JP7052743B2

JP7052743B2 - 鋼板の成形加工方法および打ち抜き加工機

Info

Publication number: JP7052743B2
Application number: JP2019011011A
Authority: JP
Inventors: 智章伊原; 隼佑飛田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: US20200238360A1; JP2020116618A; US11383288B2

Description

本発明は、鋼板の成形加工方法および打ち抜き加工機に関する。

ハイテン材のプレス成形課題の一つに伸びフランジ割れが挙げられる。この伸びフランジ割れはせん断端面の残留歪みに起因して発生する。この残留歪みを低減する方法として、加熱する方法が既に知られている。また、残留歪み部を加熱方法として、プレス成形品の曲げ部を通電加熱して残留歪み除去する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平７－３０３９１９号公報

打ち抜き加工によって打ち抜かれた鋼板端部は加熱時の熱が行き渡りにくく残留歪みが除去しきれない、または、端部の残留歪みが除去される程度まで加熱すると、他の領域が加熱され過ぎて部分的に硬度が変化してしまう、という課題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、他の領域に過加熱を生じさせることなく打ち抜き端の残留歪みを除去できる鋼板の成形加工方法を提供するものである。

本発明の第１の態様における鋼板の成形加工方法は、抜きダイスに固定されたワークである鋼板を抜きパンチによって打ち抜く打ち抜き工程と、抜きパンチが鋼板を貫通した状態を保つことにより、抜きパンチを支持するパンチホルダに設けられた第１加熱電極と抜きダイスに設けられた第２加熱電極とを対向させ、抜き工程による打ち抜き端を含む鋼板の部分領域を加熱する加熱工程と、抜きパンチを抜きダイスから引き抜く引き抜き工程とを有する。このように、打ち抜き加工機のうちパンチホルダとその対向位置に加熱電極を設け、抜きパンチが鋼板を貫通した状態で通電することにより、打ち抜き端を十分加熱することができる。打ち抜き端を含む部分領域を加熱することにより、残留歪みを適切に除去できると共に、他の領域の過加熱を回避することができる。

上記の成形加工方法は、さらに、加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程とを有すると効果的である。熱を冷ました状態の鋼板に対して伸びフランジ工程を施せば、フランジ金型に生じるダメージを軽減することができる。

また、引き抜き工程は、打ち抜き端の検出温度に基づいて開始すると良い。適切な温度に到達した時点で抜きパンチを引き抜けば、残留歪みの除去を適切に行える上に、鋼板の軟化や硬化を回避することができる。また、パンチホルダと抜きダイスの相対位置は、抜きパンチの下死点において第１加熱電極と第２加熱電極が対向するように調整されていることが好ましい。このように調整されていれば、抜きパンチの複雑な位置制御を行わずにすむ。

また、上記のそれぞれの加熱電極は、鋼板に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であっても良く、この場合において加熱工程は、コイル電極を鋼板の表面に接触させずに部分領域を加熱する。このように誘導起電力を利用して加熱すれば、電極を鋼板の表面に接触させることなく加熱することができるので、電極の損傷を軽減することができる。このように誘導加熱を用いた場合、エッジ効果により効率よく打ち抜き端を加熱することができる。また、コイル電極の周辺部に絶縁体部が設けられていれば、上記の加熱工程は、当該絶縁体部を鋼板の表面に接触させて上記の部分領域を加熱すると良い。絶縁体部を接触させるのであれば、コイル電極の損傷を防ぎつつ、安定的に加熱を行うことができる。

本発明の第２の態様における打ち抜き加工機は、第１加熱電極が設けられ、ワークである鋼板を打ち抜く抜きパンチを支持するパンチホルダと、第２加熱電極が設けられ、鋼板が固定される抜きダイスと、抜きパンチが鋼板を貫通した状態で第１加熱電極と第２加熱電極が対向した場合に、抜きパンチによって打ち抜かれた鋼板の打ち抜き端を含む部分領域を加熱するように、第１加熱電極と第２加熱電極を通電する通電制御部とを備える。このように、打ち抜き加工機のうちパンチホルダとその対向位置に加熱電極を設け、抜きパンチが鋼板を貫通した状態で通電することにより、打ち抜き端を十分加熱することができる。打ち抜き端を含む部分領域を加熱することにより、残留歪みを適切に除去できると共に、他の領域の過加熱を回避することができる。

本発明の第３の態様における鋼板の成形加工方法は、抜きダイスに固定されたワークである鋼板を抜きパンチによって打ち抜く打ち抜き工程と、鋼板を抜きダイスに固定する固定治具に設けられた第１加熱電極と抜きダイスに設けられた第２加熱電極で、抜き工程による打ち抜き端を含む鋼板の部分領域を加熱する加熱工程とを有する。

本発明の第４の態様における打ち抜き加工機は、第２加熱電極が設けられ、ワークである鋼板が固定される抜きダイスと、第１加熱電極が設けられ、鋼板を抜きダイスに固定する固定治具と、抜きパンチによって打ち抜かれた鋼板の打ち抜き端を含む部分領域を加熱するように、第１加熱電極と第２加熱電極を通電する通電制御部とを備える。第３の態様における鋼板の成形加工方法、および、第４の態様における打ち抜き加工機によれば、打ち抜き加工機のうち鋼板の固定治具とその対向位置に加熱電極を設けて打ち抜き端を加熱する。したがって、ワークである鋼板のうち打ち抜き端を含む部分領域に加熱することができので、残留歪みを適切に除去できると共に、他の領域の過加熱を回避することができる。

本発明により、他の領域に過加熱を生じさせることなく打ち抜き端の残留歪みを除去できる鋼板の成形加工方法を提供することができる。

本実施形態に係る加工方法の工程を概略的に示す模式図である。加熱工程において加熱電極が鋼板に接触した状態の部分断面図である。他の打ち抜き加工機を用いた場合の加熱電極と鋼板の関係を示す部分断面図である。成形品の例を説明する図である。さらに他の打ち抜き加工機を用いた場合の加熱電極と鋼板の関係を示す部分断面図である。成形品の例を説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る加工方法の工程を概略的に示す模式図である。以下に説明する加工方法は、ワークとしての鋼板に穿孔を設け、当該穿孔の周縁を変形させて伸びフランジを成形するものである。全体としては大きく分けると、図１に示すように、鋼板を打ち抜く打ち抜き工程と、打ち抜き端を含む部分領域を加熱する加熱工程と、抜きパンチを引き抜く引き抜き工程と、加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程とを含む。

打ち抜き工程は、不図示の抜きダイスに固定された鋼板１００を、上型の支軸７１０と共に進退する抜きパンチ７１１によって打ち抜く工程である。加熱工程は、詳しくは後述するが、抜きパンチ７１１を保持するパンチホルダ７１２を鋼板１００に押し当てて、打ち抜き工程で形成された穿孔１１０の周縁を加熱する工程である。引き抜き工程は、加熱が終了した後に、抜きパンチ７１１を抜きダイスから引き抜く工程である。なお、図示するように、加熱工程によって加熱された領域は、鋼板１００の部分領域である、穿孔１１０の打ち抜き端を含む加熱領域１１１である。

放冷工程は、加熱工程で加熱された加熱領域１１１の熱を冷ます工程である。具体的には、鋼板１００が常温環境において一定時間放置される。伸びフランジ工程は、穿孔１１０にフランジ金型９００を挿入し、穿孔１１０の周縁部を塑性変形させて伸びフランジ１１３を形成する工程である。

打ち抜き工程によって穿孔１１０の周縁部に生じた残留歪みは、加熱工程で除去される。放冷後、伸びフランジ工程に導入されるため、加熱状態の鋼板１００に対して行うよりもフランジ金型９００に生じるダメージを軽減することができる。特に、本実施形態においては、後述するように、打ち抜き端まで十分に加熱することができるので残留歪みを良好に除去することができる。また、抜き打ち工程と引き抜き工程の間に加熱工程を行うことができるので、従来においては必要であった加熱装置に鋼板１００を設置して加熱を行う独立した加熱工程を省略することができ、一連の処理時間を短縮することができる。

図２は、加熱工程において加熱電極が鋼板１００に接触した状態の部分断面図である。具体的には穿孔１１０の中心軸を含む、打ち抜き加工機７０１と鋼板１００の部分的な断面を模式的に示す図である。加熱工程は、抜きパンチ７１１が鋼板１００を貫通した状態に保たれることにより一対の加熱電極である第１加熱電極７１３と第２加熱電極７２３が鋼板１００を挟み込み、これらの加熱電極に通電して実行する。具体的には、第１加熱電極７１３の電極面を鋼板１００の一面側に接触させ、第２加熱電極７２３の電極面を鋼板１００の他面側に接触させて通電する。

このときの加熱温度は、打ち抜き端１１２が２００℃以上Ａｃ１点未満となるように調整される。この温度範囲での加熱であれば、残留歪みの除去を適切に行える。特に、Ａｃ１点以上まで加熱してしまうと、鋼板１００がオーステナイト変態を起こしてしまい、空冷すると軟化して強度が低下し、流水等によって急冷すると硬度が増して伸びフランジ工程における成形性が低下してしまうので、Ａｃ１点未満に留めることが好ましい。

打ち抜き加工機７０１は、上型として、抜きパンチ７１１と、第１加熱電極７１３が設けられ、抜きパンチ７１１を着脱可能に支持するパンチホルダ７１２と、パンチホルダ７１２と一体的に設けられ、装着された抜きパンチ７１１を進退させる支軸７１０とを備える。第１加熱電極７１３は、パンチホルダ７１２に設けられているので、実質的に抜きパンチ７１１の根元近傍に位置する。また、下型として、第２加熱電極７２３が設けられ、鋼板１００が固定される抜きダイス７２０を備える。抜きダイス７２０は、打ち抜き時に抜きパンチ７１１と打ち抜き片を退避させるダイス穴７２１を備える。第１加熱電極７１３と第２加熱電極７２３は、抜きパンチ７１１が鋼板１００を貫通した状態で互いに対向し、それぞれ鋼板１００の表面と接触するように配置されている。

また、打ち抜き加工機７０１は、制御機構の一部として、第１加熱電極７１３と第２加熱電極７２３が鋼板１００に接触して互いに対向した場合に、第１加熱電極７１３と第２加熱電極７２３を通電する通電制御部を備える。通電が実行されると、図１に示した打ち抜き端１１２を含む加熱領域１１１が加熱される。このような一対の加熱電極の配置によって加熱領域１１１が加熱されると、打ち抜き端１１２を十分に加熱することができ、打ち抜き端１１２の周辺部に集中する残留歪みの除去を良好に行うことができる。また、加熱領域１１１は、鋼板１００全体の一部の領域であるので、不要な領域を加熱する電力を削減でき、軟化や硬化の原因となる過加熱を回避することができる。

なお、第１加熱電極７１３は、図示するような抜きパンチ７１１を取り囲む円環形状の電極の他に、抜きパンチ７１１の周囲に離散配置された複数の電極であっても良い。同様に、第２加熱電極７２３は、図示するようなダイス穴７２１を取り囲む円環形状の電極の他に、ダイス穴７２１の周囲に離散配置された複数の電極であっても良い。何れの場合も、第１加熱電極７１３および第２加熱電極７２３は、形成される穿孔１１０の打ち抜き端１１２を十分加熱できるように、抜きパンチ７１１またはダイス穴７２１の近傍に設けられる。

また、パンチホルダ７１２と抜きダイス７２０の相対位置は、抜きパンチ７１１が到達する最下端である下死点において第１加熱電極７１３と第２加熱電極７２３が互いに対向して鋼板１００に接触するように調整されている。例えば、使用者が、打ち抜き加工機７０１の使用に先立ち、鋼板１００の厚さに応じて支軸７１０の初期位置を上下方向に修正することにより、パンチホルダ７１２と抜きダイス７２０の相対位置を調整する。このように調整されていれば、抜きパンチ７１１の複雑な位置制御を行わずにすむ。

加熱工程による加熱時間は、予め設定しておいた時間でも良いし、打ち抜き端１１２が予め設定しておいた温度に到達するまでの時間でも良い。後者の場合は、例えば、抜きダイス７２０のうち、第２加熱電極７２３とダイス穴７２１の壁面の間に温度センサを設けて温度を検出すると良い。引き抜き工程は、このような加熱時間の経過後に開始される。適切な温度に到達した時点で抜きパンチ７１１を引き抜けば、残留歪みの除去を適切に行える上に、鋼板１００の軟化や硬化を回避することができる。

図３は、他の打ち抜き加工機７０３を用いた場合の加熱電極と鋼板１００の関係を示す部分断面図である。図３は、図２と同様に穿孔１１０の中心軸を含む、打ち抜き加工機７０３と鋼板１００の部分的な断面を模式的に示す図である。

図示する一対の加熱電極は、交流電流を通電することにより鋼板１００に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であり、第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３から構成される。第１加熱コイル７３３は、周囲を絶縁体である第１支持体７３５に囲まれており、第２加熱コイル７４３は、周囲を絶縁体である第２支持体７４５に囲まれている。加熱工程は、抜きパンチ７３１が鋼板１００を貫通した状態に留められることにより第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３が鋼板１００を挟んで対向し、これらの加熱コイルに通電して実行する。

加熱時には、第１支持体７３５および第２支持体７４５が鋼板１００の表面に接触されている。その結果、第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３の距離が安定するので、温度制御を行いやすい。また、第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３が鋼板１００の表面に直接接触することがないので、電極の損傷を軽減することができる。なお、加熱する温度範囲は、打ち抜き加工機７０１の場合と同様である。

打ち抜き加工機７０３は、上型として、抜きパンチ７３１と、第１支持体７３５に支持された第１加熱コイル７３３が設けられ、抜きパンチ７３１を着脱可能に支持するパンチホルダ７３２と、パンチホルダ７３２と一体的に設けられ、装着された抜きパンチ７３１を進退させる支軸７３０とを備える。また、下型として、第２支持体７４５に支持された第２加熱コイル７４３が設けられ、鋼板１００が固定される抜きダイス７４０を備える。抜きダイス７４０は、打ち抜き時に抜きパンチ７３１と打ち抜き片を退避させるダイス穴７４１を備える。第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３は、抜きパンチ７３１が鋼板１００を貫通した状態で互いに対向するように配置されている。

また、打ち抜き加工機７０３は、制御機構の一部として、第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３が互いに対向した場合に、第１加熱コイル７３３と第２加熱コイル７４３を通電する通電制御部を備える。通電が実行されると、図１に示した打ち抜き端１１２を含む加熱領域１１１が加熱される。このような一対の加熱コイルの配置によって加熱領域１１１が加熱されると、打ち抜き加工機７０１と同様に、打ち抜き端１１２を十分に加熱することができ、打ち抜き端１１２の周辺部に集中する残留歪みの除去を良好に行うことができる。

また、パンチホルダ７３２と抜きダイス７４０の相対位置は、抜きパンチ７３１が到達する最下端である下死点において第１支持体７３５が鋼板１００と接触するように調整されている。また、加熱工程による加熱時間は、打ち抜き加工機７０１と同様に調整し得る。

以上説明した加工方法によって成型される成形品の例を説明する。図４は、成形品の一例として、車両のサスペンションに用いられるＦＲロアアーム２００を説明する図である。点線で囲んだ部分を拡大して示すように、ＦＲロアアーム２００のブッシュ圧入部２１０は、上述した加工方法によって形成される。

図５は、さらに他の打ち抜き加工機７０５を用いた場合の加熱電極と鋼板１００の関係を示す部分断面図である。打ち抜き加工機７０５は、打ち抜き加工機７０１、７０３のように穿孔を設けるものではなく、鋼板１００のうち不要部分を切り落とす打ち抜き加工機である。

打ち抜き加工機７０５は、上型として、抜きパンチ７５１を備える。また、下型として、第２加熱電極７６３が設けられ、鋼板１００が固定される抜きダイス７６０を備える。鋼板１００は、第１加熱電極７５３が埋め込まれた固定治具７５２によって抜きダイス７６０に固定される。固定治具７５２で鋼板１００を固定すると、第１加熱電極７５３と第２加熱電極７６３は、それぞれ鋼板１００の表面と接触して互いに対向する。

また、打ち抜き加工機７０５は、制御機構の一部として、抜きパンチ７５１によって打ち抜かれた鋼板１００の打ち抜き端を含む部分領域を加熱するように、第１加熱電極と第２加熱電極を通電する通電制御部を備える。通電が実行されると、打ち抜き端を含む加熱領域が加熱される。このような一対の加熱電極の配置によって加熱領域が加熱されると、打ち抜き端を十分に加熱することができ、打ち抜き端の周辺部に集中する残留歪みの除去を良好に行うことができる。また、加熱領域は、鋼板１００全体の一部の領域であるので、不要な領域を加熱する電力を削減でき、軟化や硬化の原因となる過加熱を回避することができる。

なお、この場合の加工方法は、図１に対応する加熱工程と引き抜き工程の順序は問わない。すなわち、抜きダイス７６０に固定されたワークである鋼板１００を抜きパンチ７５１によって打ち抜く打ち抜き工程と、第１加熱電極７５３と第２加熱電極７６３で、抜き工程による打ち抜き端を含む鋼板１００の部分領域を加熱する加熱工程とを含めば良い。また、鋼板１００が抜きダイス７６０に固定されたまま加熱工程を行うことができるので、従来においては必要であった加熱装置に鋼板１００を設置して加熱を行う独立した加熱工程を省略することができ、一連の処理時間を短縮することができる。

このような加工方法によって成型される成形品の例を説明する。図６は、成形品の一例として、車両の窓柱に用いられるＡピラーロア３００を説明する図である。伸びフランジ工程は、不要部分を切り落とした打ち抜き端に対してフランジ金型を押し当てて伸びフランジを成形する。Ａピラーロア３００の伸びフランジ成形部３１０は、このようにして成形される。

１００鋼板、１１０穿孔、１１１加熱領域、１１２打ち抜き端、１１３伸びフランジ、２００ＦＲロアアーム、２１０ブッシュ圧入部、３００Ａピラーロア、３１０伸びフランジ成形部、７０１、７０３、７０５打ち抜き加工機、７１０、７３０支軸、７１１、７３１、７５１抜きパンチ、７１２、７３２パンチホルダ、７１３、７５３第１加熱電極、７２０、７４０、７６０抜きダイス、７２１、７４１ダイス穴、７２３、７６３第２加熱電極、７３３第１加熱コイル、７３５第１支持体、７４５第２支持体、７４３第２加熱コイル、７５２固定治具、９００フランジ金型

Claims

抜きダイスに固定されたワークである鋼板を抜きパンチによって打ち抜く打ち抜き工程と、
前記抜きパンチが前記鋼板を貫通した状態を保つことにより、前記抜きパンチを支持するパンチホルダに設けられた第１加熱電極と前記抜きダイスに設けられた第２加熱電極とを対向させ、前記抜き工程による打ち抜き端を含む前記鋼板の部分領域を加熱する加熱工程と、
前記抜きパンチを前記抜きダイスから引き抜く引き抜き工程と
を有する鋼板の成形加工方法。
前記加熱工程による熱を冷ます放冷工程と、
前記打ち抜き端に対して伸びフランジを成形する伸びフランジ工程と
を有する請求項１に記載の鋼板の成形加工方法。
前記引き抜き工程は、前記打ち抜き端の検出温度に基づいて開始する請求項１または２に記載の鋼板の成形加工方法。
前記抜きパンチの下死点において前記第１加熱電極と前記第２加熱電極が対向するように、前記パンチホルダと前記抜きダイスの相対位置が調整されている請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼板の成形加工方法。
前記第１加熱電極と前記第２加熱電極はそれぞれ、前記鋼板に誘導起電力を生じさせて加熱を行うコイル電極であり、
前記加熱工程は、前記コイル電極を前記鋼板の表面に接触させずに前記部分領域を加熱する請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼板の成形加工方法。
前記加熱工程は、それぞれの前記コイル電極の周辺部に設けられた絶縁体部を前記鋼板の表面に接触させて前記部分領域を加熱する請求項５に記載の鋼板の成形加工方法。
第１加熱電極が設けられ、ワークである鋼板を打ち抜く抜きパンチを支持するパンチホルダと、
第２加熱電極が設けられ、前記鋼板が固定される抜きダイスと、
前記抜きパンチが前記鋼板を貫通した状態で前記第１加熱電極と前記第２加熱電極が対向した場合に、前記抜きパンチによって打ち抜かれた前記鋼板の打ち抜き端を含む部分領域を加熱するように、前記第１加熱電極と前記第２加熱電極を通電する通電制御部と
を備える打ち抜き加工機。
抜きダイスに固定されたワークである鋼板を抜きパンチによって打ち抜く打ち抜き工程と、
前記鋼板を前記抜きダイスに固定する固定治具に設けられた第１加熱電極と前記抜きダイスに設けられた第２加熱電極で、前記抜き工程による打ち抜き端を含む前記鋼板の部分領域を加熱する加熱工程と
を有する鋼板の成形加工方法。
第２加熱電極が設けられ、ワークである鋼板が固定される抜きダイスと、
第１加熱電極が設けられ、前記鋼板を前記抜きダイスに固定する固定治具と、
抜きパンチによって打ち抜かれた前記鋼板の打ち抜き端を含む部分領域を加熱するように、前記第１加熱電極と前記第２加熱電極を通電する通電制御部と
を備える打ち抜き加工機。