JP7111063B2 - プレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブランクを断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状にプレス成形するプレス成形装置に関する。

自動車車体を構成する部品のうちシャシー・足回り部品においては、板厚2mm以上の部品が多く、これらの部品の曲げ部の曲げ内側は曲げ加工時に局所的に大きな圧縮力を受けて、微小な座屈しわが生じる場合がある。そして、このような曲げ部の曲げ内側に生じた微小な座屈しわが、部品の疲労亀裂の起点となり、疲労強度を低下させることがある。

金属板材を曲げ加工した曲げ部の疲労強度を向上する技術として、例えば、特許文献１には、金属板に形成された貫通孔の周囲の縁に設けられたバーリング加工部を成形する過程において、該バーリング加工部の根元を構成する曲部の曲げの内側面に局所的に圧縮応力を集中させることで、前記内側面にしわが生じるのを抑制することができる装置が開示されている。

特開２０１８－５１６０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、コイニング加工によりバーリング加工部を成形する装置であり、自動車部品に用いられるような断面ハット形状のプレス成形品に適用することは困難である。
そのため、断面ハット形状のプレス成形品のような断面略Ｌ字状に曲げ加工された曲げ部を有する形状のプレス成形する過程において、当該曲げ部の内側に生じる微小な座屈しわを抑制する技術が望まれていた。

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、ブランクを、断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状にプレス成形するに際し、該曲げ部の内側に微小な座屈しわが生じるのを抑制することができるプレス成形装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形装置は、ブランクを断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状にプレス成形するものであって、ダイ肩部と、ダイ中央部と、前記ダイ肩部と前記ダイ中央部との間に設けられた溝形状のダイ溝部と、を有するダイと、前記ダイ溝部に対向して設置されて、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ内側に相当する部位に当接するパンチ肩部を有するパンチと、前記ダイ溝部に配置されるとともに、前記ダイ中央部よりも前記パンチ側に突出し、かつ前記ダイ溝部の溝底側に移動可能に支持されて、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ外側に相当する部位に当接するパッド肩部を有するダイ側パッドと、前記ダイ中央部に対向して配置されるとともに、前記パンチよりも前記ダイ側に突出し、かつ前記ダイと反対側に移動可能に支持されて、前記ブランクを載置するブランク載置面部を有するパンチ側パッドと、を備え、前記ブランク載置面部に載置された前記ブランクに前記ダイ中央部が当接するまで前記ダイが前記パンチ側に相対移動し、前記ダイ側パッドの前記パッド肩部が前記ブランクに前記曲げ部の曲げ方向と逆向きの逆曲げ部を形成し、前記ダイ中央部が前記ブランクに当接したまま前記ダイが前記パンチ側に成形下死点まで相対移動し、前記パンチ側パッド及び前記ダイ側パッドがそれぞれ移動することにより、前記パンチ肩部が前記逆曲げ部をしごいて前記曲げ部を形成する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、前記ダイは、前記ダイ肩部から前記ダイ溝部と反対側に連続するダイ側板押え面部を有し、該ダイ側板押え面部に対向して設置されて、該ダイ側板押え面部と協働して前記ブランクの端部を挟持するホルダーをさらに備えたことを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、プレス成形方向に直交する方向における前記ダイと前記パンチの隙間が前記ブランクの板厚以下であり、前記ダイ中央部が前記ブランクに当接した後、前記ブランクにおける前記パンチ肩部が当接する部位よりも端部側が前記ダイと前記パンチの隙間に挟み込まれた状態で該ダイが前記パンチ側に相対移動することを特徴とするものである。

本発明においては、ブランクを断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状にプレス成形するものであって、ダイ肩部と、ダイ中央部と、前記ダイ肩部と前記ダイ中央部との間に設けられた溝形状のダイ溝部と、を有するダイと、前記ダイ溝部に対向して設置されて、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ内側に相当する部位に当接するパンチ肩部を有するパンチと、前記ダイ溝部に配置されるとともに、前記ダイ中央部よりも前記パンチ側に突出し、かつ前記ダイ溝部の溝底側に移動可能に支持されて、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ外側に相当する部位に当接するパッド肩部を有するダイ側パッドと、前記ダイ中央部に対向して配置されるとともに、前記パンチよりも前記ダイ側に突出し、かつ前記ダイと反対側に移動可能に支持されて、前記ブランクを載置するブランク載置面部を有するパンチ側パッドと、を備え、前記ブランク載置面部に載置された前記ブランクに前記ダイ中央部が当接するまで前記ダイが前記パンチ側に相対移動し、前記ダイ側パッドの前記パッド肩部が前記ブランクに前記曲げ部の曲げ方向と逆向きの逆曲げ部を形成し、前記ダイ中央部が前記ブランクに当接したまま前記ダイが前記パンチ側に成形下死点まで相対移動し、前記パンチ側パッド及び前記ダイ側パッドがそれぞれ移動することにより、前記パンチ肩部が前記逆曲げ部をしごいて前記曲げ部を形成することにより、曲げ部の内側に微小な座屈しわの発生を抑制し、該座屈しわを起点として疲労亀裂が発生して疲労破壊に至るのを防ぐことができ、プレス成形品の疲労強度を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置の構成とその動作を説明する図である（（ａ）成形開始、（ｂ）成形途中、（ｃ）成形下死点）。 本発明の実施の形態２に係るプレス成形装置の構成とその動作を説明する図である（（ａ）成形開始、（ｂ）成形途中、（ｃ）成形下死点）。 本実施例で試験対象としたプレス成形品の形状及び寸法を示す断面図である。 本実施例において、曲げ部の曲げ内側に生じた座屈しわを説明する図である。 本実施例において、曲げ部の曲げ内側に生じた座屈しわの測定結果を示す図である。 本実施例において、曲げ部に生じたひずみ分布のＦＥＭ解析結果を示す図である。 本実施例において、曲げ部の曲げ内側に生じた圧縮ひずみのＦＥＭ解析結果を示す図である。

本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係るプレス成形装置を、図１及び図２に基づいて説明する。
なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付する。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置１は、図１に一例として示すように、ブランク１００（図１（ａ））を、断面略Ｌ字状の曲げ部１１１を有する形状のプレス成形品１１０（図１（ｃ））にプレス成形するものであって、ダイ３と、パンチ５と、ダイ側パッド７と、パンチ側パッド９と、を備えている。
以下、プレス成形装置１の各構成について説明する。

＜ダイ＞
ダイ３は、ダイ肩部３ａと、ダイ中央部３ｂと、ダイ肩部３ａとダイ中央部３ｂとの間に設けられた溝形状のダイ溝部３ｃとを有する。

＜パンチ＞
パンチ５は、ダイ溝部３ｃに対向して設置されて、ブランク１００における曲げ部１１１（図１（ｃ））の曲げ内側に相当する部位に当接するパンチ肩部５ａを有する。

＜ダイ側パッド＞
ダイ側パッド７は、ダイ溝部３ｃに配置されるとともに、ダイ側パッド支持部１１を用いてダイ中央部３ｂよりもパンチ５側に突出し、かつダイ溝部３ｃの溝底側に移動可能に支持されて、ブランク１００における曲げ部１１１（図１（ｃ））の曲げ外側に相当する部位に当接するパッド肩部７ａを有するものである。
本実施の形態１では、ダイ側パッド支持部１１としてガスシリンダーを用いるものとし、ダイ側パッド７は、ダイ側パッド支持部１１により所定の荷重で付勢されている。

＜パンチ側パッド＞
パンチ側パッド９は、ダイ中央部３ｂに対向して配置されるとともに、パンチ側パッド支持部１３を用いてパンチ５よりもダイ３側に突出し、かつダイ３と反対側に移動可能に支持されて、ブランク１００を載置するブランク載置面部９ａを有するものである。
本実施の形態１では、パンチ側パッド支持部１３としてガスシリンダーを用いるものとし、パンチ側パッド９は、パンチ側パッド支持部１３により所定の荷重で付勢されている。

上記の様に構成されたプレス成形装置１の動作を、ブランク１００を断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状であるプレス成形品１１０にプレス成形する場合について図１に基づいて説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、パンチ側パッド９のブランク載置面部９ａにブランク１００を載置し、ダイ側パッド７及びパンチ側パッド９をともに突出した状態のまま、パンチ側パッド９のブランク載置面部９ａに載置されたブランク１００に、ダイ中央部３ｂが当接するまで、または、パッド先端７ｂが当接するまで、ダイ３がパンチ５側に相対移動する。

このとき、ダイ肩部３ａがブランク１００に当接してダイ３がパンチ５側に相対移動すると、図１（ｂ）に示すように、ブランク１００においてはパッド肩部９ｂが当接する部位とパンチ肩部５ａが当接する部位はダイ３の移動方向に曲げられる。さらに、ブランク１００におけるパッド肩部９ｂが当接する部位とパンチ肩部５ａが当接する部位の間の部位にダイ側パッド７のパッド肩部７ａが当接して、目標とする曲げ部１１１（図１（ｃ））の曲げ方向と逆向きに曲げられた逆曲げ部１０１が形成される（図１（ｂ））。

続いて、ダイ中央部３ｂがブランク１００に当接したまま、ダイ３がパンチ５側に成形下死点まで相対移動する。パンチ側パッド支持部１３により付勢されたパンチ側パッド９は、ブランク１００を挟んでダイ中央部３ｂにより押圧されて、パンチ５と面一となる位置まで引っ込む。さらに、ダイ側パッド支持部１１により付勢されたダイ側パッド７は、ブランク１００を挟んでパンチ５により押圧されてダイ溝部３ｃに引っ込む。この過程において、パンチ肩部５ａは逆曲げ部１０１をしごいて曲げ部１１１を形成する。

このように、本実施の形態に係るプレス成形装置１は、ダイ側パッド７のパッド肩部７ａにより逆曲げ部１０１を成形して曲げ部１１１の曲げ内側にも面内方向の引張応力を付与した後に、パンチ肩部５ａにより逆曲げ部１０１をしごいて曲げ部１１１を成形する。これにより、曲げ部１１１を成形する過程における面内方向の圧縮応力を低減し、座屈しわを抑制することができる。その結果、曲げ部１１１を有するプレス成形品１１０の疲労強度を向上することができる。

なお、本実施の形態１に係るプレス成形装置１は、プレス成形方向に直交する方向におけるダイ３とパンチ５の間隔ｃ（図１（ｃ）参照）がブランク１００の板厚以下であることが好ましい。
間隔ｃが板厚以下であることにより、ダイ中央部３ｂがブランク１００に当接した後、ブランク１００の端部側をダイ３とパンチ５の隙間に挟み込んだ状態でダイ３がパンチ５側に移動し、ブランク１００の端部がよりパンチ５側に引き込まれやすい。このため、パンチ肩部５ａによる逆曲げ部１０１のしごきを強くすることができ、座屈しわをさらに抑制して疲労強度を向上させることができる。

上記の説明において、ダイ側パッド支持部１１及びパンチ側パッド支持部１３はいずれもガスシリンダーなど荷重を制御可能なものを用いるとよく、所定の荷重でダイ側パッド７及びパンチ側パッド９を付勢して支持するものであった。この場合、ダイ側パッド支持部１１及びパンチ側パッド支持部１３により付勢する荷重は、ダイ３のダイ中央部３ｂがブランク１００に当接するまでは、ダイ側パッド７がダイ中央部３ｂよりパンチ５側に突出し、かつパンチ側パッド９がパンチ５よりもダイ３側に突出した状態を維持でき、さらに、ダイ３のダイ中央部３ｂがブランク１００に当接した後は、ダイ３の相対移動に伴ってダイ側パッド７とパンチ側パッド９が押圧されて引っ込むように設定すればよい。
もっとも、ダイ側パッド支持部１１及びパンチ側パッド支持部１３は、ダイ３の移動に伴ってダイ側パッド７及びパンチ側パッド９をそれぞれ位置制御する機構を備えたものであってもよい。

また、本実施の形態１のプレス成形装置１は、ダイ３がパンチ５の上方に配置されて、ダイ３がパンチ５側に下降するものとして図示されているが（図１参照）、本発明はこのような配置や移動に限るものではない。例えば、ダイとパンチが上下逆に配置されて、パンチとダイが相対的に移動するものであってもよく、このようなダイとパンチの配置に伴って、ダイ側パッドやパンチ側パッドが設置されたものであればよい。

［実施の形態２］
本実施の形態２に係るプレス成形装置２１は、図２に一例として示すように、ブランク１００（図２（ａ））を、断面略Ｌ字状の曲げ部１１１を有する形状のプレス成形品１１０（図２（ｃ））にプレス成形するものであって、ダイ３と、パンチ５と、ダイ側パッド７と、パンチ側パッド９、ホルダー２３と、を備えている。
ここで、パンチ５、ダイ側パッド７及びパンチ側パッド９は、前述の実施の形態１と実質的に同一の機能、構成を有するものであるので、以下、プレス成形装置２１におけるダイ３とホルダー２３について説明する。

＜ダイ＞
ダイ３は、ダイ肩部３ａと、ダイ中央部３ｂと、ダイ肩部３ａとダイ中央部３ｂとの間に設けられた溝形状のダイ溝部３ｃとを有し、さらに、ダイ肩部３ａからダイ溝部３ｃと反対側に連続するダイ側板押え面部３ｄを有するものである。

＜ホルダー＞
ホルダー２３は、ダイ側板押え面部３ｄに対向して設置され、ダイ側板押え面部３ｄと協働してブランク１００の端部を挟持するものであり、ホルダー支持部２５によりプレス成形方向に移動可能に支持されている。
本実施の形態２において、ホルダー支持部２５はクッションピンを用いるものとし、所定の荷重でダイ３側に付勢されている。

次に、上記の様に構成されたプレス成形装置２１の動作を、前述の実施の形態１と同様、ブランク１００を断面略Ｌ字状の曲げ部１１１を有する形状であるプレス成形品１１０にプレス成形する場合について、図２に基づいて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、パンチ側パッド９のブランク載置面部９ａにブランク１００を載置し、ダイ側パッド７及びパンチ側パッド９をともに突出した状態のまま、パンチ側パッド９のブランク載置面部９ａに載置されたブランク１００にダイ中央部３ｂが当接するまでダイ３がパンチ５側に相対移動する。

このとき、ダイ肩部３ａがブランク１００に当接してダイ３がパンチ５側に相対移動すると、図２（ｂ）に示すように、ブランク１００においてはパッド肩部９ｂが当接する部位とパンチ肩部５ａが当接する部位はダイ３の移動方向に曲げられ、ブランク１００におけるパッド肩部９ｂが当接する部位とパンチ肩部５ａが当接する部位の間の部位にダイ側パッド７のパッド肩部７ａが当接し、目標とする曲げ部１１１（図２（ｃ））の曲げ方向と逆向きに曲げられた逆曲げ部１０１が形成される（図２（ｂ））。

さらに、ブランク１００におけるパンチ５のパンチ肩部５ａが当接する部位よりも端部側は、ダイ３のダイ側板押え面部３ｄとホルダー２３とにより挟持される。

続いて、ダイ中央部３ｂがブランク１００に当接したまま、ダイ３がパンチ５側に成形下死点まで相対移動する。パンチ側パッド支持部１３により付勢されたパンチ側パッド９は、ブランク１００を挟んでダイ中央部３ｂにより押圧されて、パンチ５と面一となる位置まで引っ込む。さらに、ダイ側パッド支持部１１により付勢されたダイ側パッド７は、ブランク１００を挟んでパンチ５により押圧されてダイ溝部３ｃに引っ込む。この過程において、ダイ側板押え面部３ｄとホルダー２３とがブランク１００の端部側を挟持したまま、パンチ肩部５ａは逆曲げ部１０１をしごく。その後、ブランク１００の端部側がダイ側板押え面部３ｄとホルダー２３との間から引き抜かれ、パンチ肩部５ａにより曲げ部１１１が成形される。

このように、本実施の形態２に係るプレス成形装置２１においては、ブランク１００の端部側がダイ側板押え面部３ｄとホルダー２３とにより挟持された状態で、ブランク１００の端部をパンチ５側に引き込むため、パンチ肩部５ａが逆曲げ部１０１をしごいて曲げ部１１１を成形する。これにより、曲げ部１１１の曲げ内側に面内方向の張力が付与され、曲げ内側における面内方向の圧縮応力をより低減して、座屈しわを抑制することができる。その結果、曲げ部１１１を有するプレス成形品１１０の疲労強度をより向上することができる。

上記の説明において、ホルダー支持部２５はいずれもクッションピンを用いるものとし、所定の荷重でホルダー２３を付勢して支持するものであった。この場合、ホルダー支持部２５により付勢する荷重は、パンチ肩部５ａが逆曲げ部１０１をしごく際に引張応力が付与されるようにするともに、曲げ部１１１が成形されるまでにブランク１００の端部がダイ側板押え面部３ｄとホルダー２３との間から引き抜かれるように設定されたものとすればよい。

また、本実施の形態２のプレス成形装置２１は、ダイ３がパンチ５の上方に配置されて、ダイ３がパンチ５側に下降するものとして図示されているが（図２参照）、本発明はこのような配置や移動に限るものではない点は、前述の実施の形態１と同様である。

本発明の作用効果について確認するための実験を行ったので、これについて以下に説明する。
本実施例では、図３に示す断面コ字状のプレス成形品１２０を試験対象とした。

供試材には、自動車用足周り部品に用いられる板厚2.9mm、引張強度590MPa級の熱延鋼板を用いた。
そして、当該供試材をブランク１００とし、本発明に係るプレス成形装置２１（図２）を用いて曲げ部１２５を有する形状のプレス成形品１２０にプレス成形した。プレス成形品１２０は、図３に示すように、天板部１２１と一対の縦壁部１２３を有し、天板部１２１と縦壁部１２３は曲率半径R1.7mmの曲げ部１２５を介して連続している。

プレス成形装置２１において、ダイ側パッド支持部１１及びパンチ側パッド支持部１３にはそれぞれガスシリンダーを用い、ダイ側パッド７及びパンチ側パッド９を付勢するための荷重（初期圧）はそれぞれ15tonf及び10tonfとした。また、ホルダー支持部２５にはクッションピンを用い、ホルダー２３を付勢するための荷重（初期圧）は2.5tonfとした。

本実施例では、プレス成形品１２０の曲げ部１２５の曲げ内側に生じた座屈しわの状態を観察することにより、本発明の有効性を評価した。
座屈しわの観察においては、プレス成形品１２０の曲げ部１２５の曲げ内側頂点を含む部位を切り出して拡大して観察し、図４に示すように、曲げ内側に生じた高さ20μm以上の座屈しわの個数を計測した。

さらに、プレス成形装置２１によりプレス成形品１２０をプレス成形する過程の有限要素解析を行い、曲げ部１２５におけるひずみ分布を求めた。

なお、本実施例では、比較対象として、プレス成形過程において逆曲げ部１０１（図１（ｂ）参照）を形成せずに１ストロークで曲げ部１２５を有するプレス成形品１２０をプレス成形した場合を従来例とし、曲げ部１２５の内側における座屈しわを観察するとともに、有限要素解析により曲げ部１２５のひずみ分布を求めた。

図５に、曲げ部１２５の曲げ内側に生じた座屈しわの個数を計測した結果を示す。
図５より、従来例に比べると本発明例においては座屈しわが著しく減少していることが分かる。

図６に、従来例に係るプレス成形品１２０の有限要素解析により求めた曲げ部１２５の断面におけるひずみ分布を示す。
ここで、図６は、引張ひずみを正の値、圧縮ひずみを負の値をとしたときのひずみ分布をグレースケール表示したものである。図６より、曲げ部１２５の曲げ内側においては圧縮ひずみが生じており、曲げ頂点において圧縮ひずみがピークを示していることが分かる。

図７に、曲げ部１２５の曲げ内側に沿った方向における曲げ内側表面での圧縮ひずみの解析結果を示す。
図７において従来例と本発明例を比較すると、本発明例においては曲げ内側表面の圧縮ひずみは全体的に低下しており、特に、曲げ頂点での圧縮ひずみが従来例に比べて約46%減少していることが確認された。

図６及び図７の結果から、本発明例に係るプレス成形品１２０においては、プレス成形過程での曲げ部１２５の曲げ内側における圧縮ひずみが低減したため、座屈しわが低減したと考えられる。そして、この結果から、本発明例に係るプレス成形品１２０について疲労耐久試験を行った場合、従来例に比べると座屈しわを起点とした疲労破壊が抑制されるために疲労特性が向上することが示唆された。

１ プレス成形装置
３ ダイ
３ａ ダイ肩部
３ｂ ダイ中央部
３ｃ ダイ溝部
３ｄ ダイ側板押え面部
５ パンチ
５ａ パンチ肩部
７ ダイ側パッド
７ａ パッド肩部
７ｂ パッド先端
９ パンチ側パッド
９ａ ブランク載置面部
９ｂ パッド肩部
１１ ダイ側パッド支持部
１３ パンチ側パッド支持部
２１ プレス成形装置
２３ ホルダー
２５ ホルダー支持部
１００ ブランク
１０１ 逆曲げ部
１１０ プレス成形品
１１１ 曲げ部

Claims (3)

1. ブランクを断面略Ｌ字状の曲げ部を有する形状にプレス成形するプレス成形装置であって、
   ダイ肩部と、ダイ中央部と、前記ダイ肩部と前記ダイ中央部との間に設けられた溝形状のダイ溝部と、を有するダイと、
   前記ダイ溝部に対向して設置されて、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ内側に相当する部位に当接するパンチ肩部を有するパンチと、
   前記ダイ溝部に配置されるとともに、前記ダイ中央部よりも前記パンチ側に突出し、かつ前記ダイ溝部の溝底側に移動可能、かつ所定の荷重で付勢されて支持され、前記ブランクにおける前記曲げ部の曲げ外側に相当する部位に当接するパッド肩部を有するダイ側パッドと、
   前記ダイ中央部に対向して配置されるとともに、前記パンチよりも前記ダイ側に突出し、かつ前記ダイと反対側に移動可能、かつ所定の荷重で付勢されて支持され、前記ブランクを載置するブランク載置面部を有するパンチ側パッドと、を備え、
   前記ブランク載置面部に載置された前記ブランクに前記ダイ中央部が当接するまで前記ダイが前記パンチ側に相対移動し、前記ダイ側パッドの前記パッド肩部が前記ブランクに前記曲げ部の曲げ方向と逆向きの逆曲げ部を形成し、
   前記ダイ中央部及び前記ダイ側パッドが前記ブランクに当接したまま前記ダイが前記パンチ側に成形下死点まで相対移動し、前記パンチ側パッド及び前記ダイ側パッドがそれぞれ前記ブランクに当接したまま移動することにより、前記ダイ側パッドは前記ブランクを挟んで前記パンチにより押圧された状態で前記パンチ肩部が前記逆曲げ部をしごいて前記曲げ部を形成し、前記曲げ部を成形する過程における面内方向の圧縮応力を低減し、座屈しわを抑制することを特徴とするプレス成形装置。
2. 前記ダイは、前記ダイ肩部から前記ダイ溝部と反対側に連続するダイ側板押え面部を有し、
   該ダイ側板押え面部に対向して設置されて、該ダイ側板押え面部と協働して前記ブランクの端部を挟持するホルダーをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプレス成形装置。
3. プレス成形方向に直交する方向における前記ダイと前記パンチの隙間が前記ブランクの板厚以下であり、前記ダイ中央部が前記ブランクに当接した後、前記ブランクにおける前記パンチ肩部が当接する部位よりも端部側が前記ダイと前記パンチの隙間に挟み込まれた状態で該ダイが前記パンチ側に相対移動することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形装置。

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