JP6527543B2 - プレス成形装置及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、断面形状の崩れは、主として天板部と縦壁部との境界部である曲げ部における角度変化と、縦壁部の反りとによって、プレスした部品の断面が開く方向に弾性回復する現象で発生する。
この縦壁部の反りへの対策技術としては、反りの主要因である板厚方向の表裏応力差を低減させる成形技術が、従来から考えられている。
また、特許文献2では、上型と下型でブランクを押圧したあと、端部を拘束する構造を備えたホルダーが上昇することによってフランジ端が拘束された状態で、部品縦壁部に圧縮応力を付与する技術が提案されている。
特許文献3では、上型とパッドとの連結部に凹凸形状をつけることで、圧縮中にブランクが座屈することを防ぐ機構を有しているが、この成形技術では金型構造が複雑になるだけでなく、凹凸形状が上手く噛み合っていない状態のまま成形をしてしまうと金型を大きく損傷してしまう恐れがあるため、量産への適用が困難と考えられる。また、圧縮量もシムの厚さによって調整するため、その分、調整が煩雑となる。
本発明は、このような知見に基づきなされたものである。
上記予め設定した圧縮量は、上記縦壁部の高さの2%以上6%以下の範囲に設定され、
上記天板部を板厚方向で挟持するパンチ及びパッドと、上記パンチ及びパッドの側方に配置され上記縦壁部を曲げ成形するための曲げ刃と、上記曲げ刃と上記プレス方向で対向し上記被加工材の端部を拘束するためのストッパーと、を備えて、上記パッド及び曲げ刃が上型を構成し、
上記パンチは、上記プレス方向へ弾性伸縮可能な第1のクッション部品に支持され、
上記曲げ刃は、上記プレス方向の途中で上下に分割され上記付与する圧縮量に等しい間隔を開けて上記プレス方向で対向配置した上側型部品及び下側型部品と、その上側型部品と下側型部品との間に介装され、上記間隔を保持すると共に所定圧力以上で上記プレス方向に縮み可能な第2のクッション部品とを有し、
上記第2のクッション部品のクッション圧は、第1のクッション部品のクッション圧よりも小さく、且つ上記第1の工程での縦壁部の曲げ成形時に縮まないだけのクッション圧を有することを特徴とする。
上記予め設定した圧縮量を、上記縦壁部の高さの2%以上6%以下の範囲に設定し、
上記天板部を板厚方向で挟持するパンチ及びパッドと、上記パンチ及びパッドの側方に配置され上記縦壁部を曲げ成形するための曲げ刃と、上記曲げ刃と上記プレス方向で対向し上記被加工材の端部を拘束するためのストッパーとを備えて、上記パッド及び曲げ刃が上型を構成し、上記曲げ刃は、上記プレス方向の途中で上下に分割され上記付与する圧縮量に等しい間隔を開けて上記プレス方向で対向配置した上側型部品及び下側型部品と、その上側型部品と下側型部品との間に介装され、上記間隔を保持すると共に所定圧力以上で上記プレス方向に縮み可能なクッション部品とを有する金型を用いて、
上記第1の工程では、上記天板部を上記パンチ及びパッドで挟持しながら、上記被加工材の端部が上記ストッパーに当接すると共に上記下側型部品が上記ストッパーに当接するまで、クッション圧で上記クッション部品に縮みが発生しない状態を保持しつつ上記曲げ刃をプレス方向に移動させて上記縦壁部を曲げ成形し、
上記第2の工程では、上記第1の工程に続いて、更に上側型部品と下側型部品とが接触するまで上記曲げ刃をプレス方向へ移動させて、上記縦壁部が上記曲げ刃と上記パンチ側面によって挟まれることで座屈を防止したまま上記間隔が小さくなることで、上記縦壁部に上記圧縮を付与することを特徴とする。
ここで、以下の説明では、図2に示すように、プレス成形品1の形状が、天板部1Aと天板部1Aの幅方向両側に連続する左右の縦壁部1Ba、1Bbとを有すると共にフランジ部が無いハット断面形状を対象とする。本実施形態では、更に、一方の縦壁部1Bbは上面視から見て直線的であり、他方の縦壁部1Baが長手方向に沿って湾曲している。すなわ、一方の縦壁部1Bbが長手方向に沿って直線状に延在し、また、他方の縦壁部1Baは、長手方向に沿って一方の縦壁部1Bb側に凸となる湾曲部を有する形状となっている。図2では、他方の縦壁部1Ba全体が湾曲部を構成する場合を例示しているが、図1のように、他方の縦壁部1Baの長手方向の一部に一方の縦壁部1Bb側に凸となる湾曲部を有する形状であっても良い。
また、本発明は、被加工材2の引張強度が440MPa以上、好ましくは590MPa以上の金属板である場合に特に効果を奏する。
本実施形態のプレス成形装置は、天板部1Aを板厚方向で挟持するパンチ21及びパッド11と、パンチ21及びパッド11の側方に配置され縦壁部1Ba、1Bbを曲げ成形するための曲げ刃12と、曲げ刃12とプレス方向で対向し被加工材2の端部を拘束するためのストッパー22と、を備える。パンチ21は、プレス方向へ弾性伸縮可能な第1のクッション部品24に支持される。曲げ刃12は、プレス方向の途中で上下に分割され付与する圧縮量に等しい間隔Dを開けてプレス方向で対向配置した上側型部品12A及び下側型部品12Bと、その上側型部品12Aと下側型部品12Bとの間に介装され、上記間隔Dを保持すると共に所定圧力以上でプレス方向に縮み可能な第2のクッション部品14とを有する。第2のクッション部品14のクッション圧は、第1のクッション部品24のクッション圧よりも小さく、且つ第1の工程での縦壁部1Ba、1Bbの曲げ成形時に縮まないだけのクッション圧を有する。
本実施形態のプレス成形装置は、図3に示すように、上型10と下型20とを備える。
上型10は、パッド11及び曲げ刃12を備える。パッド11は、上型用プレス板13の下面に対し、プレス方向(図3における上下方向)に伸縮方向の軸が設定された第3のクッション部15を介して取り付けられている。第3のクッション部15は、例えばガススプリングから構成され、そのクッション圧を例えば8tonに設定する。
曲げ刃12は、パッド11の側方に配置され、縦壁部1Ba、1Bbを曲げ成形するために使用される。曲げ刃12は、プレス成形した際に、縦壁部1Ba、1Bbと対向する位置における任意の位置で、プレス方向と交差する面で、上側型部品12Aと下側型部品12Bとに分割されている。上側型部品12Aは、上端部が上型用プレス板13に固定されていると共に、天板部1Aと縦壁部1Ba、1Bbとの接続部を曲げ成形する肩部12Aaを有する。
第2のクッション部品14は例えばガススプリングから構成されて、所定圧力以上の圧が負荷されると縮み可能となっている。なお、第2のクッション部品14は、上側型部品12Aと下側型部品12Bとが当接するまで収縮可能に設けられている。この第2のクッション部品14のクッション圧は例えば3tonとする。
パンチ21は、パッド11とプレス方向で対向するように設定され、下型用プレス板23の上面に対し、第1のクッション部品24を介して設けられている。第1のクッション部品24は、例えばクッションピンなどのダイクッションからなり、プレス方向に弾性伸縮可能となっている。第1のクッション部品24のクッション圧は、例えば50tonに設定される。
ストッパー22は、下型用プレス板23の上面に固定されている。プレス方向からみて、パンチ21とストッパー22の間の隙間は、被加工材2の厚さ未満、例えば、0.02mm以下となるように設定されている。
第1のクッション部品24 > 第3のクッション部品15
第3のクッション部品15 > 第2のクッション部品14
但し、第2のクッション部品14のクッション圧は、縦壁部1Ba、1Bbを曲げ成形し、縦壁部1Ba、1Bbにプレス方向に沿った方向の圧縮力を付与しない状態では、上側型部品12Aと下側型部品12Bの間の間隔Dが変化しないだけ、つまりクッション部品が縮まらないだけのクッション圧以上となるように設定する。
また、第2のクッション部品14のクッション圧(圧力)を3ton以上に設定すれば、縦壁部1Ba、1Bbの曲げ成形時に、上側型部品12Aと下側型部品12Bの間の間隔Dを一定に保持出来る。
また、「第1のクッション部品24のクッション圧 > 第2のクッション部品14のクッション圧」とすることで、第2の工程において、上型10を、上側型部品12Aと下側型部品12Bとが接触するまで下降することで、縦壁部1Ba、1Bbに所望の圧縮量を付与出来る。
次に、上記のプレス成形装置を使用したプレス成形品1の製造方法について説明する。
本実施形態のプレス成形品1の製造方法は、少なくとも第1の工程と、第1の工程に続けて行う第2の工程とを有する。
第1の工程は、天板部1Aと天板部1Aの幅方向両側に連続する左右の縦壁部1Ba、1Bbとを有し、一方の縦壁部1Bbが長手方向に沿って直線状に延在すると共に他方の縦壁部1Baは長手方向に沿って上記一方の縦壁部1Bb側に凸となる湾曲部を有し且つフランジ部が無いハット断面形状に、素板又は素板に予め曲げもしくは絞り加工を施してなる被加工材2(ブランク)の縦壁部1Ba、1Bbを曲げ成形して、第1の成形状態とする。すなわち、第1の工程は、被加工材2(ブランク)を金型にセットし、その被加工材2の天板部1Aをパンチ21とパッド11で挟持するとともに、分割した曲げ刃12のうち、下側の曲げ刃(下側型部品12B)の下面がストッパー22に接触するまで下降させて、縦壁部1Ba、1Bbを形成する工程である。
図4では、フォームもしくはドロー成形などの加工によって一度成形された後、スプリングバックによって変形したブランク(被加工材2)を、本発明に基づきプレス成形して、プレス成形品1として製造する場合の例を示す。勿論、素板をブランク(被加工材2)としても良い。
まず、ブランクの天板部1Aを、図4(a)に示すようにパンチ底上に設置する。このとき、パンチ21はパンチ底が成形する部品の縦壁高さより高くなるように、予め、例えば10mm程度上昇させておく。
この状態では、ブランク2は上型10と下型20で挟持された状態であるので、一時的に目的の部品形状となり、この状態を第1の成形状態とする。ここまでが、第1の工程に対応する。
以上のように、本実施形態では、上型10を下降させるだけで、ブランク(被加工材2)を、一方の縦壁部1Bbが長手方向に沿って直線状に延在すると共に他方の縦壁部1Baは長手方向に沿って上記一方の縦壁部1Bb側に凸となる湾曲部を有し且つフランジ部の無いハット断面の部品に形成出来ると共に、縦壁部1Ba、1Bbに目的とする圧縮力を付与出来て、天板部1Aとそれに連続する縦壁部1Ba、1Bbを有し且つフランジ部の無い部品形状にプレス成形する際に発生する、縦壁部1Ba、1Bbの反りを低減することができる。この結果、寸法精度の良いプレス成形品1を提供可能となる。
440MPa級冷延鋼板(板厚1.0mm)、及び1180MPa級冷延鋼板(板厚1.0mm)を素板として、図2に示すような天板部1A、直線的な縦壁部1Bb、湾曲した縦壁部1Baを有し且つフランジ部の無いハット断面形状のプレス成形品1にプレス成形を行った。
このとき、プレス成形品1の縦壁部1Ba、1Bbへの圧縮量を変化させるために、図5に示す、展開したブランク形状のように、縦壁部1Ba、1Bbのブランク長さが成形品の縦壁部1Ba、1Bbの高さよりも1〜5mm長くなるようにブランク形状をそれぞれ調整したブランクを被加工材2として用意した。図5中斜線部分が長くした部分である。
設定する圧縮量は、成形品の縦壁部1Ba、1Bbの高さよりも長くした分である。すなわち、圧縮量を1〜5mmの範囲で設定した。圧縮量は上型10の下降量で調整可能である。
そして、各圧縮率を付与したときの断面形状が、プレス成形後の製品としての部品形状とどの程度乖離しているかを長手方向に沿って測定した。各材料における測定結果を図6に示す。図6中、フォームのみ(表1のNo.1、No.8に対応)とは、第2の工程による圧縮付与を行わない場合である。また、図6(a)は材料が1180MPa級冷延鋼板の場合であり、図6(b)は材料が440MPa級冷延鋼板の場合である。
図7に、縦壁部1Baに付与した圧縮率とうねり量の関係を示す。図7から分かるように、1180MPa鋼板では圧縮率を2.5%程度付与したあたりから急激に縦壁部1Baの反りが改善され、うねり量が低減し始めていることが分かる。そして、圧縮率が3.0%以上でうねり量が10mm未満となり、更に4.0%以上でうねり量が5mm未満となってうねり量の低減効果が収束し始めていることが分かる。440MPa鋼板でも同様に圧縮率が増加するにつれて縦壁部1Baの反りが改善され、圧縮率が2.0%以上でうねり量が5mm未満となった。また、本例ではいずれの材料でも圧縮率が6.0%を超えた条件では、分割した曲げ刃12の隙間に材料が流入してしまい、座屈が発生してしまい成形ができなかった。このようなことから、1180MPa級冷延鋼板を使用した本部品形状において、圧縮率は、3.0%以上6.0%未満が好ましく、より好ましくは4.0%以上6.0%未満であり、440MPa級冷延鋼板を使用した本部品形状において、圧縮率が2.0%以上6.0%未満が好ましい。
1A 天板部
1Ba 湾曲側の縦壁部
1Bb 縦壁部
2 被加工材
10 上型
11 パッド
12 曲げ刃
12A 上側型部品
12B 下側型部品
13 上型用プレス板
14 第2のクッション部品
15 第3のクッション部品
20 下型
21 パンチ
22 ストッパー
23 下型用プレス板
24 第1のクッション部品
D 間隔
Claims (3)
- 天板部と上記天板部の幅方向両側に連続する左右の縦壁部とを有し、一方の縦壁部が長手方向に沿って直線状に延在し、他方の縦壁部は長手方向に沿って上記一方の縦壁部側に凸となる湾曲部を有し、且つフランジ部が無いプレス部品形状に、素板又は素板に予め曲げもしくは絞り加工を施してなる被加工材を曲げ成形する第1の工程と、上記第1の工程による成形状態で上記縦壁部に対しプレス方向に沿った方向へ予め設定した圧縮量だけ圧縮を付与する第2の工程と、を行うためのプレス成形装置であって、
上記予め設定した圧縮量は、上記縦壁部の高さの2%以上6%以下の範囲に設定され、
上記天板部を板厚方向で挟持するパンチ及びパッドと、上記パンチ及びパッドの側方に配置され上記縦壁部を曲げ成形するための曲げ刃と、上記曲げ刃と上記プレス方向で対向し上記被加工材の端部を拘束するためのストッパーと、を備えて、上記パッド及び曲げ刃が上型を構成し、
上記パンチは、上記プレス方向へ弾性伸縮可能な第1のクッション部品に支持され、
上記曲げ刃は、上記プレス部品形状の縦壁部と対向可能な位置における任意の位置で且つプレス方向と交差する面で、上下に分割され上記付与する圧縮量に等しい間隔を開けて上記プレス方向で対向配置した上側型部品及び下側型部品と、その上側型部品と下側型部品との間に介装され、上記間隔を保持すると共に所定圧力以上で上記プレス方向に縮み可能な第2のクッション部品とを有し、
上記第2のクッション部品のクッション圧は、第1のクッション部品のクッション圧よりも小さく、且つ上記第1の工程での縦壁部の曲げ成形時に縮まないだけのクッション圧を有することを特徴とするプレス成形装置。 - 天板部と上記天板部の幅方向両側に連続する左右の縦壁部とを有し、一方の縦壁部が長手方向に沿って直線状に延在し、他方の縦壁部は長手方向に沿って上記一方の縦壁部側に凸となる湾曲部を有し、且つフランジ部が無いプレス部品形状に、素板又は素板に予め曲げもしくは絞り加工を施してなる被加工材を成形する第1の工程と、上記第1の工程による成形状態で上記縦壁部に対しプレス方向に沿った方向へ予め設定した圧縮量だけ圧縮を付与する第2の工程と、を備え、
上記予め設定した圧縮量を、上記縦壁部の高さの2%以上6%以下の範囲に設定し、
上記天板部を板厚方向で挟持するパンチ及びパッドと、上記パンチ及びパッドの側方に配置され上記縦壁部を曲げ成形するための曲げ刃と、上記曲げ刃と上記プレス方向で対向し上記被加工材の端部を拘束するためのストッパーとを備えて、上記パッド及び曲げ刃が上型を構成し、上記曲げ刃は、上記プレス部品形状の縦壁部と対向可能な位置における任意の位置で且つプレス方向と交差する面で、上下に分割され上記付与する圧縮量に等しい間隔を開けて上記プレス方向で対向配置した上側型部品及び下側型部品と、その上側型部品と下側型部品との間に介装され、上記間隔を保持すると共に所定圧力以上で上記プレス方向に縮み可能なクッション部品とを有する金型を用いて、
上記第1の工程では、上記天板部を上記パンチ及びパッドで挟持しながら、上記被加工材の端部が上記ストッパーに当接すると共に上記下側型部品が上記ストッパーに当接するまで、クッション圧で上記クッション部品に縮みが発生しない状態を保持しつつ上記曲げ刃をプレス方向に移動させて上記縦壁部を曲げ成形し、
上記第2の工程では、上記第1の工程に続いて、更に上側型部品と下側型部品とが接触するまで上記曲げ刃をプレス方向へ移動させて、上記縦壁部が上記曲げ刃と上記パンチ側面によって挟まれることで座屈を防止したまま上記間隔が小さくなることで、上記縦壁部に上記圧縮を付与することを特徴とするプレス成形品の製造方法。 - 上記被加工材の引張強度が440MPa以上の金属板であることを特徴する請求項2に記載したプレス成形品の製造方法。
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