JP6323414B2

JP6323414B2 - プレス成形方法

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Publication number: JP6323414B2
Application number: JP2015167329A
Authority: JP
Inventors: 智史澄川; 亮伸石渡
Original assignee: JFE Steel Corp
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Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: JP2017042791A

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に発生するスプリングバックを低減して、良好な形状凍結性を確保するためのプレス成形方法に関する。

プレス成形とは、その対象物である材料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。このプレス成形においては、プレス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については、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と言える。

スプリングバックはプレス下死点で材料に生じた応力が離型時に解放（除荷）され，ひずみがわずかに戻ることで生じる現象である。そのため、スプリングバックの低減には下死点での応力を制御するような成形方法が必要となり、過去に様々な方法が提案されている。

その例として、例えば特許文献１に記載の技術がある。縮みフランジ変形を受けるフランジ部において、パンチとは独立してストロークできる余肉ビード形成パンチで複数の余肉ビードを形成し、フランジの圧縮応力を低減させるというものである。さらに、伸びフランジ変形を受けるフランジ部においては前記余肉ビード形成パンチで複数の余肉ビードを形成した後、次工程でそのビードを潰すことで引張応力を低減させている。

また、他の提案として特許文献２では、引張応力が発生する成形品の角部に対しフィレット部を設けることで引張応力を低減し、成形品に発生する反りのスプリングバックを低減させる製品形状が提案されている。

特許第５３８０８９０号公報特許第４９０７５９０号公報

特許文献１はフランジ面に局所的な凹凸のビードを付与することになるが、フランジは本来スポット溶接などで他の部品と接合されるため、溶接部を避けるようにビードを配置する必要がある。しかしながら、溶接部を避けて、かつ効果的なビードを付与することは実用上困難である。
また、ビードを次工程で潰す成形を行っても、形状は完全には元に戻らないため、接合の際にフランジ面の精度不良による不具合が発生する可能性がある。

また、特許文献２の方法では部品形状の変更が必要となるが、部品形状に制約がある場合は当該方法を適用することはできない。特に、曲げ稜線上に形状を付与することは、衝突性能を著しく低下させる恐れがある。

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、ねじれや曲がりといった３次元的なスプリングバックを低減できるプレス成形方法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１６、図１７に示すような成形品５１をフォーム成形した際に成形品５１に生じるスプリングバックの形態について検討した。
成形品５１は、パンチ底部５３ａと縦壁部５３ｂからなる溝形状部５３、及び長手方向に沿って湾曲するフランジ部（外側フランジ５５および内側フランジ５７）を有している。

従来のフォーム成形では図１８の斜視図、図１９の断面図に示すようにダイ１０３とパンチ１０５でブランク１３を挟み込むことで成形を行う。図２０は成形前後のブランク外形線を示した図である。湾曲曲率の大きい側（曲率半径の小さい側）のフランジ（内側フランジ５７）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５７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、湾曲曲率の小さい側（曲率半径の大きい側）のフランジ（外側フランジ５５）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５５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弾性回復し、内側フランジ５７では縮み変形、外側フランジ５５は伸び変形となり、その結果、図２１に示すように部品は湾曲曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるような曲がり変形となるスプリングバックが生ずる。なお図２１において、破線がスプリングバック前の形状を示しており、実線がスプリングバック後の形状を示している。

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における残留応力が離型時に解放されるため、部品全体に曲がり変形を与えるスプリングバックを生じさせている。このことから、このような部品では、フランジ部の残留応力の低減が部品のスプリングバック低減に非常に重要である。
そこで、発明者は、フランジ部の残留応力を低減する方法として、プレス成形過程においてフランジ部の線長を製品形状よりも大きく変化させ、その後にフランジ部の線長を製品形状に戻すような成形をすることを考え、このような成形を実現する具体的な構成を備えた以下に示すプレス成形方法を想到した。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、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であって、
縦壁部とフランジ部を接続する接続部は製品形状と同じ形状であって、前記接続部のフランジ先端側に連続してパンチ底方向又はその反対方向に向かって屈曲する第１屈曲部と該第１屈曲部のフランジ先端側に連続して外向きフランジを形成する方向に屈曲する第２屈曲部を成形できる第１の金型でプレス成形することによって、前記接続部よりもフランジ先端側のフランジ部をパンチ底方向又はその反対方向にオフセットさせた形状に成形して、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ように成形する第１成形工程と、
前記製品形状の第２の金型を用いて成形することで、フランジ部にひずみの戻し量を与える第２成形工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記第１成形工程の下死点での第２屈曲部よりもフランジ先端側の部位の延出方向が、前記第２成形工程における下死点でのフランジ部の延出方向と同じであることを特徴とするものである。

本発明においては、縦壁部とフランジ部を接続する接続部は製品形状と同じ形状であって、前記接続部のフランジ先端側に連続してパンチ底方向又はその反対方向に向かって屈曲する第１屈曲部と該第１屈曲部のフランジ先端側に連続して外向きフランジを形成する方向に屈曲する第２屈曲部を成形できる第１の金型でプレス成形することによって、前記接続部よりもフランジ先端側のフランジ部をパンチ底方向又はその反対方向にオフセットさせた形状に成形して、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ように成形する第１成形工程と、
前記製品形状の第２の金型を用いて成形することで、フランジ部に戻しひずみを与える第２成形工程とを備えたことにより、
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に際して、製品形状を変えることなく、ねじれや曲がりといった３次元的なスプリングバックを低減することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の説明図である。本発明の実施の形態における第１成形工程で成形される中間製品の形状の説明図である。本発明の実施の形態における第１成形工程で成形される中間製品の形状、特にオフセットフランジ部の説明図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の効果のメカニズムの説明図である（その１）。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の効果のメカニズムの説明図である（その２）。本発明の実施の形態に係る第１成形工程で成形されるオフセットフランジ部の形状とひずみの戻し量との関係を説明するための説明図である。本発明の実施の形態に係る第１成形工程のオフセット量ｈとひずみの戻し量との関係を説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る第１成形工程のオフセット量ｈの適正値の求め方を説明する説明図である。本発明を適用可能な製品形状の断面形状の説明図である。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様の説明図である（その１）。本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様の説明図である（その２）。本発明を適用可能な製品形状の斜視図である。本発明の実施例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）。本発明の実施例に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。本発明の課題の説明図であって、本発明が対象としているプレス成形品の斜視図である。本発明の課題の説明図であって、本発明が対象としているプレス成形品の断面形状の説明図である。本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法で用いる金型の斜視図である。本発明の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。本発明の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。本発明の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。

本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法が成形の対象としている成形品５１は、図１６に示すように、長手方向に延びる溝形状部５３を有し、溝形状部５３を形成する一対の縦壁部５３ｂの両方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部（外側フランジ５５及び内側フランジ５７）を有している。なお、本実施の形態のフランジ部は、プレス方向と直交する面内に湾曲している。

本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法について詳細に説明するのに先立って、当該方法を実施するための第１の金型１と第２の金型３について図１に基づいて説明する。

＜第１の金型＞
第１の金型１は、第１成形工程に用いる金型であり、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す通り第１上型５と第１下型７からなり、図２に示す中間製品８を成形するものである。
中間製品８は、図２に示すように、パンチ底部８ａと、縦壁部８ｂと、縦壁部８ｂと第１屈曲部８ｄを接続する接続部８ｃと、接続部８ｃに連続してパンチ底方向に屈曲する第１屈曲部８ｄと、第１屈曲部８ｄに連続して外向きフランジを形成する方向に屈曲する第２屈曲部８ｅと、第２屈曲部８ｅに連続して形成され、パンチ底方向にオフセットしたオフセットフランジ部８ｆとを有する形状である。

≪第１上型≫
第１上型５は、長手方向に沿って湾曲し、成形品５１（図１６参照）の溝形状部５３を成形する溝形状成形用凹部５ａと、溝形状成形用凹部５ａの両側に形成され、第１下型７側に突出して接続部８ｃ、第１屈曲部８ｄ及び第２屈曲部８ｅを成形する凸状部５ｂと、凸状部５ｂに連続して設けられパンチ底方向にオフセットしたオフセットフランジ部８ｆを成形する第１上型フランジ成形面部５ｃとを備えている。第１上型フランジ成形面部５ｃは、パンチ底方向にオフセットした形状になっている。

なお、第１上型５における第１上型フランジ成形面部５ｃが溝形状成形用凹部５ａの傾斜部と成す角度は、後述の第２上型９における第２上型フランジ成形面部９ｃが凹陥部９ａの傾斜面と成す角度と同じである。
第１上型フランジ成形面部５ｃと第２上型フランジ成形面部９ｃの関係を上記のように設定することで、中間製品８のオフセットフランジ部８ｆの延出方向と製品形状の成形品５１のフランジ部の延出方向を同じにすることができる。

≪第１下型≫
第１下型７は、長手方向に沿って湾曲する凸条からなり、溝形状成形用凹部５ａに挿入されて成形品５１（図１６参照）の溝形状部５３を形成する溝形状成形用凸部７ａと、第１上型５の凸状部５ｂに対向配置されて凸状部５ｂと協働して接続部８ｃ、第１屈曲部８ｄ及び第２屈曲部８ｅを成形する凹状部７ｂと、凹状部７ｂに連続して設けられ第１上型フランジ成形面部５ｃと協働してフランジ部を成形する第１下型フランジ成形面部７ｃとを備えている。
第１下型フランジ成形面部７ｃは、パンチ底方向にオフセットした形状になっている。

なお、第１下型７における第１下型フランジ成形面部７ｃが溝形状成形用凸部７ａの傾斜部と成す角度は、後述の第２下型１１における第２下型フランジ成形面部１１ｃが凸部１１ａの傾斜面と成す角度と同じである。
第１下型フランジ成形面部７ｃと第２下型フランジ成形面部１１ｃの関係を上記のように設定することで、第１の金型１の説明で述べたのと同様に、中間製品８のオフセットフランジ部８ｆの延出方向と製品形状の成形品５１のフランジ部の延出方向を同じにすることができる。

＜第２の金型＞
第２の金型３は、第２成形工程に用いる金型であり、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示す通り第２上型９と第２下型１１からなり、中間製品８を製品形状の成形品５１に成形するものである。

≪第２上型≫
第２上型９は、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、第１成形工程で成形された溝形状部５３が挿入可能な凹陥部９ａと、凹陥部９ａの両側に設けられて製品形状の接続部を成形する第２上型接続部成形部９ｂと、製品形状のフランジ部を成形する第２上型フランジ成形面部９ｃとを備えている。

≪第２下型≫
第２下型１１は、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、第２上型９の凹陥部９ａと協働して下死点状態で溝形状部５３の下端部を挟持する凸部１１ａと、凸部１１ａの両側に設けられて第２上型接続部成形部９ｂと協働して製品形状の接続部を成形する第２下型接続部成形部１１ｂと、第２上型フランジ成形面部９ｃと協働して製品形状のフランジ部を成形する第２下型フランジ成形面部１１ｃとを備えている。

以上のように構成された第１の金型１と第２の金型３を用いたプレス成形方法について詳細に説明する。
本発明の一実施の形態に係るプレス成形方法は、図１に示すように、第１の金型１を用いて、中間成品８を成形する第１成形工程（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）と、第２の金型３を用いて、第１成形工程で成形された中間製品８を製品形状の成形品５１（図１３）に成形する第２成形工程（図１（ｃ）及び図１（ｄ）参照）とを備えている。

なお、成形品５１は長手方向に沿って湾曲するフランジを有しているため、湾曲する円弧の外側フランジ５５の湾曲曲率が小さく（曲率半径が大きく）なり、内側フランジ５７の湾曲曲率が大きく（曲率半径が小さく）なっている。したがって、外側フランジ５５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、内側フランジ５７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ている。

＜第１成形工程＞
まず、ブランク１３を、図１（ａ）に示すように、第１下型７の溝形状成形用凸部７ａの上面に載置する。
次に、図１（ｂ）に示すように、第１上型５を下動させることで、第１上型５と第１下型７でブランク１３を挟み、図２に示す中間製品８を成形する。

第１成形工程において中間製品８が成形される際に、接続部８ｃよりもフランジ先端側がパンチ底方向にオフセットさせたオフセットフランジ部８ｆが成形され、このときブランク１３が内方（縦壁部８ｂに近づく方向）に流入することによって、ブランク１３の内側端１３ａおよび外側端１３ｂは、図１（ｂ）の太矢印に示す方向に移動する。
これによって、縮みフランジ変形を受ける外側フランジ５５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５７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。このメカニズムについては後述する。

本実施形態の中間製品８におけるオフセットフランジ部８ｆは、図３の破線で示す形状であるが、製品形状のフランジ部と延出方向が同じである。すなわち、図３に示すように、中間製品８と製品形状の縦壁部５３ｂと接続部８ｃを重ねた場合、中間製品８における第２屈曲部８ｅよりもフランジ端部側に延びる部分と、製品形状におけるフランジ部とが平行になっている。
このようにすることで、第２成形工程でオフセットフランジ部８ｆを製品形状にする際に、図３の矢印で示すように、オフセットフランジ部８ｆの各部が平行移動するように移動するので、各部のひずみの戻し量がほぼ等しくなり、一部のみにひずみの戻し量が集中して割れが発生するのを防止することができる。

＜第２成形工程＞
次に、第１成形工程によって成形された中間製品８を第２下型１１に載置する。
そして、第２上型９を下動させることで、第２上型９と第２下型１１によって中間製品８を挟み、製品形状に成形する（第２下死点、図１（ｄ）参照）。
このとき中間製品８の内側端および外側端は、図１（ｄ）中の太矢印に示すように、外方（縦壁部８ｂから離れる方向）に移動する。
第２下死点では、図３の実線で示すように、フランジ部は製品形状となる。

以上のように、第１の金型１を用いた第１成形工程では、オフセットフランジ部８ｆが形成された中間製品８が成形され、中間製品８は第２成形工程で再度プレス成形（リストライク）されることで、製品形状となる。このような第１成形工程、第２成形工程を経ることで、スプリングバックを防止できるメカニズムについて、図４に基づいて以下に説明する。

図４は、内側フランジ５７と外側フランジ５５におけるプレス成形開始前から第１下死点（第１成形工程における下死点）さらに第２下死点（第２成形工程における下死点）までの変化を説明する説明図である。
図４では、湾曲の内側および外側について、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のブランク１３の内側端１３ａおよび外側端１３ｂ、点線が第１下死点における内側端１３ａおよび外側端１３ｂ、そして実線が第２下死点における内側端１３ａおよび外側端１３ｂをそれぞれ示している。

成形開始から第１下死点までの間（第１成形工程）、湾曲の内側では図４の拡大図に示されるように、ブランク１３の流入により内側端１３ａにおけるA₀B₀はA₁B₁となり、内側端１３ａの線長は引き伸ばされて長くなる（伸びフランジ変形）。
一方、湾曲の外側では、図４の拡大図に示す通り、ブランク１３の流入により外側端１３ｂにおけるC₀D₀はC₁D₁となり、外側端１３ｂの線長は縮められて短くなる（縮みフランジ変形）。

第２下死点においては、湾曲の内側では図４の拡大図に示されるように、内側端１３ａは外側に押し出される（流出する）変形をするため、内側端１３ａの線長は僅かに短くなり（A₁B₁→A₂B₂）、成形品５１の製品形状における内側フランジ５７の線長となる。
この時の平面視での湾曲の径方向の移動量はΔｅである。

上記のように、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点になり、第２下死点ではA₂点、B₂点となり、線長はA₀B₀→A₁B₁→A₂B₂と変化する。
一方、湾曲の外側では、外側端１３ｂの線長が僅かに長くなる（C₁D₁→C₂D₂）。つまり、プレス成形開始前のC₀点、D₀点はそれぞれ、第１下死点ではC₁点、D₁点になり、第２下死点ではC₂点、D₂点となり、線長はC₀D₀→C₁D₁→C₂D₂と変化する。

このように、内側フランジ５７においては、第１成形工程においてフランジ部をオフセットさせることで、一旦、成形品５１の製品形状よりも線長が長くなる成形を行い、第２成形工程において成形品５１の製品形状の線長に戻す成形を行っている。これにより、外側フランジ５５においては、第１成形工程において、一旦、成形品５１の製品形状よりも線長が短くなる成形を行い、第２成形工程において成形品５１の製品形状の線長に戻す成形を行うようにしている。このため、内側フランジ５７および外側フランジ５５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５に基づいて説明する。図５は、フランジ部の成形開始から第２下死点までの長手方向の応力―ひずみ線図である。図５に示すように、第１成形工程により第１下死点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１下死点から第２下死点までひずみを僅かに戻すこと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、僅かなひずみの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スプリングバックを抑制したものである。

ひずみの戻し量Δεは、第１成形工程と第２成形工程におけるフランジ端部の径方向の移動量であるΔｅに比例する。そして、Δｅは第１成形工程におけるフランジ部のオフセット量ｈ（図３参照）の大きさで決まり、オフセット量ｈが大きいほど、移動量Δｅは大きくなる。したがって、オフセット量ｈが大きいほど、ひずみの戻し量Δεは大きくなり残留応力の低減効果は大きい。
よって、第１成形工程におけるオフセット量ｈを調節することにより、ひずみの戻し量Δεを調整することができ、これによりスプリングバックをコントロールできる。

また、オフセット量ｈが同じであれば、第１屈曲部８ｄから第２屈曲部８ｅまでの距離Ｗが小さい方が移動量Δｅは大きくなる。例えば、図６に示すように、オフセット量ｈが同じ場合において、Ｗ１＜Ｗ２とすると、移動量は、Δｅ１＞Δｅ２となる。したがって、第１屈曲部８ｄから第２屈曲部８ｅまでの距離Ｗは小さい方が好ましい。
もっとも、距離Ｗを小さくするには、第１屈曲部８ｄ、第２屈曲部８ｅの曲率を大きく（曲率半径を著しく小さく）する必要があり、曲げ癖が残る可能性があるので、距離Ｗは曲げ癖が残らない程度に設定するのが好ましい。

次に、フランジ面のオフセット量ｈの適正な範囲について説明する。
前述したように、第２成形工程でのひずみの戻し量Δεは第１成形工程で成形される中間製品８のオフセットフランジ部８ｆのオフセット量ｈによって変化する。ここで、オフセット量ｈが大きいとひずみの戻し効果が過剰になり、第２成形工程で内側フランジ５７にしわが発生する可能性がある。

この点を、図７に基づいて説明する。
図７（ａ）は従来例のプレス成形方法を行った場合の応力ひずみ線図であり、図７（ｂ）は本発明を適用した場合であって、オフセット量ｈが大きい場合の応力ひずみ線図である。
図７（ｂ）に示すように、オフセット量ｈが大きい場合、第２成形工程でのひずみの戻し量Δεも大きくなる。これにより圧縮変形が過剰になり、しわが発生する場合がある。

スプリングバックを防止し、かつしわを抑制できるためのオフセット量ｈについて、以下に説明する。
図８（ａ）に示すように、第１の金型１および第２の金型３の縦壁成形部とフランジ成形部の交差部のフランジ平面における曲率半径をρとするとき、フランジ端のひずみの戻し量Δεは下記の式で表せる。
Δε＝Δｅ/ρ
第１屈曲部８ｄ及び第２屈曲部８ｅの曲率が極めて大きくて（曲率半径が極めて小さくて）共に直角の場合には、Δｅ＝ｈとなるが、第１屈曲部８ｄ及び第２屈曲部８ｅは所定の曲率を有する湾曲形状であるため、Δｅ＜ｈとなる。
そのため、Δε＝Δｅ/ρ＜ｈ/ρ ・・・（１）
となる。
ここで、フランジのしわが許容できるΔεの最大値をΔε_ｍａｘとするとき、Δεの範囲は、Δε＝Δｅ/ρ＜ｈ/ρ＜Δε_ｍａｘ
となり、ｈはゼロより大きいことを考慮するとｈの範囲は下記のようになる。
０＜ｈ＜ρΔε_ｍａｘ

発明者らはΔεの最大値Δε_ｍａｘについて鋭意検討を行ない、スプリングバックを変化させる効果が得られ、且つしわを抑制できるΔεの最大値Δε_maxを見出した。ブランク１３のヤング率をＥ[MPa]、ブランク１３の引張強さをσ_TS[MPa]とするとΔε_maxは、４σ_TS/Ｅとなる。よって、Δεの範囲は、
０＜Δε≦４σ_TS/Ｅ
となる。
ここで、前述の（１）式を用いることで、ｈの範囲は、
０＜ｈ＜４ρσ_TS/Ｅ
となる。

以上のように、本実施の形態においては、第１成形工程において、パンチ底方向にオフセットしたオフセットフランジ部８ｆを成形し、第２成形工程で、製品形状の金型でプレス成形することによって、第１成形工程で製品形状よりも僅かに大きな長手方向のひずみを与え、第２成形工程でこのひずみを戻すことにより残留応力を低減させることが可能となり、製品形状を変えることなく、割れやしわなどの成形不良を発生させることなく、スプリングバックを低減させることができる。

なお、上記の説明では、第１成形工程において、パンチ底方向にオフセットしたオフセットフランジ部８ｆを成形する例を示したが、図８（ｂ）に示すように、第１成形工程においてパンチ底と反対方向にオフセットしたフランジを成形するようにしてもよい。

また、上記の説明では、中間製品８におけるオフセットフランジ部８ｆが製品形状のフランジ部と同方向に延出する例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、中間製品８におけるオフセットフランジ部８ｆの延出方向は製品形状の延出方向と必ずしも一致していなくてもよい。

本発明で着眼しているフランジ部の応力は、上記の曲がりのスプリングバックのみならず、捩れや反りの要因となることがあるため、本発明はそれらのスプリングバック低減にも有効である。

なお、本発明で効果が得られる製品形状としては長手方向に湾曲したフランジ部を少なくとも1つ含む形状であればよい。製品形状の断面の一例を図９に示す。
図９（ａ）〜図９（ｆ）は、縦壁部の両側にフランジ部を有するものであり、図９（ｇ）〜図９（ｉ）は縦壁部の片側にフランジ部を有するものである。図９（ａ）、（ｄ）、（ｇ）は縦壁が垂直になっているものである。図９（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）は両縦壁部が傾斜して断面のパンチ底部に平坦部のないものである。図９（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）の断面形状を成形するには、パンチ底部を成形する部位がＲになっている金型を使用するとよい。

また、上記では第１成形工程を、パンチおよびダイを用いたフォーム成形で説明したが、図１０の断面図に示すように、ダイ１５、パンチ１７およびブランクホルダ１９を用いたドロー成形金型２１を用いたドロー成形でもよい。ドロー成形金型２１の場合、ブランクホルダ１９に凹状部７ｂを設けている。
また、図１１の断面図に示すように、第１成形工程を、パンチ底と対となるパッド２３が設けられたパッド付金型２４を用いたプレス成形方法でも同様の効果が得られる。なお、図１０、図１１において、図１、図２と同一及び対応する部位には同一の符号を付してある。

上記の実施の形態では内側フランジ５７および外側フランジ５５の両方においてひずみの戻りを与える例を説明したが、内側フランジ５７と外側フランジ５５の残留応力のバランスをとることによって成形品５１全体としてスプリングバックが緩和されればよく、内側フランジ５７または外側フランジ５５の一方についてのみ、ひずみの戻りを与えるような成形を行うようにしてもよい。

また、図１２に示すように、製品の内側に向かって湾曲したフランジ部を有し、他方は湾曲しないフランジ部を有するもの（図１２（ａ））や、製品の外側に向かって湾曲したフランジ部を有し、他方は湾曲しないフランジ部を有するもの（図１２（ｂ））であってもよく、成形品５１の製品形状全体が湾曲していなくともよい。

さらに上記では、第２成形工程は、第２上型９を下動させて第２下型１１に近づけるものを例に挙げたが、第２下型１１と第２上型９が相対的に近づけばどちらを動かしてもよく、第２下型１１を第２上型９に近づけるようにしてもよい。
また、上記において、第１の金型１の第１上型５と第１下型７の上下を入れ替える、または第２の金型３の第２上型９と第２下型１１の上下を入れ替える、または第１の金型１の第１上型５と第１下型７の上下を入れ替えてかつ第２の金型３の第２上型９と第２下型１１の上下を入れ替えるようにしてもよく、いずれにおいても同様の効果が得られる。

上記では上型が上下動可能なものを例に挙げたが、金型の移動方向は上下方向に限られず、例えば、上型および下型を横向きにして、横向きに移動させるようにしてもよい。

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１３〜図１５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、複数のプレス成形条件で成形を行い、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５１は、図１３および図１４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1000mm、断面の高さは30mm、パンチ底部５３ａの幅は20mm、内側フランジ５７および外側フランジ５５の幅はともに25mm、部品幅中央の長手方向湾曲曲率半径は500mmである。ブランク１３は厚さ1.2mmの980MPa級鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。

プレス成形条件は以下の通りである。
用いた金型は、図１に示したフォーム成形用金型である。また、第１成形工程でのフランジ面のオフセット量ｈについて、ｈ＝2mm、4mm、6mmの３水準とした。
また、比較例としてｈ＝０である製品形状を成形する通常のフォーム成形も行った。また、第１成形工程を図１１に示したようにパッド２３を用いて行う成形も行った。

成形された製品形状は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、部品端における測定形状データと設計形状データのY座標差異（曲がり量Δy、図１５参照）を算出し、この曲がり量Δyをスプリングバックによる曲がり変形の指標とした。
曲がり量Δyは、正ならば部品の湾曲曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に曲がり変形したことを、負ならば湾曲曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）方向に曲がり変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバック量が少ないことを意味する。
表１に各成形条件で成形された成形品５１のΔyを示す。

表１に示されるように、オフセット量ｈが大きくなれば曲がり量Δyは小さくなり、曲率半径が大きくなる傾向にあり、パッドなしの成形条件ではh=6mm（本発明例３）で設計形状より曲率半径の大きい曲がりとなった。曲がり量Δyが最も小さい成形条件はパッドなしでh=4mm（本発明例２）でΔy=1.1mmとなり、比較例に比べ大幅にスプリングバックは低減した。また、パッド２３を用いた成形においても本発明の効果が確認された。

上記実施例1では第1成形工程をフォーム成形で行ったが、本実施例では図１０に示したように、第1成形工程をドロー成形で行った。
成形品形状、材料、プレス機は実施例１と同様である。
第１成形工程でのフランジ面のオフセット量ｈは、実施例１と同様に、ｈ＝2mm、3mm、4mm、6mmの４水準とした。
また、比較例としてｈ＝０である製品形状を成形する通常のドロー成形を行い、さらに、パッド２３を用いた成形も行った。
スプリングバックの評価指標は実施例１と同様に曲がり量Δyである。表２に各成形条件で成形された成形品５１のΔyを示す。

表２に示されるように、実施例１と同様に、オフセット量ｈが大きくなれば曲がり量Δyは小さくなり、曲率半径が大きくなる傾向にあり、パッドなしの成形条件ではh=6mm（本発明例７）で設計形状より曲率半径の大きい曲がりとなった。曲がり量Δyが最も小さい成形条件はパッドなしでh=3mm（本発明例６）でΔy=1.9mmとなり、比較例に比べ大幅にスプリングバックは低減した。また、パッド２３を用いた成形においても本発明の効果が確認された。

１第１の金型
３第２の金型
５第１上型
５ａ溝形状成形用凹部
５ｂ凸状部
５ｃ第１上型フランジ成形面部
７第１下型
７ａ溝形状成形用凸部
７ｂ凹状部
７ｃ第１下型フランジ成形面部
８中間製品
８ａパンチ底部
８ｂ縦壁部（中間製品）
８ｃ接続部
８ｄ第１屈曲部
８ｅ第２屈曲部
８ｆオフセットフランジ部
９第２上型
９ａ凹陥部
９ｂ第２上型接続部成形部
９ｃ第２上型フランジ成形面部
１１第２下型
１１ａ凸部
１１ｂ第２下型接続部成形部
１１ｃ第２下型フランジ成形面部
１３ブランク
１３ａ内側端
１３ｂ外側端
１５ダイ
１７パンチ
１９ブランクホルダ
２１ドロー成形金型
２３パッド
２４パッド付金型
５１成形品
５３溝形状部
５３ａパンチ底部
５３ｂ縦壁部（成形品）
５５外側フランジ
５７内側フランジ
１０１プレス成形金型
１０３ダイ
１０５パンチ

Claims

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であって、
縦壁部とフランジ部を接続する接続部は製品形状と同じ形状であって、前記接続部のフランジ先端側に連続してパンチ底方向又はその反対方向に向かって屈曲する第１屈曲部と該第１屈曲部のフランジ先端側に連続して外向きフランジを形成する方向に屈曲する第２屈曲部を成形できる第１の金型でプレス成形することによって、前記接続部よりもフランジ先端側のフランジ部をパンチ底方向又はその反対方向にオフセットさせた形状に成形して、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ように成形する第１成形工程と、
前記製品形状の第２の金型を用いて成形することで、フランジ部にひずみの戻し量を与える第２成形工程とを備えたことを特徴とするプレス成形方法。
前記第１成形工程の下死点での前記第２屈曲部よりもフランジ先端側の部位の延出方向が、前記第２成形工程における下死点でのフランジ部の延出方向と同じであることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。