JP6551637B1 - プレス部品の製造方法、プレス成形装置、及びプレス成形用の金属板 - Google Patents

Abstract

側面視で見たときに、フランジ部側に凸となるように湾曲した形状を有する断面ハット型形状の成形部品に対する成形不良を低減し得るプレス成形技術を提供する。縦壁部形成位置（１３）及びフランジ部形成位置（１４）に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、凹凸形状の板厚方向の振幅が縦壁部（３）とフランジ部（４）との境界に対応する位置に向かうほど大きくなる波打ち形状を有する中間成形品（４０）に、金属板（１０）をプレス成形する第１の成形工程（９Ａ）と、中間成形品（４０）に曲げ加工を施す第２の成形工程（９Ｂ）とを有する。中間成形品（４０）における縦壁部（３）とフランジ部（４）との境界に対応する位置での長手方向の線長と、プレス部品形状（１）での縦壁部（３）とフランジ部（４）との境界の長手方向の線長とが一致若しくは近づける。

Description

本発明は、側面視で見て長手方向に沿ってフランジ部側に凸（天板部側に凹）となった湾曲部を１以上有するハット型断面形状のプレス部品の製造に関する技術である。本発明は、特に、側面視で天板部側に湾曲した部分を有する自動車骨格部品の製造に好適な技術である。

自動車骨格部品は、例えば、天板部と、天板部の左右幅方向にそれぞれ連続する縦壁部及びフランジ部を有し、かつ、側面視で見たときに長手方向で湾曲した湾曲部を有する形状となっている。このような自動車骨格部品を平坦な金属板からプレス成形で製造する場合、部品の一部に割れやシワが生じ、成形不良を起こす可能性がある。さらに、離型後の成形が弾性回復により寸法精度が低下するなどの問題も生じるおそれがある。
特に近年の自動車骨格部品は、車体軽量化と衝突安全性の両方をともに達成するために、薄肉の高張力鋼板の使用が増加している。しかし、金属板の材料強度（引張強度）が増加するにつれて金属板の延性は低下し、プレス成形後の製品でスプリングバックが大きくなる。このため、高張力鋼板を単純にプレス成形した場合、割れやシワ、スプリングバックといった問題が顕在化している。

例えば、天板部と、それに連続する縦壁部及びフランジ部を有し、かつ、側面視で見たときにフランジ部側に凸（天板部側に凹）となるように湾曲した湾曲部形状を少なくとも一カ所以上有する部品形状では、天板部側での材料の余りによってシワが発生したり、フランジ部側では材料が不足することで割れが発生したりする。更に、スプリングバックに伴う断面の開きと共に、天板部とフランジ部に発生する長手方向の応力差に起因して側面視で見た湾曲部形状の湾曲が緩くなる（湾曲の曲率が小さくなる）方向に部品長手方向の端部が落ち込むような寸法精度の不良も発生しやすい。これらの成形不良に対して、従来、いくつかの対策技術が提案されている。

長手方向に、側面視で見てフランジ側に凸（天板部側に凹）になるよう湾曲部を有するプレス部品形状における、離型後のスプリングバックへの対策として、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１では、長手方向全体に渡って断面がフランジに向かって末広がりになるように、縦壁部に段差を設けることで部品全体としての剛性を上げる方法が提案されている。

特許第４０２１７９３号公報

しかし、特許文献１では、縦壁部に段差形状を設ける必要があるため、目的とするプレス部品形状の断面が大きく変わる可能性があり、プレス成形への適用範囲に限界がある。
本発明は、上記のような課題に着目してなされたものであり、側面視で見たときに、フランジ部側に凸となるように湾曲した形状を少なくとも一カ所以上有する断面ハット型形状の成形部品を割れやシワ、寸法精度低下といった成形不良を低減し得るプレス成形技術を提案することを目的とする。

本発明者は、天板部と、それに連続する縦壁部およびフランジ部を有し、かつ、側面視で見たときに、フランジ部側に凸（天板部側に凹）となるように湾曲した形状を少なくとも一カ所以上有するプレス部品形状を、割れ、シワなく成形でき、かつ、スプリングバックを抑制可能なプレス成形方法について、鋭意検討を行った。その検討の結果、本発明者は、割れやシワ、スプリングバックの発生要因応力である天板部の材料の余り及びフランジ部の材料の不足は、プレス部品形状に成形する工程の前工程において、所定の場所に予め張出し成形を行い、材料の不足が想定される線長を稼いでおくことで低減可能であるという知見を得た。
本発明は、このような知見に基づきなされたものである。

課題を解決するために、本発明の一態様は、天板部の幅方向両側に縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット型形状であり、且つ、上記天板部の長手方向に沿った１又は２以上の箇所に、側面視で見て上記フランジ部側に凸となるように湾曲した湾曲部を有するプレス部品形状のプレス部品を、金属板をプレス成形して製造するプレス部品の製造方法であって、上記縦壁部及びフランジ部となる領域に対し波打ち形状が形成された中間成形品に、上記金属板をプレス成形する第１の成形工程と、上記中間成形品に曲げ加工を施して、上記プレス部品形状での上記天板部と縦壁部との間の稜線及び上記縦壁部とフランジ部の間の稜線を形成する第２の成形工程と、を有し、上記波打ち形状は、長手方向に沿って並ぶ凹凸形状を有し、その凹凸形状の板厚方向の振幅が、上記天板部と上記縦壁部との境界に対応する位置から上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる形状であり、上記中間成形品における上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での長手方向の線長と、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長との線長差が、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長の一割以下となるように、上記波打ち形状を設定することを要旨とする。

また、本発明の一態様は、上記の態様のプレス部品の製造方法における、第２の成形工程で使用するプレス成形装置であって、金属板を稜線部位置で曲げて縦壁部及びフランジ部を曲げ成形するための曲げ刃を有する上型と、パンチを有する下型とを有し、上記曲げ刃は、プレス方向に対して０度以上９０度以下の範囲で設定された角度で移動して、上記曲げ成形を行う構成であることを要旨とする。

また、本発明の一態様は、天板部の幅方向両側に縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット型形状であり、且つ、天板部の長手方向に沿った１又は２以上の箇所に、側面視で見て上記フランジ部側に凸となるように湾曲した湾曲部を有するプレス部品形状に成形される、プレス成形用の金属板であって、上記縦壁部及びフランジ部となる領域に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、上記凹凸形状の板厚方向の振幅が、上記天板部と上記縦壁部との境界に対応する位置から上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる波打ち形状を有し、上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での長手方向の線長と、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長との線長差が、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長の一割以下となるように、上記波打ち形状が設定されている、プレス成形用の金属板である。

本発明の態様によれば、側面視で見たときに、フランジ部側に凸となるように湾曲した形状を少なくとも一カ所以上有する断面ハット型形状の成形部品について、割れやシワ、寸法精度低下といった成形不良を低減して製造可能となる。そして、本発明の態様によれば、例えば、天板部とフランジ部の長手方向の応力差に起因するスプリングバックを抑制することが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るプレス部品形状と形状パラメータを示す図であって、（ａ）が斜視図、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は側面図である。 本発明の適用が可能なプレス部品形状の一例を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る成形工程の例を示す図である。 金属板の他の例を示す図である。 制御点の設定例を示す図である。 制御点の変位例とそのスプライン線の例を示す図である。 中間成形品の例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、（ｃ）はそのＢ−Ｂ′断面図である。 凹凸形状の他の例を示す図である。 第１の成形工程で使用する金型の例を示す図である。 第２の成形工程で使用する金型の例を示す図である。 曲げ加工時の曲げ刃の移動方向の例を示す図である。 第３の成形加工に使用した金型を示す図である。 従来の曲げ成形用の金型を示す図である。 従来の曲げ成形時の成形性評価の図である。 本発明に基づく成形時の成形性評価の図である。

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、以下の説明では、図１に示すような、天板部２と、天板部２の左右幅方向両側にそれぞれ連続する縦壁部３及びフランジ部４を有する断面ハット型形状であって、かつ、側面視で見たときに、長手方向に沿ってフランジ部側が凸に（天板部側が凹）となるように湾曲したプレス部品形状１に、金属板をプレス成形する場合を例に挙げて説明する。

本発明は、図１に示したような、側面視で見たときに、フランジ部側に凸となるように長手方向全体が湾曲した形状のみに限定されない。本発明は、天板部側に凸となる湾曲形状と天板部側に凹となる湾曲形状とを有する複合したプレス部品形状や、フランジ部側に凸となる湾曲部の形状が二カ所以上存在するプレス部品形状であっても適用することができる。また、本発明は、長手方向に沿ってフランジ部側が凸に（天板部側が凹）となるように湾曲した湾曲部に連続して、長手方向に沿って直線状に延びる直線部を有するプレス部品形状であっても適用可能である。なお、直線部自体は、曲げ成形の際に、長手方向の線長が変化しないか、変化が少ない部分である。図２に、本発明が適用可能なプレス部品形状１の一例を示す。

＜金属板１０＞
本実施形態のプレス成形に用いる金属板１０の形状について特に制約はない。例えば、金属板形状として、目的とするプレス部品形状１を平面に展開した展開形状や、単純な長方形の板形状を採用すれば良い。本説明では長方形の金属板１０を使用した例で説明する。
また、金属板１０の材質についても特に限定はないが、本実施形態は、高強度材、特に材料の引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼材からなる金属板である場合に、好適に効果を奏する。

＜成形方法＞
本実施形態に係るプレス部品の製造方法は、図３に示すように、少なくとも第１の成形工程９Ａと第２の成形工程９Ｂとを有する。本実施形態では、金属板１０に長方形形状の板材を用いるため、第２の成形工程９Ｂ後に、トリミング工程を有する。金属板１０として展開形状の板材を使用した場合には、必ずしもトリミング工程は必要ない。
また、第２の成形工程９Ｂでの曲げ成形の精度を向上させる目的で、第２の成形工程９Ｂよりも前の処理として、稜線前加工工程を有しても良い。稜線前加工工程は、図４に示すように、天板部２と縦壁部３との間の稜線６に対応する位置１６及び縦壁部３とフランジ部４の間の稜線７に対応する位置１７の少なくとも一つの位置に対し、対応する稜線に沿った方向に延びるビード形状２０、２１若しくは折り目形状を、金属板１０に対し少なくとも１つ以上形成する工程である。この稜線前加工工程は、第１の成形工程９Ａのときに行っても良いし、第１の成形工程９Ａの前後の別工程として設けてもよい。

図４では、ビード形状２０、２１を付与する場合を例示しているが、ビード形状２０、２１の代わりに、折り目形状を設けても良い。また、一部にビード形状２０、２１を設け、他の部分に折り目形状を設けるように、ビード形状２０、２１と折り目形状とを併用しても良い。また、稜線位置のうちの一部の稜線にだけビード形状２０、２１又は折り目形状を形成しても良い。また、一つの稜線の全長に渡ってビード形状又は折り目形状を形成する必要はなく、稜線に沿って断続的に形成してもよい。稜線の全長の一部にビード形状２０、２１を形成する場合には、例えば合算したビード形状２０、２１の長さが、対応する稜線の全長の１／３以上となるようにすることが好ましい。
また、寸法精度を更に高めたい場合や、部品に対し必要な形状（エンボス形状など）を付与したい場合には、第２の成形工程９Ｂの次工程として、例えばリストライクを目的とした成形工程を追加しても構わない。

＜第１の成形工程９Ａ＞
第１の成形工程９Ａでは、長方形の金属板１０に張出し成形を施し、中間成形品４０を作製する。
中間成形品４０は、縦壁部３及びフランジ部４となる領域（縦壁部形成位置１３及びフランジ部形成位置１４）に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、その凹凸形状の板厚方向の振幅が、天板部２と縦壁部３との境界に対応する位置から縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置に向かうにつれて大きくなる波打ち形状を、金属板１０に形成した部品である。

（波打ち形状）
波打ち形状は、縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７での長手方向の線長と、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界（稜線７）の長手方向の線長との線長差が、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界の長手方向の線長の一割以下となるように設定（設計）する。例えば、波打ち形状について、振幅の大きさや凹凸からなる波の数を調整することで線長の増加を稼ぐ。

本実施形態では、縦壁部形成位置１３及びフランジ部形成位置１４の領域の全面に対し波打ち形状を形成する場合を例に説明するが、長手方向の一部の領域にだけ波打ち形状を形成しても良い。ただし、波打ち形状を形成する領域の長手方向の長さが短いほど、振幅を高くしたり、波のピッチを短くしたりする必要がある。このため、波打ち形状は、金属板１０の長手方向の長さの２／３以上の範囲に設けることが好ましい。また、各凹凸の振幅の高さや波の間隔は等間隔とする必要は無い。ただし、各凹凸の振幅の高さや波の間隔を等間隔とする方が、波打ち形状のための型形成などが容易となる。

ここで、本実施形態では、第１の成形工程９Ａで成形される金属板１０として、金属板１０の長手方向の長さが、目的とするプレス部品形状１の天板部２の長手方向長さと同じ長さの板を使用する場合を例に挙げて説明する。但し、本実施形態の製造方法は、金属板１０の長手方向の長さが、目的とするプレス部品形状１の天板部２の長手方向長さと異なっていても適用可能である。

金属板１０を目的とするプレス部品形状１に成形しようとすると、図１（ｃ）に示すように、目的とするプレス部品形状１において、天板部２での長手方向の線長と、フランジ部４での長手方向の線長とには差が生じる。プレス部品形状１での天板部２の長手方向の線長Ｌ１は下記（１）式で求められる。ここで、目的とするプレス部品形状１における縦壁の高さをＨ（ｍｍ）、天板部２の長手方向の曲率半径をＲ（ｍｍ）、側面視で見たときの湾曲部の長手方向の曲り角度をα（度）とする。
Ｌ１ ＝２πＲ×（α／３６０） ・・・（１）

同様に、プレス部品形状１でのフランジ部４の長手方向の線長Ｌ２は下記（２）式で求められる。
Ｌ２ ＝２π（Ｒ＋Ｈ）×（α／３６０） ・・・（２）
したがって、目的とするプレス部品形状１において、天板部２とフランジ部４で生じる線長の差分ΔＬは、次の式で表される。
ΔＬ ＝Ｌ２ −Ｌ１ ＝２πＨ×（α／３６０） ・・・（３）
これに基づき、本実施形態では、フランジ部４側において、上記の線長ΔＬを稼ぐために必要な、第１の成形工程９Ａにおける中間成形品４０の形状（波打ち形状）を設計（設定）する。

なお、波打ち形状の成形方法は、以下に示す設計方法に限定されない。中間成形品４０における縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７での長手方向の線長と、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長との線長差が、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長の一割以下となるように、波打ち形状が設計できれば、他の方法によって波打ち形状を設計しても良い。なお、凹凸形状からなる波形は、曲率が急峻する曲率急峻部がない輪郭形状の方が好ましい。またその輪郭形状は、曲線のみで形成する必要は無く、一部に直線部分を有していても良い。

まず、プレス成形される長方形の金属板１０の面を、図５に示すように、天板部形成位置１２、縦壁部形成位置１３、及びフランジ部形成位置１４の領域に仮想的に分割する。
このとき、本実施形態では、金属板１０の長手方向の長さは、目的とするプレス部品形状１における天板部２の長さと等しい長さに設定した。このため、天板部形成位置１２では、材料の過不足がないので、線長を稼ぐための張出し形状の付与は不要である。
一方で、縦壁部３は、平板形状の金属板１０を目的とするプレス部品形状１に成形することで、天板部２との境界６からフランジ部４との境界７に向かうにつれて、長手方向に沿った線長が徐々に増加することになる。

本実施形態では、このことを考慮して、中間成形品４０では、天板部２と縦壁部３の境界６から縦壁部３とフランジ部４の境界７に向かって、つまり幅方向に沿って長手方向の線長が徐々に増加するような形状を金属板に付与することが考えた。この際に、縦壁部３とフランジ部４の境界７となる位置１７での長手方向の線長が、天板部２の線長よりも上記ΔＬだけ長くなるように設計する。すなわち、縦壁部３とフランジ部４の境界７となる位置１７での長手方向の線長と、プレス部品形状１における縦壁部３とフランジ部４の境界７での長手方向の線長との線長差が、プレス部品形状１における縦壁部３とフランジ部４の境界７での長手方向の線長の一割以下、好ましくは０．５割以下となるように設定する。
このような、２つの条件を満たすような形状を付与するために、本実施形態では、縦壁部形成位置１３及びフランジ部形成位置１４の領域に対し、フランジ部形成位置１４で一番振幅が大きくなるような凹凸の繰り返しからなる波打ち形状を付与する。

次に、その波打ち形状の具体的な設計例を説明する。
本設計は、縦壁部３とフランジ部４の境界７となる位置１７において、長手方向に沿った複数の凹凸を有する波打ち形状によって、必要な線長ΔＬを稼ぐように設計する。
まず、図５に示すように、目的とするプレス部品形状１における縦壁部３とフランジ部４の境界７に対応する位置１７に沿って、２ｎ＋１個（ｎは１以上の整数）の制御点３０を等間隔に設定する。図５では、手前側の領域側だけ図示して説明するが、奥側の領域についても、同様に波打ち形状を付与して線長を稼ぐ。また制御点３０を設ける間隔は、必ずしも等間隔に設定する必要はない。
また、隣り合う制御点３０の間が部品長さの１０％以上となるように設計して、複数の制御点３０を配列させることが好ましい。

次に、この複数の制御点３０における、長手方向に沿った偶数位置若しくは奇数位置の制御点３０を板厚方向に変位させる。つまり、この制御点３０を一つ飛ばしに金属板１０の板厚方向に向けて変位させる。この例では、変位させる制御点の変位方向を、交互に逆方向へ変位させた場合を例示しているが、変位させる制御点の変位方向を全て同方向としても良い。その後に、その２ｎ＋１個の制御点３０全てをスプライン曲線で滑らかに結んだ線３１を作成する。本実施形態では、変位させる各制御点３０の変位量を一定の場合で例示するが、各変位量が異なっていても良い。例えば、湾曲部中央に近いほど変位量が大きくなるように設定しても良い。
なお、フランジ部形成位置１４においては、例えば、外縁に向けて、つまり幅方向に沿って凹凸の振幅が一定となるように設定する。

次に、上記のスプライン曲線で作成した線３１と、天板部２と縦壁部３の境界６となる位置１６とを幅方向で滑らかにつなぐ面によって波打ち形状の面形状を設計する。なお、天板部２と縦壁部３の境界６で波の振幅はゼロである。これによって、凹凸形状の板厚方向の振幅が、天板部２と縦壁部３との境界に対応する位置から縦壁部３とフランジ部４との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる波打ち形状となる。ここで、天板部２と縦壁部３との境界に対応する位置から縦壁部３とフランジ部４との境界に対応する位置に向かう方向は、天板部形成位置１２の幅方向でも良いし、その幅方向に対し、予め設定した角度だけ長手方向に傾いた方向であっても良い。要は、縦壁部形成位置１３を幅方向に交差する方向であればよい。

例えば図６に示すように、３個の凹凸形状（波形形状）を作成する場合は、７個の制御点３０を設定し、制御点３０のうちの端点は固定して、一つ飛ばしに制御点３０を一定距離だけ板厚方向へ変位させて、縦壁部形成位置１３とフランジ部形成位置１４との境界での凹凸形状（波形形状）を決定する。この条件により設計した中間成形品４０の形状を図７に示す。
また、波打ち形状）は、図７で示した形状の他に、図８に示すように、凹凸の方向が反転した形状や、凹凸形状が反周期ずれた形状、凸形状若しくは凹形状のみで構成された形状や、凹凸の数が変化した形状、また、凹凸形状の振幅がそれぞれ変化した形状を有していても良い。波打ち形状）は、上記ΔＬの線長が稼げていればよい。

（第１の成形工程９Ａ用の金型）
上記のように設計された中間成形品４０を成形するための金型を図９に示す。
第１の成形工程９Ａで使用する金型は例えば、ダイ５０で構成される上型と、パンチ５２及び目的とするプレス部品形状１における天板部２の部分をダイ５０と共に挟圧するしわ押え５１で構成される下型を有する金型である。
そして、平坦な形状を有する金属板１０の天板部形成位置１２を、上型のダイ５０と下型のしわ押え５１で挟圧した後、更に上型を下降させて、ダイ５０とパンチ５２によって、縦壁部形成位置１３及びフランジ部形成位置１４に、上記設計した波打ち形状からなる凹凸の形状を張出し成形する。

＜第２の成形工程９Ｂ＞
第２の成形工程９Ｂは、第１の成形工程９Ａで成形された中間成形品４０に曲げ加工を施して、目的とするプレス部品形状１での天板部２と縦壁部３との間の稜線６及び縦壁部３とフランジ部４の間の稜線７を形成して、中間成形品４０を目的のプレス部品形状１に成形する工程である。
第２の成形工程９Ｂでは、例えば図１０に示されるような稜線部位置を曲げ加工するダイ６０及び曲げ刃６１で構成される上型とパンチ６３で構成される下型を有する曲げ成形金型を使用する。
この曲げ成形金型では、パンチとダイで金属板１０の天板部形成位置１２を挟圧した状態で、左右の曲げ刃６１をパンチに向けて成形下死点まで移動させることで、縦壁部３及び縦壁部３を曲げ成形する。
このとき、曲げ刃６１は、図１１に示すように、通常のプレス角度に対して、パンチ６３から離れる方向に向けて０度以上９０度以下、好ましくは０度以上４５度の範囲の角度γ、更に好ましくは５度以上４０度以下の範囲の角度γで移動することで成形を行うように構成することが好ましい。

（作用その他）
（１）本実施形態のプレス部品の製造方法では、縦壁部３及びフランジ部４となる領域に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、その凹凸形状の板厚方向の振幅が、天板部２と縦壁部３との境界６に対応する位置１６から縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７に向かうにつれて大きくなる波打ち形状が形成された中間成形品４０に、金属板１０をプレス成形する第１の成形工程９Ａと、中間成形品４０に曲げ加工を施して、プレス部品形状１での天板部２と縦壁部３との間の稜線６及び縦壁部３とフランジ部４の間の稜線７を形成する第２の成形工程９Ｂと、を有する。そして、中間成形品４０における縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７での長手方向の線長と、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長との線長差が、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長の一割以下となるように、波打ち形状を設定する。
この構成によれば、側面視で見たときに、フランジ部側に凸となるように湾曲した形状を少なくとも一カ所以上有する断面ハット型形状の成形部品について、割れやシワ、寸法精度低下といった成形不良を低減して製造可能となる。そして、本発明の態様によれば、例えば、天板部２とフランジ部４の長手方向の応力差に起因するスプリングバックを抑制することが可能となる。

（２）このとき、縦壁部３の垂直高さをＨ（ｍｍ）、側面視で見てプレス部品形状１における湾曲部で天板部２が成す角度をα（度）としたとき、第１の成形工程９Ａにおいて、中間部品における縦壁部３とフランジ部４との境界に対応する位置での長手方向の線長が、中間部品を成形する前の金属板の当該位置の長手方向の線長よりも、下記式で定義されるΔＬだけ長くなるように、波打ち形状を設定することが好ましい。
０．９×２πＨ×（α／３６０） ≦ ΔＬ ≦ １．１×２πＨ×（α／３６０）
この構成によれば、より確実に割れやシワ、寸法精度低下といった成形不良を低減して製造可能となる。

（３）また、波打ち形状は、縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７の長手方向に沿って、ｎ個（ｎ≧３）の制御点３０を設定し、その偶数位置若しくは奇数位置の制御点３０を板厚方向に変位させた後に、そのｎ個の制御点３０をスプライン曲線などで滑らかに結んだ線を、縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７での凹凸形状とし、スプライン曲線などで結んだ線３１と、天板部２と縦壁部３の境界線に対応する線３１とを幅方向で滑らかにつなぐ面形状となるように波打ち形状を設定する。
この構成によれば、簡易に目的とする波打ち形状を設定することができる。

（４）本実施形態のプレス部品の製造方法では、第２の成形工程９Ｂよりも前の処理で、天板部２と縦壁部３との間の稜線６に対応する位置１６及び縦壁部３とフランジ部４の間の稜線７に対応する位置１７の少なくとも一つの位置に対し、対応する稜線に沿った方向に延びるビード形状２０、２１若しくは折り目形状を、少なくとも１つ以上形成する。
この構成によれば、第２の成形工程９Ｂでの成形性が向上する。

（５）第２の成形工程９Ｂで使用するプレス成形装置として、金属板１０を稜線部位置で曲げて縦壁部３及びフランジ部４を曲げ成形するための曲げ刃６１を有する上型と、パンチ６３を有する下型とを有し、曲げ刃６１を、プレス方向に対して０度以上９０度以下の範囲で設定された角度γで移動して、曲げ成形を行う構成である。
この構成によれば、第２の成形工程９Ｂでの曲げ成形を成形性良く実施可能となる。

（６）曲げ成形の金属板１０として、縦壁部３及びフランジ部４となる領域に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、凹凸形状の板厚方向の振幅が、天板部２と縦壁部３との境界に対応する位置から縦壁部３とフランジ部４との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる波打ち形状を有し、縦壁部３とフランジ部４との境界７に対応する位置１７での長手方向の線長と、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長との線長差が、プレス部品形状１での縦壁部３とフランジ部４との境界７の長手方向の線長の一割以下となるように、波打ち形状が設定されている、プレス成形用の金属板１０を採用する。
この構成によれば、通常の曲げ成形による加工の成形性を向上させることが可能となる。

次に本実施形態の実施例を説明する。
１１８０ＭＰａ級冷延鋼板（板厚１．４ｍｍ）を想定して、図１に示すような形状を有する部品のプレス成形解析を行った。
本実施例において、部品形状１を規定する形状パラメータは以下のように設定した。
＜断面形状パラメータ＞
天板部幅Ｗ ：１００ｍｍ
縦壁高さＨ ：５０ｍｍ
縦壁角度θ ：１０度
フランジ長さｆ：３０ｍｍ

＜平面視曲がりパラメータ＞
曲がり角度α ：３０度
天板部曲率半径Ｒ ：１０００ｍｍ
成形に使用する金属板１０は、長手方向の長さが目的とするプレス部品形状１における天板部２の長手方向長さと等しくなるように設定した。具体的には、上記の（１）式に基づき、金属板１０の長手方向長さを５２３．６ｍｍとした。また、幅は約２６０ｍｍとした。
次に、目的とするプレス部品形状１におけるフランジ部４の長さを、上記の（２）式から求めると５４９．８ｍｍであった。
したがって、中間成形品４０において、縦壁部形成位置１３とフランジ部形成位置１４の境界での長手方向の長さがΔＬ＝２６．２ｍｍ長くなるような中間成形品４０を設計することとした。

上記計算で求めた線長を稼ぐため、図６に示したように、天板部２の位置から見て上に凸、下に凸、上に凸となるような凹凸形状を、縦壁部形成位置１３及びフランジ部形成位置１４の領域に長手方向に沿って３個設計した。凹凸形状の振幅はいずれの凹凸においても２６ｍｍで統一した。このときの、縦壁部形成位置１３とフランジ部形成位置１４の境界での線長は約５５０ｍｍであり、上記計算で求めた必要な線長とほぼ同等である。

次に、図９に示す金型を使用して金属板１０の成形解析を行い、中間成形品４０を取得した。この成形解析において、しわ押え力は５０ｔｏｎとした。
次に第２の成形工程９Ｂにおいて、中間成形品４０を図１０に示す曲げ成形金型で曲げ成形解析を実施した。本成形では、稜線を曲げる曲げ刃６１は、プレス方向に対して３０度だけ傾いた角度で曲げるカム機構を用いて成形した。また、このときのパッド圧力は５ｔｏｎとした。

さらに、第３の成形工程として、断面の開きを引き起こすスプリングバックを抑制するため、図１２に示すようなリストライク成形用金型での成形解析を第２の成形工程９Ｂの後に実施した。このリストライク金型は、ダイ７０で構成される上型とパンチ７１で構成される下型からなり、天板部２に隣接する曲げ部にＣ１２程度の面取り形状を付与することで、断面の開きの抑制を図ったものである。

また、本発明に基づく工法に対する比較例として、従来から行われているパッド曲げ成形による成形解析も合わせて実施した。このときに使用したパッド曲げ成形用の金型を図１３に示す。パッド曲げ成形金型はダイ８０及びパッド８１で構成される上型と、パンチで構成される下型からなり、上型を下降させながら天板部形成位置１２をパッド８１とパンチ８２で挟圧しながら稜線を曲げる成形方法であり、パッド圧力は５ｔｏｎとした。

上記条件で成形解析を実施し、従来のパッド曲げ成形、及び本発明に基づく工法での成形下死点における成形性の評価分布をそれぞれ求めてみた。
その成形性の評価分布によると、従来の曲げ成形では、プレス部品形状１の天板部２で材料が余ってしまうため、図１４に示すように、シワ傾向の評価となっている。更に天板部２と隣接する曲げ稜線の両端付近では割れ傾向も確認された。
一方で、本発明に基づく工法では、図１５に示すように、天板部２のシワ傾向及び割れ傾向発生せずに成形することができた。

次に、従来パッド曲げ及び本発明に基づく工法での成形下死点における長手方向の板厚中心応力分布をそれぞれ求めてみた。
従来のパッド曲げ成形においては、天板部２に大きな圧縮応力（長手方向中央部側で−１．１３４Ｅ^３）が作用し、反対にフランジ部４には大きな引張応力（長手方向中央部側で１．００９Ｅ^３）が作用していた。一方で、本発明に基づく工法では、天板部２の圧縮応力が大きく低減し長手方向中央部側で−８６１．７となり、更にフランジ部４の引張応力はほとんど発生せず長手方向中央部側で４５５．９と低い値となっていた。

続いて、従来のパッド曲げ成形及び本発明に基づく工法での離型後における目的とするプレス部品形状１からの乖離量分布をそれぞれ求めてみた。
従来のパッド曲げ成形で成形した部品では、天板部２とフランジ部４で長手方向の板厚中心応力に大きな差が発生していたことに起因して、長手方向の端部が落ち込むように大きくスプリングバックした。一方で、本発明に基づく工法では、天板部２とフランジ面の長手方向の板厚中心応力差が大きく減少したことによって、長手方向端部が持ち上がるようなスプリングバックが、従来のパッド曲げ成形で成形した部品に比べて、大きく抑制されたことを確認した。

ここで、発明に基づく例では、第３の成形工程を有する場合であったが、この第３の工程を行わない場合であっても、天板部２のシワ傾向及び割れ傾向発生せずに成形でき、従来の曲げ成形で成形する場合に比べて、離型後における目的とするプレス部品形状１からの乖離量も小さいことを確認した。

ここで、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１８−０３４５７１（２０１８年 ２月２８日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。

１ プレス部品形状
２ 天板部
３ 縦壁部
４ フランジ部
６、７ 境界（稜線）
９Ａ 第１の成形工程
９Ｂ 第２の成形工程
１０ 金属板
１２ 天板部形成位置
１３ 縦壁部形成位置
１４ フランジ部形成位置
２０、２１ ビード形状
３０ 制御点
３１ スプライン曲線
４０ 中間成形品

Claims (8)

1. 天板部の幅方向両側に縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット型形状であり、且つ、上記天板部の長手方向に沿った１又は２以上の箇所に、側面視で見て上記フランジ部側に凸となるように湾曲した湾曲部を有するプレス部品形状のプレス部品を、金属板をプレス成形して製造するプレス部品の製造方法であって、
   上記縦壁部及びフランジ部となる領域に対し波打ち形状が形成された中間成形品に、上記金属板をプレス成形する第１の成形工程と、
   上記中間成形品に曲げ加工を施して、上記プレス部品形状での上記天板部と縦壁部との間の稜線及び上記縦壁部とフランジ部の間の稜線を形成する第２の成形工程と、を有し、
   上記波打ち形状は、長手方向に沿って並ぶ凹凸形状を有し、その凹凸形状の板厚方向の振幅が、上記天板部と上記縦壁部との境界に対応する位置から上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる形状であり、
   上記中間成形品における上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での長手方向の線長と、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長との線長差が、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長の一割以下となるように、上記波打ち形状を設定することを特徴とするプレス部品の製造方法。
2. 上記縦壁部の垂直高さをＨ（ｍｍ）、側面視で見て上記プレス部品形状における上記湾曲部で天板部が成す角度をα（度）としたとき、
   第１の成形工程において、上記中間成形品における上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での長手方向の線長が、上記中間成形品を成形する前の金属板での当該位置の長手方向の線長よりも、下記式で定義されるΔＬだけ長くなるように上記波打ち形状を設定することを特徴とする請求項１に記載したプレス部品の製造方法。
   ０．９×２πＨ×（α／３６０） ≦ ΔＬ ≦ １．１×２πＨ×（α／３６０）
3. 上記波打ち形状は、上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置の長手方向に沿って並ぶようにｎ個（ｎ≧３）の制御点を設定し、その複数の制御点のうちの偶数位置若しくは奇数位置の制御点を板厚方向に変位させた後に、そのｎ個の制御点を滑らかに結んだ線を、上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での凹凸形状とし、
   上記滑らかに結んだ線と、上記天板部と縦壁部の境界線に対応する線とを幅方向で滑らかにつなぐ面形状となるように上記波打ち形状を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したプレス部品の製造方法。
4. 上記第２の成形工程よりも前の処理で、上記天板部と上記縦壁部との間の稜線に対応する位置及び上記縦壁部と上記フランジ部の間の稜線に対応する位置の少なくとも一つの位置に対し、対応する稜線に沿った方向に延びるビード形状若しくは折り目形状を、少なくとも１つ以上形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法。
5. 上記プレス成形される金属板は、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼材であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載したプレス部品の製造方法における、第２の成形工程で使用するプレス成形装置であって、
   金属板を稜線部位置で曲げて縦壁部及びフランジ部を曲げ成形するための曲げ刃を有する上型と、パンチを有する下型とを有し、
   上記曲げ刃は、プレス方向に対して０度以上９０度以下の範囲で設定された角度で移動して、上記曲げ成形を行う構成であることを特徴とするプレス成形装置。
7. 天板部の幅方向両側に縦壁部及びフランジ部を有する断面ハット型形状であり、且つ、上記天板部の長手方向に沿った１又は２以上の箇所に、側面視で見て上記フランジ部側に凸となるように湾曲した湾曲部を有するプレス部品形状に成形される、プレス成形用の金属板であって、
   上記縦壁部及びフランジ部となる領域に、長手方向に沿って連続する凹凸形状を有し、上記凹凸形状の板厚方向の振幅が、上記天板部と上記縦壁部との境界に対応する位置から上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置に向かうにつれて大きくなる波打ち形状を有し、
   上記縦壁部と上記フランジ部との境界に対応する位置での長手方向の線長と、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長との線長差が、上記プレス部品形状での上記縦壁部と上記フランジ部との境界の長手方向の線長の一割以下となるように、上記波打ち形状が設定されている、プレス成形用の金属板。
8. 請求項７に記載の金属板に曲げ加工を施して、上記プレス部品形状での上記天板部と縦壁部との間の稜線及び上記縦壁部とフランジ部の間の稜線を成形するプレス部品の製造方法であって、
   金属板を稜線部の位置で曲げて縦壁部及びフランジ部を曲げ成形するための曲げ刃を、プレス方向に対して０度以上９０度以下の範囲で設定された角度で移動させることを特徴とするプレス部品の製造方法。

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