JP6975252B2 - プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、意匠面に稜線部を有するプレス成形品の製造方法に関する。本発明によるプレス成形品は、自動車のボンネット、サイドパネル、ドアパネル等に適用され、例えば、自動車ドア用のアウタパネルとして使われる。

自動車ドア用アウタパネルは、一般に、金属板材のプレス成形によって生産されている。アウタパネルは、自動車の意匠を決定づける部位であり、例えば、キャラクタラインと呼ばれる小曲率半径の稜線部に対してネガ面（凹面）とポジ面（凸面）をもつデザインが用いられる。このようなアウタパネルの成形には、高度なプレス成形技術が求められる。

独国特許出願公開第１０２０１１１１５２１９号明細書には、第１金型を用いて、エッジ部を予備成形するとともに、エッジ部以外の部位を最終形状に成形し、次いで、第２金型を用いて、エッジ部を最終形状に成形する金属板材のプレス成形方法が開示されている。第１金型で成形されるエッジ径は、最終形状の２〜１０倍程度の大きさであり、２段階の深絞り加工により所定の大きさに成形される。同文献には、ネガ面とポジ面に関する事項や歪みの修正については開示されていない。

ネガ面とポジ面を有するパネル等の成形において、第１工程で曲げによる引張・圧縮応力が発生するが、第２工程で第１工程と同じ方向に曲げられてさらに引張・圧縮応力を受けると、歪みとして意匠面に線条または凹凸が発生する。この歪みを修正するため、第２工程で歪みが発生する個所ごとに下型に肉盛りを施し、上型が下型に向けて相対的に移動せしめられて下死点に至る直前に、該肉盛りを歪みに強く当てて矯正する方法がある。なお、デザインに影響がなければ、上型に肉盛りを施す場合もある。

金型に肉盛りをして歪みを矯正する方法は、相当な経験が必要であって調整に時間を要するほか、修正箇所が多くなると高いプレス荷重が必要となるため、高い設備能力が必要となる。

本発明は、第２工程で第１工程とは逆方向に曲げることによって歪みを低減するのが可能であることに着想してなされたものである。本発明は、稜線部を有する目標成形体のプレス成形において歪みの発生を可及的に少なくしたプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス成形方法は、エッジ状の稜線部を有するとともに稜線部を境として一方側にネガ面を他方側にポジ面を有する目標成形体を得るプレス成形方法であり、稜線部のエッジ半径より大きい半径の中間稜線部を有する中間成形体を成形する第１工程と、中間成形体から目標成形体を成形する第２工程を含む。そして、中間成形体は、目標成形体における稜線部からネガ面に至る部位に対応して第１中間ポジ面を有するとともに、目標成形体における稜線部からポジ面に至る部位に対応して第１中間ポジ面に連続する第２中間ポジ面と第２中間ポジ面に連続する中間ネガ面とを有することを特徴とする。

上記プレス成形方法によれば、曲げによる引張・圧縮応力を相殺するように第１工程と第２工程を組み合わせたので、歪みの発生個所を最小限に抑えることができる。したがって、金型の肉盛り箇所を少なくし、金型の精度出しに要する時間を短縮することができる。

上記プレス成形方法において、目標成形体と中間成形体は、中間稜線部の両側において形状が一致する領域があり、それらを重ねた場合、中間成形体の頂点は目標成形体の頂点よりもプレスストローク方向の下方に位置するのが好ましい。これによれば、第２工程で成形深さが増大するように中間成形体を塑性変形させるので、目標成形体の形状を安定化させることができる。

また、上記のとおり重ねた状態で、第２中間ポジ面はポジ面と交差するのが好ましい。これによれば、第２工程で中間成形体を適度な伸び率で変形させることができる。

本発明に係るプレス成形方法は、曲げによる引張・圧縮応力を相殺するように第１工程と第２工程を組み合わせたもので、歪みの発生が少なくなる。歪みを修正する場合でも、高精度の設備を必要としない。

本発明の基本的な概念を説明するための第１工程に関する概略図である。 本発明の基本的な概念を説明するための第２工程に関する概略図である。 本発明の基本的な概念を説明するための中間成形体と目標成形体とを重ねた図である。 実施形態が適用される自動車のボンネットの概略図である。 図５Ａは実施形態における中間成形体を示す図、図５Ｂは実施形態における目標成形体を示す図であり、図５Ｃはそれらを重ねた状態を示す図である。 実施形態の第２工程における初期状態を示す図である。 実施形態の第２工程における第１の動作状態を示す図である。 実施形態の第２工程における第２の動作状態を示す図である。

まず、本発明に係るプレス成形方法の基本的な概念について、図１〜３を参照しながら以下説明する。

本発明は、自動車のボンネット、サイドパネル、ドアパネル等に適用される。図１〜３に示されるように、鋼またはアルミニウム合金からなる板材１０を２段階でプレス成形することにより目標成形体１４が得られる。すなわち、第１工程により、第１上型１６および第１下型１８を用いて板材１０から中間成形体１２がプレス成形され、第２工程により、第２上型２０および第２下型２２を用いて中間成形体１２から目標成形体１４がプレス成形される。プレス成形の形態としては、板材１０ないし中間成形体１２の周辺部を支持して張力を加えながら絞り成形を行うのが好ましいが、必ずしも絞り成形である必要はない。なお、図２〜３において、中間成形体１２および目標成形体１４は主要部のみが示されており、周辺部は省略されている。

図３において、目標成形体１４は、上側の面が意匠面となっており、紙面を貫く方向に延びるエッジ状の稜線部２４が意匠面に形成されている。目標成形体１４は、稜線部２４を境として一方側にネガ面１４ａを有し、他方側にポジ面１４ｂを有する。ここで、ネガ面とは、意匠面を正面から見たとき凹状となっている面をいい、ポジ面とは、意匠面を正面から見たとき凸状となっている面をいう。

中間成形体１２は、目標成形体１４の稜線部２４のエッジ半径よりも大きい半径の中間稜線部２６を有する。中間成形体１２には、第１中間ポジ面１２ａ、第２中間ポジ面１２ｂおよび中間ネガ面１２ｃがこの順に連続して形成されており、第１中間ポジ面１２ａおよび第２中間ポジ面１２ｂによって中間稜線部２６が構成されている。第２中間ポジ面１２ｂの曲率半径は第１中間ポジ面１２ａの曲率半径より大きく、中間ネガ面１２ｃの曲率半径は第１中間ポジ面１２ａの曲率半径より大きい。なお、図２において、参照符号１２ｄは、第１中間ポジ面１２ａと第２中間ポジ面１２ｂの境界を示し、参照符号１２ｅは、第２中間ポジ面１２ｂと中間ネガ面１２ｃの境界を示す。

中間成形体１２の第１中間ポジ面１２ａが設けられる領域は、目標成形体１４のネガ面１４ａが設けられる領域の一部となる領域である。中間成形体１２の第２中間ポジ面１２ｂおよび中間ネガ面１２ｃが設けられる領域は、目標成形体１４のポジ面１４ｂが設けられる領域となる領域である。第１中間ポジ面１２ａと第２中間ポジ面１２ｂとの境界１２ｄの近傍は、目標成形体１４の稜線部２４となる箇所である。

目標成形体１４のネガ面１４ａが設けられる領域は、中間成形体１２の第１中間ポジ面１２ａが設けられる領域に対応する領域を除いて、中間成形体１２の第１中間ポジ面１２ａが設けられる領域の外側に存在する領域１３Ａと形状が一致する。目標成形体１４のポジ面１４ｂが設けられる領域の外側に存在する領域１５は、中間成形体１２の中間ネガ面１２ｃが設けられる領域の外側に存在する領域１３Ｂと形状が一致する。

図３は、中間成形体１２と目標成形体１４とを上記各領域が一致するように重ねた状態を示す図であり、中間成形体１２が目標成形体１４と形状の異なる部分（重ならない部分）は点線で示されている。図３における上下方向はプレスストローク方向である。第１中間ポジ面１２ａと第２中間ポジ面１２ｂとの境界１２ｄの近傍は、プレスストローク方向でみた中間成形体１２の頂点となっており、稜線部２４は、プレスストローク方向でみた目標成形体１４の頂点となっている。中間成形体１２の頂点は、目標成形体１４の頂点よりもプレスストローク方向の下方に位置する。また、中間成形体１２の第２中間ポジ面１２ｂは、目標成形体１４のポジ面１４ｂと交差している。

第１工程で所定方向に曲げられた中間成形体１２の第１中間ポジ面１２ａ形成領域は、第２工程で逆方向に曲げられて目標成形体１４のネガ面１４ａ形成領域となる。したがって、第１中間ポジ面１２ａ形成領域に生じた残留応力（引張・圧縮応力）が第２工程で除去ないし緩和され、歪みの発生が抑制される。また、第１工程で所定方向に曲げられた中間成形体１２の中間ネガ面１２ｃ形成領域は、第２工程で逆方向に曲げられて目標成形体１４のポジ面１４ｂ形成領域となる。したがって、中間ネガ面１２ｃ形成領域に生じた残留応力（引張・圧縮応力）が第２工程で除去ないし緩和され、歪みの発生が抑制される。中間成形体１２の第２中間ポジ面１２ｂ形成領域については第２工程で同じ方向に曲げられるが、目標成形体１４に全体として発生する歪みは可及的に抑制される。

次に、自動車のボンネットに適用した本発明の実施形態について、中間成形体および目標成形体の周辺部に関する事項を含め、図４〜８を参照しながら、以下詳細に説明する。本実施形態の第２工程では絞り成形が行われる。

ボンネットのアウタパネル２８の左半分が図４に示されている。アウタパネル２８は、概ね自動車の前後方向に延びる稜線部３０を有する。後述するように、このアウタパネル２８は、目標成形体３８から余分な箇所を切り取って得られるものである。アウタパネル２８の図４におけるＶ−Ｖ断面に相当する目標成形体３８の断面が図５Ｂに示されている。ただし、図５Ｂには、上記切り取られる部分の断面も含まれている。

図５Ａに示されるように、第１工程により成形された中間成形体３２は、主要部３４とその外側に設けられる周辺部３６を有する。中間成形体３２の主要部３４は、第１中間ポジ面３５ａ、第２中間ポジ面３５ｂおよび中間ネガ面３５ｃが設けられた中間形状部３４Ａを有する。中間成形体３２の主要部３４は、さらに、中間形状部３４Ａを挟んでその一方側に拡がる第１形状不変部３４Ｂとその他方側に拡がる第２形状不変部３４Ｃを有する。第１形状不変部３４Ｂは第１中間ポジ面３５ａが設けられた領域に連続する領域であり、第２形状不変部３４Ｃは中間ネガ面３５ｃが設けられた領域に連続する領域である。中間成形体３２の周辺部３６は、主要部３４の第２形状不変部３４Ｃに連続する中間周辺形状部３６Ａおよび後述するブランクホルダー５４に載置され支持される支持部３６Ｂを有する。

第１中間ポジ面３５ａの曲率半径は１０〜４０ｍｍ程度、第２中間ポジ面３５ｂの曲率半径は４０〜７０ｍｍ程度であり、中間ネガ面３５ｃの曲率半径は４０ｍｍ程度以上である。なお、図５Ａにおいて、参照符号３５ｄは、第１中間ポジ面３５ａと第２中間ポジ面３５ｂの境界を示し、参照符号３５ｅは、第２中間ポジ面３５ｂと中間ネガ面３５ｃの境界を示す。

図５Ｂに示されるように、第２工程により成形される目標成形体３８は、エッジ状の稜線部４１が形成される主要部４０と主要部４０の外側に設けられる周辺部４２を有する。目標成形体３８の主要部４０は、ネガ面４０ａが設けられる領域４０Ａとポジ面４０ｂが設けられる領域４０Ｂを有する。領域４０Ａは、中間成形体３２の第１中間ポジ面３５ａが設けられた領域および第１形状不変部３４Ｂに対応し、領域４０Ｂは、中間成形体３２の第２中間ポジ面３５ｂが設けられた領域および中間ネガ面３５ｃが設けられた領域に対応する。目標成形体３８の主要部４０は、さらに、領域４０Ｂに連続する形状不変部４０Ｃを有する。目標成形体３８の周辺部４２は、主要部４０の形状不変部４０Ｃに連続する周辺形状部４２Ａおよび中間成形体３２の支持部３６Ｂと同一形状の支持部４２Ｂを有する。

目標成形体３８の稜線部４１のエッジ半径は１〜５ｍｍ程度であり、この稜線部４１がアウタパネル２８の稜線部３０となる。アウタパネル２８は、第２工程が終了した後、目標成形体３８から周辺部４２および形状不変部４０Ｃの一部を切り取ることにより得られる。

目標成形体３８の領域４０Ａは、中間成形体３２の第１中間ポジ面３５ａが設けられた領域に対応する領域を除いて、中間成形体３２の第１形状不変部３４Ｂと形状が一致する。また、目標成形体３８の形状不変部４０Ｃは、中間成形体３２の第２形状不変部３４Ｃと形状が一致する。目標成形体３８と中間成形体３２をこれらの部分を一致させて重ねた状態を図５Ｃに示す。中間成形体３２が目標成形体３８と重ならない部分は点線で示されている。

図５Ｃに示されるように、目標成形体３８の稜線部４１は、中間成形体３２における第１中間ポジ面３５ａと第２中間ポジ面３５ｂとの境界３５ｄよりもＨａだけ上方に変位している。目標成形体３８の周辺形状部４２Ａは、中間成形体３２の中間周辺形状部３６Ａとは形状が異なっており、目標成形体３８の支持部４２Ｂは中間成形体３２の支持部３６ＢよりもＨｂだけ下方に変位している。中間成形体３２の第２中間ポジ面３５ｂは、目標成形体３８のポジ面４０ｂと交差している。中間成形体３２の中間形状部３４Ａは、第２中間ポジ面３５ｂの途中から中間ネガ面３５ｃに亘る範囲で、目標成形体３８のポジ面４０ｂよりも上方に変位している。この上方に変位している部分についてその最大変位量をＨｃとすると、Ｈｃは前述のＨａより小さく、また、前述のＨｂはＨｃよりも大きい。

目標成形体３８のネガ面４０ａが設けられる領域４０Ａのうち中間成形体３２と重ならない領域の断面周長とポジ面４０ｂが設けられる領域４０Ｂのうち中間成形体３２と重ならない領域の断面周長を合わせた長さは、中間成形体３２の中間形状部３４Ａの断面周長よりも少し長い。換言すれば、目標成形体３８の主要部４０の断面周長は、中間成形体３２の主要部３４の断面周長よりも少し長い。また、目標成形体３８の周辺形状部４２Ａの断面周長は、中間成形体３２の中間周辺形状部３６Ａと同じかそれよりも少し長い。なお、ここでいう断面周長とは、図５Ａ〜５Ｃで示される断面形状に沿った長さのことである。

図６に示されるように、中間成形体３２から目標成形体３８をプレス成形する第２工程では、上型４４および下型５０が用いられる。また、中間成形体３２の周辺部３６を支持するブランクホルダー５４が用いられる。上型４４は可動型であり、下型５０は固定型である。ブランクホルダー５４は、図示しないガスシリンダ等の弾性体によって上方に付勢された状態で支持されている。

ブランクホルダー５４は、中間成形体３２の支持部３６Ｂに整合する支持面５６を有し、中間成形体３２の支持部３６Ｂに下方に突出するように形成された凸部３７が嵌り込む凹部５６ａを備える。上型４４は、下型５０の成形面５２との間で中間成形体３２を成形する成形面４６を有するとともに、ブランクホルダー５４の支持面５６との間で中間成形体３２を支持する支持面４８を有する。上型４４の支持面４８には、中間成形体３２の支持部３６Ｂに設けられた凸部３７の裏側に嵌まり込む凸部４８ａが形成されている。

上型４４は、下型５０およびブランクホルダー５４に対して近接および離間する方向（上下方向）に移動自在である。上型４４の成形面４６は、上型４４の凸部４８ａが中間成形体３２の支持部３６Ｂに設けられた凸部３７の裏側に嵌り込んだとき、中間成形体３２の主要部３４が接触しない形状となっている。これにより、中間成形体３２と目標成形体３８との間に、前述したＨｂ＞Ｈｃなる関係が生じる。

下型５０の成形面５２には、目標成形体３８に稜線部４１を形成するためのエッジ部５２ａが設けられている。ブランクホルダー５４は、下型５０に対して、下型５０の成形面５２の端部がブランクホルダー５４の支持面５６の端部と整列する位置から下方に後退した位置とそれらが整列する位置との間で上下方向に移動自在である。下型５０とブランクホルダー５４の隣接する側面同士には所定の隙間が設けられている。

次に、第２工程における上型４４および下型５０の動作について説明する。なお、図６に示されるように、中間成形体３２の支持部３６Ｂがブランクホルダー５４に載置され、上型４４および下型５０が中間成形体３２から離間している状態を初期状態とする。

図７に示すように、上記初期状態から上型４４をブランクホルダー５４に向けて下降していくと、上型４４の支持面４８が中間成形体３２の支持部３６Ｂに当接し、中間成形体３２は支持部３６Ｂにおいてブランクホルダー５４の支持面５６と上型４４の支持面４８との間で挟持される。このとき、上型４４の成形面４６は中間成形体３２の主要部３４および中間周辺形状部３６Ａには接触していない。したがって、中間成形体３２をブランクホルダー５４と上型４４とで挟持して支持する際に中間成形体３２が上型４４により変形せしめられることはない。

中間成形体３２の支持部３６Ｂがブランクホルダー５４と上型４４との間で支持された後、図８に示すように上型４４をさらに下降させると、まず、下型５０のエッジ部５２ａが中間成形体３２の第１中間ポジ面３５ａと第２中間ポジ面３５ｂとの境界３５ｄの近傍箇所に当接する。このとき、上型４４の成形面４６は依然として中間成形体３２の主要部３４に接触していない。したがって、目標成形体３８の稜線部４１が他の部分に優先して成形される。また、これにより、中間成形体３２と目標成形体３８との間に前述したＨｃ＜Ｈａなる関係が生じる。

その後、中間成形体３２の支持部３６Ｂをブランクホルダー５４と上型４４との間で支持した状態で上型４４をさらに下降させることにより、上型４４の成形面４６と下型５０の成形面５２との間隔が狭められ、中間成形体３２は所定の形状に成形されて目標成形体３８が得られる。前述したように、目標成形体３８の主要部４０の断面周長は中間成形体３２の主要部３４の断面周長よりも少し長いので、中間成形体３２の中間形状部３４Ａは所定の伸び率で伸長しながら成形される。

本発明に係るプレス成形方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の形態を採り得ることはもちろんである。

１２、３２…中間成形体 １２ａ、３５ａ…第１中間ポジ面
１２ｂ、３５ｂ…第２中間ポジ面 １２ｃ、３５ｃ…中間ネガ面
１４、３８…目標成形体 １４ａ、４０ａ…ネガ面
１４ｂ、４０ｂ…ポジ面 ２４、４１…稜線部
２６…中間稜線部

Claims (3)

1. エッジ状の稜線部を有するとともに前記稜線部を境として一方側にネガ面を他方側にポジ面を有する目標成形体を得るプレス成形方法であって、
   前記稜線部のエッジ半径より大きい半径の中間稜線部を有する中間成形体を成形する第１工程と、前記中間成形体から前記目標成形体を成形する第２工程を含み、
   前記中間成形体は、前記目標成形体における前記稜線部から前記ネガ面に至る部位に対応して第１中間ポジ面を有するとともに、前記目標成形体における前記稜線部から前記ポジ面に至る部位に対応して前記第１中間ポジ面に連続する第２中間ポジ面と前記第２中間ポジ面に連続する中間ネガ面とを有し、
   前記第１工程で所定方向に曲げられた前記中間成形体の前記第１中間ポジ面形成領域は、前記第２工程で逆方向に曲げられて前記目標成形体の前記ネガ面形成領域となり、前記第１工程で所定方向に曲げられた前記中間成形体の前記中間ネガ面形成領域は、前記第２工程で逆方向に曲げられて前記目標成形体の前記ポジ面形成領域となる
   ことを特徴とするプレス成形方法。
2. 請求項１記載のプレス成形方法において、
   前記目標成形体と前記中間成形体は、前記中間稜線部の両側において形状が一致する領域があり、それらを重ねた場合、前記中間成形体の頂点は前記目標成形体の頂点よりもプレスストローク方向の下方に位置する
   ことを特徴とするプレス成形方法。
3. 請求項２記載のプレス成形方法において、
   前記重ねた状態で、前記第２中間ポジ面は前記ポジ面と交差する
   ことを特徴とするプレス成形方法。

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