理解を容易にするため、ダイ41aについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示し、ブランクホルダ52aについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示す。
図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合、第2工程では、図6に示すように、上型40bとしてダイ41b及びパッド42bが用いられる。下型50bとしては、上型40bと対になるパンチ51bが用いられる。図8に示すように、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合も同様である。なお、図6及び図8には、構成の理解を容易にするため、ダイ41bについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示し、パッド42bについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示す。
図3A、図3B及び図5に示すように、図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合、従来による第1工程では、ダイ41a、パンチ51a及びブランクホルダ52aを用いて素材金属板21にプレス加工を施すことにより、天板部の表面形状を全域にわたり成形する。これにより、溝部15が全て成形される。これと合わせ、縦壁部のうちで本体部の第1端部(車体取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第1縦壁部)14aが成形される。その際、第1縦壁部14aの外側がブランクホルダ52a及びダイ41aによって保持された状態で、素材金属板21の加工が進行する。この第1工程での成形態様は絞り成形となる。図4A、図4B及び図7に示すように、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合も同様である。
図3B、図3C及び図6に示すように、図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合、従来法による第2工程では、ダイ41b、パッド42b及びパンチ51bを用い、第1工程後の金属板22にプレス加工を施す。これにより、残りの縦壁部、すなわち第2縦壁部14b及び第3縦壁部14cが成形される。その際、金属板22の位置ずれを防止するため、パッド42b及びパンチ51bによって金属板22における天板部の領域を保持した状態で、金属板22の加工が進行する。この第2工程での成形態様は曲げ成形となる。図4B、図4C及び図8に示すように、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合も同様である。
このような従来法によってプレス成形品を製造すると、第1工程又は第2の工程で破断が発生する場合がある。第1工程又は第2工程において、その破断は、伸びフランジ変形する部分22c(以下、「伸びフランジ変形部」ともいう)で発生する。伸びフランジ変形部22cは、第1縦壁部14aのうちで本体部と突起部とを繋ぐコーナー部16、及びそのコーナー部16の外側領域22hである(図3B及び図4B中の斜線部参照)。
従来法による第1工程では、ブランクホルダ52aを用いることにより、天板部から伸びフランジ変形部22cへの材料流入を促進し、伸びフランジ変形の低減を図っている。しかし、このような対策を適用しても、伸びフランジ変形部22cに破断が発生する場合がある。
この点、前記特許文献1の技術では、伸びフランジ性を向上させるため、鋼板として析出強化型の高強度鋼板を用い、温間でプレス加工を行う。しかし、この技術では、鋼板を加熱する工程が必要となるため、冷間でのプレス加工と比較し、生産性が低下する。
前記特許文献2の技術では、素材金属板の形状を好適化することにより、伸びフランジ変形する部位に生じる応力集中を分散し、伸びフランジ割れを抑制する。しかし、素材形状の好適化による応力集中の分散には限界があり、伸びフランジ変形部における破断の抑制は不十分である。
前記特許文献3の技術では、バーリング加工を利用する。このバーリング加工により成形される絞り部は、軸対称な円筒状である。一方、ロアアームの伸びフランジ変形部は、軸対称な形状ではない。このため、絞り加工によって材料流入の促進を図っても、伸びフランジ変形部に破断が発生する場合がある。
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、自動車用ロアアームに準じた形状のプレス成形品を製造する際、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形を低減し、伸びフランジ変形部で破断を抑制することができるプレス成形品の製造方法を提供することである。更に、本発明の目的は、伸びフランジ変形部で破断が抑制された高強度の自動車用ロアアームを提供することである。
本発明の一実施形態によるプレス成形品の製造方法は、素材金属板からプレス成形品を製造するための方法である。
前記プレス成形品は、平面視において長手方向に沿って湾曲し、両端にそれぞれ第1端部及び第2端部を有する本体部と、前記本体部の湾曲部から湾曲の外側に突出する突起部と、を含む。
前記本体部及び前記突起部は、それぞれ、天板部と、前記天板部の両側部からそれぞれ伸びる縦壁部と、を備える。
前記本体部の前記天板部の表面には、前記本体部の長手方向に沿った溝部が設けられる。
前記縦壁部のうちで前記本体部の前記第1端部から前記突起部に至る前記縦壁部は、前記本体部と前記突起部とを繋ぐコーナー部を有する。
前記本体部の前記第1端部から前記突起部に至る前記縦壁部と、前記天板部と、によって形成される稜線部において、前記コーナー部より前記本体部側になる部分と前記コーナー部より前記突起部側になる部分とのなす角度が鋭角である。
前記プレス成形品の製造方法は、第1工程と、第2工程を含む。
前記第1工程では、前記素材金属板にプレス加工を施すことにより、前記天板部の表面形状のうちで、前記本体部の前記湾曲部より前記第2端部側の表面形状を成形し、更に、前記本体部の前記第1端部側から前記突起部に至る前記縦壁部を成形する。
前記第2工程では、前記第1工程後の前記素材金属板にプレス加工を施すことにより、前記天板部の表面形状のうちで、前記本体部の前記湾曲部より前記第1端部側の表面形状を成形する。
上記の製造方法において、下記の構成を採用することができる。
前記プレス成形品の前記溝部は、前記本体部の前記天板部の表面のうち、前記突起部の根元を通るように、前記第1端部から前記第2端部までの領域に設けられる。
前記第1工程では、前記溝部のうちの前記第2端部側の部分を成形する。
前記第2工程では、前記溝部のうちの前記第1端部側の部分を成形する。
この製造方法の場合、前記第1工程では、前記コーナー部のうちで最も前記第2端部側に位置する点を中心にして、半径が前記本体部の長さの35%である円を描いたとき、当該円内に前記溝部の前記第2端部側の部分の一部又は全部が位置することが好ましい。
また、上記の製造方法において、下記の構成を採用することができる。
前記プレス成形品の前記溝部は、前記本体部の前記天板部の表面のうち、前記突起部の根元より前記第1端部側の領域に設けられる。
前記第1工程では、前記溝部を成形しない。
前記第2工程では、前記溝部を成形する。
上記したいずれかの製造方法において、下記の構成を採用することができる。
前記プレス成形品が自動車用ロアアームである。
前記本体部の前記第1端部及び前記突起部が自動車の車体に取り付けられる。
前記本体部の前記第2端部が自動車の車輪に取り付けられる。
本発明の一実施形態による自動車用ロアアームは、プレス加工によって素材金属板から成形されたものである。
前記ロアアームは、平面視において長手方向に沿って湾曲し、両端にそれぞれ車体取付け用端部及び車輪取付け用端部を有する本体部と、前記本体部の湾曲部から湾曲の外側に突出する車体取付け用の突起部と、を含む。
前記本体部及び前記突起部は、それぞれ、天板部と、前記天板部の両側部からそれぞれ伸びる縦壁部と、を備える。
前記本体部の前記天板部の表面には、前記本体部の長手方向に沿った溝部が設けられる。
前記縦壁部のうちで前記本体部の前記車体取付け用端部から前記突起部に至る前記縦壁部は、前記本体部と前記突起部とを繋ぐコーナー部を有する。
前記本体部の前記車体取付け用端部から前記突起部に至る前記縦壁部と、前記天板部と、によって形成される稜線部において、前記コーナー部より前記本体部側になる部分と前記コーナー部より前記突起部側になる部分とのなす角度が鋭角である。
引張強度TS[MPa]が440MPa以上である。
前記縦壁部のうちの前記コーナー部の最大高さHmax[mm]が下記の式(1)を満たす。
max>−0.0103×TS+26.051 …(1)
本発明のプレス成形品の製造方法は、自動車用ロアアームに準じた形状のプレス成形品を製造する際、第1工程及び第2工程を経ることにより、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形を低減し、伸びフランジ変形部で破断を抑制することができる。更に、本発明の自動車用ロアアームは高強度であり、伸びフランジ変形部で破断が抑制されたものである。
図1は、第1例のプレス成形品を模式的に示す斜視図である。 図2は、第2例のプレス成形品を模式的に示す斜視図である。 図3Aは、第1例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、素材金属板の形状を示す。 図3Bは、第1例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第1工程後の金属板の形状を示す。 図3Cは、第1例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。 図4Aは、第2例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、素材金属板の形状を示す。 図4Bは、第2例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第1工程後の金属板の形状を示す。 図4Cは、第2例のプレス成形品に関し、従来法の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。 図5は、第1例のプレス成形品に関し、従来法の第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図6は、第1例のプレス成形品に関し、従来法の第2工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図7は、第2例のプレス成形品に関し、従来法の第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図8は、第2例のプレス成形品に関し、従来法の第2工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図9Aは、第1実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、素材金属板の形状を示す。 図9Bは、第1実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第1工程後の金属板の形状を示す。 図9Cは、第1実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。 図10は、第1実施形態の第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図11Aは、第2実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、素材金属板の形状を示す。 図11Bは、第2実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第1工程後の金属板の形状を示す。 図11Cは、第2実施形態の製造工程の一例を説明するための斜視図であり、第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。 図12は、第2実施形態の第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。 図13Aは、第1工程で伸びフランジ変形部の材料の流動状態を示す平面図であり、従来法による場合を示す。 図13Bは、第1工程で伸びフランジ変形部の材料の流動状態を示す平面図であり、比較法による場合を示す。 図13Cは、第1工程で伸びフランジ変形部の材料の流動状態を示す平面図であり、第2実施形態による場合を示す。 図14は、素材金属板の引張強度とプレス加工による限界成形高さとの関係を示す図である。
本発明者らは、上記目的を達成するため、種々の解析及び試験を行い、鋭意検討を重ねた。その結果、下記の知見を得た。ロアアームに準じた形状のプレス成形品、すなわち、本体部及び突起部を含み、天板部の表面に溝部が設けられたプレス成形品を、プレス加工によって製造する際、第1工程において、金型の形状を適正化すれば、伸びフランジ変形部への材料流入が一層促進する。これにより、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形が低減し、伸びフランジ変形部での破断が抑制される。その結果、伸びフランジ変形部で破断が抑制されたプレス成形品(ロアアーム)を製造することが可能になる。
具体的には、溝部の設置範囲にかかわらず、第1工程において、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第1端部側の表面形状を成形することなく、本体部の湾曲部より第2端部側の表面形状を成形し、更に、本体部の第1端部側から突起部に至る縦壁部を成形すればよい。そして、第2工程において、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第1端部側の表面形状を成形すればよい。プレス成形品がロアアームである場合、第1端部は車体取付け用端部であり、第2端部は車輪取付け用端部である。
例えば、本体部の湾曲部より第1端部側の領域のみに溝部が設けられるプレス成形品を製造する場合、第1工程ではその溝部を成形しないで、第2工程でその溝部を成形する。また、第1端部から第2端部までの領域に溝部が設けられるプレス成形品を製造する場合、第1工程ではその溝部のうちの第2端部側の部分を成形し、第2工程ではその溝部のうちの残りの部分(第1端部側の部分)を成形する。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここでは、プレス成形品がロアアームである場合を例示する。
[第1実施形態]
図9A〜図9Cは、ロアアームとして成り立つプレス成形品に関し、第1実施形態の製造方法による製造工程の一例を説明する斜視図である。これらの図のうち、図9Aは素材金属板の形状を示す。図9Bは第1工程後の金属板の形状を示す。図9Cは第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。第1実施形態の製造方法は、図1に示す第1例のプレス成形品10を製造する場合を対象とする。このプレス成形品10の溝部15は、図1及び図9Cに示すように、本体部11の天板部13aの表面のうち、突起部12の根元より第1端部(車体取付け用端部)11a側の領域のみに設けられる。なお、図9Cに示す形状のプレス成形品10を得るために、第2工程の前工程又は後工程でトリム加工を行うこともある。
図10は、第1実施形態の製造方法における第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。第1工程では、図10に示すように、上型40cとしてダイ41cが用いられる。下型50cとしては、上型40cと対になるパンチ51c及びブランクホルダ52cが用いられる。なお、図10には、構成の理解を容易にするため、ダイ41cについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示し、ブランクホルダ52cについては、その先端部(金属板と当接する面)の形状を示す。
第2工程では、従来法の第2工程と同様に、前記図6に示す金型が用いられる。つまり、前記図6に示すように、上型40bとしてダイ41b及びパッド42bが用いられる。下型50bとしては、上型40bと対になるパンチ51bが用いられる。
図9A、図9B及び図10に示すように、第1工程では、ダイ41c、パンチ51c及びブランクホルダ52cを用いて素材金属板21にプレス加工を施すことにより、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第2端部側の表面形状を成形する。第1実施形態で対象とするプレス成形品10には、第2端部11b側の天板部13aの表面に溝部15が存在しない(図1参照)。このため、図9Bに示すように、溝部15は成形されない。これと合わせ、縦壁部のうちで本体部の第1端部(車体取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第1縦壁部)14aが成形される。その際、第1縦壁部14aの外側がブランクホルダ52c及びダイ41cによって保持された状態で、素材金属板21の加工が進行する。この第1工程での成形態様は絞り成形となる。
図6、図9B及び図9Cに示すように、第2工程では、従来法の第2工程と同様に、ダイ41b、パッド42b及びパンチ51bを用い、第1工程後の金属板22にプレス加工を施すことにより、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第1端部側の表面形状を成形する。これにより、図9Cに示すように、溝部15が成形される。これと合わせ、残りの縦壁部、すなわち第2縦壁部14b及び第3縦壁部14cが成形される。その際、金属板22の位置ずれを防止するため、パッド42b及びパンチ51bによって金属板22における天板部の領域を保持した状態で、金属板22の加工が進行する。この第2工程での成形態様は曲げ成形となる。
ここで、従来法では、上記のとおり、第1工程において、溝部15とともに第1縦壁部14aを成形する。その際、本体部の天板部のうちで突起部の根元より第2端部(車輪取付け用端部)側の領域の材料は、溝部15及び伸びフランジ変形部22cの両方に引き込まれる(前記図3B中の破線矢印参照)。この溝部15への材料の引き込みにより、伸びフランジ変形部22cへの材料の引き込みが低下する。
これに対し、第1実施形態では、第1工程において、溝部15を成形することなく、第1縦壁部14aを成形する。その際、本体部の天板部のうちで突起部の根元より第2端部(車輪取付け端部)側の領域の材料は、伸びフランジ変形部22cのみに引き込まれる(図9B中の破線矢印参照)。このように溝部15への材料の引き込みがないので、伸びフランジ変形部22cへの材料の引き込みが一層促進する。その結果、伸びフランジ変形部22cにおける伸びフランジ変形が低減し、伸びフランジ変形部での破断が抑制される。したがって、伸びフランジ変形部で破断が抑制されたプレス成形品(ロアアーム)を製造することが可能になる。
上記のとおり、第1実施形態の製造方法による伸びフランジ変形部での破断の抑制は、第1工程における材料の引き込みによる。この破断抑制のメカニズムは、第2工程についても同様である。
第1実施形態の製造方法によれば、上記のとおり、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形が低減する。このため、素材金属板として高張力鋼板を用いる場合であっても、伸びフランジ変形部での破断を抑制することができる。また、縦壁部、特に伸びフランジ変形部となる第1縦壁部のコーナー部の成形高さをより高くすることが可能となり、プレス成形品(ロアアーム)の設計自由度が向上する。
素材金属板として高張力鋼板を用いる場合、引張強度が440MPaを超えると、伸びフランジ変形部における破断の発生が顕著になる。この点、第1実施形態の製造方法によれば、例えば、引張強度が440MPa以上の高張力鋼板を用いる場合であっても、伸びフランジ変形部での破断を抑制することができる。このため、第1実施形態の製造方法は、引張強度が440MPa以上の高張力鋼板を用いる場合に特に有用である。これにより、伸びフランジ変形部で破断が抑制された高強度かつ高剛性のプレス成形品(ロアアーム)が得られる。
上記した第1実施形態の製造方法は、以下のように変更することができる。
本体部の第1端部(車体取付け用端部)から本体部の第2端部(車輪取付け用端部)に至る縦壁部(第2縦壁部)14bの成形は、第1工程及び第2工程のいずれで行ってもよい。また、第2工程に続いて、別の金型を用いてプレス加工を施す後工程を設ければ、第2縦壁部14bの成形はその後工程で行うこともできる。第1工程で伸びフランジ変形部22cへの材料流入をより一層促進する観点から、第2縦壁部14bの成形は第2工程又はその後工程で行うのが好ましい。
本体部の第2端部(車輪取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第3縦壁部)14cの成形は、第1工程及び第2工程のいずれで行ってもよい。また、第2の工程に続いて、別の金型を用いてプレス加工を施す後工程を設ければ、第3縦壁部14cの成形はその後工程で行うこともできる。第1工程で伸びフランジ変形部22cへの材料流入をより一層促進する観点から、第3縦壁部14cの成形は第2工程又はその後工程で行うのが好ましい。
第2工程において、パンチと対になる上型として、パッドは省略することができる。この場合のプレス加工は、ダイ及びパンチによって行われる。ただし、この場合は、溝部15を成形するために、ダイには、溝部15に対応する凸部を設ける必要がある。また、プレス加工時に金属板の位置がずれるのを防止するために、ガイドピンを設置することが好ましい。
もっとも、第2工程においてパッド42bを用いると、第2縦壁部14b及び第3縦壁部14cの成形よりも、溝部15の成形が先行する。これにより、第2縦壁部14bに成形される部位から溝部15に向かう材料流入が促進する。その結果、伸びフランジ変形部22cからの材料流出がより低下することから、伸びフランジ変形部22cにおける伸びフランジ変形がより低減し、伸びフランジ変形部22cでの破断がより抑制される。このため、第2工程ではパッドを用いることが好ましい。
第1工程と第2工程は連続してもよいし、必要に応じて、第1工程と第2工程との間に別の工程(例:孔抜き工程、トリム工程等)が追加されてもよい。
トリム加工は必須ではない。素材金属板の輪郭形状を適切に設定すれば、第1工程及び第2工程を経て得られるプレス成形品の形状を製品形状にすることができるからである。
[第2実施形態]
図11A〜図11Cは、ロアアームとして成り立つプレス成形品に関し、第2実施形態の製造方法による製造工程の一例を説明する斜視図である。これらの図のうち、図11Aは素材金属板の形状を示す。図11Bは第1工程後の金属板の形状を示す。図11Cは第2工程を経て得られたプレス成形品の形状を示す。図12は、第2実施形態の製造方法における第1工程で用いられる金型の形状例を模式的に示す斜視図である。第2実施形態の製造方法は、図2に示す第2例のプレス成形品10を製造する場合を対象とする。このプレス成形品10の溝部15は、図2及び図11Cに示すように、本体部11の天板部13aの表面のうち、突起部12の根元を通るように、第1端部(車体取付け用端部)11aから第2端部(車輪取付け用端部)11bまでの広範な領域に設けられる。
第2実施形態は、前記第1実施形態の構成を基本とする。以下では、第1実施形態と重複する説明は適宜省略する。
図11A、図11B及び図12に示すように、第1工程では、ダイ41c、パンチ51c及びブランクホルダ52cを用いて素材金属板21にプレス加工を施すことにより、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第2端部側の表面形状を成形する。これにより、図11Bに示すように、溝部15のうちの第2端部(車輪取付け用端部)11b側の部分(以下、「第2端部側溝部分」ともいう)22aが形成される。これと合わせ、縦壁部のうちで本体部の第1端部(車体取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第1縦壁部)14aが成形される。
第2工程では、従来法の第2工程と同様に、前記図8に示す金型が用いられる。図8、図11B及び図11Cに示すように、第2工程では、ダイ41b、パッド42b及びパンチ51bを用い、第1工程後の金属板22にプレス加工を施すことにより、天板部の表面形状のうちで、本体部の湾曲部より第1端部側の表面形状を成形する。これにより、図11Cに示すように、溝部15の残りの部分(以下、「第1端部側溝部分」ともいう)が成形される。これと合わせ、残りの縦壁部、すなわち第2縦壁部14b及び第3縦壁部14cが成形される。
ここで、第2実施形態の製造方法によって伸びフランジ変形部22cでの破断が抑制されるメカニズムを説明する。
図13A〜図13Cは、第1工程で伸びフランジ変形部の材料の流動状態を示す平面図である。これらの図のうち、図13Aは従来法による場合を示す。図13Bは比較法による場合を示す。図13Cは第2実施形態による場合を示す。これらの図には、第1工程後の金属板22のうちで伸びフランジ変形部22c及びその周辺の形状を示す。なお、素材金属板の形状を二点鎖線で示す。
従来法では、図13Aに示すように、第1工程で第1端部から第2端部までの溝部15の全てが成形される。このため、第2工程で第3縦壁部に成形される部分の外縁22f(図13A中の太線部参照)が、溝部15側及び伸びフランジ変形部22c側に移動する。つまり、従来法の第1工程においては、図13A中の斜線を施した矢印に示す方向に材料が流動し、伸びフランジ変形部22cに材料が流入する。
一方、第1縦壁部の外縁22g(図13A中の太線部参照)は、溝部15側に移動する。このため、従来法の第1工程においては、図13A中のクロスハッチングを施した矢印に示す方向に材料が流動し、伸びフランジ変形部22cから材料が流出する。この伸びフランジ変形部22cからの材料流出により、伸びフランジ変形部22cにおける変形が増大し、ここで破断が発生する。
比較法は、図13Bに示すように、第1工程で溝部15を成形しない参考の手法である。この比較法では、伸びフランジ変形部22cへ材料が流入する際に、図13B中の破線で囲む領域でせん断変形が進行する。このせん断変形の変形抵抗は大きいので、伸びフランジ変形部22cへの材料流入が阻害される。その結果、第2工程で第3縦壁部に成形される部分の外縁22f(図13B中の太線部参照)が、伸びフランジ変形部22c側に移動するが、その外縁22fの移動量は、従来法と比べて減少する。つまり、伸びフランジ変形部22cへの材料流入が低減する。
一方、第1縦壁部の外縁22g(図13B中の太線部参照)は、内側に移動する。しかし、比較法の第1工程においては、溝部を成形しないことから、その外縁22gの移動量は、従来法と比べて減少する。このため、比較法によれば、従来法と比べて、伸びフランジ変形部22cからの材料流出が低減する。
このように、比較法では、従来法と比べ、図13B中の斜線を施した矢印に示す方向の伸びフランジ変形部22cへの材料流入が低減する。更に、図13B中のクロスハッチングを施した矢印に示す方向の伸びフランジ変形部22cからの材料流出が低減する。その結果、伸びフランジ変形部22cにおける変形がより増大し、ここでの破断の発生が顕著となる。
これに対し、第2実施形態では、図13Cに示すように、第1工程で溝部のうちの第2端部側溝部分22aのみが成形される。この場合、第2端部側溝部分22a及び伸びフランジ変形部22cに材料が流入する。第2端部側溝部分22aに材料が流入することにより、比較法のようなせん断変形の発生が防止され、伸びフランジ変形部22cへの材料流入が促進する。このため、第2工程で第3縦壁部に成形される部分の外縁22f(図13C中の太線部参照)が、従来法と同様に、溝部15側及び伸びフランジ変形部22c側に移動する。つまり、第2実施形態の第1工程においては、伸びフランジ変形部22cへの材料流入が、従来例と同程度に維持される。
一方、第1縦壁部の外縁22g(図13C中の太線部参照)は、内側に移動する。しかし、第2実施形態の第1工程においては、第2端部側溝部分22aのみを成形することから、その外縁22gの移動量が、従来法と比べて減少する。このため、第2実施形態によれば、従来法と比べて、伸びフランジ変形部22cからの材料流出が低減する。
このように、第2実施形態では、従来法と比べ、図13C中の斜線を施した矢印に示す方向の伸びフランジ変形部22cへの材料流入が同程度に維持される。また、図13C中のクロスハッチングを施した矢印に示す方向の伸びフランジ変形部22cからの材料流出が低減する。その結果、伸びフランジ変形部22cにおける伸びフランジ変形が低減し、ここでの破断の発生が抑制される。
第2実施形態の場合、第1工程では、図13Cに示すように、伸びフランジ変形部となる第1縦壁部のコーナー部のうちで最も第2端部(車輪取付け用端部)側に位置する点22dを中心にして円Cを描いたとき、その円C内に第2端部側溝部分22aの一部又は全部が位置することが好ましい。ここで、円Cの半径[mm]は、本体部11の長さ[mm]の35%である。本体部11の長さは、前記図2に示すように、第1端部(車体取付け用端部)11aから第2端部(車輪取付け用端部)11bまでの直線距離[mm]である。本体部11の長さ測定において、第1端部11a及び第2端部11bそれぞれの位置として、本体部11の天板部13aにおける幅方向の中央点P1及びP2をそれぞれ採用する。
第2端部側溝部分22aの一部又は全部が円C内に位置すれば、第1工程において、第2端部側溝部分22aを成形することに起因した伸びフランジ変形部22cへの材料流入がより効果的に促進する。その結果、伸びフランジ変形部22cにおける伸びフランジ変形がより低減し、ここでの破断の発生がより抑制される。その効果をより増大させる観点から、円Cの半径は、本体部11の長さの30%であることが好ましい。
また、第1工程で成形された第2端部側溝部分22aの一部又は全部を円C内に位置させる場合、その第2端部側溝部分22aの端部22eは、円Cの中心点22dを基準にして、第1端部側及び第2端部側のいずれに配置してもよい。ただし、第2端部側溝部分22aの端部22eが第1端部(車体取付け用端部)側に配置されると、図13C中のクロスハッチングを施した矢印に示す方向の伸びフランジ変形部22cからの材料流出が増加するおそれがある。このため、第2端部側溝部分22aの端部22eは、円Cの中心点22dより第2端部(車輪取付け用端部)側に配置されるのが好ましい。
上記のとおり、第2実施形態の製造方法による伸びフランジ変形部での破断の抑制は、第1工程における材料の流動による。この破断抑制のメカニズムは、第2工程についても同様である。
[プレス成形品]
上記した本実施形態の製造方法によれば、素材金属板として引張強度が440MPa級の高張力鋼板を用いた場合であっても、伸びフランジ変形部で破断が抑制されたプレス成形品を得ることができる。そのため、本実施形態のプレス成形品は高強度であり、伸びフランジ変形部で破断が抑制されたものとなる。このプレス成形品は、ロアアームに準じた形状である限り、その用途に限定はない。
また、本実施形態の製造方法によれば、伸びフランジ変形部で伸びフランジ変形を低減することができる。このため、プレス成形品の縦壁部、特に伸びフランジ変形部となる第1縦壁部のコーナー部の成形高さをより高くすることが可能となる。
ここで、プレス成形品における第1縦壁部のうちのコーナー部の高さに関し、プレス加工によって成形可能な限界高さを調査した結果を示す。本実施形態の製造方法及び従来法のそれぞれについて、引張強度が異なる種々の鋼板ごとに、コーナー部の限界成形高さを調査した。この調査では、発明者らが行った実加工試験の実績値、及びFEM解析の結果を利用した。
図14は、素材金属板の引張強度とプレス加工による限界成形高さとの関係を示す図である。図14には、代表的に590MPa級鋼板及び980MPa級鋼板を用いた場合の結果を示す。図14に示すように、コーナー部の限界成形高さH[mm]は、本実施形態の製造方法及び従来法のいずれの場合でも、鋼板の引張強度TS[MPa]に比例して低下する。特に、従来法の場合、コーナー部の限界成形高さHlim[mm]は、下記の式(A)で表される。
lim=−0.0103×TS+26.051 …(A)
一方、本実施形態の製造方法の場合、コーナー部の限界成形高さHlim[mm]は、下記の式(B)で表される。
lim=−0.0103×TS+29.051 …(B)
上記式(A)及び式(B)の関係から、本実施形態の製造方法による限界成形高さは、従来法と比較して、3mm程度増加する。つまり、本実施形態の製造方法によれば、コーナー部の成形高さを、上記式(A)で表される従来法の限界成形高さよりも高くすることができる。
したがって、本実施形態のプレス成形品において、伸びフランジ変形部となる第1縦壁部のコーナー部の最大高さHmax[mm]は、上記式(A)に基づき、下記の式(1)を満たすものにすることもできる。もちろん、本実施形態のプレス成形品は、引張強度が440MPa以上のものにすることもできる。
max>−0.0103×TS+26.051 …(1)
本発明の効果を確認するため、FEM解析による下記実施例1及び実施例2の試験を実施した。実施例1及び実施例2のいずれのFEM解析でも、素材金属板をプレス加工することにより、ロアアームとして成り立つプレス成形品を作製し、その際の伸びフランジ変形部の板厚減少率により伸びフランジ変形の程度を評価した。
[実施例1]
実施例1の試験では、第1実施形態の効果を確認するため、前記図1に示す第1例の形状のプレス成形品を作製した。このプレス成形品の溝部は、本体部の天板部の表面のうち、第1端部側の領域のみに設けられた。その際、素材金属板は、板厚が2.6mmで、引張強さが980MPa級の高張力鋼板とした。
本発明例1では、前記図10及び図6に示す金型を用い、前記図9A及び図9Bに示す第1工程、並びに前記図9B及び図9Cに示す第2工程により、素材金属板にプレス加工を施した。
一方、従来例1では、前記図5及び図6に示す金型を用い、前記図3A及び図3Bに示す第1工程、並びに前記図3B及び図3Cに示す第2工程により、素材金属板にプレス加工を施した。それ以外の条件は、本発明例1と同じとした。
本発明例1及び従来例1のいずれでも、第1工程及び第2工程のそれぞれについて、工程の前後で伸びフランジ部の板厚を測定し、伸びフランジ変形部の板厚減少率を求めた。ここでの板厚減少率は、伸びフランジ変形部の領域で最も板厚が減少した位置での板厚減少率、すなわち最大板厚減少率とした。
従来例1では、第1工程で溝部の全てを成形した。その結果、第1工程及び第2工程の伸びフランジ変形部の板厚減少率は、それぞれ11.6%及び33.5%であった。
これに対し、本発明例1では、第1工程で溝部を成形することなく、第2工程で溝部の全てを成形した。第1工程及び第2工程の伸びフランジ変形部の板厚減少率は、それぞれ8.0%及び26.3%であった。つまり、本発明例1では、従来例1と比べて、伸びフランジ変形部の成形性が向上した。
これらのことから、第1実施形態によれば、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形を低減することができ、伸びフランジ変形部での破断を抑制できることが明らかになった。
[実施例2]
実施例2の試験では、第2実施形態の効果を確認するため、前記図2に示す第2例の形状のプレス成形品を作製した。このプレス成形品の溝部は、本体部の天板部の表面のうち、第1端部(車体取付け用端部)から第2端部(車輪取付け用端部)までの広範な領域に設けられた。その際、素材金属板は、板厚が2.6mmで、引張強さが980MPa級の高張力鋼板とした。本体部の第1端部から第2端部までの直線距離、すなわち本体部の長さは、400mmであった。
本発明例2では、前記図12及び図8に示す金型を用い、前記図11A及び図11Bに示す第1工程、並びに前記図11B及び図11Cに示す第2工程により、素材金属板にプレス加工を施した。得られたプレス成形品にトリム加工を施した。第1工程で成形される第2端部側溝部分22aの端部22eは、伸びフランジ変形部となる第1縦壁部のコーナー部のうちで最も第2端部側に位置する点22dを基準にし、その基準点22dより第2端部側に配置した。第2端部側溝部分22aと基準点22dとの最短距離d(前記図13C参照)は、40mmとした。このため、基準点22dを中心にして、半径が本体部の長さ(400mm)の35%である円、すなわち半径が140mmである円を描いたとき、その円内に第2端部側溝部分22aの一部が位置する状態であった。
一方、従来例2では、前記図7及び図8に示す金型を用い、前記図4A及び図4Bに示す第1工程、並びに前記図4B及び図4Cに示す第2工程により、素材金属板にプレス加工を施した。また、参考のための比較例2では、第1工程で溝部を成形することなく、第2工程で溝部の全てを成形した。それ以外の条件は、本発明例2と同じとした。
本発明例2、従来例2及び比較例2のいずれでも、第1工程、第2工程及びトリム工程のそれぞれについて、工程の前後で伸びフランジ部の板厚を測定し、伸びフランジ変形部の板厚減少率を求めた。ここでの板厚減少率は、伸びフランジ変形部の領域で最も板厚が減少した位置での板厚減少率、すなわち最大板厚減少率とした。下記の表1に試験結果を示す。
Figure 0006233505
表1より、下記のことが示される。従来例2では、第1工程で溝部の全てを成形した。その結果、第1工程、第2工程及びトリム工程の伸びフランジ変形部の板厚減少率は、それぞれ17.9%、33.3%及び24.9%であった。これに対し、比較例2では、第1工程、第2工程及びトリム工程の伸びフランジ変形部の板厚減少率が、いずれも悪化した。
本発明例2では、第1工程で溝部のうちの第2端部側溝部分を成形し、第2工程で残りの第1端部側溝部分を成形した。その結果、第1工程、第2工程及びトリム工程の伸びフランジ変形部の板厚減少率が、それぞれ14.7%、26.5%及び14.7%であった。つまり、本発明例2では、従来例2と比べて、伸びフランジ変形部の成形性が向上した。
これらのことから、第2実施形態によれば、伸びフランジ変形部における伸びフランジ変形を低減することができ、伸びフランジ変形部での破断を抑制できることが明らかになった。
その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
本発明のプレス成形品の製造方法は、自動車用ロアアームに準じた形状のプレス成形品の製造に有用である。特に、本発明の製造方法は、高強度かつ高剛性のロアアームの製造に有用である。
10:プレス成形品(ロアアーム)、 11:本体部、
11a:本体部の第1端部(車体取付け用端部)、
11b:本体部の第2端部(車輪取付け用端部)、
12:突起部、
13a:本体部の天板部、 13b:突起部の天板部、
14a:本体部の第1端部(車体取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第1縦壁部)、
14b:本体部の第1端部(車体取付け用端部)から本体部の第2端部(車輪取付け用端部)に至る縦壁部(第2縦壁部)、
14c:本体部の第2端部(車輪取付け用端部)から突起部に至る縦壁部(第3縦壁部)、
15:溝部、 16:コーナー部、
17:第1縦壁部と天板部とにより形成される稜線、
21:素材金属板、 22:第1工程後の金属板、
22a:溝部のうちの第2端部(車輪取付け用端部)側の部分(第2端部側溝部分)、 22c:伸びフランジ変形部、
22d:コーナー部のうちで最も第2端部(車輪取付け用端部)側に位置する点、
22e:第2端部側溝部分の端部、
22f:第3縦壁部に成形される部分の外縁、
22g:第1縦壁部の外縁、 22h:コーナー部の外側領域、
40a〜40c:上型、 41a〜41c:ダイ、 42b:パッド、
50a〜50c:下型、 51a〜51c:パンチ、
52a、52c:ブランクホルダ、 B:車体側、 W:車輪側

Claims (5)

  1. 素材金属板からプレス成形品を製造するための方法であって、
    前記プレス成形品は、平面視において長手方向に沿って湾曲し、両端にそれぞれ第1端部及び第2端部を有する本体部と、前記本体部の湾曲部から湾曲の外側に突出する突起部と、を含み、
    前記本体部及び前記突起部は、それぞれ、天板部と、前記天板部の両側部からそれぞれ伸びる縦壁部と、を備え、
    前記本体部の前記天板部の表面には、前記本体部の長手方向に沿った溝部が設けられ、
    前記縦壁部のうちで前記本体部の前記第1端部から前記突起部に至る前記縦壁部は、前記本体部と前記突起部とを繋ぐコーナー部を有し、
    前記本体部の前記第1端部から前記突起部に至る前記縦壁部と、前記天板部と、によって形成される稜線部において、前記コーナー部より前記本体部側になる部分と前記コーナー部より前記突起部側になる部分とのなす角度が鋭角であり、
    前記プレス成形品の製造方法は、第1工程と、第2工程を含み、
    前記第1工程では、前記素材金属板にプレス加工を施すことにより、前記天板部の表面形状のうちで、前記本体部の前記湾曲部より前記第2端部側の表面形状を成形し、更に、前記本体部の前記第1端部側から前記突起部に至る前記縦壁部を成形し、
    前記第2工程では、前記第1工程後の前記素材金属板にプレス加工を施すことにより、前記天板部の表面形状のうちで、前記本体部の前記湾曲部より前記第1端部側の表面形状を成形する、プレス成形品の製造方法。
  2. 請求項1に記載のプレス成形品の製造方法であって、
    前記プレス成形品の前記溝部は、前記本体部の前記天板部の表面のうち、前記突起部の根元を通るように、前記第1端部から前記第2端部までの領域に設けられ、
    前記第1工程では、前記溝部のうちの前記第2端部側の部分を成形し、
    前記第2工程では、前記溝部のうちの前記第1端部側の部分を成形する、プレス成形品の製造方法。
  3. 請求項2に記載のプレス成形品の製造方法であって、
    前記第1工程では、前記コーナー部のうちで最も前記第2端部側に位置する点を中心にして、半径が前記本体部の長さの35%である円を描いたとき、当該円内に前記溝部の前記第2端部側の部分の一部又は全部が位置する、プレス成形品の製造方法。
  4. 請求項1に記載のプレス成形品の製造方法であって、
    前記プレス成形品の前記溝部は、前記本体部の前記天板部の表面のうち、前記突起部の根元より前記第1端部側の領域に設けられ、
    前記第1工程では、前記溝部を成形せず、
    前記第2工程では、前記溝部を成形する、プレス成形品の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
    前記プレス成形品が自動車用ロアアームであり、
    前記本体部の前記第1端部及び前記突起部が自動車の車体に取り付けられ、
    前記本体部の前記第2端部が自動車の車輪に取り付けられる、プレス成形品の製造方法。

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