JP6975580B2 - プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形方法に関する。

絞り加工によるプレス成形では、ブランク材をプレスすることで材料を引き伸ばして縦壁部を形成し、所定の立体形状を成形する方法である。例えば、自動車の車体のパネル部品等は、上記のプレス成形により成形されることが多い（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−２７９０２号公報

特許文献１のように、絞り加工によりブランク材をプレスして縦壁部を形成する方法では、ブランク材が引き伸ばされて縦壁部が成形されるため、その分だけ材料が縦壁部の側に流入する。このため、所望の大きさの成形品を得るためには、上記の流入量を考慮した大きめのブランク材を使用することが必要になり、歩留まりが悪くなるという課題があった。

このため、本発明では、縦壁部への材料の流入量を低減し、より少ない材料を用いて成形することのできるプレス成形方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、ダイをポンチに対して相対移動させることで板材をプレスし、前記板材に縦壁部を有する凸曲げ部を形成するプレス成形方法において、前記板材の端部側が前記プレス方向の両方向から挟持された状態で、当該板材の挟持された部分よりも内側に凸面状の張り出し部を形成する張出工程と、前記張出工程の後、前記板材の端部側が前記プレス方向の両方向から挟持された状態で、かつ、前記プレスの方向と直交する方向において前記張り出し部の屈曲開始位置が前記ポンチの内側に配置された状態で、前記ポンチと前記ダイとにより前記板材をプレスし、前記板材の挟持された部分よりも内側に前記凸曲げ部を形成する絞り工程とを含み、前記張出工程において前記板材に加える挟持圧が、前記絞り工程において前記板材に加える挟持圧よりも大きいことを特徴とする。

かかる構成によれば、絞り加工の前に、ブランク材に張り出し加工を施して張り出し部を形成する。これにより、ブランク材の全幅を変化させることなく、予めブランク材を薄く引き伸ばして曲げ形状を形成することができるため、絞り加工時の縦壁部への材料の流入を低減することができる。

本発明によれば、絞り加工時の縦壁部への材料の流入を低減することができるため、所望の製品をより小さいブランク材によって成形することができ、歩留まりを改善することができる。

本発明の実施形態に係る張り出し加工装置の断面図である。 張り出し加工装置がブランク材を挟持した状態を示す断面図である。 張り出し加工時の様子を示す断面図である。 張り出し加工後の様子を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る絞り加工装置の断面図である。 絞り加工装置が中間材を挟持した状態を示す断面図である。 絞り加工時の様子を示す断面図である。 絞り加工後の様子を示す断面図である。 成形品の厚みの分布を示す図である。 本実施形態と異なる形状の中間材を示す断面図である。 異なる実施形態の加工装置を示す断面図である。 加工装置がブランク材を挟持した状態を示す断面図である。 加工装置による張り出し加工後の様子を示す断面図である。 第二可動部が下降した状態を示す断面図である。 張り出し部が変形した状態を示す断面図である。 第一可動部および第二可動部が下降した状態を示す断面図である。 加工装置による絞り加工後の様子を示す断面図である。

本発明に係る以下の実施形態のプレス成形方法では、例えば、自動車部品であるドアインナパネルを成形することができる。本実施形態のプレス成形方法の各工程は、張り出し工程と、絞り工程と、抜き工程、寄せ曲げ工程および穴抜き工程とを経て行われる。本実施形態では、上記の工程のうち、特に、張り出し工程と絞り工程について説明する。

図１に、張り出し工程において使用される張り出し加工装置１０の断面図を示す。
図１に示すように、張り出し加工装置１０は、ダイ１１と、ポンチ１２と、ブランクホルダ１３と、ベース１４とを主に備える。

ダイ１１は、ポンチ１２に対して昇降可能に設けられる。ダイ１１は、ポンチ１２に対向する側に、押さえ面１１ａと、押さえ面１１ａよりもポンチ１２から後退した成形面１１ｂとを有する。押さえ面１１ａは成形面１１ｂを囲うように周状に設けられる。成形面１１ｂは、その断面が円弧状の凹部である。

ポンチ１２はベース１４に固定される。ポンチ１２は、ダイ１１に対向する側に、成形面１１ｂに対応した凸円弧状の成形面１２ａを有する。

ブランクホルダ１３は、ポンチ１２を囲むように周状に設けられる。ブランクホルダ１３の上面１３ａは、ブランク材５０を載置する載置面として機能すると共に、ブランク材５０の周縁を押さえる押さえ面として機能する。ブランクホルダ１３は、ダイ１１から荷重を加えられることにより、ベース１４に対して降下可能に設けられる。

以下、上記の張り出し加工装置１０を用いたブランク材５０の張り出し加工について、図１〜図４を用いて説明する。なお、張り出し加工や後述する絞り加工により、ブランク材の厚みには差が生じ、均一ではなくなるが、以下の図では、便宜上その厚みを一定として図示する。

まず、図１に示すように、ブランク材５０の周縁をブランクホルダ１３の上面１３ａに載置する。

そして、ダイ１１をポンチ１２に対して降下させることで、図２に示すように、押さえ面１１ａがブランク材５０の周縁に上方から当接する。これにより、ダイ１１の押さえ面１１ａとブランクホルダ１３の押さえ面１３ａとによってブランク材５０を所定のクッション圧で挟持する。張り出し工程では、このクッション圧を大きく設定することにより、張り出し工程の前後でブランク材５０の全幅が変化しないように、ブランク材５０の縁部をこの位置で挟持している。

この状態で、さらにダイ１１を押し下げることにより、ブランクホルダ１３に対して押し下げる方向の力が働く。これにより、ダイ１１およびブランクホルダ１３が、ブランク材５０の周縁を挟持した状態で、ベース１４やポンチ１２に対して一体的に下降する。そして、図３に示すように、ブランク材５０の中央側下面が成形面１２ａに押し付けられて相対的に上方へ押し出す力を受け、ダイ１１の側へ徐々に張り出す。その後、ダイ１１の押し下げが進んで下死点に到達することで、図４に示すように、中央側に張り出し部６１を有する中間材６０が成形される。張り出し部６１は、その断面が円弧状に形成され、後述する絞り加工後の成形品の凸曲げ部よりも緩やかな曲率を有する。

前述のように、高いクッション圧によってブランク材５０の周縁が挟持されることで、ブランク材５０の全長を変化させることなく、張り出し部６１が成形される。つまり、上記の張り出し成形により、ブランク材５０の主に中央側が薄く引き伸ばされることで張り出し部６１が成形されており、中間材６０の中央側は端縁側に比べて薄肉になっている。

次に、絞り工程において使用される絞り加工装置２０の断面図を図５に示す。
図５に示すように、絞り加工装置２０は、ダイ２１と、ポンチ２２と、ブランクホルダ２３と、ベース２４とを主に備える。

ダイ２１は、押さえ面２１ａと、押さえ面２１ａよりもポンチ２２から後退した成形面２１ｂとを有する。またポンチ２２は、ダイ２１側に成形面２２ａを有する。

また、前述の張り出し加工装置１０と同様に、ダイ２１はポンチ２２に対して昇降可能に設けられ、ポンチ２２はベース２４に固定される。また、ブランクホルダ２３は、ダイ２１から荷重を加えられることにより、ベース２４に対して降下可能に設けられる。

以下、上記の絞り加工装置２０を用いた中間材６０の絞り加工について、図５〜図８を用いて説明する。

まず、図５に示すように、前述の張り出し加工により成形した中間材６０をブランクホルダ２３の上面２３ａに載置する。

そして、ダイ２１をポンチ２２に対して降下させることで、図６に示すように、押さえ面２１ａが中間材６０の周縁に上方から当接する。ダイ２１とブランクホルダ２３は、押さえ面２１ａと押さえ面２３ａとによって中間材６０を所定のクッション圧で挟持する。絞り工程では、このクッション圧が張り出し工程に比べて小さく設定される。このため、絞り加工の前後で中間材６０の全幅は可変である。また、張り出し部６１の高さが、後述する成形品の凸曲げ部７１（図８参照）の高さよりも低く設けられることにより、図６の状態で、張り出し部６１がダイ２１の成形面２１ｂに非接触になっている。

図６の状態から、さらにダイ２１を押し下げることにより、ブランクホルダ２３に押し下げる方向の力が働く。これにより、ダイ２１およびブランクホルダ２３が、中間材６０の周縁を挟持した状態で、ベース２４やポンチ２２に対して一体的に下降する。そして、張り出し部６１の下面が、その端縁側からポンチ２２の成形面２２ｂに押し当てられる。

この下降がさらに進むと、張り出し部６１の中央側上面がダイ２１の成形面２１ｂに押し当てられる。これにより、図７に示すように、ダイ２１の成形面２１ｂとポンチ２２の成形面２２ｂとによって張り出し部６１が押し潰されていくと共に、中間材６０がその端縁側から中央側へ向けて徐々に成形面２２ａに押し当てられて絞り加工が進行する。そして、ダイ２１が下死点に到達することで、図８に示すように、中央側に凸曲げ部７１を有するプレス成形品７０が成形される。

例えば、ブランク材５０に直接絞り加工を施して成形品７０を成形する場合、縦壁部７２の形成により、材料が引き伸ばされて縦壁部７２の側に流入し、その全幅が小さくなってしまう。しかし本実施形態では、張り出し成形により、予めブランク材の中央側の材料を薄く引き伸ばして曲げ形状を形成しているため、絞り加工による縦壁部７２形成時の縦壁部７２への材料の流入量を小さく抑えることができる。従って、所望の成形品７０を得るために必要なブランク材の幅が小さくなり、その歩留まりを改善することができる。

本実施形態では、ブランク材５０（成形品７０）の長手方向において、縦壁部７２は、中間材６０の張り出し部６１が形成される位置よりも端縁側に形成されており、縦壁部７２は、張り出し部６１の立ち上がり部分よりも端縁側に設けられる。従って、張り出し部６１は、縦壁部７２を形成する部分の肉厚を極力小さくすることなく、縦壁部７２よりも中央側の材料を薄く引き伸ばして形成されている。つまり、本実施形態では、縦壁部７２を成形する部分の肉厚をできるだけ損なうことなく張り出し部６１を成形することができ、絞り加工時の縦壁部７２への材料の流入を極力抑えることができる。

ところで、本実施形態で成形可能なドアインナパネルは、周縁およびその付近がパネルの枠部分に相当し、中央側は他部品の取付部や開口部を有する、いわゆる臓物部分である。そして、このようなドアインナパネルの剛性は、その周縁側の厚みを一定以上設けることにより確保することができ、中央側は比較的薄肉であっても製品の剛性への影響は少ない。この点、本実施形態では、上記のように張り出し加工によってブランク材５０の中央側の材料を薄く引き伸ばして張り出し部を形成している。つまり、本実施形態の成形方法をドアインナパネルの成形に適用することにより、肉厚の不要な中央側の材料を縦壁部７２の肉厚として利用することができるため、部材の強度低下をほとんど生じることなく材料の歩留まりを改善することができる。

図９は、成形品７０の各部の厚みの分布の一例を示した図であり、点線部はブランク材に対して絞り加工のみを施した従来の成形品を、実線部は本実施形態の成形品を示す。図７に示すように、成形品７０は、周縁側の肉厚が中央側の肉厚よりも厚い。また、縦壁部７２の部分で、成形品７０の肉厚が最も薄くなっている。そして、本実施形態の成形方法と従来の成形方法では、その中央側の肉厚に違いがあり、本実施形態の成形方法の方が、中央側の肉厚が薄くなっている。本実施形態の成形方法により、中央側の不要な肉厚を削ることができ、その分だけ歩留まりを改善できることがわかる。

本実施形態では、中間材の張り出し部の形状を、図８に示すような凸円弧形状とした。しかしこれに限らず、図１０（ａ）に示すようなビート形状であってもよいし、図１０（ｂ）に示すように、製品の縦壁部に対応する位置の周辺にのみ張り出し部を部分的に設ける構成であってもよい。

上記のような張り出し部の形状は、図１に示すダイ１１の成形面１１ｂとポンチ１２の成形面１２ａの形状を対応した形状に変更することにより、張り出し加工によって成形することができる。所望の製品に必要な縦壁部の形状や配置等に合わせて最適な張り出し部の形状を選択し、歩留まりをより改善することができる。なお、ビード形状の張り出し部の場合、張り出しによるブランク材の引き伸ばし量を大きく稼ぐことができるため、張り出し部の高さは、一つ山の形状と比較して小さくなる。このように、張り出し部の高さは、流入させたい材料の量や張り出し部の形状等を考慮して、最適な高さを選択する。

絞り加工の後、成形品７０は、抜き工程で不要な部分を切断された後、寄せ曲げ工程および穴抜き工程で所定の曲げ部や開口部を形成される等、所定の工程を経て、完成品として成形される。

以上の張り出し加工装置１０および絞り加工装置２０では、ダイをポンチに対して昇降させることでそれぞれの加工を施す構成としたが、これとは逆に、ポンチをダイに対して昇降させる構成であってもよい。

また、以上の実施形態では、張り出し加工装置１０および絞り加工装置２０をそれぞれ別途設け、それぞれの加工装置で張り出し加工および絞り加工を行う場合について説明したが、単一の加工装置により本発明のプレス成形方法を実施することもできる。

例えば、図１１に示すように、本実施形態の加工装置３０は、ダイ３１と、ポンチ３２と、ブランクホルダ３３と、ベース３４とを主に備える。

ダイ３１は、ポンチ３２に対して昇降可能に設けられる。ダイ３１は、ポンチ３２に対向する側に、押さえ面３１ａと、押さえ面３１ａよりもポンチ３２から後退した成形面３１ｂとを有する。

また、ダイ３１は、ダイ３１の本体部に対して相対的に昇降可能な可動部３１ｃと、可動部３１ｃを収容可能な収容部３１ｄとを有する。可動部３１ｃおよび収容部３１ｄは、周状に設けられ、後述する張り出し部の形状を囲うようにして設けられる。

ポンチ３２は、固定部３２ａと、第一可動部３２ｂと、第二可動部３２ｃとを有する。固定部３２ａおよび第一可動部３２ｂは、中空筒状に形成され、固定部３２ａの内部に第一可動部３２ｂが、そして第一可動部３２ｂの内部に第二可動部３２ｃが設けられた入れ子構造をしている。第二可動部３２ｃは筒状に形成される。

固定部３２ａはベース３４に固定される。また、第一可動部３２ｂおよび第二可動部３２ｃは、それぞれ固定部３２ａおよび他の可動部に対して相対的に昇降可能に設けられる。固定部３２ａはその上面に成形面３２ａ１を、第一可動部３２ｂはその上面に成形面３２ｂ１を、第二可動部３２ｃはその上面に成形面３２ｃ１をそれぞれ有する。

ブランクホルダ３３は、ポンチ３２を囲むように周状に設けられる。ブランクホルダ３３の上面３３ａは、ブランク材５０を載置する載置面として機能すると共に、ブランク材５０の周縁を押さえる押さえ面として機能する。ブランクホルダ３３は、ダイ３１から荷重を加えられることにより、ベース３４に対して降下可能に設けられる。

以下、上記の加工装置３０を用いた本実施形態のプレス成型方法の各工程について、図１１〜図１７を用いて説明する。

まず図１１に示すように、ブランク材５０をブランクホルダ３３の載置面３３ａに載置する。この状態では、ダイ３１の可動部３１ｃが、収容部３１ｄから飛び出し、可動部３１ｃの下面と押さえ面３１ａが面一になっている。

そして、ダイ３１をポンチ３２およびベース３４に対して降下させることで、図１２に示すように、押さえ面３１ａおよび可動部３１ｃの下面と、押さえ面３３ａとによってブランク材５０の周縁を所定のクッション圧で挟持する。張り出し工程では、このクッション圧を大きく設定することにより、加工の前後でブランク材５０の全長が変化しないようにしている。

この状態で、ポンチ３２の第一可動部３２ｂおよび第二可動部３２ｃを、ダイ３１やブランクホルダ３３に対して上昇させる。これにより、成形面３２ｂ１および成形面３２ｃ１がブランク材５０の下面に押し当てられ、ブランク材５０がその中央側からダイ３１の側へ徐々に張り出していく。そして、図１３に示すように、第一可動部３２ｂおよび第二可動部３２ｃが上死点に到達することにより、張り出し部６１を有する中間材６０が成形される。第二可動部３２ｃは、第一可動部３２ｂよりもその突出量が大きく設けられているため、張り出し部６１は、中間材６０の中央側に向けてダイ３１の側に張り出した凸状に形成される。

そして、図１４に示すように、ポンチ３２において成形面３２ｃ１が成形面３２ｂ１と同じ高さになる位置まで第二可動部３２ｃが降下する。また、ダイ３１においては、可動部３１ｃがダイ３１本体に対して上昇して収容部３１ｄに収容される。この状態では、可動部３１ｃの下面と成形面３１ｂとが面一になる。張り出し部６１の成形後は、押し付け面３１ａと押し付け面３３ａによる中間材の挟持圧（クッション圧）を小さくし、中間材６０の全幅を可変とする。

この状態で、ダイ３１をポンチ３２に対して下降させることにより、図１５に示すように、中間材６０の下面が成形面３２ｂ１および成形面３２ｃ１に押し当てられると共に、張り出し部６１の上面が成形面３１ｂに押し当てられる。これにより、中間材６０の端縁側に立ち上がり部分が形成されていくと共に、張り出し部６１が押し潰されてその高さが小さくなる。

次に、図１６に示すように、第一可動部３２ｂおよび第二可動部３２ｃが下降して固定部３２ａ内に収められ、成形面３２ｂ１および成形面３２ｃ１が成形面３２ａ１と同じ高さになって、成形面３２ｄが形成される。この状態でダイ３１をさらに下降させることにより、中間材６０の下面が成形面３２ｄに、中間材６０の上面が成形面３１ｂ（および可動部３１ｄの下面）にそれぞれ押し当てられて、絞り加工を施される。そして、図１７に示すように、ダイ３１が下死点に到達することにより、縦壁部７２を有する凸曲げ部７１を備えた成形品７０が成形される。

以上のように、本実施形態では、張り出し加工と絞り加工について、それぞれ別個の加工装置を設ける必要がなく、一つの加工装置により両方の加工を施すことができる。従って、型交換の必要がなく、より迅速にブランク材に張り出し加工および絞り加工を施すことができる。

また上記の加工装置３０では、各可動部の飛び出し量や分割する可動部の個数（本実施形態では２つ）を変更することにより、中間材６０の張り出し部６１の形状を任意に変更することができる。これにより、必要な成形品の肉厚の分布などに応じて、最適な張り出し部６１の形状を選択することができる。なお、本実施形態においても、加工装置の対応する形状を変更することにより、図１０（ａ）のビート形状、図１０（ｂ）の形状等、適宜、張り出し部の形状を変更することができるのはもちろんである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本実施形態では、説明の簡略化のために、一つの凸曲げ部を有する形状の成形品を成形する場合について説明したが、複数の凸曲げ部を有する構成であっても同様に成形できることはもちろんである。

１０ 張り出し加工装置
２０ 絞り加工装置
３０ 加工装置
１１、２１、３１ ダイ
１２、２２、３２ ポンチ
１３、２３、３３ ブランクホルダ
１４、２４，３４ ベース
５０ ブランク材
６０ 中間材
６１ 張り出し部
７０ 成形品
７１ 凸曲げ部
７２ 縦壁部

Claims (1)

1. ダイをポンチに対して相対移動させることで板材をプレスし、前記板材に縦壁部を有する凸曲げ部を形成するプレス成形方法において、
   前記板材の端部側が前記プレス方向の両方向から挟持された状態で、当該板材の挟持された部分よりも内側に凸面状の張り出し部を形成する張出工程と、
   前記張出工程の後、前記板材の端部側が前記プレス方向の両方向から挟持された状態で、かつ、前記プレスの方向と直交する方向において前記張り出し部の屈曲開始位置が前記ポンチの内側に配置された状態で、前記ポンチと前記ダイとにより前記板材をプレスし、前記板材の挟持された部分よりも内側に前記凸曲げ部を形成する絞り工程とを含み、
   前記張出工程において前記板材に加える挟持圧が、前記絞り工程において前記板材に加える挟持圧よりも大きいことを特徴とするプレス成形方法。

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