JP7047890B1 - プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品のスプリングバックによる縦壁部の壁反りを抑制するプレス成形方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形方法は、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有するプレス成形品１のスプリングバックによる前記縦壁部の壁反りを抑制するものであって、プレス成形品１の目標形状よりも高さ方向に大きく凹状に湾曲して高低差が設けられたフランジ部３５を有する中間成形品３１をプレス成形する第１成形工程と、中間成形品３１のフランジ部３５の高低差が小さくなるように、中間成形品３１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形する第２成形工程と、を含むことを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、プレス成形方法に関し、特に、天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品のスプリングバックによる縦壁部の壁反りを抑制するプレス成形方法に関する。

プレス成形は金属部品を低コストかつ短時間に製造することができる製造方法であり、多くの自動車部品の製造に用いられている。近年では、自動車の衝突安全性と車体の軽量化を両立するため、より高強度な金属板（例えば、高張力鋼板）が自動車部品に利用されている。

高強度な金属板をプレス成形する場合の主な課題の一つに、スプリングバックによるプレス成形品の寸法精度の低下がある。プレス成形により金型を用いて金属板を変形させる際にプレス成形品に発生した残留応力が駆動力となり、金型から離型したプレス成形品がプレス成形前の金属板の形状にバネのように戻ろうとする現象をスプリングバックと呼ぶ。

図２に一例として示すような、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有するプレス成形品１においては、プレス成形して離型した後、図３に示すように、縦壁部５が反った形状に変形する壁反りと呼ばれるスプリングバックが起こることがある。

このようなプレス成形品１の縦壁部５に壁反りが生じるメカニズムについて、図４に示す模式図を用いて説明する。

パンチとダイとブランクホルダーを備えてなる金型を用いて金属板をプレス成形品１にプレス成形（ドロー成形）する過程においては、まず、金属板がダイのダイ肩で曲げられて、当該曲げられた部位の曲げ外側では引張応力、曲げ内側では圧縮応力が発生する。そして、ダイがパンチ側に成形下死点まで相対移動すると、ダイ肩で曲げられた部位の曲げはパンチとダイとで平坦に曲げ戻されて縦壁部５となる（図４（ａ））。そのため、成形下死点での縦壁部５には、ダイ肩で曲げられた部位の曲げ外側に相当する側には圧縮応力が生じ、曲げ内側に相当する側には引張応力が生じている。その結果、縦壁部５の表面と裏面とに大きな残留応力差が生じる。

次に、成形下死点までプレス成形したプレス成形品１を金型から取り外す（離型する）と、プレス成形中に生じた残留応力を駆動力としてスプリングバックが発生する。その際、引張応力が生じた縦壁部５の表面は縮もうとするのに対し、圧縮応力が生じた縦壁部５の裏面は伸びようとするため、図４（ｂ）に示すような湾曲した壁反りが生じる。

ここで、プレス成形品１に生じる残留応力は、高強度な金属板を用いてプレス成形した場合ほど大きくなるため、スプリングバックによる縦壁部５の壁反りは大きくなる。したがって、高強度な金属板ほどスプリングバックした後のプレス成形品の形状を規定の寸法内におさめることが難しくなるため、縦壁部の壁反りを抑制する技術が重要となる。

このような縦壁部の壁反りの対策として、これまでにいくつかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、成形過程においてフランジ部から縦壁部へ流れる材料の流入を拘束するビードをフランジ部に設けることで、プレス成形中に縦壁部全体に大きな引張力を付与して縦壁部の反りを解消する方法が開示されている。

また、特許文献２には、特許文献１に開示された方法とは逆に、成形した縦壁部に対して全体的に圧縮応力を付与することで、縦壁部の表裏応力差を低減し、縦壁反りを低減する方法が開示されている。

さらに、縦壁部の壁反りを低減する方法としては、これらの縦壁部の全体的に引張応力又は圧縮応力を付与する方法の他に、例えば特許文献３には、凸型断面もしくは凹型断面のプレス成形品をプレス成形する過程において、該プレス成形品の側壁部にプレス成形方向に沿って凹溝の縦ビードを成形することで、縦壁部の剛性を高めて壁反りを低減する方法が開示されている。

特開２００６－２８１３１２号公報 特許６５００９２７号公報 特開昭６０－６２２３号公報

特許文献１に開示されている方法は、フランジ部にビードを設けない場合に比べると、プレス成形過程において縦壁部がより伸ばされて縦壁部に割れが生じる場合があった。また、フランジ部に設けるビードは縦壁部の壁反りを低減する上では必要であっても、製品形状のプレス成形品としては不要である。そのため、ビードを設けてプレス成形品をプレス成形した後の後工程においてビードを切り落とす必要があり、歩留まりが低下して問題であった。

特許文献２に開示されている方法は、成形した縦壁部に圧縮応力を付与するために金型の構造が複雑になって金型の製造コストが高くなることや、さらには金属板の端部が金型表面にぶつかることで金型が摩耗し易く問題であった。

さらに、特許文献３に開示されている方法は、成形対象とする部品の形状の都合上、縦壁部に縦ビードを形成することができない場合があり、適用が困難な場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プレス成形過程における割れを抑制し、かつ歩留まりを低下させずに、縦壁部の壁反りを抑制するプレス成形方法を提案することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品のスプリングバックによる前記縦壁部の壁反りを抑制するものであって、
前記プレス成形品の目標形状よりも高さ方向に大きく凹状、凸状又は凹凸状となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、
前記中間成形品の前記フランジ部の高低差が小さくなるように、該中間成形品を目標形状の前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を含むことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記第１成形工程における前記フランジ部は、軸方向に沿って高さ方向に凸状又は凹状に湾曲した形状であることを特徴とするものである。

（３）上記（１）に記載のものにおいて、
前記第１成形工程における前記フランジ部は、軸方向に沿って配設された複数の平面部と隣接する前記平面部を連結する屈曲部とにより軸方向に沿って高さ方向に凸状又は凹状であることを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、
前記プレス成形品のプレス成形に供するブランクを、引張強度が440MPa級～1800MPa級の金属板とすることを特徴とするものである。

本発明においては、天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品のスプリングバックによる前記縦壁部の壁反りを抑制するものであって、前記プレス成形品の目標形状よりも高さ方向に大きく凹状、凸状又は凹凸状となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部を有する中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、前記中間成形品の前記フランジ部の高低差が小さくなるように、該中間成形品を目標形状の前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を含むことにより、前記プレス成形品の縦壁部に塑性変形が生じる引張応力と圧縮応力を付与して表裏面の残留応力差を低減し、金属板の割れを防止し、かつ歩留まりを低下させずに前記プレス成形品をプレス成形し、スプリングバックによる前記縦壁部の壁反りを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の一態様を説明する図である。 本発明の実施の形態及び実施例１において成形対象としたハット型断面形状のプレス成形品を示す図である。 プレス成形品のスプリングバックにより生じる縦壁部の壁反りを示す図である。 プレス成形品のスプリングバックにより縦壁部の壁反りが生じるメカニズムを説明する図である。 従来の縦壁部全体に引張応力を付与して縦壁部の壁反りを抑制する方法における中間成形品と目標形状のプレス成形品の一例を示す図である。 従来の縦壁部全体に引張応力を付与する方法により目標形状にプレス成形されたプレス成形品の縦壁部に発生した高さ方向の残留応力の分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法によりプレス成形された目標形状のプレス成形品の縦壁部に発生した高さ方向の残留応力の分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様及び実施例１における中間成形品のフランジ部の形状を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の他の態様によりプレス成形された目標形状のプレス成形品の縦壁部に発生した高さ方向の残留応力の分布を示す図である。 本発明に係るプレス成形方法の具体例及び実施例２において成形対象としたＺ字型断面形状のプレス成形品を示す図である。 本発明に係るプレス成形方法の具体例及び実施例２における中間成形品を示す図である。 本発明に係るプレス成形方法の具体例及び実施例３における中間成形品と目標形状のプレス成形品を示す図である。

本発明の実施の形態に係るプレス成形方法を説明するに先立ち、本発明に至った経緯を説明する。なお、以下の説明において、実質的に同一又は対応する部位には、同一の符号を付した。

＜発明に至った経緯＞
発明者らは、図２及び図３に示すようなプレス成形品１の縦壁部５の壁反りを抑制する方法として、プレス成形過程において金属板が割れるのを防ぎ、かつ歩留まりを低下させないために、特許文献１に開示された方法のような、プレス成形過程においてビードを設けずに縦壁部５に引張応力を付与する方法を検討した。

検討の対象としたプレス成形品１は、図２に示すように、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有し、天板部３と縦壁部５はパンチ肩稜線部９を介して連続し、縦壁部５とフランジ部７とはダイ肩稜線部１１を介して連続する。

そして、スプリングバックした後のプレス成形品１は、前述した図４（ｂ）に示すように縦壁部５の残留応力が小さくなっていることに着目し、スプリングバックした後であれば、縦壁部５に付与する引張応力が小さくても縦壁部５を塑性変形させることができて、縦壁部５の表裏面の残留応力差を減少させることができるのではないかと想到した。

そこで、まず、特許文献１に類似する縦壁部５に引張応力を付与する方法として、図５に示すように２工程でプレス成形品１をプレス成形する方法を検討した。当該検討において、金属板には引張強度1210MPa級の高強度鋼板（降伏強度880MPa）を用い、１工程目ではドロー成形により中間成形品２１をプレス成形し、２工程目ではフォーム成形によりプレス成形品１をプレス成形するものとした。

そして、中間成形品２１の高さH（図５（ａ）参照）がプレス成形品１よりも低くなるように高さHを変更した種々の条件について検討した。しかしながら、中間成形品２１の高さを変更しても、プレス成形品１の縦壁部５の壁反りを十分に抑制することはできなかった。

この原因について検討したところ、図６に示すように、２工程目においてプレス成形品１をプレス成形する際に縦壁部５に発生する引張応力が金属板の降伏強度（＝880MPa）を超えることができなかったために縦壁部５を塑性変形させることができず、縦壁部５の表裏面の残留応力差を減少できなかったためであることを突き止めた。また、金属板の降伏強度を超える引張応力を付与して２工程目のプレス成形を行うと、中間成形品２１のダイ肩稜線部２７が曲げ戻され、プレス成形品１のフランジ部７の形状を保持できないため問題である。

そこで、プレス成形品１のフランジ部７の形状を保持できて、縦壁部５に降伏強度以上の引張応力を付与する方法について、さらに検討を重ねた。

その結果、図１に示すように、１工程目で成形する中間成形品３１のフランジ部３５を、軸方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲した形状とし、中間成形品３１の縦壁部３３の縦壁高さを局所的に低くすることで、２工程目において金属板の降伏強度以上の引張応力を縦壁部５に付与することができ、しかも、プレス成形品１のフランジ部７の形状を保持しつつ縦壁部５の壁反りを抑制できることを見い出した。
本発明は、上記検討に基づいてなされたものであり、以下、その具体的な構成を説明する。

＜プレス成形方法＞
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法は、一例として図２に示すプレス成形品１のスプリングバックによる縦壁部５の壁反りを抑制するものであって、図１（ａ）に示す中間成形品３１をプレス成形する第１成形工程と、中間成形品３１を図１（ｂ）に示す目標形状のプレス成形品１にプレス成形する第２成形工程と、を有するものである。以下、各工程について説明する。

＜第１成形工程＞
第１成形工程は、図１（ａ）に示すように、プレス成形品１の目標形状よりも高さ方向に大きな凹状の湾曲となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部３５を有する中間成形品３１をプレス成形する工程である。

本実施の形態において、一例として、目標形状のプレス成形品１のフランジ部７は平坦な形状とした。また、凹状に湾曲したフランジ部３５の高低差とは、フランジ部３５における高さ方向の位置が最も高い軸方向先端と高さ方向の位置が最も低い軸方向中央との高さ方向の差である。

そして、第１成形工程において、天板部３及びパンチ肩稜線部９は、それぞれ、プレス成形品１の目標形状と同じ形状に成形する。

＜第２成形工程＞
第２成形工程は、図１（ｂ）に示すように、第１成形工程でプレス成形した中間成形品３１のフランジ部３５の高低差が小さくなるように、中間成形品３１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形する工程である。

＜作用効果＞
本発明の実施の形態に係るプレス成形方法の作用効果について、図１に示すように、第１成形工程では軸方向に沿って高さ方向に凹状に湾曲（本実施の形態では曲率半径200mm）したフランジ部３５を成形し、第２成形工程でフランジ部３５の高低差が小さくなるように中間成形品３１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形する場合を例として、説明する。

図７に、第２成形工程の成形下死点におけるプレス成形品１の高さ方向の残留応力の分布を示す。
第１成形工程において成形されたフランジ部３５及びダイ肩稜線部３７は、第２成形工程において、軸方向に沿った湾曲の曲率が小さくなるように曲げ戻し変形される。

このとき、フランジ部３５及びダイ肩稜線部３７を曲げ戻し変形させる変形抵抗が軸方向両端側で集中的に生じるため、プレス成形品１の軸方向両端側における縦壁部５では金属板の降伏強度（＝880MPa）を超える塑性変形が生じる引張応力（本実施の形態では約1250MPa）が付与される。
これに対し、プレス成形品１の軸方向中央部における縦壁部５には、軸方向両端側で生じた引張応力の反力として絶対値が同程度の圧縮応力（本実施の形態では約-1000MPa）が生じる。

このように、第２成形工程においては、縦壁部５に塑性変形が生じる引張応力と圧縮応力が生じ、縦壁部５の表裏面の残留応力差を減少させることができる。
その結果、プレス成形品１を離型した後のスプリングバックによる縦壁部５の壁反りを抑制することができる。

上記の説明は、第１成形工程において、図８（ａ）に示すような凹状に湾曲した軸方向に沿って高さが変化するフランジ部３５を成形するものであった。もっとも、本実施の形態の他の態様として、図８（ｂ）に一例として示すように、第１成形工程において、プレス成形品１の目標形状よりも高さ方向に大きく凸状に湾曲するように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部４５を成形するものであってもよい。

この場合、第２成形工程においては、図９に示すように、中間成形品４１のフランジ部４５の高低差が小さくなるように、中間成形品４１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形する。ここで、凸状に湾曲したフランジ部４５の高低差とは、フランジ部４５における高さ方向の位置が最も高い軸方向中央と高さ方向の位置が最も低い軸方向先端との高さ方向の差である。

図１０に、第２成形工程の成形下死点におけるプレス成形品１の高さ方向の残留応力の分布を示す。
前述した凹状に湾曲したフランジ部３５を有する中間成形品３１の場合（図７）とは異なり、中間成形品４１をプレス成形品１にプレス成形すると、縦壁部５の縦壁高さが低い軸方向中央部に引張応力が生じ、軸方向両端側にはその反力として圧縮応力が生じる。このように縦壁部５に生じた引張応力及び圧縮応力はいずれも金属板の降伏強度（＝880MPa）を超えて塑性変形が起こる大きさである。これにより、中間成形品４１のフランジ部４５を凸状に湾曲した形状とした場合においても、縦壁部５における表裏面の残留応力差を減少させて壁反りを抑制させることができる。

また、本発明は、図２に示すような、ハット型断面形状のプレス成形品１をプレス成形するものに限らず、図１１に一例として示すような、天板部５３と縦壁部５５とフランジ部５７とを有してなるＺ字型断面形状のプレス成形品５１をプレス成形するものであってもよい。

さらに、第１成形工程でプレス成形する中間成形品のフランジ部は、図８に示すような軸方向の全長にわたって凹状又は凸状に湾曲した形状に限らず、図１２に一例として示すように、凹状に湾曲した形状と凸状に湾曲した形状とが組み合わさって目標形状よりも高さ方向に大きく凹凸状に湾曲し、軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部７５であってもよい。
このような凹凸状に湾曲したフランジ部７５の高低差とは、凸状に湾曲した部位における最も高い位置と凹状に湾曲した部位の最も低い位置との高さ方向の差である。

そして、第２成形工程において、凹凸状に湾曲したフランジ部７５の高低差が小さくなるように目標形状のフランジ部５７に成形することで、縦壁部５に塑性変形が生じる引張応力と圧縮応力を付与して表裏面の残留応力差を低減し、スプリングバックによる縦壁部５５の壁反りを抑制することができる。

このように、第１成形工程において凹状、凸状又は凹凸状に湾曲したフランジ部を成形する場合、湾曲の曲率（図８中の曲率ρ参照）は0よりも大きく0.5より小さいことが望ましい。
湾曲の曲率が0の場合、すなわち、平坦な形状の場合、第２成形工程において縦壁部に塑性変形が生じる引張応力と圧縮応力を付与できないため、壁反りを防ぐことができない。
湾曲の曲率が0.5以上の場合、曲率半径が小さくなりすぎて、第２成形工程において目標形状のフランジ部に成形する曲げ戻し抵抗が高くなり、割れが生じやすくなったり、金型自体が曲げ戻し抵抗に耐えられず変形したりする可能性がある。

また、第１成形工程でプレス成形するフランジ部は、上記のように凹状、凸状又は凹凸状に湾曲した形状に限らず、図１３に示すように、軸方向に沿って配設された複数の平面部８５ａと、隣接する平面部８５ａを連結する屈曲部８５ｂと、により、目標形状のフランジ部７よりも高さ方向に大きく凸状となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部８５であってもよい。
ここで、フランジ部８５の高低差とは、フランジ部８５における高さ方向における最も高い位置と最も低い位置との高さ方向の差である。

そして、第２成形工程において、フランジ部８５の高低差が小さくなるように、中間成形品８１を目標形状のプレス成形品１にプレス成形することで、縦壁部５に塑性変形が生じる引張応力及び圧縮応力を発生させることができ、縦壁部５の壁反りを抑制することができる。

なお、複数の平面部と屈曲部とから形成されたフランジ部としては、図１３に示すような高さ方向に凸状のフランジ部８５の他、例えば、高さ方向に凹状となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられたフランジ部（図示なし）であってもよい。
また、屈曲部の曲率（図１３中の曲率ρ’）に関しては、前述の湾曲したフランジ部と同様に、0よりも大きく0.5より小さいことが望ましい。

さらに、上記の説明は、図１に示すように、第２成形工程において平坦なフランジ部７を成形するものであったが、第２成形工程で成形する目標形状のフランジ部は、軸方向に沿って高さ方向に凹状又は凸状に湾曲した形状等、平坦な形状に限るものではない。

この場合であっても、第２成形工程において中間成形品のフランジ部の高低差が小さくなるように目標形状のフランジ部を成形することにより、塑性変形が生じる引張応力とその反力としての圧縮応力とを縦壁部に発生させる。これにより、縦壁部の表裏面の残留応力差を低減し、プレス成形品のスプリングバックによる縦壁部の壁反りを抑制することができる。

なお、本発明に係るプレス成形方法は、ブランクとして供する金属板や、プレス成形品の形状及び種類には特に制限はないが、プレス成形後の残留応力が高くなる金属板を用いてプレス成形した自動車部品に対してより効果がある。

具体的には、ブランクに関しては、引張強度が440MPa級以上1800MPa級以下、板厚が0.5mm以上4.0mm以上の金属板であることが好ましい。

引張強度が440MPa未満の金属板は、プレス成形品に生じる残留応力が小さくて壁反りによる寸法精度の悪化が相対的に起こりにくくなるため、本発明を用いる利点が少なくなる。もっとも、自動車外板等の部品剛性が低い部品や、ホイールハウスインナー等の高さが大きい部品に対しては、縦壁部の壁反りによる形状変化を受けやすくなるため、引張強度が440MPa未満の金属板であっても本発明を用いることが望ましい。

一方、引張強度の上限は特にないが、1800MPaを超える金属板は延性が乏しいため、プレス成形過程においてパンチ肩稜線部やダイ肩稜線部で割れが発生しやすく、プレス成形することができない場合がある。

さらに、プレス成形品の種類としては、例えば剛性が低いドアやルーフ、フード等の外板部品、高強度の金属板を使うＡピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドレール、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、クロスメンバー等の骨格部品等といった自動車部品に、本発明を好ましく適用することができる。

本発明に係るプレス成形方法の第１成形工程及び第２成形工程は、ドロー成形又はフォーム成形のいずれでもよいが、第２成形工程はフォーム成形の方が好ましい。フォーム成形はドロー成形よりも壁反りが起こりにくいため、第２成形工程で成形した縦壁部に新たに壁反りが発生することを防ぐことができる。

また、自動車部品等をプレス成形により製造する場合にあっては、一工程目で中間成形品をプレス成形した後、該中間成形品を製品形状のプレス成形品にリストライクする工程を行うことが多い。

そのため、本発明に係る第２成形工程を、製品形状のプレス成形品にリストライクする工程とすることで、工程数を増加させることなく、縦壁部の壁反りを抑制した製品形状のプレス成形品を得ることができて好ましい。

また、第１成形工程と第２成形工程は連続して行う必要はなく、第１成形工程と第２成形工程との間に中間成形品を切断するトリム工程や別の加工を施す成形工程等を挟んでもよい。
さらに、フランジ部を有しないコの字型断面形状やＬ字型断面形状を有するプレス成形品に本発明を適用してもよい。この場合、第２成形工程で成形したハット型断面形状やＺ字型断面形状のプレス成形品のフランジ部について、後工程でトリムすることを要するために歩留まりは低下するが、スプリングバックによる縦壁部の壁反りを抑制することができる。

実施例１では、本発明に係るプレス成形方法により図２に示すハット型断面形状のプレス成形品１をプレス成形し、縦壁部５の壁反りを抑制する効果について検証した。

成形対象としたプレス成形品１は、天板部３と縦壁部５とフランジ部７とを有するハット型断面形状であり、軸方向長さを100mm、高さを100mm、天板部の幅を85mm、フランジ部の幅を30mm、パンチ肩稜線部９及びダイ肩稜線部１１の曲率半径をいずれも9mmとした。

そして、金属板として、以下の表１に示す機械的特性を持つ冷延鋼板を用い、本発明に係るプレス成形方法の第１成形工程及び第２成形工程により、プレス成形品１をプレス成形した。

まず、第１成形工程においてはドロー成形により中間成形品をプレス成形し、続く第２成形工程においてはフォーム成形により天板部をパッドで押さえながら中間成形品を目標形状のプレス成形品にプレス成形した。ここで、第１成形工程におけるドロー成形のしわ押さえ力は5tonfとし、第２成形工程におけるパッドの板押さえ力は3tonfとした。
そして、プレス成形品１を金型から離型してスプリングバックした後の縦壁部５の縦壁高さ方向における曲率を測定し、縦壁部５の壁反り量を評価した。

実施例１では、発明例１～発明例８として、表２に示すように、第１成形工程における中間成形品のフランジ部の形状及び高低差を変更した。

中間成形品のフランジ部の形状は、軸方向に沿って高さ方向に凹状又は凸状に湾曲した形状とし、フランジ部の高低差は、軸方向中央と軸方向先端の高さの差とした。

第２成形工程における目標形状のプレス成形品のフランジ部は、平坦（曲率0mm^-1）又は凹状に湾曲した形状（曲率0.00125mm^-1）とした。目標形状のフランジ部を湾曲した形状とした場合においても、中間成形品のフランジ部は、目標形状よりも高さ方向に湾曲した形状、すなわち、目標形状のフランジ部の高低差よりも、中間成形品のフランジ部の高低差を大きくした。

比較対象として、ドロー成形により１工程で目標形状の金型によりプレス成形したプレス成形品と、前述した特許文献１のように、ドロー成形によりフランジ部にビード（図示なし）を設けて一工程でプレス成形したプレス成形品と、前述した図５のように、ドロー成形により目標形状よりも縦壁高さが低い中間成形品をプレス成形し、続いてフォーム成形により中間成形品を目標形状の縦壁高さにプレス成形したプレス成形品についても、縦壁部の壁反り量を評価した。なお、縦壁部の反り量は、天板部から縦壁部に至るパンチ肩Ｒの縦壁終端から、縦壁部からフランジ部に至るダイ肩Ｒの縦壁先端までの壁反りの曲率とした。

なお、比較対象としたプレス成形品のプレス成形においても、ドロー成形でのしわ押さえ力とフォーム成形での板押さえ力は、前述した発明例と同じ条件とした。
表２に、評価した縦壁部の壁反り量の結果を示す。

表２において、比較例１～比較例３及び発明例１～発明例６は、目標形状のプレス成形品のフランジ部が平坦な形状としたものである。

比較例１は、ドロー成形により１工程で目標形状の金型によりプレス成形品１をプレス成形するものである。
比較例１における縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央において0.0172mm^-1、軸方向先端において0.0168mm^-1であり、壁反りが発生した。

比較例２は、フランジ部にビードを設けてドロー成形したプレス成形品１をプレス成形したものである。
比較例２における縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央において0.0101mm^-1であり、比較例１に比べて低減したが、軸方向先端ではパンチ肩稜線部９と縦壁部５の境界付近で局所くびれ（金属板の耐力を超える引張応力が加わり、板厚が局所的に薄くなる成形不良）が生じて成形不良となった。

比較例３は、ドロー成形により目標形状のプレス成形品１よりも高さが低い中間成形品２１を成形し、続いてフォーム成形により目標形状の金型によりプレス成形品１をプレス成形したものである（図５参照）。
比較例３における縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央において0.0165mm^-1、軸方向先端において0.0154mm^-1であり、いずれも比較例１より減少したが、壁反り抑制の効果は小さかった。

発明例１～発明例３は、図８（ａ）に示すように、中間成形品３１のフランジ部３５を軸方向全長にわたって凹状に湾曲した形状とし、湾曲の曲率ρを変更してフランジ部３５の高低差を変更したものである。
発明例１～発明例３において、縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央及び軸方向先端のいずれにおいても、比較例１及び比較例３よりも減少し、壁反り抑制効果が得られた。
さらに、発明例１～発明例３を比較すると、フランジ部３５の湾曲の曲率を大きく（高低差を大きく）することで、壁反り量は減少し、壁反りをより抑制できた。

発明例４～発明例６は、図８（ｂ）に示すように、中間成形品４１のフランジ部４５を軸方向全長にわたって凸状に湾曲した形状とし、湾曲の曲率ρを変更してフランジ部４５の高低差を変更したものである。
発明例４～発明例６において、縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央及び軸方向先端のいずれにおいても、比較例１及び比較例３より減少し、発明例１～発明例３と同様に壁反り抑制効果が得られた。
さらに、発明例４～発明例６を比較すると、フランジ部４５の曲率を大きく（高低差を大きく）することで、縦壁部５の壁反り量は減少し、壁反りをより抑制できた。

比較例４及び発明例７は、軸方向に沿って凹状に湾曲したフランジ部を有するプレス成形品をプレス成形したものである。
比較例４はドロー成形により一工程で目標形状であるフランジ部の高低差を1.6mmとしたものである。
比較例４におけるプレス成形品の縦壁部の壁反り量は、軸方向中央において0.0165mm^-1、軸方向先端において0.0161mm^-1であった。
これに対し、フランジ部の高低差を第１成形工程で3.1mm、第２成形工程で1.6mmとする発明例７におけるプレス成形品の縦壁部の壁反り量は、軸方向中央において0.0110mm^-1、軸方向先端において0.0106mm^-1であり、いずれも、比較例４より減少し、壁反り抑制効果が得られた。

比較例５及び発明例８は、軸方向に沿って凸状に湾曲したフランジ部を有するプレス成形品をプレス成形したものである。
比較例５はドロー成形により一工程で目標形状であるフランジ部の高低差を1.6mmとしたものである。
比較例５における縦壁部の壁反り量は、軸方向中央において0.0167mm^-1、軸方向先端において0.0158mm^-1であった。
これに対し、フランジ部の高低差を第１成形工程で6.4mm、第２成形工程で1.6mmとする発明例８における縦壁部の壁反り量は、軸方向中央において0.0090mm^-1、軸方向先端において0.0110mm^-1であり、いずれも、比較例５より減少し、壁反り抑制効果が得られた。

実施例２では、本発明に係るプレス成形方法により図１１に示すＺ字型断面形状のプレス成形品５１をプレス成形し、縦壁部５５の壁反りを抑制する効果について検証した。

成形対象としたプレス成形品５１は、天板部５３と縦壁部５５とフランジ部５７とを有してなるＺ字型断面形状であり、プレス成形品５１の軸方向長さを400mm、高さを100mm、天板部５３の幅を92mm、パンチ肩稜線部５９及びダイ肩稜線部６１の曲率半径をいずれもR7mmとした。
金属板として、以下の表３に示す機械的特性を持つZn合金めっき鋼板を用い、本発明に係るプレス成形方法の第１成形工程及び第２成形工程により、プレス成形品５１をプレス成形した。

第１成形工程においては図１２に示す中間成形品７１をプレス成形し、続いて第２成形工程においては天板部５３をパッドで押さえながら中間成形品７１をプレス成形品５１にプレス成形した。ここで、第１成形工程及び第２成形工程はいずれもフォーム成形とし、パッドによる板押さえ力は10tonfとした。

そして、プレス成形品５１を金型から離型してスプリングバックした後の縦壁部５５の縦壁高さ方向の曲率を測定し、縦壁部５５の壁反り量を評価した。壁反り量は実施例１と同様の方法で行った。

実施例２では、中間成形品７１のフランジ部７５を凹凸状（側面視でサインカーブ状、軸方向の周期200mm）に湾曲した形状とし、フランジ部７５の高低差を変更した。また、目標形状とするプレス成形品５１のフランジ部５７の形状は平坦とした。

そして、比較例６として、ドロー成形により１工程で目標形状の金型によりプレス成形したプレス成形品５１について、縦壁部５５の壁反り量を評価した。ここで、ドロー成形におけるしわ押さえ力は5tonfとした。
表４に、評価した縦壁部５５の壁反り量の結果を示す。

比較例６における縦壁部５５の壁反り量は、軸方向中央において0.0102mm^-1、軸方向先端において0.0114mm^-1であり、壁反りが発生した。

発明例９～発明例１１において、縦壁部５５の壁反り量は、軸方向中央及び軸方向先端のいずれにおいても、比較例６よりも減少し、壁反り抑制効果が得られた。
さらに、発明例９～発明例１１を比較すると、中間成形品７１のフランジ部７５の高低差を大きくすることで、縦壁部５５の壁反り量は減少し、壁反りをより抑制できた。

実施例３では、本発明に係るプレス成形方法により図２（ａ）に示すハット型断面形状のプレス成形品１をプレス成形し、縦壁部５の壁反りを抑制する効果について検証した。

成形対象としたプレス成形品１の寸法と、プレス成形に供する金属板は、前述した実施例１と同様とし、本発明に係るプレス成形方法の第１成形工程及び第２成形工程により、プレス成形品１をプレス成形した。
ここで、第１成形工程におけるドロー成形のしわ押さえ力は5tonfとし、第２成形工程におけるフォーム成形のパッドの板押さえ力は3tonfとした。

第１成形工程では、図１３（ａ）に示すように、平面部８５ａと屈曲部８５ｂとにより軸方向に沿って高さ方向に凸状となるように高さが変化するフランジ部８５を有する中間成形品８１をドロー成形によりプレス成形した。
そして、続く第２成形工程では、フォーム成形により平坦なフランジ部７に成形した。
表５に、評価した縦壁部の壁反り量の結果を示す。壁反り量は実施例１と同様の方法で行った。

発明例１２及び発明例１３、フランジ部８５の高低差を10mmとし、屈曲部８５ｂの曲率を変更したものである。
発明例１２と発明例１３とを比較すると、屈曲部８５ｂの曲率を大きくすることにより、軸方向中央及び軸方向先端のいずれにおいても、縦壁部５の壁反り量は減少し、壁反りをより抑制できることがわかる。

発明例１４は、発明例１２及び発明例１３と比較して、フランジ部８５の高低差を小さくし、屈曲部８５ｂの曲率を大きくしたものである。
発明例１４における縦壁部５の壁反り量は、軸方向中央において0.0071mm^-1、軸方向先端において0.0078mm^-1であり、発明例１２及び発明例１３よりも壁反り量は減少し、壁反りをより抑制できた。

参考例１は、発明例１４と比較して、屈曲部８５ｂの曲率を大きくして0.5mm^-1としたものである。
参考例１においては、中間成形品８１をプレス成形する第１成形工程において、ダイ肩稜線部８７付近で割れが生じてしまい、プレス成形品１をプレス成形することができなかった。

１ プレス成形品
３ 天板部
５ 縦壁部
７ フランジ部
９ パンチ肩稜線部
１１ ダイ肩稜線部
２１ 中間成形品
２３ 縦壁部
２５ フランジ部
２７ ダイ肩稜線部
３１ 中間成形品
３３ 縦壁部
３５ フランジ部
３７ ダイ肩稜線部
４１ 中間成形品
４３ 縦壁部
４５ フランジ部
４７ ダイ肩稜線部
５１ プレス成形品
５３ 天板部
５５ 縦壁部
５７ フランジ部
５９ パンチ肩稜線部
６１ ダイ肩稜線部
７１ 中間成形品
７３ 縦壁部
７５ フランジ部
７７ ダイ肩稜線部
８１ 中間成形品
８３ 縦壁部
８５ フランジ部
８５ａ 平面部
８５ｂ 屈曲部
８７ ダイ肩稜線部

Claims (4)

1. 天板部と縦壁部とフランジ部とを有するプレス成形品のスプリングバックによる前記縦壁部の壁反りを抑制するプレス成形方法であって、
   前記天板部及びパンチ肩稜線部がそれぞれ前記プレス成形品の目標形状と同じ形状で、前記フランジが前記プレス成形品の目標形状よりも高さ方向に大きく凹状、凸状又は凹凸状となるように軸方向に沿って連続的に高さが変化して高低差が設けられた形状である中間成形品をプレス成形する第１成形工程と、
   前記中間成形品の前記フランジ部の高低差が小さくなるように、該中間成形品を目標形状の前記プレス成形品にプレス成形する第２成形工程と、を含むことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記第１成形工程における前記フランジ部は、軸方向に沿って高さ方向に凸状又は凹状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記第１成形工程における前記フランジ部は、軸方向に沿って配設された複数の平面部と隣接する前記平面部を連結する屈曲部とにより軸方向に沿って高さ方向に凸状又は凹状であることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
4. 前記プレス成形品のプレス成形に供するブランクを、引張強度が440MPa級～1800MPa級の金属板とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプレス成形方法。

Images