JP6687110B2 - 自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置 - Google Patents

自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置に関する。
本願は、2016年6月16日に、日本に出願された特願2016−120157号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
自動車構造部材として、例えばサイドシル、バンパーレインフォース、Aピラーロアーパネル、Aピラー、Bピラーといった、ハット型断面形状を有する長尺の部材が広く使われている。これらの自動車構造部材の素材としては、自動車の軽量化および衝突安全性向上の観点から、例えば、板厚が1.4mm以下であり、引張強度が980MPa以上である薄肉高強度鋼板が用いられている。
その一方で、自動車構造部材の薄肉化により車体(ボディシェル)の曲げ剛性やねじり剛性(以下、「剛性」と総称する)の低下が問題になっている。このため、薄肉高強度鋼板をプレス加工することにより得られる自動車構造部材の剛性の向上が強く求められている。
高強度鋼板の成形性は低いため、薄肉高強度鋼板からなる自動車構造部材は、一般的に曲げ成形によるプレス加工によって成形される。しかし、曲げ成形によるプレス加工によって上述の長尺の自動車構造部材を成形すると、曲げ成形中に縮みフランジ成形部にシワが発生し易い。
従って、これらの自動車構造部材は、その長手方向の端部に端壁を有する構造(プレス方向に垂直な断面の形状がU字又は矩形である構造)とすることができない。このため、天板部と、天板部の両側に隣接する側壁と、側壁に隣接するフランジとにより構成されるハット型の開断面形状の構造とせざるを得ない。
ハット型の開断面形状を有する自動車構造部材の剛性は、U字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する自動車構造部材の剛性よりも低い。仮に、U字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する自動車構造部材を成形することができたとしても、特に端壁や側壁におけるシワの発生を回避するために成形深さを浅くせざるを得ず、高い剛性を有する自動車構造部材を得られない。
このように、引張強度が例えば980MPa以上の薄肉高強度鋼板を素材として上述の自動車構造部材を製造しようとすると、板厚が薄いこと、および、成形深さが浅いことの2点に起因して、高い剛性を有する自動車構造部材を製造できない。
特許文献1には、ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、ダイスとしわ押さえとにより前記金属板の幅方向両端部を挟んで挟圧した状態で、始めに前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、前記断面ハット形状の壁部となる前記金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに前記金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を前記金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施すことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法が開示されている。
特許文献2には、プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、平面部と、曲面からなるコーナー部と、前記コーナー部と前記平面部の境界領域にある変形部とからなる側周部を絞り加工により成形する工程と、前記金属平板面から予め定めた高さに前記側周部を成形する工程と、前記側周部の前記高さに亘り、前記環状部材の内側から前記コーナー部を押し出すと共に、前記変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、前記環状部材の内周面において、前記コーナー部から、前記コーナー部の曲率半径より小さな曲率半径を有する前記エッジ部を成形する工程と、を含む多角形の環状部材の製造方法が開示されている。
日本国特開2004−181502号公報 日本国特開2011−245502号公報
特許文献1により開示された発明では、予備加工による成形品の天板部を仕上げ加工で押し潰すため、横断面視の曲げ部の曲率半径を小さくすることはできるものの、平面視のコーナー半径を小さくすることができない。
特許文献2により開示された発明では、エッジ部を成形する工程でコーナー部の内側から押し当てる工具を用いるために、金型等の設備改造を行う必要があるとともにその改造内容が複雑になり、設備費が嵩む。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置を提供することを目的とする。
本発明は以下に列記の通りである。
(1)本発明の第一態様は、引張強度が980MPa以上の自動車構造部材用絞り成形体であって、第一方向へ延びる天板部と、前記天板部のうち、前記第一方向に直交しかつ前記天板部に沿う第二方向の両側に隣接する2つの第一凸稜線部と、前記天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの第一凸稜線部に連続する第二凸稜線部と、前記2つの第一凸稜線部に隣接する2つの側壁と、前記第二凸稜線部に隣接する端壁と、前記2つの側壁、および、前記端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの角壁と、前記2つの側壁、前記端壁および前記2つの角壁に隣接する凹稜線部と、前記凹稜線部に隣接する外向きフランジと、を備える。
前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径がいずれも30mm以下であり、前記外向きフランジと前記凹稜線部との境界から、前記角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記角壁の曲率半径であるコーナー半径が30mm以下であり、前記天板部に垂直な方向における、前記天板部と前記外向きフランジとの離間距離である成形深さが40mm以上である。
(2)上記(1)に記載の自動車構造部材用絞り成形体は、板厚が0.7mmから3.2mmであり、980MPa以上の引張強度を有する高張力鋼板からなる冷間又は温間の絞り成形体であってよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の自動車構造部材用絞り成形体は、前記第一方向の両端に、前記端壁、前記2つの角壁、前記凹稜線部および前記外向きフランジが形成されてもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体は、サイドシル、バンパービーム、Aピラーロアーパネル、AピラーまたはBピラーであってもよい。
(5)本発明の第二態様は、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法であって、引張強度が980MPa以上のブランクに、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する2つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記2つの中間第一凸稜線部に連続する2つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記2つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの中間角壁と、前記2つの中間側壁、前記中間端壁および前記2つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形する第一工程と、前記第一中間絞り成形体に、第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行い、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形する第二工程と、前記第二中間絞り成形体を、前記第二ダイ、前記第二パンチおよび前記第二ブランクホルダにより拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら引き締め工具により前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする第三工程と、を備える自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
(6)上記(5)に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記中間成形深さは、前記成形深さの1.1〜2.0倍であり、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、いずれも、前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の1.2〜30倍であり、前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の1.2〜30倍であってもよい。
(7)上記(5)又は(6)に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
(8)上記(5)又は(6)に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
(9)本発明の第三態様は、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置であって、第一ダイ、第一パンチ、及び第一ブランクホルダを有する第一成形金型と、第二ダイ、第二パンチ、及び第二ブランクホルダを有する第二成形金型と、引き締め工具と、を備え、前記第一成形金型は、引張強度が980MPa以上のブランクに絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する2つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記2つの中間第一凸稜線部に連続する2つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記2つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの中間角壁と、前記2つの中間側壁、前記中間端壁および前記2つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形し、前記第二成形金型は、前記第一中間絞り成形体に絞り成形によるプレス成形を行い、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形し、前記引き締め工具は、前記第二中間絞り成形体を、前記第二成形金型により拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする、自動車構造部材用絞り成形体の製造装置である。
(10)上記(9)に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記中間成形深さは、前記成形深さの1.1〜2.0倍であり、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の1.2〜30倍であるとともに、前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の1.2〜30倍であってもよい。
(11)上記(9)又は(10)に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
(12)上記(9)又は(10)に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
上記の各態様によれば、引張強さが980MPa以上であり、成形深さが深く、稜線部の曲率半径と角壁のコーナー半径が小さく、長手方向の端部に端壁を有することから、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の一部を模式的に示す説明図である。 両端部に端壁を有する場合の自動車構造部材用絞り成形体を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体をサイドシルとして用いる場合に、このサイドシルをAピラーロアーパネルに接合する前の状態を示す説明図である。 サイドシルをAピラーロアーパネルに接合する態様の第一例を示す説明図である。 サイドシルとAピラーロアーパネルに接合する態様の第二例を示す説明図である。 第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダにより成形される第一中間絞り成形体を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第一段階を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第二段階を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第三段階を示す説明図である。 カムが第二ダイの外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す上面視断面図である。 カムが第二ダイの外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す側面視断面図である。 カムが第二ダイの中に配置されている場合の成形状況を経時的に示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Aを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Bを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Cを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Dを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Eを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Fを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Gを示す説明図である。 被試験体Aに対するねじり剛性の測定条件を示す説明図である。 被試験体A〜Gに対するねじり剛性の評価結果を示すグラフである。 被試験体Aに対する曲げ剛性の測定条件を示す説明図である。 被試験体A〜Gに対する曲げ剛性の評価結果を示すグラフである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、980MPa以上の引張強度、目標の稜線部の曲率半径、角壁のコーナー半径および成形深さを有する絞り成形体を製造するためには下記(a)〜(c)の工程を採用することが有効であることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
(a)第一成形金型を用いて、稜線部の曲率半径や各壁のコーナー半径を目標値よりも大きく成形して第一中間絞り成形体とする。
(b)第二成形金型を用いて、第一中間絞り成形体を、目標の稜線部の曲率半径や成形深さを有する断面形状の第二中間絞り成形体に成形する。
(c)カム等の引き締め工具を用いて、第二中間絞り成形体の長手方向の端部を第二中間絞り成形体の軸方向へ押圧して、角壁のコーナー半径を小さく成形する。
以下、上述の知見に基づきなされた本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1.本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体1)
図1は、本実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体1(以下、単に「絞り成形体1」という)の構造の一部を模式的に示す説明図である。
絞り成形体1は、板厚が0.7〜3.2mmであり980MPa以上の引張強度を有する高張力鋼板からなる冷間または温間の絞り成形体である。
板厚は、0.8〜1.8mmであることが好ましく、0.8〜1.4mmであることがより好ましい。
引張強度は、1180MPa以上であることが好ましく、1310MPa以上であることがより好ましい。
高張力鋼板の引張強度の上限値としては実用性を確保するため1800MPaであることが好ましい。
絞り成形体1は、図1に示すように、天板部2、第一凸稜線部3、第二凸稜線部4、側壁5、端壁6、角壁7、凹稜線部8および外向きフランジ9により構成される。
天板部2は、略平面状を有し、図1中に両矢印により示す第一方向d1へ延びて存在する。天板部2は、平面である必要はなく、湾曲していてもよい。2つの第一凸稜線部3,3は、天板部2の幅方向である第二方向d2(図1において両矢印により示す方向であって、第一方向d1と直交しかつ天板部2に沿う方向)の両側にそれぞれ連続して形成される。
第二凸稜線部4は、天板部2の第一方向d1の最端部2aに隣接するとともに、2つの第一凸稜線部3,3に連続して形成される。2つの側壁5,5は、平面に沿う形状を有し、2つの第一凸稜線部3,3にそれぞれ隣接して形成される。端壁6は、平面に沿う形状を有し、第二凸稜線部4に隣接して形成される。
2つの角壁7,7は、それぞれ2つの側壁5,5と、端壁6とに隣接するとともに、平面視において(すなわち、第一方向d1と第二方向d2とに直交する方向から見て)湾曲して形成される。また、2つの角壁7,7は、それぞれ、第一凸稜線部3と第二凸稜線部4との境界領域に隣接する。凹稜線部8は、2つの側壁5,5、端壁6、および、2つの角壁7,7に隣接して形成される。さらに、外向きフランジ9は、凹稜線部8に隣接して形成される。
図1では、天板部2の第一方向d1の最端部2aの近傍を抜き出して示すが、図2に示すように、天板部2の第一方向d1のもう一つの最端部2bにも、第二凸稜線部4、端壁6、角壁7,7、凹稜線部8および外向きフランジ9が形成されていてもよい。すなわち、端壁6は、天板部2の一端のみに形成されてもよく、天板部2の両端に形成されていてもよい。
また、図示は省略するが、天板部2はT字状又はY字状であってもよく、その場合、天板部2の一以上の端部に端壁が形成されていればよい。
絞り成形体1では、2つの第一凸稜線部3,3のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Rpl2、第二凸稜線部4の延在方向に直交する断面の曲率半径Rps2、および、凹稜線部8の延在方向に直交する断面の曲率半径Rd2がいずれも30mm以下であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
曲率半径Rpl2、曲率半径Rps2、及び曲率半径Rd2は、いずれも20mm以下であることが好ましく、10mm以下であることがより好ましい。
また、絞り成形体1では、外向きフランジ9と凹稜線部8との境界から、角壁7,7に沿って1.0mm離間した位置における、第一方向d1及び第二方向d2に直交する方向からみた角壁7,7の曲率半径であるコーナー半径Rpc2が30mm以下であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
コーナー半径Rpc2は、20mm以下であることが好ましく、10mm以下であることがより好ましい。
さらに、天板部2に垂直な方向における、天板部2と外向きフランジ9との離間距離である成形深さh2が40mm以上であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
成形深さh2は、50mm以上であることが好ましく、70mm以上であることがより好ましい。
尚、従来では、引張強度が980MPa以上であり、U字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する部材を40mm以上の成形深さでプレス成形しようとする場合、曲率半径Rpl2、曲率半径Rps2、曲率半径Rd2、及び、コーナー半径Rpc2を小さくすることが困難であり、仮に成形できたとしても側壁部等に発生するシワに起因して高い剛性を発揮することが困難とされていた。
本実施形態に係る絞り成形体1では、後述の製造方法及び製造装置を用いることにより、成形深さh2を40mm以上とした場合であっても、端壁や側壁等へのシワの発生を抑制しつつ、所望の曲率半径及びコーナー半径を得ることが可能とされている。
尚、成形深さが100mm以上の場合は曲率半径Rpl2、曲率半径Rps2、曲率半径Rd2、及び、コーナー半径Rpc2を成形深さh×0.3mm以下にすることは難しい。
絞り成形体1は、第一方向d1の最端部2aに端壁6が形成されることにより、ハット型の開断面形状ではなく、端壁6、角壁7,7、凹稜線部8および外向きフランジ9により構成される、U字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する。従って、軽量でありながら高い曲げ剛性およびねじり剛性を発揮することができる。したがって、絞り成形体1は高い耐衝突特性を発現することが可能であるため、例えば、サイドシル、バンパービーム、Aピラーロアーパネル、AピラーまたはBピラーといった自動車構造部材に好適に用いられる。
図3A〜図3Cは、絞り成形体1をサイドシルとして用いる場合について模式的に示す説明図である。
図3Aは、サイドシルとしての絞り成形体1をAピラーロアーパネル10に接合する前の状態を示す説明図である。
図3B及び図3Cは、サイドシルとしての絞り成形体1をAピラーロアーパネル10に接合する態様の第一例及び第二例を示す説明図である。
図3Aに示すように、サイドシルとしての絞り成形体1は、端壁6、角壁7、凹稜線部8および外向きフランジ9により構成されることにより、U字型の断面形状を有する。
このため、図3Bに示す第一例のように、サイドシルとしての絞り成形体1の長手方向の最端部2aを、Aピラーロアーパネル10の内面10aに突き当て、さらに最端部2aおよび内面10aを溶接することにより、サイドシルとしての絞り成形体1とAピラーロアーパネル10との接合体の剛性を高めることができ、Aピラーロアーパネル10およびダッシュパネルを介してエンジンコンパートメントの曲げ剛性やねじり剛性を高めることができる。
また、図3Bに示す第一例のように、サイドシルとしての絞り成形体1の長手方向の最端部2aを、Aピラーロアーパネル10の内面10aに突き当てることなく互いに離間して配置することも可能である。例えば、同3Cに示す第二例のように、外向きフランジ9を、Aピラーロアーパネル10の外向きフランジ10bと重ね合わせて溶接することにより、サイドシルとしての絞り成形体1とAピラーロアーパネル10との接合体の剛性を高めることができ、Aピラーロアーパネル10およびダッシュパネルを介してエンジンコンパートメントの曲げ剛性やねじり剛性を高めることができる。
(2.本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の製造装置)
本実施形態に係る製造装置は、絞り成形体1の製造装置であり、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダと、第二ダイ、第二パンチ、第二ブランクホルダおよび引き締め工具を備える。
(2−1.第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダ)
図4は、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを備える第一成形金型により成形される第一中間絞り成形体11を示す説明図である。なお、図4は、第一中間絞り成形体11の第一方向d1の中間までの形状を示しており、残りの形状は省略している。
第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダは、引張強度が980MPa以上のブランクまたはその予成形体に絞り成形によるプレス加工を行って、第一中間絞り成形体11を製造する。
第一中間絞り成形体11は、図4に示すように、中間天板部12、2つの中間第一凸稜線部13、中間第二凸稜線部14、2つの中間側壁15、中間端壁16、2つの中間角壁17、中間凹稜線部18および中間外向きフランジ19により構成される。
中間天板部12は、略平面状を呈し、図4中に両矢印により示す第一方向d1へ延びて存在する。2つの中間第一凸稜線部13,13は、中間天板部12の幅方向である第二方向d2(図4において両矢印により示す方向であって、第一方向d1と直交しかつ中間天板部12に沿う方向)の両側にそれぞれ連続して形成される。
中間第二凸稜線部14は、中間天板部12の第一方向d1の最端部12aに隣接するとともに、2つの中間第一凸稜線部13,13に連続して形成される。2つの中間側壁15,15は、2つの中間第一凸稜線部13,13にそれぞれ隣接して形成される。中間端壁16は、中間第二凸稜線部14に隣接して形成される。
2つの中間角壁17,17は、それぞれ2つの中間側壁15,15と、中間端壁16とに隣接するとともに平面視において(すなわち、第一方向d1と第二方向d2とに直交する方向から見て)湾曲して形成される。また、2つの中間角壁17,17は、それぞれ、中間第一凸稜線部13と中間第二凸稜線部14との境界領域に隣接する。中間凹稜線部18は、2つの中間側壁15,15、中間端壁16および2つの中間角壁17,17に隣接して形成される。さらに、中間外向きフランジ19は、中間凹稜線部18に隣接して形成される。
第一中間絞り成形体11では、2つの中間第一凸稜線部13,13のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Rpl1、中間第二凸稜線部14の延在方向に直交する断面の曲率半径Rps1、および、中間凹稜線部18の延在方向に直交する断面の曲率半径Rd1は、それぞれ、絞り成形体1の2つの第一凸稜線部3,3のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Rpl2、第二凸稜線部4の延在方向に直交する断面の曲率半径Rps2、および、凹稜線部8の延在方向に直交する断面の曲率半径Rd2よりも大きい。
第一中間絞り成形体11の曲率半径Rpl1、曲率半径Rps1、および、曲率半径Rd1は、それぞれ、絞り成形体1の曲率半径Rpl2、曲率半径Rps2、および、曲率半径Rd2の1.2〜30倍であることが、第一工程および第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。
中間外向きフランジ19と中間凹稜線部18との境界から、中間角壁17,17に沿って1.0mm離間した位置における、第一方向d1及び第二方向d2に直交する方向からみた中間角壁17,17の曲率半径である中間コーナー半径Rpc1が、絞り成形体1のコーナー半径Rpc2よりも大きい。中間コーナー半径Rpc1は、コーナー半径Rpc2の1.2〜30倍であることが第一工程および第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。中間コーナー半径Rpc1は、コーナー半径Rpc2の1.7〜2.5倍であることがより好ましい。
さらに、中間天板部12に垂直な方向における、中間天板部12と中間外向きフランジ19との離間距離である中間成形深さh1が絞り成形体1の成形深さh2よりも大きい。中間成形深さh1は、成形深さh2の1.1〜2.0倍であることが、第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。
中間成形深さh1は、成形深さh2の1.2〜1.5倍であることがより好ましい。
(2−2.第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダ)
図5A〜図5Cは、第二ダイ21、第二パンチ22、第二ブランクホルダ23を備える第二成形金型およびカム24を用いて、第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第一段階〜第三段階を示す説明図である。なお、図5A〜図5Cでは図面を見易くするため、第二ダイ21、第二パンチ22、第二ブランクホルダ23およびカム24の作業面を示す。
図5A、図5Bに示すように、第二ダイ21は第一中間絞り成形体11を内部に収容する。第二ブランクホルダ23は収容された第一中間絞り成形体11の外縁部を押さえる。さらに、第二パンチ22は、型締め方向へ第二ダイ21に対して相対的に移動することによって第一中間絞り成形体11に絞り成形によるプレス加工を行う。
これにより、図4に示す第一中間成形体11の曲率半径Rpl1、曲率半径Rd1、および、成形深さh1を小さくすることができ、絞り成形体1と同等の曲率半径Rpl2、曲率半径Rd2、および、成形深さh2を有する第二中間成形体31を製造する。
(2−3.引き締め工具)
以降の説明では、引き締め工具としてカム24を用いる場合を例にとるが、引き締め工具は、カム24に限定されるものではなく、第二中間絞り成形体31の中間端壁16を第一方向d1へ押圧して中間コーナー半径Rpc1を小さくすることができる工具であれば等しく用いることができる。
引き締め工具としてカム24を用いる場合、カムは、第二パンチ22や第二ブランクホルダ23、場合によっては第二ダイ21が取り付けられる上下方向に移動するプレス機のスライドの動きを機械的な機構を介して横方向の動きに変換されることにより可動する。
カム以外を用いる場合には、プレス機のスライドから独立して稼働する油圧装置や電動装置等に取り付けられるプレートを用いてもよい。
次に、図5Cに示すように、カム24は、第二ダイ21、第二パンチ22および第二ブランクホルダ23が第二中間絞り成形体31を拘束した状態で、第二中間絞り成形体31の中間端壁16を第一方向d1へ押圧して中間コーナー半径Rpc1,曲率半径Rps1を小さくすることにより、絞り成形体1のコーナー半径Rpc2及び曲率半径Rps2とする。
この時、第二パンチ22に、プレス方向とは異なる方向へ動くインナーパッド25を内蔵することにより、第二中間絞り成形体31の中間端壁16の内面を押圧し、中間端壁16に生じるシワを抑制することができる。
図6は、カム24が第二ダイ21の外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す上面視断面図である。
図7は、カム24が第二ダイ21の外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す側面視断面図である。
図8は、カム24が第二ダイ21の中に配置されている場合の成形状況を経時的に示す説明図である。
図6および図7に示すように、カム(引き締め工具)は、第二ダイ21の外部で第一方向d1へ移動自在に配置されていてもよいし、あるいは、図8に示すように、第二ダイの外部から内部まで前記第一方向d1へ移動自在に配置されていてもよい。
(3.本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の製造方法)
本実施形態に係る製造方法では、下記の第一工程〜第三工程を経ることにより、絞り成形体1を製造する。
第一工程:引張強度が980MPa以上のブランクに第一ダイ、第一パンチおよび第一ホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行って、図4に示す第一中間絞り成形体11を成形する。
第二工程:図5A、図5Bに示すように、第一中間絞り成形体11に、第二ダイ21、第二パンチ22および第二ブランクホルダ23を用いてプレス成形を行って、第二中間絞り成形体31を製造する。
第三工程:図5Cに示すように、第二ダイ21、第二パンチ22および第二ブランクホルダ23により第二中間絞り成形体31を拘束した状態で、カム24により第二中間絞り成形体31の中間端壁16を、第一方向d1へ押圧して中間コーナー半径Rpc1,と曲率半径Rps1を小さくすることにより、絞り成形体1のコーナー半径Rpc2,曲率半径Rps2とする。
尚、第三工程の後、必要に応じて、絞り成形体1の第二ブランクホルダ23による押え部を切除してもよい。
(実施例)
板厚が1.0mmの1180MPa級の高張力鋼板を用いて図9A〜図9Gに示すプレス成形体40〜46を成形した。
図9Aに示すプレス成形体40は、従来の曲げ成形工法により製造された成形体であり、端壁を有さない構造である。
図9B〜図9Gに示すプレス成形体41〜46は、図5A〜図5Cに示す絞り成形工法により製造された成形体であり、一方の端部に端壁を有する構造である。
図9Aに示すプレス成形体40では、凸稜線部の曲率半径Rxを5mmとした。
図9B〜図9Gに示すプレス成形体41〜46では、凸稜線部の曲率半径Rxをそれぞれ5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mmとした。
図9A〜図9Gに示すように、それぞれのプレス成形体40〜46のフランジに対し、板厚が1.0mm、引張強度が1180MPa級の高張力鋼板を裏板50(クロージングプレート)として抵抗スポット溶接により取り付けることにより、被試験体A〜Gを作成した。図9A〜図9Gにおいて黒丸で示される箇所がスポット溶接部であり、溶接ピッチは30mm、溶接径は3.3mmである。
図10は、被試験体Aに対するねじり剛性の測定条件を示す説明図であり、寸法の単位はmmである。
図10に示すように、被試験体Aに対して一方の端部を、裏板50を含んで完全拘束し、図10における着色領域を矢印方向に変位させて自動車構造部材に対してねじり変位を与えてねじり剛性を調べた。
被試験体B〜Gに対しても同様にねじり剛性を調べ、それぞれの1.5deg.回転時に発生するモーメントを図11のグラフにまとめて示す。
図11のグラフに示すように、U字型の断面形状を有する被試験体B〜Gのねじり剛性は、ハット型の開断面形状を有する被試験体Aのねじり剛性より大幅に高まるが、被試験体F、Gのように凸稜線部の曲率半径Rxが30mmを超えると、ねじり剛性は低下することがわかる。
更に、上記と同様に作成した被試験体A〜Gを用いて曲げ剛性の測定を行った。
図12は、被試験体Aに対する曲げ剛性の測定条件を示す説明図であり、寸法の単位はmmである。
図12に示すように、被試験体Aにおける、図12の着色領域に対し、矢印で示す位置に変位を付与して曲げ剛性を調べた。
被試験体B〜Gに対しても同様に曲げ剛性を調べ、それぞれの1.5mm変位付与時の曲げ荷重を図13のグラフにまとめて示す。
図13のグラフに示すように、U字型の断面形状を有する被試験体B〜Gの曲げ剛性は、ハット型の開断面形状を有する被試験体Aの曲げ剛性より大幅に高まるが、被試験体F、Gのように凸稜線部の曲率半径Rxが30mmを超えると、曲げ剛性は低下することがわかる。
尚、比較例として、図9Bに示すプレス成形体41と同様の寸法のプレス成形体を、図5A〜図5Cに示すインナーパッド25を作動させずに絞り成形を行うことで作成したところ、端壁に顕著なシワが発生した。このプレス成形体から上記と同様に被試験体を作成し、上記と同様にねじり剛性及び曲げ剛性を測定したところ、1.5deg.回転時に発生するモーメントは600N・m、1.5mm変位付与時の曲げ加重は5.1kNであり、高いねじり剛性及び曲げ剛性を発揮出来ないことが確認された。
本発明によれば、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置を提供することができる。
1 自動車構造部材用絞り成形体
2 天板部
3 第一凸稜線部
4 第二凸稜線部
5 側壁
6 端壁
7 角壁
8 凹稜線部
9 外向きフランジ

Claims (12)

  1. 引張強度が980MPa以上の自動車構造部材用絞り成形体であって、
    第一方向へ延びる天板部と、
    前記天板部のうち、前記第一方向に直交しかつ前記天板部に沿う第二方向の両側に隣接する2つの第一凸稜線部と、
    前記天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの第一凸稜線部に連続する第二凸稜線部と、
    前記2つの第一凸稜線部に隣接する2つの側壁と、
    前記第二凸稜線部に隣接する端壁と、
    前記2つの側壁、および、前記端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの角壁と、
    前記2つの側壁、前記端壁および前記2つの角壁に隣接する凹稜線部と、
    前記凹稜線部に隣接する外向きフランジと、
    を備え、
    前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径がいずれも30mm以下であり、
    前記外向きフランジと前記凹稜線部との境界から、前記角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記角壁の曲率半径であるコーナー半径が30mm以下であり、
    前記天板部に垂直な方向における、前記天板部と前記外向きフランジとの離間距離である成形深さが40mm以上である
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体。
  2. 前記絞り成形体は、板厚が0.7mmから3.2mmであり、980MPa以上の引張強度を有する高張力鋼板からなる冷間又は温間の絞り成形体である
    ことを特徴とする請求項1に記載の自動車構造部材用絞り成形体。
  3. 前記第一方向の両端に、前記端壁、前記2つの角壁、前記凹稜線部および前記外向きフランジが形成される
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の自動車構造部材用絞り成形体。
  4. サイドシル、バンパービーム、Aピラーロアーパネル、AピラーまたはBピラーである
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自動車構造部材用絞り成形体。
  5. 請求項1〜のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法であって、
    引張強度が980MPa以上のブランクに、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する2つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記2つの中間第一凸稜線部に連続する2つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記2つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの中間角壁と、前記2つの中間側壁、前記中間端壁および前記2つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形する第一工程と、
    前記第一中間絞り成形体に、第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行い、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形する第二工程と、
    前記第二中間絞り成形体を、前記第二ダイ、前記第二パンチおよび前記第二ブランクホルダにより拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら引き締め工具により前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする第三工程と、
    を備える
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  6. 前記中間成形深さは、前記成形深さの1.1〜2.0倍であり、
    前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、いずれも、前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の1.2〜30倍であり、
    前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の1.2〜30倍である
    ことを特徴とする請求項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  7. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項5又は6に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  8. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項5又は6に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  9. 請求項1〜のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置であって、
    第一ダイ、第一パンチ、及び第一ブランクホルダを有する第一成形金型と、
    第二ダイ、第二パンチ、及び第二ブランクホルダを有する第二成形金型と、
    引き締め工具と、
    を備え、
    前記第一成形金型は、引張強度が980MPa以上のブランクに絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する2つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記2つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記2つの中間第一凸稜線部に連続する2つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記2つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する2つの中間角壁と、前記2つの中間側壁、前記中間端壁および前記2つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って1.0mm離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形し、
    前記第二成形金型は、前記第一中間絞り成形体に絞り成形によるプレス成形を行い、前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形し、
    前記引き締め工具は、前記第二中間絞り成形体を、前記第二成形金型により拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  10. 前記中間成形深さは、前記成形深さの1.1〜2.0倍であり、
    前記2つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、前記2つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の1.2〜30倍であり、
    前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の1.2〜30倍である
    ことを特徴とする請求項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  11. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項9又は10に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  12. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項9又は10に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
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