JP6341292B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関する。
本願は、2014年10月3日に日本に出願された特願2014−205272号、及び2015年6月5日に日本に出願された特願2015−114974号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
足廻り部品等の自動車用部品には、例えば、所定の強度を確保しつつ他の部品との干渉を避けるために、一つの仮想平面内で湾曲した筒状部(すなわち、二次元的に湾曲した筒状部)を有する中空パイプ、及び互いに交差する二つの仮想平面内で湾曲する筒状部(すなわち、三次元的に湾曲した筒状部)を有する中空パイプが用いられている。
特許文献1では、平板をその厚さ方向にプレス加工(プレス成形)して、二次元的に湾曲した筒状部を有する中空パイプを製造する方法が開示されている。
日本国特許第3114918号公報
しかしながら、特許文献1に記載の製造方法では、二次元的に湾曲した筒状部を有する中空パイプをプレス加工により製造することができるが、この中空パイプをさらにプレス加工して三次元的に湾曲した筒状部を有する中空パイプを製造しようとすると、くぼみ等の成形不良が発生するという課題がある。このような成形不良が発生すると、中空パイプに荷重が作用した際に応力集中が生じ、割れや亀裂が発生するおそれがある。そこで、三次元的に湾曲した筒状部を有してかつ、安定した強度を有する中空パイプをプレス加工により製造するためには、中空素材をプレス加工して曲げ部を形成する際に、くぼみ等の成形不良発生を抑制することが求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、中空素材をプレス加工して曲げ部を形成する際に、くぼみ等の成形不良発生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を目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
(1)本発明の一態様に係るプレス成形品の製造方法は、第1方向に長くかつ、前記第1方向に垂直な断面で見た場合に前記断面が前記第1方向と直交する第2方向に長い中空断面である素材を準備する第1工程と;前記素材を前記第2方向に沿って押圧することにより、前記第1方向から見た場合に前記第2方向に対して交差する方向に前記素材を曲げる第2工程と;を有する。
(2)上記(1)に記載の態様において、以下のように構成してもよい:前記第1工程が、平板を、前記平板の幅方向における両端部が互いに対向するように、前記平板の厚さ方向に沿って押圧する平板曲げ工程と;前記平板曲げ工程後に、前記平板の前記両端部の端縁を突き合わせる突き合わせ工程と;を有し、前記素材として、前記突き合わせ工程後の前記平板を用いる。
(3)上記(2)に記載の態様において、前記第1工程が、前記突き合わせ工程後の前記平板の前記端縁を接合する接合工程をさらに有していてもよい。
(4)上記(2)または(3)に記載の態様において、前記平板曲げ工程で、前記平板を厚さ方向に押圧することにより、前記平板の幅方向における両端部を互いに対向させるとともに、前記平板を厚さ方向に曲げてもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の態様において、前記第2工程で、前記素材を、前記第2方向に沿って段階的に押圧してもよい。
本発明の上記各態様によれば、中空素材をプレス加工して曲げ部を形成する際に、くぼみ等の成形不良発生を抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係るプレス成形品の製造方法に用いられる平板を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るプレス成形品を示す正面図である。 上記プレス成形品を示す平面図である。 図2Aに示すプレス成形品のA−A断面図である。 図2Bの符合Bで示した部分の拡大図である。 本発明の第1実施形態に係るプレス成形品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係るU曲げ成形金型を示す斜視図である。 上記U曲げ成形金型を示す横断面図である。 上記U曲げ成形金型を示す横断面図であって、上金型を下死点まで下降させた状態を示す図である。 上記U曲げ成形金型を用いて平板をプレス成形することにより得られた中間プレス成形品を示す正面図である。 上記中間プレス成形品を示す底面図である。 上記中間プレス成形品を示す横断面図である。 本発明の第1実施形態に係るトリミング金型を示す斜視図である。 上記トリミング金型を示す横断面図であって、可動型を下死点まで下降させた状態を示す図である。 上記トリミング金型によって余肉が除去された中間プレス成形品を示す正面図である。 上記中間プレス成形品を示す底面図である。 上記中間プレス成形品を示す横断面図である。 本発明の第1実施形態に係る長円成形金型を示す斜視図である。 上記長円成形金型を示す横断面図である。 上記長円成形金型を示す横断面図であって、上金型を下死点まで下降させた状態を示す図である。 上記長円成形金型によって得られた中間プレス成形品を示す正面図である。 上記中間プレス成形品を示す平面図である。 上記中間プレス成形品を示す横断面図である。 上記中間プレス成形品の継目部を溶接した後の中間プレス成形品を示す正面図である。 上記中間プレス成形品を示す平面図である。 上記中間プレス成形品を示す横断面図である。 本発明の第1実施形態に係る円形曲げ成形金型を示す斜視図である。 上記円形曲げ成形金型の下金型を示す平面図である。 上記円形曲げ成形金型を示す横断面図である。 上記円形曲げ成形金型の上金型を下死点まで下降させた状態を示す横断面図である。 上記円形曲げ成形金型を用いた円形曲げ成形工程を説明するための図である。 上記円形曲げ成形金型を用いた円形曲げ成形工程を説明するための図である。 上記円形曲げ成形金型を用いた円形曲げ成形工程を説明するための図である。 図2Bの符合Bで示す部分の拡大図であって、上記プレス成形品に生じた残留応力を示す図である。 上記プレス成形品にプレス痕が形成された状態を示す平面図である。 上記プレス成形品に摺動痕が形成された状態を示す平面図である。 上記円形曲げ成形金型の変形例を示す概略図である。 上記円形曲げ成形金型の変形例を示す概略図である。 上記円形曲げ成形金型の変形例を示す概略図である。 図20A〜図20Cに示す円形曲げ成形金型によって得られたプレス成形品を示す概略図である。 上記プレス成形品の第1変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第1変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第1変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第2変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第2変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第2変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第3変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第3変形例を説明するための図である。 上記プレス成形品の第3変形例を説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係るプレス成形品の製造方法に用いられる円筒管を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るプレス成形品を示す正面図である。 上記プレス成形品を示す平面図である。 上記プレス成形品を示す横断面図である。 本発明の第2実施形態に係るプレス成形品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係る長円成形金型を示す斜視図である。 上記長円成形金型を示す横断面図である。 上記長円成形金型の上金型を下死点まで下降させた状態を示す横断面図である。 本発明の第2実施形態に係る円形曲げ成形金型を示す斜視図である。 上記円形曲げ成形金型の下金型を示す平面図である。 上記円形曲げ成形金型を示す横断面図である。 図2AのA−A断面図であって、上記第1実施形態に係るプレス成形品の他の例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付することにより、それらの重複説明を省略する。
(第1実施形態)
図2A〜図2Dは、本発明の第1実施形態に係るプレス成形品50を示す図である。図2Aはプレス成形品50の正面図であり、図2Bはプレス成形品50の平面図であり、図2Cは図2Aに示すプレス成形品50のA−A断面図であり、図2Dは図2Bの拡大図である。プレス成形品50は、例えば、リアサイドフレーム、またはトーションビームサイド等の自動車部品に好適に用いられる。また、プレス成形品50は、上記の用途のみに限られず、例えば、自動二輪等の乗用車両、トラック車両、鉄道車両、建材、船舶、および家電製品等に用いることができる。
プレス成形品50は、図1に示す平板1をプレス成形することにより製造される。なお、図1において、x方向は平板1の長手方向であり、y方向は平板1の幅方向であり、z方向は平板1の厚さ方向であり、これらの方向は互いに直交している。
平板1の材質は、例えば、鉄、アルミ、ステンレス、銅、チタン、マグネシウム、または鋼等の金属である。平板1の材質は、上記に列挙したもののみに限られず、塑性変形可能な材料であればよい。なお、平板1として鋼板を使用する場合は、熱延440MPa級鋼板を用いることが好ましい。
また、平板1の厚さは、0.5〜10.0mmであることが好ましく、1.0〜3.2mmであることがより好ましい。
図2A〜図2Cに示すように、プレス成形品50は、X方向(第1方向)に長い円筒形状を有している。具体的には、プレス成形品50は、全長にわたって、外径φ=50.6mm(内径φ’=47.4mm)、厚さt=1.6mmの円筒形状を有している。そして、プレス成形品50は、3つの直管部51、53及び55と、直管部51と直管部53との間に設けられた第1曲管部52(曲げ部)と、直管部53と直管部55との間に設けられた第2曲管部54(曲げ部)と、上部に設けられた溶接部56(接合部)とを備えている。なお、溶接部56は、平板1のy方向(幅方向)における両端部2の端縁2a(幅方向における端面)を互いに溶接することによりプレス成形品50に設けられている。
ここで、図2Aおよび図2Bにおける、X方向(第1方向)、Y方向(第3方向)、およびZ方向(第2方向)は、図1のx方向、y方向、およびz方向とそれぞれ対応している。
図2Aに示すように、第1曲管部52の軸線C2は、126mmの曲率半径R1を有する。そして、直管部51の軸線C1と直管部53の軸線C3との間の角度θ1が130°となるように、第1曲管部52は湾曲している。すなわち、プレス成形品50の第1曲管部52は、X方向およびZ方向を含む平面内で湾曲している。
図2Dに示すように、第2曲管部54の軸線C4は、95mmの曲率半径R2を有する。そして、直管部53の軸線C3と直管部55の軸線C5との間の角度θ2が160°となるように、第2曲管部54は湾曲している。すなわち、プレス成形品50の第2曲管部54は、X方向およびY方向を含む平面内で湾曲している。なお、角度θ2が160°以上の場合、プレス成形品50を効率的に製造することができる。
また、図2C(図2Aに示すプレス成形品50のA−A断面図)に示すように、プレス成形品50では、図2Aで示すA方向から見たときに、第2曲管部54の軸線C4が、平面P2に対して直交してかつ直管部53の軸線C3を含む平面P4内に形成されている。ここで、平面P2とは、直管部51の軸線C1、第1曲管部52の軸線C2、および直管部53の軸線C3を含む平面である。
次に、本実施形態に係るプレス成形品50の製造方法について説明する。図3は、本実施形態に係るプレス成形品50の製造方法を示すフローチャートである。
図3に示すように、プレス成形品50の製造方法は、U曲げ成形工程S1と、トリミング工程S2と、長円成形工程S3と、接合工程S4と、円形曲げ成形工程S5とを有している。なお、これらの工程は、冷間または熱間で行われる。
[U曲げ成形工程S1]
U曲げ成形工程S1(平板曲げ工程)では、図4A及び図4Bに示すU曲げ成形金型100を用いて平板1を厚さ方向に押圧することにより、平板1の幅方向における両端部2を互いに対向させるとともに、平板1を厚さ方向に曲げる。なお、図4Aは、U曲げ成形金型100を示す斜視図であり、図4Bは、U曲げ成形金型100を示す横断面図(X方向に垂直な断面図)である。
図4Aおよび図4Bに示すように、U曲げ成形金型100は、下金型101と、この下金型101の上方に配置された上金型106と、下金型101に対向してかつ上金型106を間に挟むように配置された一対の平板押さえ治具110と、を備えている。平板1をプレス成形する際は、下金型101と上金型106との間に平板1が配置される。なお、下金型101及び上金型106は、プレス成形機(不図示)に設置されている。プレス成形機は、通常のプレス成形機でもよいが、金型の下死点および下降速度を任意に調整可能なサーボ型プレス成形機であることがより好ましい。
U曲げ成形金型100の下金型101は、X方向に延在する凹部103を有している。凹部103は、図4Bに示すように、Z方向に平行かつ互いに対向する一対の側面103aと、下金型101の底面101bに向かって凸状の底面103bとにより形成されている。そして、図4Aに示すように、凹部103は、Y方向から見た場合に、プレス成形品50の軸線C1、C2及びC3(図2A参照)に沿った形状となっている。そのため、凹部103の途中には、プレス成形品50の第1曲管部52を形成するための湾曲部103Xが形成されている。
凹部103の底面103bと同様に、平板押さえ治具110は、その底面111が下金型101の上面101aと対向するとともに、プレス成形品50の軸線C1、C2及びC3に沿った形状となっている。そのため、下金型101の上面101aと平板押さえ治具110の底面111とにより平板1を挟み込んで、平板1を押圧することができるので、平板1にしわ等が発生することを抑制することができる。
U曲げ成形金型100の上金型106は、Z方向下部に凸部107を有している。上金型106の凸部107は、下金型101の凹部103に対応する形状となっており、凸部107の途中には、下金型101の凹部103と同様に、プレス成形品50の第1曲管部52を形成するための湾曲部107Xが形成されている。そして、上金型106の凸部107は、上金型106をZ方向に沿って下降させて上金型106と下金型101とを近接させた際に、下金型101の凹部103内に進入する。
U曲げ成形工程S1では、まず、図4Aおよび図4Bに示すように、平板1をU曲げ成形金型100の下金型101の直上に配置する。そして、平板押さえ治具110をZ方向に沿って下降させて、平板押さえ治具110の底面111と下金型101の上面101aとにより、平板1を挟み込んで押さえる。
続いて、図5に示すように、上金型106をZ方向に沿って下死点まで下降させて、平板1をプレス成形する。この際、上金型106の凸部107が平板1を押圧することにより、下金型101の凹部103と上金型106の凸部107との隙間に平板1が引き込まれる。その結果、平板1の幅方向における両端部2が互いに対向するように平板1はプレス成形され、平板1より中間プレス成形品10を得ることができる。以上によりU曲げ成形工程S1が完了する。
なお、平板1をプレス成形する間、平板押さえ治具110の底面111と下金型101の上面101aとにより平板1が挟まれているので、平板1に座屈及びしわが発生することを抑制することができる。
図6A〜図6Cは、U曲げ成形工程S1により得られた中間プレス成形品10を示す図である。なお、図6Aは中間プレス成形品10の正面図であり、図6Bは中間プレス成形品10の底面図であり、図6Cは中間プレス成形品10の横断面図である。図6A〜図6Cに示すように、中間プレス成形品10は、断面U字形であり、2つの直線部11及び13と、直線部11と直線部13との間に形成された曲線部12とを有する。なお、直線部11はプレス成形品50の直管部51と対応し、直線部13はプレス成形品50の直管部53、55および第2曲管部54と対応し、曲線部12はプレス成形品50の第1曲管部52と対応する(図2A参照)。また、中間プレス成形品10の上端部には、余肉14が形成されている。
[トリミング工程S2]
トリミング工程S2では、U曲げ成形工程S1で得られた中間プレス成形品10の余肉14をトリミング金型120により除去する。
図7は、トリミング工程S2で用いられるトリミング金型120を示す斜視図である。図7に示すように、トリミング金型120は、固定金型121と、この固定金型121の上方に配置された一対のトリム刃126と、一対のトリム刃126の間に配置された楔状の可動型128とを備えている。
トリミング金型120の固定金型121には、X方向に延在する凹部122が設けられている。この凹部122は、U曲げ成形金型100の下金型101の凹部103に対して、深さ(Z方向における長さ)が小さい点で異なっている。そのため、トリミング金型120の固定金型121の凹部122に沿って中間プレス成形品10を載置すると、中間プレス成形品10の余肉14のみが固定金型121の上面から露出する。
また、可動型128は、Z方向に沿って移動可能となっており、一対のトリム刃126は、可動型128が移動することにより、互いに離れる向きにそれぞれ移動可能となっている。
トリミング工程S2では、まず、図7に示すように、固定金型121の凹部122に沿って、中間プレス成形品10を固定金型121に載置する。このとき、上述のように、中間プレス成形品10の余肉14のみが固定金型121の上面より露出している。続いて、一対のトリム刃126が中間プレス成形品10の余肉14間に位置するように、一対のトリム刃126および可動型128をZ方向に沿って下降させる。その後、図8に示すように、可動型128をZ方向に沿ってさらに下降させることにより、一対のトリム刃126をY方向両側に移動させて、中間プレス成形品10の余肉14を除去する。以上により、中間プレス成形品10から余肉14が除去され、トリミング工程S2が完了する。
図9A〜図9Cは、トリミング工程S2により得られた中間プレス成形品20を示す図である。なお、図9Aは中間プレス成形品20の正面図であり、図9Bは中間プレス成形品20の底面図であり、図9Cは中間プレス成形品20の横断面図である。図9A〜図9Cに示すように、中間プレス成形品20は、断面U字形であり、2つの直線部21及び23と、1つの曲線部22とを有する。直線部21及び23は、中間プレス成形品10の直線部11及び13(図6A参照)から余肉14を除去した部位に相当し、曲線部22は、中間プレス成形品10の曲線部12から余肉14を除去した部位に相当する。
[長円成形工程S3]
長円成形工程S3(突き合わせ工程)では、トリミング工程S2で得られた中間プレス成形品20の両端部24の端縁24a(図9Aおよび図9C参照)を長円成形金型130により互いに突き合わせる。
図10A及び図10Bは、長円成形工程S3で用いられる長円成形金型130を示す図である。なお、図10Aは長円成形金型130の斜視図であり、図10Bは長円成形金型130の横断面図である。図10Aおよび図10Bに示すように、長円成形金型130は、下金型131と、この下金型131と対向するように配置された上金型136とを備える。
長円成形金型130の下金型131には、X方向に延在する凹部132が形成されている。この凹部132は、トリミング金型120の固定金型121の凹部122(図7参照)に対して、深さが小さい点で異なっている。そのため、トリミング工程S2で得られた中間プレス成形品20を凹部132に載置した状態では、中間プレス成形品20の上部が下金型131の上面から露出している。
長円成形金型130の上金型136には、下金型131の凹部132と対向する凹部137が形成されている。そして、図11に示すように、上金型136をZ方向に下降させて、下金型131に当接させた状態では、下金型131の凹部132と上金型136の凹部137とにより、空間138(成形空間)が形成される。
長円成形工程S3では、まず、図10A及び図10Bに示すように、下金型131の凹部132に沿って、中間プレス成形品20を下金型131に載置する。その後、図11に示すように、上金型136の底面136aが下金型131の上面131aに当接するまで、上金型136をZ方向に下降させる。この際、上金型136の凹部137と、中間プレス成形品20の端縁24aとが接触するので、中間プレス成形品20は凹部137に沿った形状に成形される。そして、上金型136の底面136aが下金型131の上面131aに当接した状態では、中間プレス成形品20の一対の端縁24aが互いに突き合わされる。以上により、中間プレス成形品20は断面長円形(楕円形)に成形され、長円成形工程S3が完了する。
図12A〜図12Cは、長円成形工程S3で得られた中間プレス成形品30を示す図である。なお、図12Aは中間プレス成形品30の正面図であり、図12Bは中間プレス成形品30の平面図であり、図12Cは中間プレス成形品30の横断面図である。図12A〜図12Cに示すように、中間プレス成形品30は、断面が中空楕円形であり、2つの直線部31及び33と、1つの曲線部32とを備えている。また、中間プレス成形品30は、中間プレス成形品20の両端縁24aを互いに突き合わせることにより形成されているため、継目部34が形成されている。
[接合工程S4]
接合工程S4では、中間プレス成形品30の継目部34を溶接により接合する(すなわち、一対の端縁24a同士を接合する)。なお、溶接には、アーク溶接、またはレーザ溶接等を用いることができる。
図13A〜図13Cは、接合工程S4で得られた中間プレス成形品40を示す図である。なお、図13A〜図13Cに示すように、中間プレス成形品40は、断面が中空楕円形であり、中間プレス成形品30の継目部34(図12Bおよび図12C参照)に対応する箇所に溶接部46が形成されている。なお、図13Cにおいて、L1はZ方向における長さ(長径方向の長さ)を表し、W1はY方向における長さ(短径方向の長さ)を表している。
[円形曲げ成形工程S5]
円形曲げ成形工程S5では、円形曲げ成形金型140を用いて、接合工程S4で得られた中間プレス成形品40をプレス成形して、プレス成形品50(図2A〜図2D参照)を製造する。
図14A〜図14Cは、円形曲げ成形工程S5に用いられる円形曲げ成形金型140を示す図である。図14Aは円形曲げ成形金型140の斜視図であり、図14Bは円形曲げ成形金型140の平面図であり、図14Cは円形曲げ成形金型140の横断面図である。なお、図14Bにおいて、円形曲げ成形金型140の上金型146の図示を省略している。
図14Aおよび図14Cに示すように、円形曲げ成形金型140は、下金型141と、この下金型141に対向するように配置された上金型146とを備えている。円形曲げ成形金型140は、下金型141と上金型146との間に載置された中間プレス成形品40を、上金型146がZ方向に沿って下降することにより押圧する。
円形曲げ成形金型140の下金型141には、断面半円状の凹部142が下金型141のX方向における両端部間にわたって形成されている。この凹部142の途中には、プレス成形品50の第1曲管部52を形成するための第1曲管部成形部142bと、プレス成形品50の第2曲管部54を形成するための第2曲管部成形部142aとが形成されている。
円形曲げ成形金型140の上金型146には、下金型141の凹部142と対向するように、断面半円状の凹部147が上金型146のX方向における両端部間にわたって形成されている。この凹部147の途中には、プレス成形品50の第1曲管部52を形成するための第1曲管部成形部147bと、プレス成形品50の第2曲管部54を形成するための第2曲管部成形部147aとが形成されている。
円形曲げ成形金型140により中間プレス成形品40をプレス成形する際は、上金型146の底面146aが下金型141の上面141aに当接するまで、Z方向に沿って上金型146を下降させる。上金型146の底面146aが下金型141の上面141aに当接した状態では、図15に示すように、下金型141の凹部142と上金型146の凹部147とで囲まれる空間148(成形空間)が形成される。この空間148は、プレス成形品50の外形形状に沿った形状となっているため、中間プレス成形品40を円形曲げ成形金型140を用いて押圧することにより、中間プレス成形品40をプレス成形品50に成形することができる。
円形曲げ成形工程S5では、まず、図14Aおよび図14Cに示すように、断面楕円形の中間プレス成形品40を、長径方向がZ方向と平行になるように、下金型141の凹部142内に載置する。このとき、図14Bに示すように、中間プレス成形品40は、平面視した場合に、下金型141の凹部142の位置L、M、Nにおいて、下金型の凹部142と近接している。
なお、本実施形態では、中間プレス成形品40に外力を加えることなく、下金型141の凹部142内に中間プレス成形品40を載置しているが、中間プレス成形品40の形状および下金型141の凹部142の形状等によっては、中間プレス成形品40に外力等を作用させて、中間プレス成形品40を下金型141の凹部142内に載置してもよい。
続いて、上金型146をZ方向に沿って(中間プレス成形品40の長径方向に沿って)下降させて、中間プレス成形品40をプレス成形する。この際、図16Aに示すように、上金型146の凹部147が中間プレス成形品40に当接することにより、中間プレス成形品40には、外方に向かう変形力F1’が発生するとともに、周方向応力F1(周方向の圧縮応力)が発生する。そのため、上金型146をZ方向に沿って下降させることにより、中間プレス成形品40は、Z方向に圧縮されるとともに、Z方向と交差する方向に膨出する。
図16Bに示すように、中間プレス成形品40が膨出すると、中間プレス成形品40の外面は、下金型141の凹部142に対して位置L、M、Nで当接するため、上記各位置において反力F2、F3、F4を受ける。その結果、中間プレス成形品40に曲げモーメントが付与され、中間プレス成形品40はY方向に曲げられる。
そして、図15および図16Cに示すように、上金型146を下死点まで下降させることにより、中間プレス成形品40は、下金型141の凹部142と上金型146の凹部147に沿った形状となり、プレス成形品50を得ることができる。以上により、円形曲げ成形工程S5が完了する。
上述のように、円形曲げ成形工程S5では、断面楕円形の中間プレス成形品40を長径方向にプレスして圧縮するので、中間プレス成形品40の長径方向の長さL1(Z方向の長さ:図13C参照)は小さくなり、一方、中間プレス成形品40の短径方向の長さW1は大きくなる。その結果、断面円形のプレス成形品50を得ることができる。
また、図16Cに示すように、円形曲げ成形工程S5後の中間プレス成形品40(すなわち、プレス成形品50)には、周方向応力F1(周方向の圧縮応力)により、周方向に沿った残留応力が形成されるので、プレス成形品50の強度を高めることができる。同様に、プレス成形品50の溶接部56にも残留応力が形成されるので、溶接部56の強度を高めることができる。
また、プレス成形品50では、図17に示すように、第2曲管部54にX方向に沿って残留応力σ1が形成されている。残留応力σ1は、例えば残留引張応力であり、第2曲管部54の外方側(曲率半径が大きい側)に生じた残留引張応力が、第2曲管部54の内方側(曲率半径が小さい側)に生じた残留引張応力よりも大きい。なお、第2曲管部54に形成される残留応力σ1は、曲率半径(又は屈曲度合い)によって変化するものであり、第2曲管部54の内方側に残留引張応力が形成されない場合、または第2曲管部54の内方側に残留圧縮応力が形成される場合がある。
また、プレス成形品50には、図18に示すように、直管部51、53及び55、第1曲管部52、および第2曲管部54の外面のうちプレス方向(Z方向)と直交する部分にプレス痕57が形成されていることが好ましい。この場合、プレス痕57が形成されているかどうかを識別することにより、くぼみ等の成形不良を容易に発見することができ、品質管理を効率よく行うことができる。
また、プレス成形品50には、図19に示すように、第2曲管部54の外面のうちプレス方向(Z方向)と直交する部分に摺動痕58が形成されていることが好ましい。この場合、摺動痕58が形成されているかどうかを識別することにより、くぼみ等の成形不良を容易に発見することができ、品質管理を効率よく行うことができる。なお、摺動痕58は、直管部51、53及び55、第1曲管部52、および第2曲管部54の外面のうちプレス方向(Z方向)と直交する部分に形成されていてもよい。
以上に説明したように、本実施形態に係るプレス成形品の製造方法では、U曲げ成形工程S1後に、中間プレス成形品10の余肉14をトリミングによって除去する。そのため、長円成形工程S3において、トリミング工程S2で得られた中間プレス成形品20の端縁24a同士を容易かつ正確に当接させることができる。
また、長円成形工程S3後に、長円成形工程S3で得られた中間プレス成形品30を接合(溶接)するので、円形曲げ成形工程S5において端部同士が離間することが抑制され、プレス成形品50を安定して製造することができる。また、円形曲げ成形工程S5において、中間プレス成形品40の溶接部46が圧縮されることにより、溶接部46に残留応力が形成される。そのため、プレス成形品50の溶接部56の強度を高めることができる。
したがって、接合工程S4と円形曲げ成形工程S5の順序を逆にしてもよいが、上記の理由により、接合工程S4の後に円形曲げ成形工程S5を実施することが好ましい。
さらに、円形曲げ成形工程S5では、断面楕円形の中間プレス成形品40を長径方向に沿ってプレスするので、長径方向に交差する方向に中間プレス成形品40を膨出させることができる。そして、この膨出により生じる力を利用して、中間プレス成形品40を曲げるので、プレス成形品50にくぼみ等の成形不良が発生することを抑制することができる。
なお、接合工程S4で得られた中間プレス成形品40(図13C参照)の長さL1(長径)とW1(短径)との比率は、1.1≦L1/W1≦5.0であることが好ましい。L1/W1を5.0以下とすることにより、U曲げ成形工程S1において平板1にしわが発生することを防止することができる。また、L1/W1を1.1以上とすることにより、円形曲げ成形工程S5において中間プレス成形品40を少ない荷重で膨出させることができるため、プレス荷重を小さくすることができる。
[第1実施形態の変形例]
本実施形態では、円形曲げ成形工程S5において、円形曲げ成形金型140を用いて、中間プレス成形品40をプレス成形する場合を示した。しかしながら、図20Aに示す円形曲げ成形金型160及び図20Bに示す円形曲げ成形金型170を用いて、中間プレス成形品40を段階的に(複数回に分けて)プレス成形してもよい。
図20Aに示すように、円形曲げ成形金型160の下金型161の凹部162は、円形曲げ成形金型140の下金型141の凹部142よりも、幅が小さい一方、深さが大きい。
また、図20Bに示すように、円形曲げ成形金型170の下金型171の凹部172は、円形曲げ成形金型160の下金型161の凹部162よりも、幅が大きい一方、深さが小さい。さらに、円形曲げ成形金型170の下金型171の凹部172は、円形曲げ成形金型140の下金型141の凹部142よりも、幅が小さい一方、深さが大きい。
そして、図20A〜図20Cに示すように、中間プレス成形品40を円形曲げ成形金型160でプレス成形し、続いて、円形曲げ成形金型170でプレス成形し、最終的に円形曲げ成形金型140でプレス成形することにより、図20Dに示すプレス成形品50が得られる。この場合、中間プレス成形品40を順次変形させることができるので、プレス成形品50に成形不良が発生することをより確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、平板1より断面円形のプレス成形品50を製造する場合を示した。しかしながら、断面円形のプレス成形品50に限られず、種々の断面形状を有するプレス成形品を製造することができる。
図21Cは、プレス成形品63を示す断面図である。図21Cに示すように、プレス成形品63は、略八角形状の断面形状を有している。プレス成形品63は、以下の手順によって製造される。
まず、U曲げ成形工程S1と同様に、平板1を、図21Aに示す中間プレス成形品61に成形する。中間プレス成形品61は、Y方向に延在する底壁部61aと、底壁部61aの両端部からZ方向上方に向かって広がる一対の第1側壁部61bと、第1側壁部61bの上端に設けられ、互いに対向してかつZ方向に平行な一対の第2側壁部61cとを有する。
続いて、長円成形工程S3と同様に、中間プレス成形品61の端面61d同士を突き合わせる。その後、接合工程S4と同様に、中間プレス成形品61を溶接することにより、図21Bに示す中間プレス成形品62が得られる。中間プレス成形品62は、図21Bに示すように、Z方向上方に向かって狭まる一対の第3側壁部62eと、一対の第3側壁部62e間に設けられてかつ底壁部61aと対向する上壁部62fと、溶接部46とを有する点で、中間プレス成形品61と異なっている。
その後、円形曲げ成形工程S5と同様に、中間プレス成形品62をZ方向(断面が長い方向)にプレスすることにより、図21Cに示すプレス成形品63が得られる。なお、この際、第1実施形態の場合と同様に、中間プレス成形品62は、Z方向に圧縮されるとともに、Z方向と交差する方向に膨出される。そのため、プレス成形品63のY方向の寸法W4に対するZ方向の寸法L4の比率(=L4/W4)は、中間プレス成形品62のY方向の寸法W3に対するZ方向の寸法L3の比率(=L3/W3)よりも小さくなっている。
また、平板1より、図22Cに示す、断面が横長長円形のプレス成形品73を製造することもできる。プレス成形品73は、以下の手順によって製造される。
まず、U曲げ成形工程S1と同様に、平板1を、図22Aに示す中間プレス成形品71に成形する。中間プレス成形品71は、底壁部71aと、底壁部71aの両端に設けられ、互いに対向してかつZ方向に平行な一対の側壁部71bとを有している。
続いて、長円成形工程S3および接合工程S4と同様に、中間プレス成形品71の端面71d同士を突き合わせて溶接する。これによって得られた中間プレス成形品72を図22Bに示す。中間プレス成形品72は、円弧状の側壁部72bと、溶接部46とを有する点で中間プレス成形品71と異なっている。
その後、円形曲げ成形工程S5と同様に、中間プレス成形品72をZ方向にプレスして、プレス成形品73を得ることができる。なお、この際、第1実施形態の場合と同様に、中間プレス成形品72は、Z方向に圧縮されるとともに、Z方向と交差する方向に膨出される。そのため、プレス成形品73のY方向の寸法W6に対するZ方向の寸法L6の比率(=L6/W6)は、中間プレス成形品72のY方向の寸法W5に対するZ方向の寸法L5の比率(=L5/W5)よりも小さくなっている。
また、平板1より、図23Cに示すプレス成形品83を製造することもできる。プレス成形品83は、円弧状の側壁部83bと、Z方向上方に向かって凸に湾曲した底壁部83aとを有している。プレス成形品83は、以下の手順によって製造される。
まず、U曲げ成形工程S1と同様に、平板1を、図23Aに示す中間プレス成形品81にプレス成形する。中間プレス成形品81は、Z方向上方に向かって凸に湾曲した底壁部81aと、底壁部81aの両端に設けられ、円弧状の第1側壁部81bと、第1側壁部81bの端部に設けられ、互いに対向してかつZ方向に平行な一対の第2側壁部81cとを有する。
続いて、長円成形工程S3および接合工程S4と同様に、中間プレス成形品81の端面81d同士を突き合わせて溶接する。図23Bは、上記により得られた中間プレス成形品82を示している。なお、中間プレス成形品82は、楕円弧状の側壁部82bと、溶接部46とを有する点で、中間プレス成形品81と異なっている。
その後、円形曲げ成形工程S5と同様に、中間プレス成形品82をZ方向にプレスして、プレス成形品83を得ることができる。なお、この際、第1実施形態の場合と同様に、中間プレス成形品82は、Z方向に圧縮されるとともに、Z方向と交差する方向に膨出される。そのため、プレス成形品83のY方向の寸法W8に対するZ方向の寸法L8の比率(=L8/W8)は、中間プレス成形品82のY方向の寸法W7に対するZ方向の寸法L7の比率(=L7/W7)よりも小さくなっている。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
上記の第1実施形態では、平板1よりプレス成形品50を製造する場合を示した。これに対して、本実施形態では、図24に示す円筒管201よりプレス成形品250を製造する。
円筒管201の材質は、例えば、鉄、アルミ、ステンレス、銅、チタン、マグネシウム、または鋼等の金属である。そして、円筒管201は、例えば、押し出し成形によって製造されたパイプ、引き抜き成形によって製造されたパイプ、または電縫管等である。また、円筒管201の厚さ(肉厚)は、0.5〜10.0mmであることが好ましく、1.0〜3.2mmであることがより好ましい。
図25A〜図25Cは、本実施形態に係るプレス成形品250を示す図である。なお、図25Aはプレス成形品250の正面図であり、図25Bはプレス成形品250の平面図であり、図25Cはプレス成形品250の横断面図である。
図25A〜図25Cに示すように、プレス成形品250は、X方向に長い円筒形状を有しており、2つの直管部251及び253と、これらの間に設けられた曲管部252(曲げ部)とを備えている。なお、プレス成形品250の曲管部252は、図25Bに示すように、X方向およびY方向を含む平面内において湾曲している。
次に、本実施形態に係るプレス成形品250の製造方法について説明する。図26は、本実施形態に係るプレス成形品250の製造方法を示すフローチャートである。
図26に示すように、プレス成形品250の製造方法は、長円成形工程S201と、円形曲げ成形工程S202とを有している。なお、これらの工程は、冷間または熱間で行われる。
長円成形工程S201では、図27Aおよび図27Bに示す長円成形金型230を用いて、円筒管201を、図28に示す断面楕円形の中間プレス成形品210にプレス成形する。なお、図27Aは長円成形金型230の斜視図であり(円筒管201については不図示)、図27Bは、長円成形金型230の横断面図である。
図27Aおよび図27Bに示すように、長円成形金型230は、下金型231と、この下金型231と対向するように配置された上金型236とを備えている。長円成形金型230の下金型231には、X方向に沿って直線状に延在する凹部232が形成されている。また、長円成形金型230の上金型236には、下金型231の凹部232と対向する凹部237が形成されている。そして、上金型236をZ方向に下降させて、上金型236を下金型231に当接させた状態では、図28に示すように、下金型231の凹部232と上金型236の凹部237とにより、楕円形の空間238(成形空間)が形成される。
長円成形工程S201では、まず、図27Bに示すように、下金型231の凹部232に、円筒管201を載置する。その後、図28に示すように、上金型236の底面が下金型231の上面に当接するまで、上金型236をZ方向に沿って下降させる。この際、上金型236の凹部237と、円筒管201の外面とが接触するので、円筒管201は、下金型231の凹部232と上金型236の凹部237に沿った形状に成形される。そして、上金型236の底面が下金型231の上面に当接するまで上金型236を下降させることにより、円筒管201より、断面楕円形の中間プレス成形品210が得られる。以上により、長円成形工程S201が完了する。
円形曲げ成形工程S202では、円形曲げ成形金型240を用いて長円成形工程S201で得られた中間プレス成形品210をプレスして、プレス成形品250を製造する。
図29A〜図29Cは、円形曲げ成形工程S202に用いられる円形曲げ成形金型240を示す図である。図29Aは円形曲げ成形金型240の斜視図であり、図29Bは円形曲げ成形金型240の平面図であり、図29Cは円形曲げ成形金型240の横断面図である。なお、図29Aにおいて中間プレス成形品210の図示を省略するとともに、図29Bにおいて円形曲げ成形金型240の上金型246の図示を省略している。
図29Aおよび図29Cに示すように、円形曲げ成形金型240は、下金型241と、この下金型241に対向するように配置された上金型246とを備えている。円形曲げ成形金型240は、下金型241と上金型246との間に載置された中間プレス成形品210を、上金型246がZ方向に沿って下降することによりプレスして、プレス成形品250を製造する。
円形曲げ成形金型240の下金型241には、断面半円状の凹部242が下金型241のX方向における両端部間にわたって形成されている。この凹部242は、プレス成形品250の曲管部252を形成するための曲管部成形部242bと、プレス成形品250の直管部251を形成するための直管部成形部242cと、プレス成形品250の直管部253を形成するための直管部成形部242aとを有している。
円形曲げ成形金型240の上金型246には、下金型241の凹部242と対向するように、断面半円状の凹部247が上金型246のX方向における両端部間にわたって形成されている。凹部247は、プレス成形品250の曲管部252を形成するための曲管部成形部247bと、プレス成形品250の直管部251を形成するための直管部成形部247cと、プレス成形品250の直管部253を形成するための直管部成形部247aとを有している。
円形曲げ成形金型240により中間プレス成形品210をプレス成形する際は、上金型246の底面が下金型241の上面に当接するまで、Z方向に沿って上金型246を下降させる。上金型246の底面が下金型241の上面に当接した状態では、下金型241の凹部242と上金型246の凹部247とにより一つの空間が形成される。この空間は、プレス成形品250の外形形状に沿った形状となっており、中間プレス成形品210がプレスされた際に、中間プレス成形品210の外面が下金型241の凹部242と上金型246の凹部247に沿った形状となる。
第1実施形態の場合と同様に、円形曲げ成形工程S202では、図29Bおよび図29Cに示すように、断面楕円形の中間プレス成形品210を、長径方向がZ方向と平行になるように、下金型241の凹部242内に載置する。そして、上金型246をZ方向に下降させて中間プレス成形品210をプレス成形することにより、プレス成形品250を得ることができる。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲がこれらの実施形態のみに限定されるものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、上記各実施形態では、プレス成形品の断面が中空円形である場合を示した。しかしながら、プレス成形品の断面を中空楕円形や中空多角形としてもよい。
また、例えば、上記第1実施形態では、プレス成形品50が、第1曲管部52および第2曲管部54をそれぞれ一つ有する場合を示したが、第1曲管部52および第2曲管部54を複数有していてもよい。
また、例えば、上記各実施形態に係るプレス成形品は、X方向に連続する、周長が略同一の円形断面を有する場合を示した。しかしながら、プレス成形品は、X方向に沿って周長が変化する中空断面を有していてもよい。
また、例えば、上記各実施形態に係るプレス成形品は、羽根形状やブラケット等を有していてもよい。
また、例えば、上記第1実施形態では、プレス成形品50に、全長にわたって溶接部が形成される場合を示した。しかしながら、プレス成形品の一部に溶接部が形成されてもよい。
また、例えば、上記第1実施形態に係るプレス成形品50では、第2曲管部54の軸線C4が、直管部51、第1曲管部52、直管部53の軸線C1、C2、C3を含む平面P2と直交してかつ直管部53の軸線C3を含む平面P4内に形成されている場合を示した(図2C参照)。しかしながら、例えば、図30に示すように、直管部53の軸線C3と第2曲管部54の軸線C4を結ぶ線が平面P2及び平面P4の双方と交差するように、第2曲管部54が形成されてもよい。
また、例えば、上記第1実施形態では、U曲げ成形工程S1と長円成形工程S3との間にトリミング工程S2を実施する場合について説明した。しかしながら、平板1の幅を適宜調整し、U曲げ成形工程S1で得られた中間プレス成形品10に余肉14が生じない場合には、トリミング工程S2は不要である。
また、例えば、上記第1実施形態では、U曲げ成形工程S1において、平板1を断面U字形にプレス成形すると同時に、プレス成形品50の第1曲管部52に対応する曲線部12を形成する場合を示した。しかしながら、平板1を断面U字形にプレス成形した後に、さらに平板1をプレス成形して曲線部12を形成してもよい。
また、上記各実施形態では、例えば、各成形金型の上金型が下金型に対して進退する場合を示した。しかしながら、上記に限られず、上金型と下金型とが相対的に接近離間可能とされていればよい。
本発明によれば、中空素材をプレス加工して曲げ部を形成する際に、くぼみ等の成形不良発生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ができる。
1: 平板
10: 中間プレス成形品(U曲げ成形工程S1後の平板)
20: 中間プレス成形品(トリミング工程S2後の平板)
30: 中間プレス成形品(長円成形工程S3後の平板)
40: 中間プレス成形品(接合工程S4後の平板)
50: プレス成形品(第1実施形態)
100: U曲げ成形金型
110: 平板押さえ治具
120: トリミング金型
130: 長円成形金型
140: 円形曲げ成形金型
201: 円筒管
210: 中間プレス成形品(第2実施形態)
230: 長円成形金型(第2実施形態)
240: 円形曲げ成形金型(第2実施形態)
250: プレス成形品(第2実施形態)

Claims (5)

  1. 第1方向に長くかつ、前記第1方向に垂直な断面で見た場合に前記断面が前記第1方向と直交する第2方向に長い中空断面である素材を準備する第1工程と;
    前記素材を前記第2方向に沿って押圧することにより、前記第1方向から見た場合に前記第2方向に対して交差する方向に前記素材を曲げる第2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。
  2. 前記第1工程が、
    平板を、前記平板の幅方向における両端部が互いに対向するように、前記平板の厚さ方向に沿って押圧する平板曲げ工程と;
    前記平板曲げ工程後に、前記平板の前記両端部の端縁を突き合わせる突き合わせ工程と;
    を有し、
    前記素材として、前記突き合わせ工程後の前記平板を用いる
    ことを特徴とする請求項1に記載のプレス成形品の製造方法。
  3. 前記第1工程が、前記突き合わせ工程後の前記平板の前記端縁を接合する接合工程をさらに有する
    ことを特徴とする請求項2に記載のプレス成形品の製造方法。
  4. 前記平板曲げ工程で、前記平板を厚さ方向に押圧することにより、前記平板の幅方向における両端部を互いに対向させるとともに、前記平板を厚さ方向に曲げる
    ことを特徴とする請求項2または3に記載のプレス成形品の製造方法。
  5. 前記第2工程で、前記素材を、前記第2方向に沿って段階的に押圧する
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のプレス成形品の製造方法。
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