JP6985989B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関する。

自動車の骨格部材を金属板のプレス成形により製造する技術が知られている。当該技術分野では、様々な強度設計に対応すべく、板厚が一定の金属板だけでなく増厚部を有する金属板をプレス成形することが求められている。

例えば、特許文献１には、板状のベースワークに板状のパッチワークを溶接して増厚部を形成したパッチワークブランクをハット形にプレス成形するプレス成形技術が開示されている。

特開２０１７−１７７１１５号公報

特許文献１に開示されたプレス成形技術では、ベースワークとパッチワークの接合部に曲げ応力が集中し、当該接合部において意図しない割れや折れ曲がりが生じるおそれがある。

本発明は、プレス成形品を製造する方法において、増厚部を有するパッチワークブランクのプレス成形の際の意図しない割れや折れ曲がりを防止することを課題とする。

本発明の第１の態様は、ベースワークにパッチワークを溶接して増厚部を形成したパッチワークブランクを準備し、前記パッチワークブランクの前記増厚部のみを曲げ加工し、前記増厚部の曲げ加工とは異なる工程で前記増厚部以外の部分を曲げ加工することを含む、プレス成形品の製造方法を備えるプレス成形品の製造方法を提供する。

この方法によれば、増厚部とそれ以外の部分とで曲げ加工の工程を分けているため、ベースワークとパッチワークの接合部に応力が集中することを防止でき、当該接合部において意図しない割れや折れ曲がりが発生することを防止できる。従って、それぞれの部分を正確に曲げ加工できる。ここで、「異なる工程」とは広義に解釈されるものであり、同時に行われるものを除き、多段階で行われるものを示す。従って、「異なる工程」には、複数回のプレスに分けて曲げ加工を行うものだけでなく、１回のプレスで多段階で曲げ加工を行うものを含む。なお、増厚部の曲げ加工の工程と、増厚部以外の部分の曲げ加工の工程とは、いずれが先に実行されてもよい。また、ここでの「曲げ加工」とは、絞り加工を含む広義の概念である。

前記増厚部のみを曲げ加工する第１機構と、前記増厚部以外の部分を曲げ加工する第２機構とを備えるプレス成形装置を使用して前記パッチワークブランクの曲げ加工を行ってもよい。

この方法によれば、増厚部とそれ以外の部分とを曲げ加工する機構を第１機構と第２機構とに分けているため、増厚部とそれ以外の部分とをそれぞれ正確に曲げ加工できる。

前記第１機構は、鉛直方向に駆動して前記増厚部に鉛直方向のプレス荷重を加え、前記第２機構は、前記第１機構の鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向から傾斜した方向に変換するカム機構を有し、前記カム機構によって鉛直方向から傾斜した方向に駆動して前記増厚部以外の部分に鉛直方向から傾斜した方向のプレス荷重を加えてもよい。

この方法によれば、第１機構と第２機構とによって１つのプレス成形装置で２つのプレス方向を実現できる。従って、ハット形状のような複数の曲げ部を有する形状を正確に曲げ加工できる。好ましくは、第１機構と第２機構は連動し、プレス成形装置の１回のプレスで２段階の曲げ加工を行う。

前記第１機構は、前記増厚部の形状に対応した第１曲げ駒を有し、前記第２機構は、前記増厚部以外の部分の形状に対応した第２曲げ駒を有してもよい。

この方法によれば、第１曲げ駒によって増厚部を曲げ加工できるともに、第２曲げ駒によって増厚部以外の部分を曲げ加工できる。これらの２つの曲げ駒を付け替えて使用することで、簡易な構成の１つのプレス成形装置で２つの工程の曲げ加工を実現できる。

前記パッチワークブランクは、軟鋼ないしホットスタンプ材からなってもよい。

この方法によれば、軟鋼ないしホットスタンプ材のように曲げ加工性が良好な部材をパッチワークブランクに使用することで、意図しない割れや折れ曲がりを一層防止できる。また、軟鋼ないしホットスタンプ材のような強度が比較的に低い部材には、増厚部を設けるなどして補強することが必要となることがある。従って、増厚部を形成して補強するとともに、上記方法によって意図しない割れや折れ曲がりを防止して正確な曲げ加工を実現できることは有効である。

前記プレス成形品は自動車のＢピラーであり、断面形状がハット形であってもよい。

この方法によれば、Ｂピラーを好適に製造できる。自動車のＢピラーは、側面衝突に対して車室内を保護するために一定の強度を要する。また、組み立て性を考慮して正確なハット形が求められる。従って、上記方法を使用することで、高強度であるとともに正確なハット形のＢピラーを製造できる。

本発明によれば、プレス成形品を製造する方法において、増厚部とそれ以外の部分とで曲げ加工の工程を分けているため、パッチワークブランクのプレス成形の際の意図しない割れや折れ曲がりを防止できる。

自動車骨格の斜視図。 Ｂピラーの斜視図。 本発明の第１実施形態に係るプレス成形品の製造方法を実行するプレス成形装置を示す断面図。 第１実施形態の準備工程を示す正面図。 第１実施形態の第１の曲げ加工前を示す正面図。 第１実施形態の第１の曲げ加工後かつ第２の曲げ工程前を示す正面図。 第１実施形態の第２の曲げ加工後を示す正面図。 ハット形にプレス成形されたパッチワークブランクを示す正面図。 第２実施形態の第１曲げ工程を示す正面図。 第２実施形態の第２曲げ工程を示す正面図。 第２実施形態の第１変形例における第１曲げ工程を示す正面図。 第２実施形態の第２変形例における第２曲げ工程を示す正面図。 第２実施形態の第２変形例における第１曲げ工程を示す正面図。 第２実施形態の第２変形例における第２曲げ工程を示す正面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本実施形態に係るプレス成形品の製造方法は、パッチワークブランクをプレス成形して所望の形状のプレス成形品を得るものである。本方法は、特に自動車の骨格（図１参照）を構成する部材を形成するために使用されることができる。以下では、本方法を使用してＢピラー１００（図２参照）を製造する方法について説明する。後に詳述するように、このプレス成形は、第１の曲げ加工と第２の曲げ加工とにより実行される。

図３を参照して、プレス成形装置１０は、板状のパッチワークブランク１をハット形にプレス成形する装置である。パッチワークブランク１は、板状のベースワーク２に２枚の板状のパッチワーク３を溶接して２つの増厚部４を形成したものである。パッチワークブランク１は、軟鋼ないしホットスタンプ材からなり、良好な曲げ加工性を有している。例えば、ベースワーク２の厚みは１．６ｍｍまたは１．８ｍｍであり、パッチワーク３の厚みは１．８ｍｍまたは２．３ｍｍである。

本実施形態のプレス成形装置１０は、固定台１１と、固定台１１の上方に配置されたスライドプレート１２と、金型２０と、駆動機構１３と、カム機構１４とを備える。金型２０は、ダイ２１と、第１パンチ２２と、第２パンチ２３とを備える。また、駆動機構１３とカム機構１４の詳細な構成はプレス成形装置１０に一般に使用されるものと相違ないため、詳細な説明および図示は省略する。

固定台１１は、固定されており不動である。固定台１１にはダイ２１が取り付けられている。従って、ダイ２１も、固定されており不動である。

ダイ２１は、凹形状を有している。ダイ２１の凹形状を構成する底面２１ａは、水平な平坦面となっている。底面２１ａの左右の両角部２１ｂは、平坦面よりも一段下げて形成されている。これにより、パッチワークブランク１をハット形に成形した際に頂部１１０（図８参照）に強度向上のための絞りを形成できる。また、両角部２１ｂから斜め上方に広がって立ち上がる２つの側面２１ｃは、平坦面となっている。

スライドプレート１２は、駆動機構１３によって上下方向（鉛直方向）に駆動され、即ち昇降可能である（矢印Ａ１，Ａ２参照）。本実施形態では、駆動機構１３は、油圧式または機械式（サーボ式）である。駆動機構１３は、スライドプレート１２の昇降を停止させ、加圧状態を保持することもできる。スライドプレート１２には、下向きに突出するように第１パンチ２２が取り付けられている。従って、第１パンチ２２も昇降可能である。

第１パンチ２２は、凸形状を有している。第１パンチ２２の凸形状の頂部２２ａは、水平な平坦面２２ａ１と、平坦面２２ａ１から突出した突部２２ａ２とを有している。突部２２ａ２は水平方向において第１パンチ２２の中央に設けられ、その幅は２枚のパッチワーク３の間に配置可能な大きさである。また、突部２２ａ２の高さは、パッチワーク３の厚みに概ね対応している。頂部２２ａの左右の両角部２２ｂは、頂部２２ａよりも下方へ突出している。従って、プレス成形の際には、最初に両角部２２ｂがパッチワークブランク１に接触するようにされている。両角部２２ｂから斜め上方に広がって立ち上がる側面２２ｃは、段差２２ｄのある平坦面となっている。段差２２ｄの高さは、パッチワーク３の厚みに概ね対応している。従って、第１パンチ２２の表面は、パッチワーク３の大きさに対応して突部２２ａ２から段差２２ｄにかけて一段下げられている。また、プレス成形の際には、鉛直方向において、段差２２ｄの位置とダイ２１の最上部の位置は対応する。従って、ダイ２１と第１パンチ２２とによって、増厚部４のみを挟み込むことができる。また、第１パンチ２２の側面２２ｃは、角部２２ｅを介してフランジ面２２ｆに接続されている。フランジ面２２ｆは、水平方向外側に延びる平坦面となっている。

第１パンチ２２の下方であって、ダイ２１の側方には、第２パンチ２３が配置されている。第２パンチ２３は、カム機構１４と機械的に接続されており、カム機構１４によって斜め上方に第１パンチ２２に向かって駆動される（矢印Ａ３参照）。カム機構１４は、駆動機構１３の鉛直方向（矢印Ａ１，Ａ２参照）の駆動力を鉛直方向から傾斜した方向（矢印Ａ３参照）の駆動力に変換するものである。鉛直方向から傾斜した方向（矢印Ａ３参照）は、第１パンチ２２の側面２２ｃに垂直な方向でもある。

第２パンチ２３は正面視において概ねＬ字型を有し、２つの第２パンチ２３がダイ２１を挟んで両側に配置されている。第２パンチ２３は、鉛直方向に延びる基部２３ａと、基部２３ａの上端部から水平方向内側（ダイ２１に向かう側）に延びる先端部２３ｂとを備える。先端部２３ｂの側面２３ｃは、第１パンチ２２の側面２２ｃと対向し、第１パンチ２２の側面２２ｃおよびダイ２１の側面２１ｃと概ね平行に形成されている。第２パンチ２３の上面２３ｄは、第１パンチ２２のフランジ面２２ｆと対向し、水平方向に延びる平坦面となっている。

本実施形態では、ダイ２１と第１パンチ２２と駆動機構１３とが本発明の第１機構を構成し、第１パンチ２２と第２パンチ２３とカム機構１４とが本発明の第２機構を構成する。第１機構と第２機構は、連動して駆動することが好ましい。本実施形態では、第１機構と第２機構が連動し、後述する図４〜７の各工程をプレス成形装置１０の１回のプレスで実行できるようにされている。

図４〜７は、本実施形態に係るプレス成形品の製造方法の各工程を順に示している。なお、図４〜７では、図示を明瞭にするため、パッチワークブランク１と金型２０（ダイ２１、第１パンチ２２、および第２パンチ２３）のみが示されている。

図４は、準備工程を示している。準備工程では、パッチワークブランク１を金型２０にセットする。このとき、パッチワークブランク１は、パッチワーク３が溶接された面を上側にして配置される。このように配置すると、パッチワークブランク１がハット形にプレス成形された際にハット形の内側にパッチワーク３が配置されることになり、美観を損ねない。第１パンチ２２とダイ２１は鉛直方向に間隔を空けて配置され、第２パンチ２３はダイ２１の水平方向の両側に配置される。

図５，６は、第１の曲げ加工を実行する第１曲げ工程を示している。図５は第１の曲げ加工前を示しており、図６は第１の曲げ加工後を示している。第１曲げ工程では、増厚部４のみを曲げ加工する。「増厚部４のみを曲げ加工する」とは、プレス成形によって増厚部４のみを挟み込んで曲げ加工し、当該部分をプレス成形品（Ｂピラー１００）の形とすることをいう。従って、当該曲げ加工に付随して増厚部４以外の部分が部分的に曲げられることもあるが、当該曲げはプレス成形品（Ｂピラー１００）の形状とするものではなく、後に修正加工等されるものである（図６の破線円参照）。

第１曲げ工程では、駆動機構１３（図３参照）によって第１パンチ２２が下降され、第１パンチ２２の両角部２２ｂがパッチワークブランク１の増厚部４に接触する。そして、ダイ２１の両角部２１ｂと第１パンチ２２の両角部２２ｂとによって増厚部４を挟み込み、パッチワークブランク１の増厚部４を曲げ加工する。本工程によって、ハット形の頂部１１０（図２，８参照）が成形される。

図６，７は、第２の曲げ加工を実行する第２曲げ工程を示している。図６は第２の曲げ加工前を示しており、図７は第２の曲げ加工後を示している。第２曲げ工程では、増厚部４以外の部分を曲げ加工する。第１曲げ加工後は、図６に示すように第１パンチ２２とダイ２１とでパッチワークブランク１の増厚部４のみが挟み込まれた状態である。換言すれば、増厚部４以外の部分（後述するハット形のつば部１２０）は、挟み込まれていない。

第２曲げ工程では、図６の状態から第１パンチ２２およびダイ２１のプレス圧を維持しつつ、第２パンチ２３が、カム機構１４（図３参照）から力を受け、斜め上方（図７の矢印参照）に駆動される。即ち、左右両側から第２パンチ２３をパッチワークブランク１に近づけ、第１パンチ２２と第２パンチ２３とによってパッチワークブランク１の増厚部４以外の部分を挟み込み、増厚部４以外の部分を曲げ加工する。詳細には、第２パンチ２３の側面２３ｃと第１パンチ２２の側面２２ｃとによってパッチワークブランク１を挟み込むとともに、第２パンチ２３の上面２３ｄと第１パンチ２２のフランジ面２２ｆとによってパッチワークブランク１を挟み込む。本工程によって、ハット形のつば部１２０（図２，８参照）が成形される。

このようにして図８に示すような増厚部４を有するハット形のＢピラー１００を製造することができる。

本実施形態によれば、以下のメリットがある。

増厚部４とそれ以外の部分とで曲げ加工の工程を分けているため、ベースワーク２とパッチワーク３の接合部に応力が集中することを防止でき、当該接合部において意図しない割れや折れ曲がりが発生することを防止できる。従って、それぞれの部分を正確に曲げ加工できる。ここで、「異なる工程」とは広義に解釈されるものであり、同時に行われるものを除き、多段階で行われるものを示す。従って、「異なる工程」には、複数回のプレスに分けて曲げ加工を行うものだけでなく、１回のプレスで多段階で曲げ加工を行うものを含む。なお、増厚部４の曲げ加工の工程と、増厚部４以外の部分の曲げ加工の工程とは、いずれが先に実行されてもよい。

増厚部４とそれ以外の部分とを曲げ加工する機構を第１機構と第２機構とに分けているため、増厚部４とそれ以外の部分とをそれぞれ正確に曲げ加工できる。

第１機構と第２機構とによって１つのプレス成形装置１０で２つのプレス方向を実現できる。従って、ハット形状のような複数の曲げ部を有する形状を正確に曲げ加工できる。好ましくは、第１機構と第２機構は連動し、プレス成形装置１０の１回のプレスで２段階の曲げ加工を行う。

軟鋼ないしホットスタンプ材のように曲げ加工性が良好な部材をパッチワークブランク１に使用しているため、意図しない割れや折れ曲がりを一層防止できる。また、軟鋼ないしホットスタンプ材のような強度が比較的に低い部材には、増厚部４を設けるなどして補強することが必要となることがある。従って、増厚部４を形成して補強するとともに、上記方法によって意図しない割れや折れ曲がりを防止して正確な曲げ加工を実現できることは有効である。

自動車のＢピラーは、側面衝突に対して車室内を保護するために一定の強度を要する。また、組み立て性を考慮して正確なハット形が求められる。従って、本実施形態の方法を使用することで、高強度であるとともに正確なハット形のＢピラー１００を製造できる。

（第２実施形態）
図９，１０に示す第２実施形態では、第１実施形態のダイ２１（図３参照）として２種類の曲げ駒３０，４０を使用する。また、パッチワーク３の形状が第１実施形態と異なる。これらに関する以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態と同じ部分については説明を省略する場合がある。

図９は第１曲げ工程を示し、図１０は第２曲げ加工を示している。

第１の曲げ工程では、第１曲げ駒３０を使用して増厚部４を曲げ加工する。第１曲げ駒３０は、増厚部４の形状に対応した形状を有している。第１曲げ駒３０は、第１パンチ２２の左右に配置された第１側部曲げ駒３１と、第１側部曲げ駒３１の間に配置された第１下部曲げ駒３２とを備える。第１側部曲げ駒３１は、第１パンチ２２の角部２２ｂから段差２２ｄまでの部分に対向して配置され、当該部分のパッチワークブランク１を第１パンチ２２とともに挟み込んで曲げ加工する。第１下部曲げ駒３２は、第１パンチ２２の角部２２ｅから頂部２２ａまでの部分に対向して配置され、当該部分のパッチワークブランク１を第１パンチ２２とともに挟み込んで曲げ加工する。

第２の曲げ工程では、第２曲げ駒４０を使用して増厚部４以外の部分を曲げ加工する。第２曲げ駒４０は、増厚部４以外の部分の形状にも対応した形状を有している。第２曲げ駒４０は、第１パンチ２２の左右に配置された第２側部曲げ駒４１と、第２側部曲げ駒４１の間に配置された第２下部曲げ駒４２とを備える。第２側部曲げ駒４１は、第１パンチ２２の角部２２ｂからフランジ面２２ｆまでの部分に対向して配置され、当該部分のパッチワークブランク１を第１パンチ２２とともに挟み込んで曲げ加工する。第２下部曲げ駒４２は、第１下部曲げ駒３２と同じものである。

１つのプレス成形装置１０で第１曲げ工程と第２曲げ工程とを実行するためには、２回のプレスを行う。具体的には、第１曲げ工程にて１回目のプレスを実行した後に、プレス成形装置１０の第１曲げ駒３０を第２曲げ駒４０に交換し、第２曲げ工程にて２回目のプレスを実行する。

（第１変形例）
図１１，１２に示す第２実施形態の第１変形例のように、第１曲げ駒３０は、一体型であってもよい。同様に、第２曲げ駒４０も、一体型であってもよい。曲げ加工の態様については前述と同様である。

（第２変形例）
図１３，１４に示す第２実施形態の第２変形例のように、２段階で絞り加工（曲げ加工）を行ってもよい。本変形例では、まず、図１３を参照して、第１曲げ駒３５と浅絞りパンチ２４とで浅い絞り加工を行っている。次に、図１４を参照して、第２曲げ駒４５と深絞りパンチ２５とで深絞り加工を行っている。

浅絞りパンチ２４および深絞りパンチ２５は、前述の第２実施形態の第１パンチ２２（図９参照）と概ね同じ形状を有している。ただし、本変形例では、ベースワーク２に１枚のパッチワーク３が溶接されたパッチワークブランク１を絞り加工している。パッチワーク３は、パッチワークブランク１がハット形に形成された際に頂部１１０（図８参照）全体を覆うようにベースワーク２に溶接されている。このパッチワークブランク１の形状に対応して、本変形例の浅絞りパンチ２４および深絞りパンチ２５は前述の突部２２ａ２（図３参照）を有していない。また、浅絞りパンチ２４は、深絞りパンチ２５よりも相対的に下方への突出量が小さく、本変形例では突出量が深絞りパンチ２５の半分程度である。

第１曲げ駒３５は、前述の第２実施形態の第１曲げ駒３０（図９参照）と実質的に同じ形状を有している。また、第２曲げ駒４５も、前述の第２実施形態の第２曲げ駒４０（図９参照）と実質的に同じ形状を有している。

本実施形態およびその変形例によれば、第１曲げ駒３０によって増厚部４を曲げ加工できるともに、第２曲げ駒４０によって増厚部４以外の部分を曲げ加工できる。これらの２つの曲げ駒３０，４０を付け替えて使用することで、簡易な構成の１つのプレス成形装置１０で２つの工程の曲げ加工を実現できる。

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

また、本発明の適用対象は上述のＢピラー１００に限定されない。例えば、車両用骨格部材のドアビームおよびロッカー等に対しても本発明は適用可能である。

また、上記各実施形態では、１枚または２枚のパッチワーク３をベースワーク２に溶接したパッチワークブランク１を曲げ加工する例について説明したが、溶接するパッチワーク３の枚数は特に限定されず、３枚以上であってもよい。パッチワークブランク１の曲げ加工形状もハット形に限定されず、パッチワークブランク１は任意の形状に曲げ加工され得る。

１ パッチワークブランク
２ ベースワーク
３ パッチワーク
４ 増厚部
１０ プレス成形装置
１１ 固定台
１２ スライドプレート
１３ 駆動機構（第１機構）
１４ カム機構（第２機構）
２０ 金型
２１ ダイ（第１機構）
２１ａ 底面
２１ｂ 角部
２１ｃ 側面
２２ 第１パンチ（第１機構、第２機構）
２２ａ 頂部
２２ａ１ 平坦面
２２ａ２ 突部
２２ｂ 角部
２２ｃ 側面
２２ｄ 段差
２２ｅ 角部
２２ｆ フランジ面
２３ 第２パンチ（第２機構）
２３ａ 基部
２３ｂ 先端部
２３ｃ 側面
２３ｄ 上面
２４ 浅絞りパンチ（第１機構）
２５ 深絞りパンチ（第２機構）
３０，３５ 第１曲げ駒（第１機構）
３１ 第１側部曲げ駒
３２ 第１下部曲げ駒
４０，４５ 第２曲げ駒（第２機構）
４１ 第２側部曲げ駒
４２ 第２下部曲げ駒
１００ Ｂピラー
１１０ 頂部
１２０ つば部

Claims (5)

1. ベースワークにパッチワークを溶接して増厚部を形成したパッチワークブランクを準備し、
   前記パッチワークブランクの前記増厚部のみを曲げ加工し、
   前記増厚部の曲げ加工とは異なる工程で前記増厚部以外の部分を曲げ加工する
   ことを含み、
   前記増厚部のみを挟み込んで曲げ加工する第１機構と、前記増厚部以外の部分を曲げ加工する第２機構とを備えるプレス成形装置を使用して前記パッチワークブランクの曲げ加工を行う、プレス成形品の製造方法。
2. 前記第１機構は、鉛直方向に駆動して前記増厚部に鉛直方向のプレス荷重を加え、
   前記第２機構は、前記第１機構の鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向から傾斜した方向に変換するカム機構を有し、前記カム機構によって鉛直方向から傾斜した方向に駆動して前記増厚部以外の部分に鉛直方向から傾斜した方向のプレス荷重を加える、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
3. 前記第１機構は、前記増厚部の形状に対応した第１曲げ駒を有し、
   前記第２機構は、前記増厚部以外の部分の形状に対応した第２曲げ駒を有する、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
4. 前記パッチワークブランクは、軟鋼ないしホットスタンプ材からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。
5. 前記プレス成形品は自動車のＢピラーであり、断面形状がハット形である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。

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