JP7080157B2 - プレス成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法および製造装置に関する。

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形状のプレス成形品が製造されるが、例えば断面形状をハット形に曲げ加工したサイドシル部材が製造される。サイドシル部材は、曲げ加工されるだけでなく、他部材との接合のため溶接部を形成するように張り出し加工されることがある。

例えば、特許文献１には、そのようなハット形への曲げ加工と、張り出し加工とを行って、製造されたプレス成形品が開示されている。

特開２００７－１４９７８号公報

上記溶接部には、正確な溶接を行うために高い面精度が求められる。プレス成形によって面精度の高い溶接座面を成形するためには高い成形荷重が必要となる。また、そのような溶接座面を形成するような張り出し加工は、「模様付け」とも称され、成形荷重は小さいが、大きなプレスストロークを要するハット形への曲げ加工に比べてプレスストローク（変形量）の小さい加工となることが多い。即ち、ハット形への曲げ加工と、上記「模様付け」の張り出し加工とでは、必要な荷重やストロークが大きく異なる。

１つのプレス成形装置で荷重やストロークが大きく異なる２つのプレス加工を何らの工夫なく同時に行うと、必要な箇所に必要な荷重が付加されず、必要なプレス荷重の合計がプレス機械の能力を超えた場合に溶接座面の面精度が確保されないおそれがある。面精度を確保しようとしてさらに高荷重を付加すると、プレス成形装置を損傷するおそれもある。また、高荷重を出力可能なプレス成形装置は高コストであり、導入困難であることも多い。

本発明は、プレス成形品の製造方法および製造装置において、変形量の小さなプレス加工と、変形量の大きなプレス加工とをそれぞれ高精度に実行することを課題とする。

本発明の第１の態様は、板材を準備し、前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行い、前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行うことを含む、プレス成形品の製造方法を提供する。

この方法によれば、第１プレス加工と第２プレス加工のように、板厚方向の変形量に応じて加工工程を分けているため、必要な箇所に必要な荷重を加えて高精度にプレス加工できる。具体的には、第１プレス加工では、板厚方向の変形量が相対的に小さいため、高荷重かつ短ストロークでの加工を容易に実現できる。第２プレス加工では、板厚方向の変形量が相対的に大きいため、低荷重かつ長ストロークでの加工を容易に実現できる。即ち、高荷重かつ短ストロークの第１プレス加工と、低荷重かつ長ストロークの第２プレス加工とを分けて実行できることにより、変形量の小さな第１プレス加工と、変形量の大きな第２プレス加工とをそれぞれ高精度に実行できる。ここで、異なる工程とは、第１プレス加工と第２プレス加工とで２回以上に分けてプレスすることをいう。

前記第１プレス加工は、張り出し加工であり、前記第２プレス加工は、曲げ加工であってもよい。

この方法によれば、変形量の小さな張り出し加工と、変形量の大きな曲げ加工とをそれぞれ高精度に実行できる。特に曲げ加工においては、大きな荷重を要する箇所に、十分な加工力を付与する事で精度を確保できる。

前記第１プレス加工で加工された部分の前記板材の面精度は、－０．３ｍｍから＋０．３ｍｍであってもよい。

この方法によれば、第１プレス加工で加工された部分が高い面精度を有するため、当該部分を溶接部として利用してプレス成形品を他の部材と容易に溶接できる。

前記板材は、高張力鋼からなってもよい。

この方法によれば、高張力鋼のように加工するために高荷重を要する板材を高精度にプレス成形できる。

前記プレス成形品は、自動車のサイドシル部材であってもよい。

この方法によれば、自動車のサイドシル部材のように衝突安全性能の観点から高強度を要する部材を高精度に製造できる。

本発明の第２の態様は、板材を準備し、前記板材を鉛直方向に対して傾斜して配置し、鉛直方向のプレス荷重をカム機構によって前記板材に垂直な方向の成形荷重に変換し、前記成形荷重によって前記板材をプレス加工することを含む、プレス成形品の製造方法を提供する。

この方法によれば、鉛直方向のプレス荷重を増幅して方向転換した成形荷重を得ることができる。即ち、カム機構を利用することによって、一般的によく使用される鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向から傾斜させた特定方向に方向転換させることができる。特に、この方向転換の際に、カム機構を介して高い反力が得られるため、プレス荷重が増幅される。従って、高荷重でのプレスを実現でき、高精度にプレス加工できる。

前記板材は、高張力鋼からなってもよい。

この方法によれば、高張力鋼のように加工するために高荷重を要する板材を高精度にプレス成形できる。

前記プレス成形品は、自動車のサイドシル部材であってもよい。

この方法によれば、前記プレス成形品は、自動車のサイドシル部材であってもよい。

本発明の第３の態様は、板材をプレス加工するプレス成形品の製造装置であって、前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行う第１金型と、前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行う第２金型と、前記第２金型を鉛直方向に駆動させてプレス荷重を発生させる駆動機構と、前記駆動機構の鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向に対して傾斜した特定方向に変換し、前記第１金型を前記特定方向に駆動させてプレス荷重を発生させるカム機構とを備える、プレス成形品の製造装置を提供する。

この構成によれば、前述のように、第１プレス加工と第２プレス加工のように、板厚の変形量に応じて金型を使い分けているため、必要な箇所に必要な荷重を加えて高精度にプレス加工できる。また、カム機構によって駆動機構の鉛直方向のプレス荷重を増幅して方向転換した成形荷重を得ることができる。

本発明によれば、プレス成形品の製造方法および製造装置において、プレス加工を変形量に応じて異なる工程に分けているため、変形量の小さな第１プレス加工と、変形量の大きな第２プレス加工をそれぞれ高精度に実行できる。また、高荷重が求められるプレス加工では、カム機構を利用することで、鉛直方向のプレス荷重を増幅して方向転換した成形荷重を得ることができる。

自動車の骨格を示す斜視図。 サイドシル部材の斜視図。 プレス成形装置の正面図 プレス成形品の製造方法の第１プレス加工前を示す正面図。 プレス成形品の製造方法の第１プレス加工後を示す正面図。 第１プレス加工前の平坦な板材を示す斜視図。 第１プレス加工後の模様付けされた板材を示す斜視図。 プレス成形品の製造方法の第２プレス加工前を示す端面図。 プレス成形品の製造方法の第２プレス加工後を示す端面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本実施形態のプレス成形品の製造方法は、板材をプレス加工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得る。以下では、本方法を使用してサイドシル部材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プレス加工と第２プレス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、板材１を張り出し加工（第１プレス加工）し、さらにハット形に曲げ加工（第２プレス加工）する装置である。板材１は、高張力鋼からなり、高い強度を有している。例えば、板材１として冷延合金化溶融亜鉛めっき鋼板を使用する場合には板材の厚みは０．８ｍｍから２．３ｍｍ程度である。

張り出し加工とは、図２の溶接部（溶接座面）２および凹部３を形成するための加工であり、いわゆる「模様付け」のための加工である。具体的には、ここでの張り出し加工は、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の加工をいう。また、ここでの曲げ加工とは、図２のように折曲部４を形成するための加工であり、具体的には板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい加工をいう。

本実施形態では、上記の張り出し加工（第１プレス加工）と曲げ加工（第２プレス加工）とをプレス成形装置１０を使用して実行する。

図３を参照して、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鉛直スライドプレート１２と、駆動機構１３とを備える。また、プレス成形装置１０は、張り出し加工を実行する第１金型２０と、曲げ加工を実行する第２金型３０（図８，９参照）とを備える。第１金型２０と第２金型３０は、１台のプレス成形装置１０に交換可能に取り付けられてもよいし、それぞれが取り付けられたプレス成形装置１０を２台用意してもよい。

張り出し加工を実行するプレス成形装置１０は、傾斜スライドプレート１４と、傾斜台１５と、第１金型２０とを備える。

傾斜スライドプレート１４は、鉛直スライドプレート１２に取り付けられている。傾斜スライドプレート１４および鉛直スライドプレート１２は、一体となって駆動機構１３によって鉛直方向に駆動される（矢印Ａ参照）。傾斜スライドプレート１４の下部側面は、鉛直方向に対して角度θ傾斜した傾斜面１４ａとなっている。

傾斜台１５は、固定台１１に取り付けられており、不動である。傾斜台１５の上部は、水平方向に対して角度θ傾斜した傾斜面１５ａとなっている。

図４，５は、図３の一部を図示したものであり、図４はプレス加工前、図５はプレス加工後を示している。第１金型２０は、ダイ２１と、パンチ２２とを備える。ダイ２１のプレス面２１ａは、鉛直方向に対して角度θ傾斜している。パンチ２２のプレス面２２ａもまた、鉛直方向に対して角度θ傾斜している。従って、パンチ２２のプレス面２２ａとダイ２１のプレス面２１ａは、平行であり、対向している。パンチ２２のプレス面２２ａとダイ２１のプレス面２１ａの形状は、張り出し加工を行う溶接部２および凹部３（図２参照）の形状に対応した凹凸形状を有している。

ダイ２１は、固定台１１に取り付けられており、不動である。一方、パンチ２２は、傾斜台１５に支持され、傾斜台１５上を摺動できるようにされている。パンチ２２のプレス面２２ａと反対側の面は、摺動面２２ｂとなっている。摺動面２２ｂは、鉛直方向に対して角度θ傾斜している。従って、摺動面２２ｂは、傾斜スライドプレート１４の傾斜面１４ａと平行である。摺動面２２ｂは、傾斜面１４ａと当接し、傾斜スライドプレート１４の傾斜面１４ａがパンチ２２の摺動面２２ｂ上を摺動できるようにされている。この摺動構造によって、鉛直方向（図４の矢印Ａ参照）のプレス荷重が鉛直方向に対して角度θ傾斜した特定方向（図５の矢印Ｂ参照）に変換される。従って、本実施形態では、傾斜スライドプレート１４とパンチ２２が、本発明のカム機構を構成している。

図４を参照して、第１プレス加工では、まず、ダイ２１に平坦な板材１（図６参照）をセットする。次いで、駆動機構１３によって、鉛直スライドプレート１２および傾斜スライドプレート１４が下降される。そして、カム機構によって、鉛直方向（図４の矢印Ａ参照）のプレス荷重が鉛直方向に対して傾斜した特定方向（図５の矢印Ｂ参照）のプレス荷重に変換され、パンチ２２に伝達される。このとき、鉛直方向のプレス荷重は、方向転換とともに１／ｓｉｎθ倍に増幅される。例えば、角度θ＝３０であればプレス荷重は２倍に増幅される。

図５を参照して、パンチ２２は、傾斜スライドプレート１４から力を受け、傾斜面１４ａ上を摺動する。そして、ダイ２１のプレス面２２ａと、パンチ２２のプレス面２２ａとで板材１を挟み込み、プレス加工する。図７を参照して、このようにして、板材１は張り出し加工され、板材１の中央部に凹部３が形成され、板材１の縁部に溶接部２が形成される。凹部３の深さ（板厚方向の変形量）は、例えば２ｍｍまたは３ｍｍ程度である。溶接部２の深さ（板厚方向の変形量）は、例えば２ｍｍまたは３ｍｍ程度である。溶接部２には正確な溶接のために高い面精度が求められ、例えば、－０．３ｍｍから＋０．３ｍｍまでの面精度が求められる。サイドシル部材１００（図２参照）において、このような面精度を達成するためには、例えば１５００ＭＰａ程度の荷重圧が必要となる。しかし、汎用のプレス成形装置でこの荷重圧を達成できるものは、非常に大型であり、導入コストも高い。これに対し、本実施形態では、カム機構によって増幅できるため、小型の汎用のプレス成形装置を使用して例えば１５００ＭＰａの高い荷重圧を達成し、高い面精度を有する溶接部２を容易に形成できる。

図８，９を参照して、曲げ加工を実行するプレス成形装置１０は、第２金型３０を備える。

第２金型３０は、固定台１１に取り付けられたダイ３１と、鉛直スライドプレート１２に取り付けられたパンチ３２とを備える。従って、ダイ３１は不動であり、パンチ３２は駆動機構１３によって鉛直スライドプレート１２ともに鉛直方向に駆動される。

パンチ３２は、センターパッド３２Ａと、センターパッド３２Ａの側方に配置されるサイド部３２Ｂとを備える。センターパッド３２Ａは、ばね３２Ｃによって昇降可能であり、板材１を抑える部分である。ダイ３１のプレス面３１ａおよびパンチ３２のプレス面３２ａは、曲げ加工される板材１のハット形に対応した凹凸形状を有している。

図８を参照して、第２プレス加工では、まず、ダイ３１に張り出し加工された板材１（図７参照）をセットする。張り出し加工された板材１は、いわゆる「模様付け」されたものであり、平坦な状態（図６参照）からの板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下である。次いで、駆動機構１３によって、鉛直スライドプレート１２およびパンチ３２が下降される。そして、図９を参照して、ダイ３１のプレス面３１ａと、パンチ３２のプレス面３２ａとで板材１を挟み込み、プレス加工する。このとき、まずセンターパッド３２Ａが板材１を押さえ、次にサイド部３２Ｂが板材１をプレス加工する。このプレス加工によって、板材１はハット形状に曲げ加工される（図２参照）。曲げ加工の変形量としては、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍よりも大きいものとなっている。

本実施形態のプレス成形品の製造方法によれば、以下のメリットがある。

張り出し加工と曲げ加工のように、板厚方向の変形量に応じて加工工程を分けているため、必要な箇所に必要な荷重を加えて高精度にプレス加工できる。具体的には、張り出し加工では、板厚方向の変形量が相対的に小さいため、高荷重かつ短ストロークでの加工を容易に実現できる。曲げ加工では、板厚方向の変形量が相対的に大きいため、低荷重かつ長ストロークでの加工を容易に実現できる。即ち、高荷重かつ短ストロークの張り出し加工と、低荷重かつ長ストロークの曲げ加工とを分けて実行できることにより、変形量の小さな曲げ加工と、変形量の大きな張り出し加工とをそれぞれ高精度に実行できる。

カム機構によって鉛直方向のプレス荷重を増幅して方向転換した成形荷重を得ることができる。従って、高荷重でのプレスを実現でき、高精度にプレス加工できる。

カム機構によって高荷重でのプレスを実現できる。高荷重の張り出し加工で成形された溶接部２は高い面精度を有するため、溶接部２を利用してサイドシル部材１００を他の部材と容易に溶接できる。

以上より、本発明の具体的な実施形態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。

上記実施形態では、張り出し加工の後に曲げ加工を実行する例を説明したが、曲げ加工の後に張り出し加工を実行してもよい。また、ここでは曲げ加工を本発明の第２プレス加工の一例として説明したが、曲げ加工に代えて深絞り加工を実行してもよい。ここでの深絞り加工とは、板厚方向の変形量が板厚の１０倍よりも大きい加工を対象とする。また、第２プレス加工としての曲げ加工や深絞り加工を必ずしも実行する必要はなく、カム機構を利用した張り出し加工のみを実行してもよい。さらに言えば、ここでは高い面精度を要する溶接部２を成形する張り出し加工を第１プレス加工の一例として説明したが、張り出し加工に限らず、板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下のいわゆる「模様付け」の加工であれば特に加工の態様は限定されない。

上記実施形態では、張り出し加工にてプレス面２１ａ，２２ａを鉛直方向に対して傾斜して配置したが、プレス荷重の増幅が必要なければ、傾斜して配置しなくてもよい。即ち、第１金型２０のプレス面２１ａ，２２ａも、図７，８に示す第２金型３０のプレス面３１ａ，３２ａのように水平方向に配置してもよい。

以上より、プレス成形品の製造方法は、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行い、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行うものを含む。また、プレス成形品の製造方法は、板材１を準備し、板材１を鉛直方向に対して傾斜して配置し、鉛直方向のプレス荷重をカム機構によって板材１に垂直な方向の成形荷重に変換し、成形荷重によって板材１をプレス加工するものを含む。また、プレス成形品の製造装置１０は、板材１をプレス加工するプレス成形品の製造装置であって、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行う第１金型２０と、板材１の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行う第２金型３０と、第２金型３０を鉛直方向に駆動させてプレス荷重を発生させる駆動機構１３と、駆動機構１３の鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向に対して傾斜した特定方向に変換し、第１金型２０を特定方向に駆動させてプレス荷重を発生させるカム機構とを備える。

上記実施形態では、プレス成形品としてサイドシル部材１００を例に説明したが、本方法および装置１０によって製造される対象はサイドシル部材１００に限定されず、自動車骨格のＢピラーやその他の部品であってもよい。

１ 板材
２ 溶接部
３ 凹部
４ 折曲部
１０ プレス成形装置
１１ 固定台
１２ 鉛直スライドプレート
１３ 駆動機構
１４ 傾斜スライドプレート
１４ａ 傾斜面
１５ 傾斜台
１５ａ 傾斜面
２０ 第１金型
２１ ダイ
２１ａ プレス面
２２ パンチ
２２ａ プレス面
２２ｂ 摺動面
３０ 第２金型
３１ ダイ
３１ａ プレス面
３２ パンチ
３２Ａ センターパッド
３２Ｂ サイド部
３２Ｃ ばね
３２ａ プレス面
１００ サイドシル部材

Claims (6)

1. 板材を準備し、
   前記板材を鉛直方向に対して傾斜して配置するとともに鉛直方向のプレス荷重をカム機構によって前記板材に垂直な方向の成形荷重に変換して前記成形荷重によって前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行い、
   前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行う
   ことを含む、プレス成形品の製造方法。
2. 前記第１プレス加工は、張り出し加工であり、
   前記第２プレス加工は、曲げ加工である、請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
3. 前記第１プレス加工で加工された部分の前記板材の面精度は、－０．３ｍｍから＋０．３ｍｍである、請求項１または請求項２に記載のプレス成形品の製造方法。
4. 前記板材は、高張力鋼からなる、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、自動車のサイドシル部材である、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。
6. 板材をプレス加工するプレス成形品の製造装置であって、
   前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍以下の第１プレス加工を行う第１金型と、
   前記板材の板厚方向の変形量が板厚の１０倍より大きい第２プレス加工を行う第２金型と、
   前記第２金型を鉛直方向に駆動させてプレス荷重を発生させる駆動機構と、
   前記駆動機構の鉛直方向のプレス荷重を鉛直方向に対して傾斜した特定方向に変換し、前記第１金型を前記特定方向に駆動させてプレス荷重を発生させるカム機構と
   を備える、プレス成形品の製造装置。

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