JP6288381B1 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

製造方法は配置工程と第１プレス工程と第２プレス工程とを含む。配置工程では、ブランクを金型に配置する。第１プレス工程では、凹形稜線（６ａ）と、凹領域（２ａ）と、凹対応縦壁領域の凹形稜線（６ａ）に隣接する領域と、を曲げ成形する。第２プレス工程では、凸形稜線（６ｂ）と、凸領域（２ｂ）と、凸対応縦壁領域の凸形稜線（６ｂ）に隣接する領域と、を絞り成形する。これにより、天板部（２）が長手方向に沿って起伏したプレス成形品（１）を製造する場合に、シワの発生を抑制できる。

Description

本発明は、鋼板からなるプレス成形品の製造方法に関する。

自動車のフレーム部品には、ハット形又は溝形の断面を有するプレス成形品が多用される。そのプレス成形品は、天板部、及び２つの縦壁部を備える。厳密には、ハット形断面のプレス成形品は、更に２つのフランジ部を備える。プレス成形品の形状は様々である。複雑な形状のプレス成形品としては、天板部が長手方向に沿って起伏したプレス成形品がある。そのプレス成形品では、天板部は、側面視で内側に湾曲した凹領域と、側面視で外側に湾曲した凸領域とを、長手方向に連なるように有する。

そのような複雑な形状のプレス成形品を製造する場合、従来、ブランクとして、軟鋼板又は４４０ＭＰａ級の高張力鋼板（以下、これらを総称して「低強度鋼板」ともいう）を使用することが主流である。４４０ＭＰａ級高張力鋼板の引張強度（ＴＳ）は４４０ＭＰａ以上であり、その降伏強度（ＹＰ）は約３５０ＭＰａ以上である。プレス成形によって低強度鋼板のブランクから複雑な形状のプレス成形品を成形する際、シワの発生が懸念される。そのため、従来のプレス成形の主体は絞り成形である（例えば、国際公開ＷＯ２０１４／０４２０６７号パンフレット（特許文献１）参照）。絞り成形では、ブランクに張力が与えられながら成形が進行するため、シワの発生を抑制できるからである。そして、最後に、形状凍結のための曲げ成形が施される。

近年、自動車には、地球環境保全の観点から燃費の改善が求められる。そのため、自動車のフレーム部品の軽量化が推進されている。このような背景により、フレーム部品に適用されるプレス成形品のブランクとして、板厚の薄い５９０ＭＰａ級の高張力鋼板（以下、「中強度鋼板」ともいう）が使用される傾向にある。更に、そのブランクとして、板厚のより薄い９８０ＭＰａ級の高張力鋼板（以下、「高強度鋼板」ともいう）が使用される傾向にある。５９０ＭＰａ級高張力鋼板の引張強度（ＴＳ）は５９０ＭＰａ以上であり、その降伏強度（ＹＰ）は約４００ＭＰａ以上である。９８０ＭＰａ級高張力鋼板の引張強度（ＴＳ）は９８０ＭＰａ以上であり、その降伏強度（ＹＰ）は約６００ＭＰａ以上である。

しかし、プレス成形によって中強度鋼板のブランクから複雑な形状のプレス成形品を成形する際、上記のようにプレス成形の主体が絞り成形であると、天板部の凸領域と縦壁部との間に存在する稜線近傍に過度の張力が生じる場合がある。そのため、稜線近傍においてブランクの板厚が減少し、破断に至ることがある。また、天板部の凹領域には、ブランクの長手方向の圧縮応力が負荷される。そのため、天板部の凹領域近傍の材料が集まり、シワが発生する。

仮に、プレス成形の主体が、パッドを用いた曲げ成形に置き換えられると、天板部の凸領域に隣接する稜線近傍の過度の板厚減少は抑制される。しかしながら、天板部の凸領域から伸びる凸対応縦壁領域（縦壁部の一部）及び天板部の凹領域に、シワが発生する。ハット形のプレス成形品の場合、更に、凸対応縦壁領域から伸びる凸対応フランジ領域（フランジ部の一部）に、シワが発生する。プレス成形時、金型によって拘束されていない縦壁部及びフランジ部の材料が凸領域側に寄ってくるからである。

すなわち、一般的な絞り成形や曲げ成形では、複雑な形状のプレス成形品の成形は困難である。このような事態は、ブランクとして高強度鋼板を使用した場合に、より顕著に起こる。これは、高強度鋼板の延性が中強度鋼板の延性よりも更に低いことによる。

国際公開ＷＯ２０１４／０４２０６７号パンフレット

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一つは、天板部が長手方向に沿って起伏したプレス成形品を製造する場合に、シワの発生を抑制できるプレス成形品の製造方法を提供することである。

本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法は、２本の稜線と、天板部と、２つの縦壁部と、を備えたプレス成形品の製造に適用される。天板部は、２本の稜線に挟まれる。２つの縦壁部は、天板部から稜線を介して伸びる。２本の稜線はそれぞれ縦壁部の内側に向かって凸に湾曲する凹形稜線と、縦壁部の外側に向かって凸に湾曲する凸形稜線と、を含む。凹形稜線の中央部と凸形稜線の中央部との間の直線距離は、２本の稜線の間隔の１５倍以内である。天板部は、凹形稜線に挟まれた凹領域と、凸形稜線に挟まれた凸領域と、を含む。縦壁部は、凹形稜線に隣接する凹対応縦壁領域と、凸形稜線に隣接する凸対応縦壁領域と、を含む。製造方法は、配置工程と、第１プレス工程と、第２プレス工程と、を含む。配置工程は、金属板のブランクを第１パンチの頂部の両側からはみ出して配置する。第１プレス工程では、第１パンチ、パッド及び第１ダイを用いてブランクに、凹形稜線と、凹領域と、凹対応縦壁領域の凹形稜線に隣接する領域と、を曲げ成形し、中間成形品を得る。第２プレス工程では、第２パンチ、第２ダイ及びブランクホルダを用いて、中間成形品に、凸形稜線と、凸領域と、凸対応縦壁領域の凸形稜線に隣接する領域と、を絞り成形する。

本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法によれば、天板部が長手方向に沿って起伏したプレス成形品を製造する場合に、シワの発生を抑制できる。

図１Ａは、本発明の実施形態による製造方法によって製造されるプレス成形品の一例を示す斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示すプレス成形品の側面図である。 図２Ａは、本実施形態の製造方法による第１プレス工程の状況を説明するための斜視図である。 図２Ｂは、第１プレス工程後の第２プレス工程の状況を説明するための斜視図である。 図２Ｃは、第２プレス工程後の第３プレス工程の状況を説明するための斜視図である。 図３Ａは、第１プレス工程後の中間成形品の外観を示す斜視図である。 図３Ｂは、第２プレス工程後の中間成形品の外観を示す斜視図である。 図３Ｃは、第３プレス工程後のプレス成形品の外観を示す斜視図である。 図４Ａは、第１プレス工程後の中間成形品の外観を示す斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａの線IVＢ−IVＢにおける断面図である。 図４Ｃは、図４Ａの線IVＣ−IVＣにおける断面図である。 図４Ｄは、図４Ａの線IVＤ−IVＤにおける断面図である。 図５は、第２プレス工程後の中間成形品の外観を示す斜視図である。 図６Ａは、最初に絞り成形による凸対応領域の成形を行った場合のプレス成形品の外観を示す斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａの線VIＢ−VIＢにおける断面図である。 図６Ｃは、図６Ａの線VIＣ−VIＣにおける断面図である。 図６Ｄは、図６Ａの線VIＤ−VIＤにおける断面図である。 図７は、絞り成形による凸対応領域の成形を行った後に、曲げ成形による凹対応領域の成形を行った場合のプレス成形品の外観を示す斜視図である。

本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法は、２本の稜線と、天板部と、２つの縦壁部と、を備えたプレス成形品の製造に適用される。天板部は、２本の稜線に挟まれる。２つの縦壁部は、天板部から稜線を介して伸びる。２本の稜線はそれぞれ縦壁部の内側に向かって凸に湾曲する凹形稜線と、縦壁部の外側に向かって凸に湾曲する凸形稜線と、を含む。つまり、本実施形態の製造方法によって製造されるプレス成形品は、天板部が長手方向に沿って起伏したハット形断面又は溝形断面を有する。長手方向とは、天板部の稜線のない両端の辺の中心同士を結ぶ直線の方向を意味する。厳密には、ハット形断面のプレス成形品は、更に、各縦壁部から伸びる２つのフランジ部を備える。このような複雑な形状のプレス成形品は、例えば自動車のフレーム部品（例：フロントサイドメンバーリア、リアサイドメンバ、クロスメンバ、アッパメンバ、Ｂピラー）として用いられる。

天板部は、凹形稜線に挟まれた凹領域と、凸形稜線に挟まれた凸領域と、を含む。本実施形態のプレス成形品における天板部の典型的な例では、凹領域と凸領域が一つずつ設けられる。また、凹領域と凸領域が滑らかに連なる限り、凹領域と凸領域は隣接していなくてもよい。例えば、凹領域と凸領域との間に、長手方向の長さの短い平坦な領域が存在してもよい。但し、凹形稜線の中央部と凸形稜線の中央部との間の直線距離は、２本の稜線の間隔の１５倍以内である。また、天板部の端部に平坦領域が設けられてもよい。また、天板部の幅は一定でなくてもよい。例えば、天板部の幅が緩やかに変化してもよい。

縦壁部は、凹形稜線に隣接する凹対応縦壁領域と、凸形稜線に隣接する凸対応縦壁領域と、を含む。本実施形態のプレス成形品における縦壁部の典型的な例では、縦壁部の高さ（天板部に垂直方向の縦壁部の大きさ）が全域にわたって一定である。ただし、縦壁部の高さは一定でなくてもよい。例えば、縦壁部の高さが緩やかに変化してもよい。本実施形態のプレス成形品におけるフランジ部の典型的な例では、フランジ部の幅が全域にわたって一定である。ただし、フランジ部の幅は一定でなくてもよい。例えば、フランジ部の幅が緩やかに変化してもよい。

本実施形態の製造方法は、配置工程と、第１プレス工程と、第２プレス工程と、を含む。配置工程では、金属板のブランクを第１パンチの頂部の両側からはみ出して配置する。

第１プレス工程では、第１パンチ、パッド及び第１ダイを用いてブランクに曲げ成形を施す。これにより、少なくとも、凹形稜線と、凹領域と、凹対応縦壁領域の凹形稜線に隣接する領域と、を有する中間成形品が得られる。また、中間成形品には、天板部の凸領域から凹領域に至るまでの凹凸形状も成形される。ハット形断面のプレス成形品を製造する場合は、更に、フランジ部の領域のうちで凹対応縦壁領域から伸びる凹対応フランジ領域を成形する。第２プレス工程では、第２パンチ、第２ダイ及びブランクホルダを用いて、第１プレス工程によって得られた中間成形品を絞り成形する。これにより、凸形稜線と、凸領域と、凸対応縦壁領域の凸形稜線に隣接する領域と、が成形される。ハット形断面のプレス成形品を製造する場合は、更に、フランジ部の領域のうちで凸対応縦壁領域から伸びる凸対応フランジ領域を成形する。

本実施形態の製造方法では、プレス成形品を、凹対応縦壁と凸対応縦壁に区分する。プレス成形品にフランジがある場合、凹対応縦壁及び凹対応フランジ領域を総称して「凹対応領域」といい、凸対応縦壁及び凸対応フランジ領域を総称して「凸対応領域」という。最初に第１プレス工程で天板部の凸領域から凹領域に至る領域と、凹対応縦壁あるいは凹対応領域を成形し、次に第２プレス工程で天板部の凸領域と、凸対応縦壁あるいは凸対応領域を成形する。

このような製造方法によれば、最初に行う第１プレス工程が、パッドを用いた曲げ成形であるため、天板部の凹領域及び凹対応領域にシワが発生しない。このとき、凸対応領域に相当する領域は、滑らかに凸領域とつながる。そのため、凸対応領域に相当する領域にシワは発生しない。そして、次に行う第２プレス工程が、ブランクに張力を与えながら実施される絞り成形であるため、凸対応領域にシワが発生しない。このとき、凹対応領域は、先の第１プレス工程によって既に形成されている。そのため、凹対応領域にシワは発生しない。したがって、本実施形態の製造方法では、天板部が長手方向に沿って起伏したハット形断面又は溝形断面を有するプレス成形品を製造する場合に、シワの発生を抑制できる。工程の順番が逆の場合にシワが発生する理由は後述する。

上記の製造方法において、下記の式（１）〜式（５）の条件を満たすことが好ましい。
（Ｒａ／θａ）×０．０３×（６５０／ＹＰ）×（ｔ／１．８）^２＜Ｈａ＜２５０ …（１）
１５＜θａ＜８５ …（２）
（Ｒｂ／θｂ）×０．０２×（６５０／ＹＰ）×（ｔ／１．８）^２＜Ｈｂ＜２５０ …（３）
１５＜θｂ＜８５ …（４）
４０＜Ｌ＜１６×（Ｈａ＋Ｈｂ）／２×（６５０／ＹＰ）×（ｔ／１．８）^２ …（５）
上記の式における各記号の意味は次のとおりである：
ＹＰ［ＭＰａ］、ブランクの降伏強度；
ｔ［ｍｍ］、ブランクの板厚；
Ｒａ［ｍｍ］、天板部の垂直方向と長手方向を含む面内の凹形稜線の曲率半径；
θａ［°］、天板部の垂直方向と長手方向を含む面内の凹形稜線の中心角；
Ｈａ［ｍｍ］、凹形稜線中央部における天板部の垂直方向の凹対応縦壁領域の高さ；
Ｒｂ［ｍｍ］、天板部の垂直方向と長手方向を含む面内の凸形稜線曲率半径；
θｂ［°］、天板部の垂直方向と長手方向を含む面内の凸形稜線の中心角；
Ｈｂ［ｍｍ］、凸形稜線中央部における天板部の垂直方向の凸対応縦壁領域の高さ；及び
Ｌ［ｍｍ］、凹形稜線中央部から凸形稜線中央部までの直線距離。

上記式（１）及び式（２）の条件を満たす場合、絞り成形を主体とする従来のプレス成形を採用すると、天板部の凹領域にシワが発生する。また、上記式（３）及び式（４）の条件を満たす場合、パッドを用いた曲げ成形を主体とする従来のプレス成形を採用すると、凸対応縦壁領域及び凸対応フランジ領域にシワが発生する。更に、それらのシワは、上記式（５）の条件を満たす場合に発生する。本実施形態の製造方法は、そのようなシワの発生を抑制できる。

上記の製造方法において、第２プレス工程によって得られたプレス成形品の凹対応縦壁領域及び凸対応縦壁領域のうちのいずれかの高さがプレス成形品の所望の縦壁部の高さに達していない場合、第３プレス工程を含むことができる。第３プレス工程では、第２プレス工程の後、縦壁部の稜線と反対側にある第２稜線を縦壁部の外側に向かって移動する曲げ成形を施す。第３プレス工程では、プレス金型にパンチとダイの他に更にパッドを使用してもよい。

上記の製造方法において、鋼板で、降伏強度が４００ＭＰａ以上のブランクを成形できる。典型的な例では、降伏強度（ＹＰ）が４００ＭＰａ以上の鋼板は、５９０ＭＰａ級の高張力鋼板（引張強度（ＴＳ）が５９０ＭＰａ以上の中強度鋼板）である。より好ましくは、ブランクの降伏強度が６００ＭＰａ以上であってもよい。典型的な例では、降伏強度（ＹＰ）が６００ＭＰａ以上の鋼板は、９８０ＭＰａ級の高張力鋼板（引張強度（ＴＳ）が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板）である。ブランクの降伏強度が４００ＭＰａ以上であると、プレス成形の際、面外変形が大きくなり、材料が集まりやすい。すなわち、シワが発生しやすい。本実施形態の製造方法は、このようなシワが発生しやすいブランクを複雑な形状のプレス成形品に成形する場合に特に有効である。また、ブランクの降伏強度が４００ＭＰａ以上であれば、プレス成形品の部品性能が向上する。

上記の製造方法において、ブランクの板厚が０．８〜１．６ｍｍでも成形できる。ブランクの板厚が１．６ｍｍ以下であると、プレス成形の際、面外変形が大きくなり、材料が集まりやすい。すなわち、シワが発生しやすい。また、ブランクの板厚が０．８ｍｍ未満であれば、ブランクの板厚が薄すぎることから、フレーム部品としてのプレス成形品に求められる衝突特性及び剛性を満足しにくい。一方、ブランクの板厚が１．６ｍｍを超えれば、ブランクの板厚が厚すぎることから、プレス成形品の顕著な軽量化が望みにくい。

上記の製造方法において、下記式（６）の条件を満たすのが好ましい。
０．０１１ ＜ｔ／Ｗ＜ ０．０３２ （６）
上記の式における各記号の意味は次のとおりである：
Ｗ［ｍｍ］、２本の稜線の間隔。上記式（６）の条件を満たす場合、特にプレス成形によるシワが発生しやすい。本実施形態の製造方法は、このようなプレス成形品の製造に特に適する。

以下に、本発明のプレス成形品の製造方法について、その実施形態を詳述する。

［プレス成形品］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態による製造方法によって製造されるプレス成形品の一例を示す図である。これらの図のうち、図１Ａは斜視図を示し、図１Ｂは側面図を示す。図１Ａ及び図１Ｂには、自動車のフレーム部品の一つであるフロントサイドメンバーリアに用いられるプレス成形品１を例示する。プレス成形品１は長手方向の全域にわたってハット形の断面を有する。プレス成形品１は、２本の稜線６、天板部２、２つの縦壁部３、及び２つのフランジ部４を備える。天板部２は２本の稜線６に挟まれる。各縦壁部３は天板部２から稜線６を介して伸びる。すなわち、各縦壁部３は天板部２の両側部からそれぞれ伸びる。各フランジ部４は各縦壁部３からそれぞれ伸びる。

２本の稜線６はそれぞれ、凹形稜線６ａと、凸形稜線６ｂと、を含む。凹形稜線６ａは、縦壁部３の内側に向かって凸に湾曲する。凸形稜線６ｂは、縦壁部３の外側に向かって凸に湾曲する。

凹形稜線６ａの中央部と、凸形稜線６ｂの中央部との間の直線距離Ｌは、２本の稜線６の間隔Ｗ（天板部２の幅）の１５倍以内である。要するに、凹形稜線６ａは、凸形稜線６ｂから過剰に離れてはいない。離れ過ぎると、従来のプレス成形でもシワなく成形できてしまう。

天板部２は凹領域２ａと凸領域２ｂとを一つずつ有する。凹領域２ａは２本の凹形稜線６ａに挟まれる。凸領域２ｂは２本の凸形稜線６ｂに挟まれる。側面視の図１Ｂに示すように、凹領域２ａは、縦壁部３の内側に凸に湾曲する。側面視とは、天板部２に平行かつ長手方向に垂直の方向から見ることを意味する。また、天板部２は、凹領域２ａに連なるように平坦領域２ｃを有していてもよい。同様に凸領域２ｂに連なるように平坦領域２ｄを有していてもよい。これらの平坦領域２ｃ及び２ｄは、天板部２の長手方向の端部まで伸びていてもよい。つまり、本実施形態のプレス成形品１は、天板部２が長手方向に沿って起伏したものである。

縦壁部３は凹対応縦壁領域３ａと凸対応縦壁領域３ｂとを有する。フランジ部４は凹対応フランジ領域４ａと凸対応フランジ領域４ｂとを有する。凹対応縦壁領域３ａは稜線６を介して天板部２の凹領域２ａから伸びる。凹対応縦壁領域３ａは凹形稜線６ａに隣接する。凹対応フランジ領域４ａは凹対応縦壁領域３ａから伸びる。凸対応縦壁領域３ｂは稜線６を介して天板部２の凸領域２ｂから伸びる。凸対応縦壁領域３ｂは凸形稜線６ｂに隣接する。凸対応フランジ領域４ｂは凸対応縦壁領域３ｂから伸びる。

つまり、本実施形態のプレス成形品１は、絞り成形、又はパッドを用いた曲げ成形を主体とする従来のプレス成形を採用したときにシワが発生するような形状寸法を有する。

［プレス成形品の製造］
図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態の製造方法による各工程の状況を説明するための斜視図である。これらの図のうち、図２Ａは第１プレス工程の状況を示す。図２Ｂは第２プレス工程の状況を示す。図２Ｃは第３プレス工程の状況を示す。図２Ａ〜図２Ｃのいずれでも、ブランク１１と中間成形品２１は各工程のプレス成形前の状態を示す。図３Ａは第１プレス工程後の中間成形品２１の外観を示す斜視図である。図３Ｂは第２プレス工程後の中間成形品３１の外観を示す斜視図である。図３Ｃは第３プレス工程後のプレス成形品１の外観を示す斜視図である。なお、図２Ａ〜図２Ｃのいずれにも、構成の理解を容易にするため、成形用金型は、プレス成形品と接触する面の形状のみを表示する。

本実施形態の製造方法は、配置工程と、第１プレス工程と、第２プレス工程と、第３プレス工程と、を含む。図２Ａに示すように、配置工程では、平らなブランク１１を準備する。このブランク１１は、例えば５９０ＭＰａ級の高張力鋼板から切り出されたものである。ブランク１１の形状は、プレス成形品１（図３Ｃ参照）の形状に応じて決める。

次に、図２Ａに示すように、第１プレス工程では第１プレス装置が用いられる。第１プレス装置は、下型として第１パンチ１２を備え、上型として第１ダイ１３及び第１パッド１４を備える。

第１パンチ１２には、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域の凹凸形状が反映されている。更に、第１パンチ１２には、縦壁部３の領域のうちの凹対応縦壁領域３ａの形状が反映さる。プレス成形品にフランジ部４がある場合、フランジ部４の領域のうちの凹対応フランジ領域４ａの形状が反映されている。また、第１パンチ１２において、凸対応縦壁領域３ｂ及び凸対応フランジ領域４ｂに相当する部分は、滑らかに凸領域２ｂに相当する部分とつながる。

第１パッド１４には、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域の凹凸形状が反映されている。第１ダイ１３は、第１パンチ１２の一部と対向するように配置される。第１ダイ１３には、縦壁部３の領域のうちの凹対応縦壁領域３ａの形状が反映され、フランジ部４の領域のうちの凹対応フランジ領域４ａの形状が反映されている。更に、第１ダイ１３には、縦壁部３及びフランジ部４の領域のうちで平坦領域２ｃに対応する領域の形状が反映されている。なお、本実施形態では、第１パンチ１２及び第１ダイ１３に反映された凹対応縦壁領域３ａの形状の高さは、後述する第３プレス工程を見越して、最終製品のプレス成形品１における凹対応縦壁領域３ａの高さよりも低く設定されている。

先ず、配置工程が実施される。配置工程では、金属板のブランク１１を上型（第１ダイ）と下型（第１パンチ）との間に配置する。より具体的には、ブランク１１を第１パンチ１２の頂部の両側からはみ出して配置する。はみ出した箇所が縦壁あるいはフランジに成形される箇所である。ブランク１１は例えば、金属板を打ち抜き加工して得られる。金属板は、例えば、鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等である。

続いて、第１プレス工程が実施される。第１プレス工程では、第１プレス装置を用いて、ブランク１１に曲げ成形を施す。第１パッド１４を下降させ、第１パンチ１２上のブランク１１に第１パッド１４を押し付ける。これにより、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域の凹凸形状が成形される。次に、第１パンチ１２上のブランク１１に第１パッド１４を押し付けた状態で、第１ダイ１３を下降させる。これにより、凹形稜線６ａ、天板部２の凹領域２ａ、凹対応縦壁領域３ａの凹形稜線６ａに隣接する領域、及び凹対応フランジ領域４ａが成形される。これと同時に、縦壁部３及びフランジ部４の領域のうちで平坦領域２ｃに対応する領域が成形される。

このような第１プレス工程により、図３Ａに示すような第１段階の中間成形品２１が得られる。第１プレス工程後の中間成形品２１は、天板部２の全ての領域、縦壁部３の領域のうちの凹対応縦壁領域３ａ、フランジ部４の領域のうちの凹対応フランジ領域４ａ、及び縦壁部３及びフランジ部４の領域のうちで平坦領域２ｃに対応する領域が成形されたものとなる。なお、本実施形態では、第１プレス工程後の中間成形品２１における凹対応縦壁領域３ａの高さは、最終製品のプレス成形品１における凹対応縦壁領域３ａの高さよりも僅かに低くなっている。したがって、第１プレス工程では、凹対応縦壁領域３ａの凹形稜線６ａに隣接する領域、すなわち、凹対応縦壁領域３ａの一部が成形される。

次に、第２プレス工程が実施される。図２Ｂに示すように、第２プレス工程では第２プレス装置が用いられる。第２プレス装置は、下型として第２パンチ２２及びブランクホルダ２４を備え、上型として第２ダイ２３を備える。

第２パンチ２２には、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域の形状が反映され、凸形稜線と凹形稜線に隣接する縦壁部３の領域の形状が反映されている。更に、第２パンチ２２には、フランジ部４の領域の形状のうちで、凹対応フランジ領域４ａの形状、及び平坦領域２ｃに対応する領域の形状が反映されている。ブランクホルダ２４には、フランジ部４の領域の形状のうちで、凸対応フランジ領域４ｂの形状、及び平坦領域２ｄに対応する領域の形状が反映されている。

第２ダイ２３には、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域、縦壁部３の凸形稜線と凹形稜線に隣接する領域及びフランジ部４の形状が反映されている。なお、本実施形態では、第２パンチ２２及び第２ダイ２３に反映された凹対応縦壁領域３ａの形状の高さは、最終製品のプレス成形品１における凹対応縦壁領域３ａの高さよりも低く設定されている。

第２プレス工程では、第２プレス装置を用いて、中間成形品２１に絞り成形を施す。第２プレス工程に先立ち、中間成形品２１を上型と下型との間に、天板部２の凹凸形状を下型の形状にあわせて配置する。続いて、第２プレス工程では、第２ダイ２３を下降させ、第２ダイ２３とブランクホルダ２４によって中間成形品２１を挟む。この状態で、第２ダイ２３を更に下降させる。中間成形品２１に張力が与えられながら成形が進行する。これにより、凸形稜線６ｂ、天板部２の凸領域２ｂ、凸対応縦壁領域３ｂの凸形稜線６ｂに隣接する領域、及び凸対応フランジ領域４ｂが成形される。これと同時に、縦壁部３及びフランジ部４の領域のうちで平坦領域２ｄに対応する領域が成形される。図２Ｂを参照して、天板部２の凸領域２ｂの一部は、第１プレス工程で成形されてもよい。したがって、中間成形品２１の天板部２には、凹凸形状が形成されてもよい。しかしながら、天板部２の凸領域２ｂの全部は、第２プレス工程で成形される。

このような第２プレス工程により、図３Ｂに示すような第２段階の中間成形品３１が得られる。第２プレス工程後の中間成形品３１は、天板部２の凸領域から凹領域に至る領域、縦壁部３の稜線６に隣接する領域、及びフランジ部４の全ての領域が成形されたものとなる。なお、本実施形態では、第２プレス工程後の中間成形品３１における凸対応縦壁領域３ｂの高さは、最終製品のプレス成形品１における凸対応縦壁領域３ｂの高さよりも低くなっている。したがって、第２プレス工程では、凸対応縦壁領域３ｂの凸形稜線６ｂに隣接する領域、すなわち、凸対応縦壁領域３ｂの一部が成形される。

そして、第３プレス工程が実施される。図２Ｃに示すように、第３プレス工程では第３プレス装置が用いられる。第３プレス装置は、下型として第３パンチ３２を備え、上型として第３ダイ３３及び第３パッド３４を備える。

第３パンチ３２には、最終製品のプレス成形品１の形状と完全に一致する形状が反映されている。第３パッド３４には、天板部２の全ての領域の形状が反映されている。第３ダイ３３には、縦壁部３及びフランジ部４の全ての形状が反映されている。

第３プレス工程では、第３プレス装置を用いて、中間成形品３１に形状凍結のための曲げ成形を施す。その際、先ず、中間成形品３１を上型と下型との間に配置する。続いて、第３パッド３４を下降させ、第３パンチ３２上の中間成形品３１に第３パッド３４を押し付ける。この状態で、第３ダイ３３を下降させる。より具体的には、縦壁部３の稜線６と反対側にある第２稜線７を縦壁部３の外側に向かって移動する曲げ成形を施す。第２稜線７は、縦壁部３とフランジ部４との間の稜線を意味する。これにより、図３Ｃに示すように、最終製品のプレス成形品１が成形される。

本実施形態の製造方法によれば、最初に行う第１プレス工程が、第１パッド１４を用いた曲げ成形であるため、天板部２の凹領域２ａ及び凹対応領域にシワが発生しない。このとき、凸対応領域に相当する領域は、滑らかに凸領域２ｂと一致するような形状に形成される。そのため、凸対応領域に相当する領域にシワが発生しない。そして、次に行う第２プレス工程が、第１段階の中間成形品２１に張力を与えながら実施される絞り成形であるため、凸対応領域（特に、凹対応領域と凸対応領域との境界付近の凸対応縦壁領域３ｂ及び凸対応フランジ領域４ｂ）にシワが発生しない。このとき、凹対応領域は、先の第１プレス工程によって既に形成されている。そのため、凹対応領域にシワが発生しない。したがって、本実施形態の製造方法では、天板部２が長手方向に沿って起伏したハット形断面又は溝形断面を有するプレス成形品１を製造する場合に、シワの発生を抑制できる。

ここで、シワの発生を抑制するために重要なことは、本実施形態の製造方法のように、最初に曲げ成形による凹対応領域の成形を行い、その後に絞り成形による凸対応領域の成形を行うことである。その順序が逆になると、凹対応領域と凸対応領域との境界付近の縦壁部及びフランジ部にシワが発生する。その理由を以下に説明する。

図４Ａ〜図４Ｄは、本実施形態の製造方法による第１プレス工程後の一例を示す図である。これらの図のうち、図４Ａは中間成形品の外観を示す斜視図である。図４Ｂは図４Ａの線IVＢ−IVＢにおける断面図であり、図４Ｃは図４Ａの線IVＣ−IVＣにおける断面図であり、図４Ｄは図４Ａの線IVＤ−IVＤにおける断面図である。図５は、本実施形態の製造方法による第２プレス工程後の中間成形品の外観を示す斜視図である。なお、図４Ａ〜図５には、構成の理解を容易にするため、下型４０及び４１も表示する。

図６Ａ〜図６Ｄは、最初に絞り成形による凸対応領域の成形を行った場合の一例を示す図である。これらの図のうち、図６Ａはプレス成形品の外観を示す斜視図である。図６Ｂは図６Ａの線VIＢ−VIＢにおける断面図であり、図６Ｃは図６Ａの線VIＣ−VIＣにおける断面図であり、図６Ｄは図６Ａの線VIＤ−VIＤにおける断面図である。図７は、絞り成形による凸対応領域の成形を行った後に、曲げ成形による凹対応領域の成形を行った場合のプレス成形品の外観を示す斜視図である。なお、図６Ａ〜図７には、構成の理解を容易にするため、下型５０及び５１も表示する。

本実施形態の製造方法のように、最初に曲げ成形による凹対応領域の成形を行った場合、図４Ａ〜図４Ｄに示すように、凹対応領域４３ａと凸対応領域４３ｂとの境界付近において、縦壁部４３が張り出す。この張り出しは比較的小さい。そのため、その後に絞り成形による凸対応領域の成形を行うと、その縦壁部４３の張り出しは、適度な張力を与えられながら成形される。これにより、図５に示すように、凹対応領域４３ａと凸対応領域４３ｂとの境界付近にシワは発生しない。

これに対し、最初に絞り成形による凸対応領域の成形を行った場合、図６Ａ〜図６Ｄに示すように、凹対応領域５３ａと凸対応領域５３ｂとの境界付近において、縦壁部５３が張り出す。この張り出しは比較的大きい。ブランクが張力を与えられながら成形されるからである。そして、その後に曲げ成形による凹対応領域の成形を行うと、その縦壁部５３の張り出しは、その位置で押さえ込まれる。これにより、図７に示すように、凹対応領域５３ａと凸対応領域５３ｂとの境界付近にシワが発生する。

したがって、シワの発生を抑制するためには、本実施形態の製造方法のように、最初に曲げ成形による凹対応領域の成形を行い、その後に絞り成形による凸対応領域の成形を行うことが重要である。

本実施形態のプレス成形品１の材料は、降伏強度（ＹＳ）が４００ＭＰａ以上の鋼板とすることが可能である。より好ましくは、プレス成形品１は、降伏強度（ＹＳ）が６００ＭＰａ以上の鋼板である。その理由は以下のとおりである。降伏強度が低い材料は、低い応力で塑性変形しやすい。そのため、金型によるプレス成形によってシワが生じた領域が塑性変形して金型になじむため、シワが生じにくい。一方、引張強度が高い材料は、塑性変形しにくいためシワが生じやすい。

本実施形態のプレス成形品１に成形されるブランクは、板厚が０．８〜１．６ｍｍの鋼板とすることが可能である。また、本実施形態のプレス成形品１は、シワが発生しやすい条件の上記式（１）〜（６）の条件を満たすことが可能である。

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。例えば、上記の実施形態では、第２プレス工程後の中間成形品における凹対応縦壁領域の高さが、最終製品のプレス成形品における凹対応縦壁領域の高さよりも低くなるように、第１及び第２プレス工程で用いるパンチ及びダイの寸法が設定されている。これに対し、第２プレス工程後の中間成形品における凸対応縦壁領域の高さが、最終製品のプレス成形品における凸対応縦壁領域の高さよりも低くなるように、第１及び第２プレス工程で用いるパンチ及びダイの寸法が設定されてもよい。いずれの場合でも第３プレス工程が必要となる。

第２プレス工程後の中間成形品における縦壁部の全ての領域の高さが、最終製品のプレス成形品における縦壁部の全ての領域の高さと一致するように、第１及び第２プレス工程で用いるパンチ及びダイの寸法が設定されてもよい。この場合、第３プレス工程は省略できる。

上記の実施形態では、プレス成形品は長手方向の全域にわたってハット形の断面をしているが、一部あるいは全域にわたってフランジの無い溝形断面形状であってもよい。本発明では、凹対応領域や平坦領域はブランクホルダを用いて絞り成形を施す必要が無いため、溝形断面でもシワ等の不具合は特段生じない。また、凸対応領域にはブランクホルダを用いる絞り成形を施すが、成形下死点近くでフランジが無くなる程度まで絞り抜いても良いし、本発明の工程後に、トリム金型やレーザー切断によって切除することで、溝形断面形状としても良い。

上記の実施形態では、第３プレス工程で用いる第３プレス装置は、パンチ、ダイ及びパッドを備える。ただし、第３プレス装置のパッドはダイと一体化してもよい。

第１〜第３プレス装置において、上型及び下型の配置は上下で反転してもよい。

本実施形態の製造方法の効果を確認するために、図１Ａに示すプレス成形品の製造を想定したコンピュータシミュレーションを実施した。本発明例では、最初に凹対応領域を曲げ成形し、次に凸対応領域を絞り成形した（図２Ａ〜図２Ｃ参照）。比較例１では、１回のプレス工程でプレス成形品を成形した。比較例２では、最初に凸対応領域を絞り成形し、次に凹対応領域を曲げ成形した（図６Ａ〜図７参照）。各シミュレーションにおいて、プレス成形品のひずみを解析し、シワの発生の有無を評価した。

各シミュレーションにおいて、諸条件は以下のとおりとした。ブランクの降伏強度ＹＰは、８４３ＭＰａであった。ブランクの板厚は、１．８０ｍｍであった。凹形稜線の曲率半径は、５００ｍｍであった。凹形稜線の中心角θａは、３８°であった。凹対応縦壁領域の高さＨａは、３０ｍｍであった。凸形稜線曲率半径Ｒｂは、５００ｍｍであった。凸形稜線の中心角θｂは、３８°であった。凸対応縦壁領域の高さＨｂは、５０ｍｍであった。凹形稜線中央部から凸形稜線中央部までの直線距離Ｌは、３００ｍｍであった。

各シミュレーションにおいて、板厚減少率の大きさが−０．１８以下（増肉）であればシワが発生したと判断した。

表１は、本実施例のシミュレーション結果を示す表である。表１中、文字「Ｅ（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）」は、シワが発生しなかったことを意味する。表１中、文字「ＮＡ（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）」は、シワが発生したことを意味する。

表１を参照して、本発明例ではシワは発生しなかった。比較例１及び比較例２では、シワが発生した。

本発明のプレス成形品の製造方法は、高強度化が求められる自動車用のプレス成形品の製造に有効に利用できる。

１：プレス成形品
２：天板部
２ａ：凹領域
２ｂ：凸領域
２ｃ：平坦領域
２ｄ：平坦領域
３：縦壁部
３ａ：凹対応縦壁領域
３ｂ：凸対応縦壁領域
４：フランジ部
４ａ：凹対応フランジ領域
４ｂ：凸対応フランジ領域
６：稜線
６ａ：凹形稜線
６ｂ：凸形稜線
１１：ブランク
１２：第１パンチ
１３：第１ダイ
１４：第１パッド
２１：中間成形品
２２：第２パンチ
２３：第２ダイ
２４：ブランクホルダ
３１：中間成形品
３２：第３パンチ
３３：第３ダイ
３４：第３パッド

Claims (6)

1. ２本の稜線と、前記２本の稜線に挟まれた天板部と、前記天板部から前記稜線を介して伸びる２つの縦壁部と、を備えたプレス成形品の製造方法であって、
   前記２本の稜線はそれぞれ前記縦壁部の内側に向かって凸に湾曲する凹形稜線と、前記縦壁部の外側に向かって凸に湾曲する凸形稜線と、を含み、
   前記凹形稜線の中央部と前記凸形稜線の中央部との間の直線距離は、前記２本の稜線の間隔の１５倍以内であって、
   前記天板部は、前記凹形稜線に挟まれた凹領域と、前記凸形稜線に挟まれた凸領域と、を含み、
   前記縦壁部は、前記凹形稜線に隣接する凹対応縦壁領域と、前記凸形稜線に隣接する凸対応縦壁領域と、を含み、
   前記製造方法は、
   金属板のブランクを第１パンチの頂部の両側からはみ出して配置する配置工程と、
   前記第１パンチ、パッド及び第１ダイを用いて前記ブランクに、前記凹形稜線と、前記凹領域と、前記凹対応縦壁領域の前記凹形稜線に隣接する領域と、を曲げ成形し、中間成形品を得る第１プレス工程と、
   第２パンチ、第２ダイ及びブランクホルダを用いて、前記中間成形品に、前記凸形稜線と、前記凸領域と、前記凸対応縦壁領域の前記凸形稜線に隣接する領域と、を絞り成形する第２プレス工程と、を含む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さらに、
   前記第２プレス工程の後、前記縦壁部の前記稜線と反対側にある第２稜線を前記縦壁部の外側に向かって移動する曲げ成形を施す第３プレス工程を含む、プレス成形品の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のプレス成形品の製造方法であって、
   前記ブランクが鋼板であり、前記ブランクの降伏強度が４００ＭＰａ以上である、プレス成形品の製造方法。
4. 請求項１から３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、
   前記ブランクが鋼板であり、前記ブランクの降伏強度が６００ＭＰａ以上である、プレス成形品の製造方法。
5. 請求項１から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、
   前記ブランクの板厚が０．８〜１．６ｍｍである、プレス成形品の製造方法。
6. 請求項１から５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、
   下記式（６）の条件を満たす、プレス成形品の製造方法。
   ０．０１１ ＜ｔ／Ｗ＜ ０．０３２ （６）
   上記の式における各記号の意味は次のとおりである：
   ｔ［ｍｍ］、ブランクの板厚；
   Ｗ［ｍｍ］、２本の稜線の間隔。

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