JP7070287B2 - プレス成形部品の製造方法、及びプレス成形部品 - Google Patents

Description

本発明は、主に自動車等で用いる部材の製造において、金属板をプレス成形してフランジを成形するプレス成形部品の製造方法、及びプレス成形部品に関する。

ピラーやメンバーなどの自動車用部品は、鋼板をフランジ加工して部品が製造される。フランジ加工の方法としては、金型を用いて金属板を挟みプレス成形し、金属板を曲げることでフランジ部を成形する方法が知られている。プレス成形により、一部が金属板の内方に凹んだ曲げ線に沿って曲げ成形する場合には、内方に凹んだ箇所でフランジ部の端部が引張応力を受け、伸び変形が発生する場合がある。このような成形を、伸びフランジ成形という。

伸びフランジ成形においては、伸び変形が金属板の変形限界を超えると、フランジ端部に割れが発生する。この割れを伸びフランジ割れという。伸びフランジ割れは、特に、高強度鋼板を用いた場合に発生しやすい。

特許文献１は、割れが発生しやすい部位の端面の状態を改善し、伸びフランジ割れの発生を抑制する方法を開示している。

特許文献２は、プレス金型によって余肉を付与することにより、プレス成形品の寸法精度を向上し、伸びフランジ割れを防止する方法を開示している。

特許文献３及び特許文献４は、伸びフランジ割れの発生しにくいブランク形状を用いて、フランジ成形時の伸びフランジ破断を回避する方法を開示している。

特開２００９－２５５１６７号公報 特開２００８－１１９７３６号公報 特開２００９－２１４１１８号公報 特開２００９－１６０６５５号公報

プレス成形を必要とする自動車用部品に、軽量化のため、高強度鋼板を使用するケースが増えている。近年、使用される鋼板の強度がさらに高くなり、板厚が薄くなっている。すなわち、成形が難しい素材を用いることが増えている。

本発明は上記の事情に鑑み、板厚の薄い高強度鋼板のような成形が難しい素材を用いた場合であっても、製品形状の自由度を低下させることなく、簡便な方法で伸びフランジ割れを防止する方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、高強度鋼板のプレス成形において伸びフランジ割れを防止する方法について鋭意検討した。引張変形を小さくするためには、変形を分散させればよいことは知られている。

本発明者らの検討の結果、フランジアップ成形の際に適当な曲げ稜線形状を与えることで、変形を容易に分散することが可能となり、材料端部の引張変形を低減することが可能となり、これにより板厚の減少率を小さくし、伸びフランジ割れを防止することができることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づき、さらに検討を重ねてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

（１）一部が内方に凹んだ曲率部を有する外周縁を有する天板部と、上記外周縁を曲げ線として曲げ成形されたフランジ部を備えるプレス成形部品を製造する方法であって、ブランクの一部に、上記曲げ線の曲率部と交差するように、上記ブランクの面外方向に凸状に湾曲した湾曲部を形成し、その後、上記曲げ線に沿って、上記湾曲部が凸状に湾曲する方向と反対の方向に曲げ成形してフランジ部を成形することを特徴とするプレス成形部品の製造方法。

（２）フランジ部を成形した後、前記湾曲部を含むブランク面を平坦にする加工を行うことを特徴とする前記（１）のプレス成形部品の製造方法。

（３）一部が内方に凹んだ曲率部を有する外周縁を有する天板部と、上記外周縁に沿って曲げ成形されたフランジ部を備え、上記天板部上に、上記外周縁の曲率部と交差するように形成された、上記天板部の面外方向に凸状に湾曲した湾曲部を有することを特徴とするプレス成形部品。

本発明によれば、製品形状の自由度を低下させることなく、簡便な方法で伸びフランジ割れを防止することができる。

従来のプレス成形部品の製造方法を説明する図である。 天板部となる内方に凹状に湾曲している曲げ線を有するブランクの例を示す図である。 本発明のプレス成形部品の製造方法における、ブランクの湾曲部を説明する図である。 本発明のプレス成形部品の製造方法を説明する図である。 本発明のプレス成形部品の製造方法における、フランジアップ成形時の変形を説明する図である。 本発明のプレス成形部品の製造方法における、湾曲部のフランジアップ成形時の変形の概略を示す図である。 本発明のプレス成形部品の製造方法における、ブランクの湾曲部の幅を説明する図である。 実施例において対象とした成形部品を説明する図である。 従来のプレス成形部品の製造方法を用いて成形部品を製造した場合のフランジ端の板厚減少率の例である。 本発明のプレス成形部品の製造方法を用いて成形部品を製造した場合のフランジ端の板厚減少率の例である。 本発明のプレス成形部品の製造方法を用いて成形部品を製造した場合のフランジ端の板厚減少率の他の例である。 本発明のプレス成形部品の製造方法と逆向きにブランクに湾曲部を製造した比較例のフランジ端の板厚減少率の他の例である。

はじめに、従来のプレス成形方法によりフランジアップ成形を行う方法について説明する。図１に示すように、ブランク１２をパンチ１１とホルダー１３で拘束し、パンチ１１とダイス１４を相対移動させる。これにより、ブランク１２を加圧して、フランジを形成する。

この時、図２に示すように、フランジアップ成形の曲げ線２１がブランク１２の天板部となる内方に凹状に湾曲し曲率部２２を有する場合、フランジ中央部には引張応力が集中し、割れが生じやすい状態となる。

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態のプレス成形方法は、一部が内方に凹んだ外周縁を有する天板部と、凹状外周縁に沿って曲げ成形されたフランジ部を有する成形部品を製造するにあたり、ブランクをパンチとホルダーで拘束し、ダイスに当ててフランジアップ成形する際に、フランジアップの際の曲げ線をブランク面外に湾曲させてからフランジアップを行う。

本実施形態のプレス成形方法では、図３（ａ）に示すように、平板であるブランク１２に、内方に凹んだフランジアップ成形時の曲げ線２１の曲率部２２と交差するように、ブランクが面外方向に湾曲した湾曲部３１を形成する。湾曲部は凸状で、フランジアップの方向とは反対の方向に凸になるように形成する。図３（ｂ）に示すように、曲率部２２と交差する湾曲部３１以外にさらに湾曲部を設けてもよい。

また、湾曲部は、図４（ａ）に示す湾曲部３１のように曲げ線の曲率部と交差する箇所が周囲のブランク面に対して湾曲した構造でもよいし、図４（ｂ）に示す湾曲部３１のように曲げ線の曲率部と交差する箇所が周囲のブランク面に対して凸であれば、その外側にさらに湾曲部を設けてもよく、曲げ線の曲率部と交差する箇所の湾曲部３１がブランク面に対して最も凸である必要はない。また、湾曲部３１がブランクの面外方向に凸とは、その周囲に対してブランクの面外方向に凸であれば、図４（ｂ）のように、湾曲部３１が元のブランク面と同じ高さであってもよい。

フランジアップ成形の前に湾曲部を設ける成形方法は、図１に示した従来のフランジアップ成形と同様に行うことができるが、用いるパンチとホルダーに特徴がある。図５に具体的なパンチ、ホルダーの一例を示す。ビード５１を設けたパンチ１１とホルダー１３でブランクを拘束し、ダイスとパンチ１１を相対移動する。これによりブランクが加圧され、パンチ１１とホルダー１３に設けられたビード５１によってブランクが湾曲し、ブランクが面外方向に湾曲した湾曲部が形成される。そして、さらにダイスとパンチ１１を相対移動することにより、天板部、及びフランジ部を有する成形部品が成形される。

この方法によれば、ダイスとパンチを一度相対移動させることによって、フランジ面を成形する際の曲げ線をブランク面外方向に湾曲させる工程と、ブランクをパンチとホルダーで拘束し、ダイスに当ててフランジアップ成形する工程をともに実施することができる。すなわち、この方法によれば、フランジ部が成形される前にブランクが湾曲し、曲げ線がブランクの面外方向に湾曲した状態でフランジアップ成形がされる。

上述のとおり、曲げ線の曲率部と交差する箇所の湾曲部３１がブランクの面外方向に凸とは、その周囲に対してブランクの面外方向に凸であればよいので、曲げ線の曲率部と交差する箇所の周囲を加工することにより、曲げ線の曲率部と交差する箇所をその周囲に対して湾曲した形状としてもよい。

このようにすることにより、図６に示すように、フランジアップ成形時に、平板部とフランジ部の形状が曲げ稜線を境界として一致するように曲げ線を与え、ブランクが湾曲面を横切る平面で一方を鏡映変換するような変形をし、フランジの端部に引張応力を集中させずにフランジアップ成形ができる。

ブランクに設ける湾曲部の幅Ｗ_Ｃは、図７に示すように、曲げ線２１の曲率部２２の幅Ｗ_Ｒに対して５０～１５０％の幅とするのがよい。また、湾曲部の凸部の深さは成形するフランジの高さ（図８（ｂ）を参照）の１０～１００％の深さとするのがよい。

フランジアップ成形後は、天板部に残った湾曲部をプレスでつぶす等の方法で加工し、湾曲部を含む天板部（ブランク面）を平坦とする加工を施してもよい。

本発明のプレス成形方法が対象とする金属板は、特定の材料に限定されないが、特に、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板に対して有効である。

金属板の厚さは、特に限定されない。プレス成形によるフランジアップ成形が可能な板厚を備えていればよい。高強度鋼板の場合、たとえば、０．８～６．０ｍｍが例示できる。

本発明に使用するプレス機は特に制限されるものではなく、一般的に使用されるプレス機を用いればよい。

以上説明したとおり、本発明によれば、一般的なプレス機を用いたプレス成形により製造されるフランジを有するプレス成形部品の引張応力の集中を緩和することが可能となり、その結果、フランジ端の板厚の減少を低減でき、フランジ端部における割れを低減することができる。本発明によれば、引張強度の高い、好ましくは引張強度９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を用いた場合にも板厚の減少を低減させることが可能である。

また、引張応力が集中することを緩和し、応力を分散させることができるので、スプリングバックの低減効果も期待できる。

なお、上記のパンチやホルダー等の形状を変えることにより、上述したプレス成形部品の例に限定されず、様々な形状のプレス成形部品が製造可能であることは明らかである。本発明は、上記の例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲で異なる態様で実施することもでき、本発明の技術思想の範囲の変形も本発明に含まれることはいうまでもない。

本発明の効果を検証するため、従来の方法と本発明の方法によるプレス成形を有限要素法による解析で検証した。解析に用いたソフトウエアはＬＳＴＣ社製のＬＳ－ＤＹＮＡバージョン９７１であり、動的陽解法を用いた。

図８に、対象とした成形部品の形状を示す。（ａ）に示す形状のブランクを成形し、（ｂ）に示す形状の成形部品を製造する場合について解析した。評価はフランジ端部の板厚減少率で行った。

図９は、従来のプレス成形方法を用いて製造したフランジを有するプレス成形部品の板厚減の例を示す。この例では、ブランク端部の板厚の減少率は１４．２％であった。

図１０は、本発明のプレス成形方法を用いて製造したフランジを有するプレス成形部品の板厚減の例であり、図３、図４の（ａ）に示すように、フランジアップの方向と反対向きに凸となるように曲げ線を面外方向に湾曲させたのち、フランジ面を成形したものである。フランジ端中心部の板厚の減少率は０．６％であり、従来法に比較して低減された。なお、変形が分散したため周辺部の板厚の減少率が従来法に比較して大きくなっているが、従来法のフランジ端中心部の板厚の減少率よりは小さく、全体として引張応力の集中の度合いは低くなっているので、従来法と比較して成形品の伸びフランジ割れを防止することが可能となる。

図１１は、本発明の方法による他の実施例の板厚減の例であり、図３、図４の（ｂ）に示すように、フランジアップの方向と反対向きに凸となるように曲げ線を面外方向に湾曲させたのち、フランジ面を成形したものである。フランジ端中心部の板厚の減少率は５．４％であり、従来法に比較して低減された。図１１の例では、中央の湾曲部の外側にさらに湾曲部を設けたことにより、変形がより効率的に分散し、周辺部の板厚の減少率も最も大きいところでも９．６％とさらに小さくなっており、さらに効果的に成形品の伸びフランジ割れを防止することが可能となる。

図１２は比較例であり、図１０、図１１の例とは逆向きに凸のビードを設けたパンチ、ホルダーを用いることにより、（ａ）のようにフランジアップの方向と同じ向きに凸となるように曲げ線を面外方向に湾曲させたのち、フランジ面を成形した例である。この場合、ビード部の変形は鏡映変換とはならず、箇所（ｂ）に示すようにかえってフランジ端中心部に引張応力が集中することとなり、板厚の減少率が２２．３％と大きくなった。

１１ パンチ
１２ ブランク
１３ ホルダー
１４ ダイス
２１ 曲げ線
２２ 曲率部
３１ 湾曲部
５１ ビード
Ｗ_Ｒ 曲率部の幅
Ｗ_Ｃ 湾曲部の幅

Claims (3)

1. 一部が内方に凹んだ曲率部を有する外周縁を有する天板部と、上記外周縁を曲げ線として曲げ成形されたフランジ部を備えるプレス成形部品を製造する方法であって、
   ブランクの一部に、上記曲げ線の曲率部と交差するように、上記ブランクの面外方向に凸状に湾曲した湾曲部を形成し、
   その後、上記曲げ線に沿って、上記湾曲部が凸状に湾曲する方向と反対の方向に曲げ成形してフランジ部を成形する
   ことを特徴とするプレス成形部品の製造方法。
2. フランジ部を成形した後、前記湾曲部を含むブランク面平坦にする加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形部品の製造方法。
3. 一部が内方に凹んだ曲率部を有する外周縁を有する天板部と、
   上記外周縁に沿って曲げ成形されたフランジ部を備え、
   上記天板部上に、上記外周縁の曲率部と交差するように形成された、上記天板部の面外方向に凸状に湾曲した湾曲部を有する
   ことを特徴とするプレス成形部品。

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