JP6504103B2 - 閉断面形状部品のプレス成形方法および製造方法、並びにプレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属板を多角形断面の閉断面形状部品にプレス成形する技術に関し、金属板から多角形断面の閉断面形状部品を製造するのに好適な技術である。

近年、自動車車体の軽量化と衝突安全性向上を目的として、車体構造部品への超ハイテン材の適用が進んでいる。剛性が高い超ハイテン材を適用することにより板厚をゲージダウンができ、車体軽量化が行われる。しかし、板厚のゲージダウンに伴い、車体剛性の低下が課題となる。そこで、車体剛性を確保するために、自動車部品に閉断面構造が適用されている。

例えば、特許文献１では、金属板を閉構造部材に対応した断面形状を有する有端状の中間部品に加工する予備成形工程と、中間部品における一対の接合端部を互いに近接させると共に、プレス成形型に形成された一対のプレス成形面のうち、他方のプレス成形面における一方のプレス成形面側の縁端部に形成された凹状のフランジ加工部を一方の接合端部に突き当てる閉込み工程と、金属板における一対の接合端部の外側部分を所定形状にプレス成形する接合プレス工程と、を有する。

特開２０１０−７５９４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプレス成形方法では、金属板をパンチ上面に配置し、さらに成形後にパンチの取り外しを必要としており、閉断面形状に成形するためには、少なくとも２種類の金型を使用する必要がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、少ないプレス工程の数で閉断面形状の構造部品に成形でき、且つパンチの取り外し不要とすることも可能なプレス成形技術を提供することを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様は、金属板を多角形断面の閉断面形状にプレス成形する方法であって、上記金属板を、横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、一対のダイとによって上記閉断面形状に曲げ成形する閉断面化工程を有し、上記閉断面化工程は、上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに、上記金属板をパッドで押し付けて仮固定した状態で、上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面より外側に待機する上記一対のダイを、当該一対のダイが上記パンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させて、上記金属板に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、上記第１の工程後に、一対のダイを上記パンチに向けて移動させて第２の曲げ成形を行って上記多角形断面の閉断面形状とする第２の工程と、を備える。

本発明の態様によれば、一組の多角形形状のパンチと一対のダイとによるプレス工程だけで、多角形断面の閉断面形状部品を得ることができる。この結果、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。
また、プレス成形後、例えば一対のダイを待機位置に戻すことで、パンチを外すことなく、成形品（閉断面形状部品）を取り出すことも可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る六角形閉断面形状モデルを示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る閉断面化工程のプレス装置の配置を示す平面でみた概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る第１のカム機構（平行動作用）を説明する概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る第２のカム機構（プレス成形動作用）を説明する概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る六角形閉断面形状に成形する閉断面化工程を説明するための概略図である。 四角形閉断面形状モデルを示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る四角形閉断面形状に成形する閉断面化工程を説明するための概略図である。 比較例の工法における四角形閉断面形状に成形する閉断面化の工程の概略図である。 比較例の工法における六角形閉断面形状に成形する閉断面化の工程の概略図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
ここで、本実施形態では、金属板１０（ブランク材）を、図１に示すような、六角形閉断面形状の閉断面形状部品にプレスで製造する場合を例に挙げて説明する。なお、多角形形状は正多角形形状である必要も無く、また各面に剛性向上などのための凹凸等による補剛部が付与された面形状であっても構わない。
本実施形態のプレス成形による製造方法は、閉断面化工程と、成形品取出し工程とを有し、この工程の順番に処理が実施される。
＜閉断面化工程＞
閉断面化工程は、金属板１０を、横断面が閉断面形状部品の多角形断面に沿った六角形形状のパンチ２０と、一対のダイ２２とによって上記閉断面形状の閉断面部品に曲げ成形するプレス工程である。すなわち、閉断面化工程は、一組のパンチ２０と一対のダイ２２とによる１回のプレスによって、金属板１０を閉断面形状に曲げ成形する工程である。

＜閉断面化工程用のプレス装置＞
閉断面化工程を行うプレス装置は、図２に示すように、パンチ２０、パッド２１、一対のダイ２２、及びダイ移動機構２４を備える。
パンチ２０の横断面は、閉断面形状部品の六角形形状に沿った形状となっている。すなわちパンチ２０（中子）は、図２に示すように、パンチ２０の側面が六面から構成される。ここで、パンチ２０の六面のうち、図２で左方向を向く面を第１押さえ面２０Ａと呼ぶ。

パンチ２０は、図３に示すように、下端面が床面に固定されると共に上端部が開放された状態に設定されている。
パッド２１は、パンチ２０の第１押さえ面２０Ａに対向する位置（図２ではパンチ２０の右側位置）に配置され、シリンダ装置２５によって第１押さえ面２０Ａに対し進退可能に配置されている。そして、パッド２１は、第１押さえ面２０Ａに金属板１０を押し付けて当該第１押さえ面２０Ａに金属板１０を仮固定することが可能となっている。

一対のダイ２２は、パンチ２０の位置に対し金属板１０を仮固定したパンチ２０の側面の面（第１押さえ面２０Ａ）よりも外側で待機する（図２、図３の位置）。この位置をダイ待機位置と呼ぶ（図３参照）。
ダイ待機位置の一対のダイ２２は、図２に示すように、進退するパッド２１を挟んで対向配置していて、仮に一対のダイ２２を接近させると、左右の二面を除き、成形品に沿った多角形形状に沿った空間形状となるように形成された加工面２２Ａを有する。

ここで、一対のダイ２２の基本位置としては、上記のダイ待機位置（図３の位置）の他、パンチ２０を挟んで対向する閉断面化開始位置を有する（後述の図４，図５（ｂ）の位置）。
一対のダイ２２の基本動作としては、ダイ待機位置から閉断面化開始位置への横方向への平行動作（図５（ａ）から図５（ｂ）への動作）、閉断面化開始位置から一対のダイ２２が接近するプレス成形動作（図５（ｂ）から図５（ｃ）への動作）を有する。ここでプレス成形動作は、平行動作に直交、若しくは略直交する方向に横移動する接近動作である。

上記の基本動作のうち、平行動作およびプレス成形動作は、ダイ移動機構２４で実施される。ダイ移動機構２４は、カム機構の組合せで構成される。カム機構は、図３及び図４に示すように、プレス装置の上側可動部２８が下降するに伴い、カムドライバ２４Ａ及びカムドライバ２４Ｂが時間差を有して下降することで、一対のダイ２２が、平行動作及びプレス成形動作を行う。また、２つのカムドライバ２４Ａ、２４Ｂが上方に移動することで、スライドした一対のダイ２２がダイ待機位置に復帰するように設定されている。

すなわち、ダイ移動機構２４は、図３に示す第１のカム機構と図４に示す第２のカム機構とを有する
第１のカム機構は、図３に示すように、カムドライバ２４Ａと、ダイ２２に形成された第１カム面２２ａとを備える。そして、第１のカム機構の作動によって、カムドライバ２４Ａが下降するに伴い、一対のダイ２２は、ダイ待機位置から閉断面化開始位置への横方向への平行動作が行われる。これによって第１の工程が実施される。

第２のカム機構は、図４に示すように、カムドライバ２４Ｂと、ダイ２２に形成された第１カム面２２ｂとを備える。そして、第２のカム機構は、第１のカム機構の作動によって一対のダイ２２が閉断面化開始位置へ移動するのに同期して作動開始し、その第２のカム機構の作動によって、カムドライバ２４Ｂが下降するに伴い、一対のダイ２２は、閉断面化開始位置から一対のダイ２２が接近する、すなわち一対のダイ２２は、パンチ２０に向けて移動する。これによって、金属板１０を挟んでパンチ２０側面に当接して第２の工程が実施される。ここで、例えば、カムドライバ２４Ｂの高さをカムドライバ２４Ａの高さよりも低く設定する事で、カムドライバ２４Ｂの下降開始を遅らせることが出来る。

閉断面化工程は、金属板１０に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、第１の曲げ成形状態の金属板１０に第２の曲げ成形を施す第２の工程とを備える。
第１の工程は、図５（ａ）のように、パンチ２０側面のうち第１押さえ面２０Ａにパッド２１で押し付けられて仮固定された金属板１０よりも外側で待機する一対のダイ２２を、図５（ｂ）に示すように、当該一対のダイ２２が上記パンチ２０を挟んで対向する閉断面化開始位置まで、パンチ２０側に相対移動させることで、金属板１０の長手方向両側がパンチ２０側に押されて第１の曲げ成形が行われる。
第２の工程は、第１の工程後に、図５（ｃ）のように、一対のダイ２２をパンチ２０に向けて移動させて、金属板１０を閉断面形状にプレス成形することで、第２の曲げ成形が実施されて閉断面形状に成形される。

＜成形品取出し工程＞
成形品取出し工程は、閉断面化工程が終了すると作動する。成形品取出し工程は、一対のダイ２２をダイ待機位置まで後退させると共に、パッド２１も後退させる。その後、パンチ２０側面全周に位置する成形品を、不図示の引き抜き装置にて上方に引き抜くことで、当該パンチ２０から成形品を取り出す。
なお、成形品取出し工程の前に、閉断面化した金属板の近接若しくは重なった両端部を溶接その他によって接合する工程を有していても良い。また、接合は、成形品取出し工程の後でも良い。

＜動作その他＞
本実施形態においては、まず、金属板１０の長手方向中央部位置を、パッド２１で、パンチ２０の第１押さえ面２０Ａに仮押さえする。このとき、金属板１０は、一対のダイ２２の対向方向に沿った方向に長手方向を向けて配置しておく。この状態では、金属板１０の長手方向左右両側に、ダイ待機位置に存在する各ダイ２２が対向配置している。

次に、第１の工程として、一対のダイ２２を、ダイ待機位置から閉断面化開始位置へ横移動する。この移動によって、金属板１０は、長手方向中央部を中心にして、長手方向両側がそれぞれ、パンチ２０側に曲げられ且つパンチ２０とダイ２２の加工面２２Ａとの間に位置する。これによって第１の曲げ成形が行われる。
次に、第２の工程として、一対のダイ２２を、閉断面化開始位置からパンチ２０に向けて移動させることで、パンチ２０とダイ２２とによって、第１の曲げ成形状態の金属板１０がプレス成形されて、目的の六角形形状の閉断面形状に曲げ成形される。これによって、第２の曲げ成形が行われる。

次に、一対のダイ２２等を後退させて、外側からの成形品の拘束を解除した後に、不図示の引き抜き装置によって、成形品を、パンチ２０の上方に引き抜いて取り出す。これによって、パンチ２０を取り外すこと無く、成形品を取り出すことが出来る。
以上のように、本実施形態においては、多角形形状のパンチ２０に対し一対のダイ２２を直交する２方向に、具体的にはＬ字状に水平移動させるという少ないプレス工程数によって、多角形断面の閉断面形状部品を得ることができる。この結果、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。

更に、プレス成形後、例えば一対のダイ２２をダイ待機位置に戻すなどによって、パンチ２０を外すことなく、成形品（閉断面形状部品）をパンチ２０から取り出すことも可能となる。このようにパンチ２０を取り外すことなくパンチ２０上面から成形品を抜き取ることができる結果、工程数および製造コストの低減が可能となる。
ここで、通常、パンチ２０の上方にプレス装置の上側可動部２８などの機器が存在する。このため、パンチ２０上面から成形品を抜き取る際に、成形品が高すぎると成形品をプレス装置内から取り外すことが難しくなる。このため、成形品を取り出す際のプレス装置の各機器の取り合いにおいて、パンチ２０の固定面（パンチ２０の下面）と、パンチ２０上面から、該パンチ２０上方に位置するプレス装置の部品までの距離をＳとすると、パンチ２０側面に配置する金属板１０の最大高さ（本実施形態では、金属板１０の幅）をＳ／２以下に設定する。

また、パンチ２０は上端部側を固定し、下端部側を開放した状態としても良い。この場合には、成形品は下方に引き抜くことで取り出されることになる。
また、上記説明ではパンチ２０を定位置に固定しておき、一対のダイ２２をダイ待機位置から横方向に移動させることで、第１の曲げ成形（第１の工程）を実施しているが、これに限定されない。例えば、パンチ２０を、初期の定位置から、ダイ待機位置で待機している一対のダイ２２の間へ移動させることで、第１の曲げ成形（第１の工程）を実施するようにしても良い。この場合には、一対のダイ２２によるプレス成形のための基本プレス動作は、ダイ待機位置から、当該一対のダイ２２を接近するプレス成形動作だけとなる。但し、パンチ２０を往復移動させる機構を別途具備する必要がある。

本発明に係るプレス成形方法による作用効果を確認するため、有限要素法（ＦＥＭ）によるプレス成形解析を行ったので、その結果について以下に説明する。
当該プレス成形解析は、多角形断面の閉断面形状として四角形断面形状と六角形閉断面形状との２つの閉断面パターンで実施した。
四角形断面形状の閉断面形状部品は、図６に示すように、成形品における多角形形状の一辺あたりの長さをそれぞれ１００ｍｍに設定し、四角形形状の各角部のコーナーＲを８ｍｍとし、その角度を９０°に設定した。

また、六角形閉断面形状の閉断面形状部品は図１に示すように、成形品における多角形形状の一辺あたりの長さをそれぞれ１００ｍｍに設定し、六角形形状の各角部のコーナーＲを８ｍｍとし、その角度を１２０°に設定した。
なお、金属板１０を鋼板とし、その鋼種として５９０ＭＰａ級材として設定した。また、板厚は１．４ｍｍとした。

＜実施例の工程＞
実施例では、上記実施形態で説明した工程の成形方法で、四角形閉断面形状及び六角形閉断面形状の閉断面形状部品にプレス成形することをシミュレートした。
ここで、六角形閉断面形状の閉断面形状部品からなる成形品の成形については、上記の実施形態で説明した、図５に示す、パンチ及び一対のダイの形状に設定して実行した。一方、四角形閉断面形状の閉断面形状部品からなる成形品の成形については、図７に示す、パンチ及び一対のダイの形状に設定して実行した。この閉断面化工程は、図７の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順番に一対のダイを移動させて処理が実施される。

＜比較例の工程＞
比較例では、下記のような工程によって、四角形閉断面形状の閉断面形状部品と六角形閉断面形状の閉断面形状部品とをプレス成形した。
（比較例１）
比較例１の工程では、図８に示す比較の工法によって四角形閉断面形状に成形した。比較例１の工法では、まず、図８（ａ）に示すように、金属板１０を第１工程で上型５０と下型５１によって予成形を実施して、金属板端部に四角形閉断面の一辺（上辺）を形成する部分を曲げ成形した。次に、第２工程で、図８（ｂ）のように、パンチ５４と支持パッド５５によって上下方向から四角形形状の下面の辺部分を挟持する。続けて、第３工程で、図８（ｃ）のように、左右で対向するガイド５６に沿って、当該ガイド５６間に金属板１０を挟持したパンチ５４と支持パッド５５を下降して曲げ成形することで、金属板１０を四角形閉断面形状とした。

（比較例２）
比較例２の工程では、図９に示す比較の工法によって六角形閉断面形状に成形した。比較例２の工法では、まず図９（ａ）に示すように、第１工程で、上型５０および下型５１により金属板１０を挟み込んで、六角形形状の下面を成形する。次に、第２工程で、図９（ｂ）のように、軸を左右に向けたパンチ５４の下部と支持パッド５５とで、第１工程で成形した金属板１０の六角形下面を仮固定した状態で、図９（ｃ）（ｄ）のように、左右で対向するガイド５６に沿って、当該ガイド５６間に、金属板１０を挟持したパンチ５４と支持パッド５５を下降して曲げ成形して、金属板１０を閉断面形状とした。

＜工程の評価＞
この比較例の成形方法ではいずれも、閉断面形状に成形するためには、２種類の金型を使用した２つのプレス工程が必要である。更に、成形品を抜く際には、パンチ５４を取り外してから行うため、生産効率が低下する。なお、パンチ５４を取り外す必要は、比較例の工程では、パンチ５４の両端部を固定してプレス成形する必要があるからである。

一方、本発明に基づく工程では、１種類の金型による１回のプレス工程で多角形閉断面部品の成形が可能になる。さらに、ダイ２２、パッド２１を後退させることにより、パンチ２０を取り外すことなくパンチ２０上面から成形品を抜き取ることが可能となる。
以上のように、比較例の成形方法と比較して、本発明による成形方法では、成形した多角形閉断面部品の取り出しを、パンチを取り外すことなく、しかも少ないプレス工程で多角形閉断面部品に成形することが可能になる。この結果、本発明では、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。

１０ 金属板
２０ パンチ
２０Ａ 第１押さえ面
２１ パッド
２２ ダイ
２２ａ、２２ｂ カム面
２４ ダイ移動機構
２４Ａ、２４Ｂ カムドライバ

Claims (4)

1. 金属板を多角形断面の閉断面形状にプレス成形する方法であって、
   上記金属板を、横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、一対のダイとによって上記閉断面形状に曲げ成形する閉断面化工程を有し、
   上記閉断面化工程は、
   上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに、上記金属板をパッドで押し付けて仮固定した状態で、上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面より外側に待機する上記一対のダイを、当該一対のダイが上記パンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させて、上記金属板に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、
   上記第１の工程後に、一対のダイを上記パンチに向けて移動させて第２の曲げ成形を行って上記多角形断面の閉断面形状とする第２の工程と、を備え、
   上記閉断面化工程において、上記パンチの位置が固定され、一対のダイ側が移動することで、上記第１の工程及び第２の工程が行われることを特徴とする閉断面形状部品のプレス成形方法。
2. 上記パンチは、下端部又は上端部の一方が固定されていると共に他方が開放されていて、上記閉断面形状に成形された閉断面形状部品を、上記パンチの開放されている側の端部に向けて移動させることで上記パンチから取り出すことを特徴とする請求項１に記載した閉断面形状部品のプレス成形方法。
3. 上記請求項１又は請求項２に記載した閉断面形状部品のプレス成形方法で多角形断面の閉断面形状の部品を製造することを特徴とする閉断面形状部品の製造方法。
4. 金属板を多角形断面の閉断面形状にプレス成形するプレス装置であって、
   下端部又は上端部の一方が固定され横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、
   上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに上記金属板を押し付けるパッドと、
   上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面よりも外側で待機する一対のダイと、
   上記一対のダイを、当該一対のダイが上記固定されたパンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させ、更に、上記一対のダイを上記パンチに向けて移動させて、上記金属板を上記閉断面形状に曲げ成形するためのダイ移動機構と、を有することを特徴とするプレス装置。

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